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Penn | Introdução à Infraestrutura: para Engenharia Civil e Ambiental. Amostras de páginas não sequenciais e em baixa resolução. Copyright© 2017 LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda.


Para Engenharia Civil e Ambiental

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Introdução à Infraestrutura:

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As editoras que integram o GEN, respeitadas no mercado editorial, construíram catálogos inigualáveis, com obras decisivas na formação acadêmica e no aperfeiçoamento de várias gerações de profissionais e de estudantes de Administração, Direito, Engenharia, Enfer­ magem, Fisioterapia, Medicina, Odontologia, Educação Física e muitas outras ciências, tendo se tornado sinônimo de seriedade e respeito. Nossa missão é prover o melhor conteúdo científico e distribuí­lo de maneira flexível e conveniente, a preços justos, gerando benefícios e servindo a autores, docentes, livreiros, funcionários, colaboradores e acionistas. Nosso comportamento ético incondicional e nossa responsabilidade social e ambiental são reforçados pela natureza educacional de nossa atividade, sem comprometer o cresci­ mento contínuo e a rentabilidade do grupo.

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O GEN | Grupo Editorial Nacional, a maior plataforma editorial no segmento CTP (cientí­ fico, técnico e profissional), publica nas áreas de saúde, ciências exatas, jurídicas, sociais aplicadas, humanas e de concursos, além de prover serviços direcionados a educação, capacitação médica continuada e preparação para concursos. Conheça nosso catálogo, composto por mais de cinco mil obras e três mil e­books, em www.grupogen.com.br.

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Para Engenharia Civil e Ambiental

Michael R. Penn University of Wisconsin – Platteville

Philip J. Parker University of Wisconsin – Platteville

Tradução e Revisão Técnica Bruno Barzellay Ferreira da Costa Professor de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ – Campus de Macaé

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Não é responsabilidade da editora nem dos autores a ocorrência de eventuais perdas ou danos a pessoas ou bens que tenham origem no uso desta publicação. Apesar dos melhores esforços dos autores, do tradutor, do editor e dos revisores, é inevitável que surjam erros no texto. Assim, são bem‑vindas as comunicações de usuários sobre correções ou sugestões referentes ao conteúdo ou ao nível pedagógico que auxiliem o aprimoramento de edições futuras. Os comentários dos leitores po‑ dem ser encaminhados à LTC — Livros Técnicos e Científicos Editora pelo e‑mail ltc@grupogen.com.br. Traduzido de INTRODUCTION TO INFRASTRUCTURE: AN INTRODUCTION TO CIVIL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING, FIRST EDITION Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Inc. All Rights Reserved. This translation published under license with the original publisher John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978‑0‑470‑41191‑9 Direitos exclusivos para a língua portuguesa Copyright © 2017 by LTC — Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda. Uma editora integrante do GEN | Grupo Editorial Nacional Reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, me‑ cânico, gravação, fotocópia, distribuição na internet ou outros), sem permissão ex‑ pressa da editora. Travessa do Ouvidor, 11 Rio de Janeiro, RJ — CEP 20040‑040 Tels.: 21‑3543‑0770 / 11‑5080‑0770 Fax: 21‑3543‑0896 ltc@grupogen.com.br www.ltceditora.com.br Capa: Hermes Gandolfo Menezes Imagem de Capa: zhudifeng | iStockphoto Editoração Eletrônica: Arte & Ideia CIP‑BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ P458i        Penn, Michael R. Introdução à infraestrutura: para engenharia civil e ambiental / Michael R. Penn, Philip J. Parker ; tradução Bruno Barzellay Ferreira da Costa. – 1. ed. – Rio de Janeiro : LTC, 2017.  28 cm.                Tradução de: Introduction to infrastructure: an introduction to civil and environmental engineering Inclui bibliografia e índice ISBN 978‑85‑216‑3308‑2 1. Engenharia civil. 2. Engenharia ambiental. I.  Parker, Philip J. II. Título. 16‑37253  

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Os autores e a editora empenharam‑se para citar adequadamente e dar o devido cré‑ dito a todos os detentores dos direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo‑se a possíveis acertos caso, inadvertidamente, a identificação de al‑ gum deles tenha sido omitida.

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Enxergamos a infraestrutura – o ambiente construído – a partir de uma varie‑ dade de perspectivas pessoais moldadas conforme nossas experiências. Uma perspectiva útil, entretanto, é que o orçamento federal emprega aproximada‑ mente três quartos de seus recursos em somente cinco áreas – defesa, previdên‑ cia social, programas sociais, saúde, e bem‑estar. Todas, com exceção da defesa, são consideradas questões sociais, que nos afetam como membros da sociedade; os gastos com essas áreas visam manter ou melhorar nossa qualidade de vida. Os engenheiros que se preocupam com o meio ambiente reconhecem que a in‑ fraestrutura também contribui para nossa qualidade de vida – nossa saúde eco‑ nômica e nosso bem‑estar físico. Com relação a isso, os gastos com infraestrutura e os gastos com questões sociais beneficiam a sociedade da mesma forma. A in‑ fraestrutura, contudo, não é vista da mesma maneira, ainda que dispute os mes‑ mos dólares. Quando consideramos a infraestrutura no contexto das questões sociais, reconhecemos que o gasto com a infraestrutura é um sábio investimento em nossa saúde, nossa mobilidade, e nossa qualidade de vida global. Para considerar a infraestrutura como um fator principal na determinação de nossa qualidade de vida, precisamos somente viajar 100 anos de volta no tempo. No início de 1900, somente 14 por cento das residências nos Estados Unidos possuíam água encanada, e menos de 8 por cento possuíam telefone. Havia ape‑ nas 8000 automóveis, e somente 230 quilômetros de estradas pavimentadas. O salário médio era de 22 centavos por hora, e menos de 6 por cento dos america‑ nos concluíam o ensino médio. A população de Las Vegas era de 30 pessoas, e o ­Estado da Califórnia era o 21o mais populoso. Um século atrás, as doenças transmitidas pela água eram a terceira maior causa de mortes, e a expectativa média de vida era de apenas 47 anos. O Dr. Louis Thomas, que trabalhou como chefe da Escola de Medicina de Yale, escre‑ veu em uma carta ao Senador Kit Bond, do Missouri: “... o maior avanço na me‑ lhoria da saúde humana foi o desenvolvimento da água potável e dos sistemas de coleta de esgotos. Logo, devemos nossa saúde tanto à engenharia civil quanto à biologia.” Se pensarmos que a infraestrutura contribui somente para nosso bem‑estar econômico, o Dr. Thomas nos lembra que nossa saúde física também depende disso. Tragicamente, nossa infraestrutura está em crise – ela tomou conta de nós, mas nós a negligenciamos. Na medida em que nossa infraestrutura se desmo‑ rona, ela coloca em risco a nossa prosperidade assim como nossa saúde física e emocional. Infelizmente, o tempo está trabalhando contra nós. Nos últimos 100 anos, nossa infraestrutura contribuiu de maneira considerável para aumentar a longevidade, para melhorar a saúde e aumentar nossa qualidade de vida. Triste‑ mente, sua atual deterioração está ameaçando desfazer esses benefícios. Exemplos dramáticos recentes de deterioração estão dominando as notícias. Porém, uma vez que a falha não seja mais uma novidade, torna‑se fácil ignorar a infraestrutura, já que o que os olhos não veem, o coração não sente. O apagão do nordeste dos Estados Unidos em agosto de 2003, que desencadeou grandes perdas econômicas, deixou 50 milhões de pessoas na escuridão ao longo de oito Estados e uma Província Canadense. Uma espetacular falha da infraestrutura que interrompeu o trânsito na Cidade de Nova York por mais de 32 horas e dei‑ xou a Cidade de Cleveland sem água potável por 3 dias. Em 2005, o Furacão Katrina devastou o Sudeste da Louisiana e a costa do Mississippi e do Alabama. Em Nova Orleans, o Katrina sobrecarregou uma infraestrutura projetada inade‑ quadamente e sem manutenção, matando mais de 1100 pessoas, destruindo mais de 137.000 residências; deixando mais de 190.000 carros abandonados; e acumu‑ lando mais de 38 milhões de metros cúbicos de detritos. Em 2007, o trágico co‑ lapso da Ponte I‑35W em Minneapolis tirou a vida de 13 pessoas. Essas falhas são um lembrete sóbrio do quanto dependemos de nossa infraestrutura. Não devemos atentar somente para as falhas mais conhecidas. A manutenção regular é necessária para manter a nossa infraestrutura com um bom desempe‑

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Prólogo

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nho. Atualmente, uma em cada quatro pontes é deficiente, e aproximadamente metade de nossas estradas urbanas estão congestionadas – um desperdício de tempo e de combustível. Perdemos mais de 30 bilhões de litros de água tratada, por dia, devido a vazamentos em tubos velhos e deteriorados – água suficiente para abastecer uma população sedenta do tamanho da Califórnia. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) estima que 4 bilhões de metros cúbicos de esgoto entram nos canais do país, por ano, e um relatório do Comitê de Infraestrutura e Transportes conclui que, sem um investimento contínuo, a nação pode “acabar com uma água mais suja do que aquela que existia antes da promulgação da Lei da Água Limpa, de 1972.” Enquanto nossa infraestrutura se deteriora, o crescimento populacional e a rápida urbanização em todo o mundo aumentam a tensão sobre os recursos do planeta. Cinquenta anos atrás, estávamos utilizando somente metade da bioca‑ pacidade da Terra. Atualmente, a demanda da humanidade pelos recursos do planeta – nossa pegada ecológica – excede sua capacidade em 30 por cento – isto é, precisamos de 1,3 planeta para atender nossas necessidades, e nós temos so‑ mente um! Isso vai piorar nas próximas duas décadas quando a população mun‑ dial vai aumentar em 2 bilhões de pessoas, criando demandas, sem precedentes, por alimento, água, energia e infraestrutura. As estratégias da infraestrutura para enfrentar este desafio incluem o au‑ mento da reutilização, recuperação e conservação da água; o aumento da efi­ ciência energética utilizando medidas de conservação aperfeiçoadas; a redução da dependência de combustíveis fósseis, particularmente do petróleo; e a utiliza‑ ção de mais materiais e energia provenientes de fontes renováveis. Nós construí­ mos a infraestrutura para o longo prazo; ela define nossas comunidades e dura por gerações. Nossa infraestrutura atual, que tem nos servido bem, foi projetada e construída utilizando normas e tecnologias convencionais, sem considerar a necessidade por sustentabilidade, que agora é crítica para o século XXI. A sociedade supõe que a infraestrutura sempre estará lá, e que os serviços que ela oferece sempre serão adequados. Infelizmente, consertar e substituir a infra‑ estrutura utilizando tecnologias convencionais perpetuará um legado de inefi­ ciência que vai durar por gerações. Para alcançar a sustentabilidade, não pode‑ mos deixar que a conveniência triunfe sobre a eficiência, nem podemos deixar que a política triunfe sobre a ciência. Entregar uma infraestrutura sustentável é o novo desafio para a próxima geração de engenheiros. Os componentes da ­infraestrutura são partes de sistemas maiores cuja eficiência e eficácia dependem de uma integração suave. Isso também requer que definamos e comuniquemos valores que são difíceis de descrever e ainda mais difíceis de quantificar. Dois critérios determinam se um projeto de infraestrutura contribuirá para a sustentabilidade. O primeiro é: Fizemos as coisas corretamente? Por exemplo, chegamos ao limite buscando oportunidades para melhorar o desempenho sus‑ tentável? Superamos as barreiras da sustentabilidade indo além do pensamento em termos de custos iniciais para nos concentrarmos no custo do ciclo de vida, e projetamos tendo em vista a eficiência, a resiliência e o reúso? Alcançamos o que era razoável dentro do domínio da viabilidade técnica e dos riscos empresariais aceitáveis? O segundo é: Fizemos a coisa certa? Consideramos como o projeto se alinha com os princípios da sustentabilidade, e como ele irá impactar as gerações futuras? O projeto de infraestrutura é visto como justo e equitativo? Ele se alinha com os objetivos da comunidade, leva em consideração os seus problemas, e faz bom uso dos recursos da comunidade? O projeto gera conhecimento e desen‑ volve nossa compreensão de sustentabilidade? Para enfrentar o desafio do século XXI, precisamos encontrar a vontade e o caminho para concentrar nossa atenção e elevar nossos investimentos na infra‑ estrutura, para melhorar nossa saúde econômica e nosso bem‑estar físico. De‑ vemos reconhecer também que o modo atual de fazermos as coisas não é sus‑ tentável. Construímos a infraestrutura para durar por um longo tempo. Se não fizermos as coisas certas, e não as executarmos corretamente, a infraestrutura que construímos pode durar, mas não será sustentável. Se não construirmos a infraestrutura para ser sustentável desta vez, caberá à próxima geração fazer o certo – se eles tiverem a chance.

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Lawrence H. Roth, Eng., D. Sc. Engenheiro Consultor Sacramento, Califórnia Ex‑Vice‑Presidente Executivo da Sociedade Americana de Engenheiros Civis, e Chefe de Equipe do Painel de Avaliação Externa do Furacão Katrina da Sociedade Americana de Engenheiros Civis Janeiro de 2011

Prólogo

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No século passado, os engenheiros projetavam e construíam a infraestrutura para ser um facilitador social para nossa qualidade de vida. Nossa infraestru‑ tura melhorou nossa saúde, abasteceu nossa nação, guiou nosso bem‑estar eco‑ nômico, impulsionou a era da informação e forneceu segurança. Neste século, nossa infraestrutura deve fazer tudo isso e mais – ela deve nos guiar para um futuro sustentável. Nossos recursos são muito valiosos para serem desperdiça‑ dos. Os engenheiros enfrentaram o desafio de criar e construir a infraestrutura que nos proporcionou grandes melhorias em nossa qualidade de vida ao longo do século passado. Este novo século demanda que os engenheiros criem e cons‑ truam uma infraestrutura sustentável que não somente melhore nossa qualidade de vida, mas que a preserve para as gerações futuras. Estou animado com este novo livro – ele preenche uma lacuna através da in‑ trodução da engenharia civil e ambiental dentro de um quadro de infraestrutura e sustentabilidade. Incluindo exemplos significativos de todo o mundo e abran‑ gendo questões não técnicas que são críticas para o sucesso da engenharia, o li‑ vro é, ao mesmo tempo, global e holístico. Com frequência, os engenheiros acre‑ ditam que seus maiores desafios são as considerações que não estão relacionadas com as questões técnicas, e muitas dessas considerações estão descritas neste li‑ vro, uma obra que oferece uma base sólida para engenheiros civis e ambientais que precisam enfrentar os desafios do século XXI.

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Público‑Alvo O público‑alvo para este livro são os calouros e os estudantes do segundo ano das Engenharias Civil e Ambiental. Supõe‑se que o leitor ainda não cursou dis‑ ciplinas de Cálculo ou Estática.

Objetivos e Motivação Ao longo das 15 semanas de um semestre letivo universitário normal, a popu‑ lação dos Estados Unidos aumenta em algo em torno de 700.000 pessoas. Isso equivale aproximadamente à população de Charlotte, na Carolina do Norte, a 18a maior cidade americana. Durante o mesmo período, a população mundial aumenta em cerca de 21 milhões de pessoas, o que é maior que a população do Estado de Nova York, o terceiro Estado mais populoso dos Estados Unidos. Es‑ ses números correspondem ao crescimento anual da população americana em 2 milhões e a um crescimento anual da população mundial em 90 milhões de pessoas. Imagine a nova infraestrutura (o “ambiente construído”) que precisa ser construída e a infraestrutura existente que precisa ser modificada ou expan‑ dida para atender às demandas dessas pessoas: estradas, ferrovias, hospitais, fornecimento de energia, estações de tratamento de água, escolas, pontes, etc. E, mesmo que a população não estivesse aumentando, a construção de novas in‑ fraestruturas e a realização da manutenção das infraestruturas existentes ainda seriam necessárias, uma vez que as pessoas se mudam, a infraestrutura enve‑ lhece e se deteriora, os padrões e regulamentos são alterados, e as demandas dos usuários evoluem (por exemplo, a utilização de veículos e o consumo de água per capita). Albert Einstein disse que “nós não podemos resolver problemas utilizando o mesmo tipo de pensamento que empregamos ao criá‑los”. Esta crença nos moti‑ vou a escrever um livro que não ensine aos alunos somente o quê da infraestru‑ tura, mas também o como e o porquê. Os estudantes devem ser capazes de visuali‑ zar a infraestrutura como um sistema de componentes físicos inter‑relacionados, e também compreender como esses componentes afetam e são afetados pela so‑ ciedade, pela política, pela economia e pelo meio ambiente. Também nós acreditamos que estudar a infraestrutura permite que educa‑ dores e estudantes desenvolvam uma ligação valiosa entre conhecimentos fun‑ damentais e a capacidade de aplicar esses conhecimentos. Nos termos da Taxo‑ nomia de Bloom (um esquema de classificação dos objetivos educacionais com diversos níveis de competência cognitiva), a infraestrutura fornece uma ponte entre o Nível 1 (Conhecimento) e o Nível 3 (Aplicação). Frequentemente, nós educadores saltamos do conhecimento fundamental obtido nas aulas de nível mais básico para as aplicações dos cursos de nível avançado, sem empregar tempo suficiente para que os alunos compreendam o significado do conheci‑ mento (Compreensão, Nível 2) ou que sejam capazes de traduzir o conhecimento em novos contextos. Uma analogia tem sido feita de que nos currículos dos cursos de graduação, os estudantes recebem componentes para construir uma bicicleta. Após a forma‑ tura, alguns estudantes carregam uma caixa de peças, enquanto outros andam de bicicleta. Estes últimos entenderam como as partes se encaixam. Acreditamos que a infraestrutura é a forma ideal de introduzir os estudantes na engenharia civil e ambiental, uma vez que esta apresenta as inter‑relações entre as subdisci‑ plinas. Temos o receio de que, muitas vezes, os estudantes não percebam como todas as partes da engenharia civil e ambiental estão interligadas até seu último ano de graduação (ou depois). Os tópicos e temas deste livro destinam‑se a aju‑ dar os alunos a visualizar “o todo” no primeiro ou segundo ano de graduação. Assim, o restante do curso será mais significativo.

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Pref ácio

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Características Únicas Os diversos recursos exclusivos deste livro incluem:

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Além disso, os engenheiros são estereotipados por não serem holísticos. Mui‑ tas vezes, esse estereótipo é válido, e frequentemente resulta em uma educação técnica que não incorpora as considerações não técnicas. Uma parcela substan‑ cial deste texto é dedicada à integração dessas considerações não técnicas ao pro‑ jeto e à análise de sistemas de infraestrutura.

1. Estudos de caso introdutórios – A maioria dos capítulos se inicia com uma breve introdução, seguida por um estudo de caso introdutório. Esses estudos de caso são revisados ao longo do capítulo, a fim de enfatizar os objetivos de aprendizagem. 2. Barras laterais – Informações são colocadas nas margens do livro para enriquecer o conteúdo. As barras laterais contêm exemplos, definições, “factoides”, e sinopses de eventos atuais. 3. Casos em questão – Estudos de caso, além dos estudos de caso introdutórios de cada capítulo, são incluídos no livro.

4. Estilo de conversação – Ao longo do texto, optamos por falar diretamente ao leitor, utilizando “nós”, para nos referir a nós mesmos, os autores, e “você”, para nos referir ao leitor. Reconhecemos que isso não é o convencional, mas acreditamos que torna o material mais acessível. 5. Conclusão – Uma “conclusão” é a parte final de um texto, e cada capítulo deste texto termina com uma conclusão. Esta se destina a servir como um breve resumo do capítulo e a introduzir os alunos ao próximo capítulo ou ao restante do livro.

6. Diversos gráficos – Este livro inclui mais de 450 gráficos, esquemas e fotografias. Incluímos intencionalmente fotografias de alguns componentes muito comuns de nossa infraestrutura, uma vez que a experiência nos ensinou que os alunos de primeiro e segundo ano desconhecem os propósitos desses componentes. 7. Aplicações de análise e projeto – Estão incluídos quatro capítulos que descrevem exemplos de como os engenheiros civis e ambientais analisam e projetam os componentes de infraestrutura. Dois desses capítulos estão apresentados ao longo do livro em um nível introdutório e dois levemente mais avançados se encontram no final do livro. Esses capítulos possuem uma rotina de cálculos mais intensa que os demais. 8. Ícones – Os ícones identificam a localização geográfica dos locais mencionados no texto.

Agradecimentos

A maior parte da inspiração para este livro veio das atividades apoiadas por dois financiamentos da National Science Foundation (EEC 0530506 – “Criando Engenheiros Cidadãos através da Consciência da Infraestrutura” e DUE 0837530 – “Infraestrutura na Vanguarda: Desenvolvimento e Avaliação de Dois Cursos‑­ Piloto”) concedidos ao Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da ­Universidade de Wisconsin‑Platteville. Diversos membros do corpo docente do departamento contribuíram para o livro, tanto pela inclusão de conteúdos e fornecimento de ideias, quanto pela revisão de partes do texto. Os membros do corpo docente que contribuíram para os financiamentos e para o desenvol‑ vimento do livro são: Max Anderson, Christina Curras, Kristina Fields, Andy ­Jacque, Mark Meyers, Tom Nelson, Sam Owusu‑Ababio, Matt Roberts, Bob ­Schmitt­e Keith Thompson.

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Prefácio

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Exemplos de Ementas Exemplos de ementas para cinco cursos possíveis são fornecidas. Disciplina de Introdução à Engenharia Civil e Ambiental de Um Crédito Semana

Tópico

Leituras

1

Introdução à Disciplina

2

Introdução à Infraestrutura

Prólogo & Capítulo 1

3

História e Herança

Capítulo 8

4&5

Engenharia de Construção

Capítulo 6 Capítulo 9 (Aplicação da Análise na Engenharia de Construção Civil) Capítulo 10 (Aplicação de Projetos na Engenharia de Construção Civil)

6&7

Engenharia Ambiental

Capítulo 5 Capítulo 9 (Aplicação da Análise na Engenharia Ambiental) Capítulo 10 (Aplicação de Projetos na Engenharia Ambiental)

8&9

Engenharia Geotécnica

Capítulo 3 (Fundações) Capítulo 9 (Aplicação da Análise na Engenharia Geotécnica) Capítulo 10 (Aplicação de Projetos na Engenharia Geotécnica)

10 & 11

Engenharia Estrutural

Capítulo 3 Capítulo 9 (Aplicação da Análise na Engenharia Estrutural) Capítulo 10 (Aplicação de Projetos na Engenharia Estrutural)

12 & 13

Engenharia de Transportes

Capítulo 4 Capítulo 9 (Aplicação da Análise na Engenharia de Transportes) Capítulo 10 (Aplicação de Projetos na Engenharia de Transportes)

14

Inter‑relações entre subdisciplinas

Capítulo 7

15

Ética e Sustentabilidade

Capítulos 13 & 17

Prefácio

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Dois alunos da Universidade Wisconsin‑Platteville forneceram feedbacks dos capítulos: Ben Heidemann e Steve Pritchett. Michael Gay realizou uma revisão aprofundada dos Capítulos 11 e 14. Devemos agradecer também aos diversos fotógrafos que nos permitiram uti‑ lizar suas fotografias neste livro. Nosso editor, Jenny Welter, tem nos incentivado em todas as fases do processo de escrita. Agradecemos pelas contribuições perspicazes dos seguintes revisores, cujos ­ ollege; ­esforços aperfeiçoaram este livro: Kristen Sanford Bernhardt, Lafayette C Angela R. Bielefeldt, University of Colorado at Boulder; Fred Boadu, Duke University; Paul J. Consentino, Florida Institute of Technology; Anirban De, ­Manhattan College; David P. Devine, Infrastruct.Net Corp; Charles R. Glagola, University of Florida; Steven D. Hart, Academia Militar dos Estados Unidos; Rick Lyles, M ­ ichigan State University; Emmanuel U. Nzemi, Southern Univer‑ sity e A&M ­College. Gostaríamos de agradecer aos diversos estudantes que ao longo dos anos nos motivaram a nos tornar melhores professores. Finalmente, gostaríamos de agradecer a Mary, Charlie, Rebekah, Abigail e ­Lydia.­

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Disciplina de Introdução à Infraestrutura de Um Crédito Tópico

Leituras

1

Introdução à Disciplina

2

Introdução à Infraestrutura

Prólogo & Capítulo 1

3

Meio Ambiente

Capítulo 2

4

Infraestrutura Estrutural

Capítulo 3

5

Canteiros de Obras

Capítulo 6

6

Estradas, Transporte Coletivo e Transportes Não Motorizados

Capítulo 4

7

Aviação, Ferrovias e Hidrovias

Capítulo 4

8

Energia, Água Potável e Águas Residuais

Capítulo 5

9

Águas Pluviais, e Resíduos Sólidos e Perigosos

Capítulo 5

10

Visão Sistêmica da Infraestrutura

Capítulo 7

11

Processo de Análise

Capítulo 9

12

Aplicações da Análise (Selecionar duas subdisciplinas)

Capítulo 9

13

Processo de Projeto

Capítulo 10

14

Aplicações de Projeto (Selecionar duas subdisciplinas)

Capítulo 10

15

Ética e Sustentabilidade

Capítulos 13 & 17

Disciplina de Introdução à Engenharia Civil e Ambiental de Dois Créditos Semana

Tópico

Leituras

1

Introdução à Disciplina e à Infraestrutura

Prólogo & Capítulo 1

2

Meio Ambiente

Capítulo 2

3

Infraestrutura Estrutural

Capítulo 3

4

Infraestrutura de Transportes

Capítulo 4

5

Infraestrutura Ambiental

Capítulo 5

6

Canteiros de Obras

Capítulo 6

7

Visão Sistêmica da Infraestrutura

Capítulo 7

8

História, Herança e Futuro

Capítulo 8

9

Processo de Análise e Aplicações

Capítulo 9

10

Aplicações da Análise e Processo de Projeto

Capítulos 9 & 10

11

Aplicações de Projeto

Capítulo 10

12

Planejamento

Capítulo 11

13

Sustentabilidade e Considerações sobre Meio Ambiente

Capítulos 13 & 15

14

Considerações Sociais

Capítulo 16

15

Ética

Capítulo 17

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Prefácio

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Semana

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Semana

Tópico

Leituras

1

Introdução à Disciplina e à Infraestrutura

Prólogo & Capítulo 1

2

Meio Ambiente e Infraestrutura Ambiental

Capítulos 2 & 5

3

Infraestrutura Estrutural e Construção

Capítulos 3 & 6

4

Infraestrutura de Transportes

Capítulo 4

5

História, Herança e Futuro; Sistemas

Capítulos 7 & 8

6

Fundamentos de Análise da Infraestrutura

Capítulo 9

7

Fundamentos de Projeto da Infraestrutura

Capítulo 10

8

Planejamento e Energia

Capítulos 11 & 12

9

Sustentabilidade

Capítulo 13

10

Considerações sobre Meio Ambiente

Capítulo 14

11

Considerações sobre Economia

Capítulo 15

12

Ética; Outras Considerações

Capítulos 17 & 19

13

Segurança da Infraestrutura

Capítulo 18

14

Análise Avançada da Infraestrutura

Capítulo 20

15

Projeto Avançado da Infraestrutura

Capítulo 21

Disciplina de Projeto de Três Créditos – Texto Suplementar Semana

Tópico

Leituras

1

Introdução à Disciplina

Prólogo & Capítulo 1

2

Introdução à Infraestrutura

Capítulos 3 & 6

3

Infraestrutura Estrutural e Construção

Capítulo 4

4

Infraestrutura de Transportes

Capítulo 5

5

Infraestrutura Ambiental

Capítulo 7

6

Infraestrutura como um Sistema

Capítulo 11

7

Planejamento

Capítulo 13

8

Considerações sobre Sustentabilidade

Capítulo 14

9

Considerações sobre Economia

Capítulo 15

10

Considerações sobre Meio Ambiente

Capítulo 16

11

Considerações Sociais

Capítulo 17

12

Ética

13

Considerações sobre Segurança

Capítulo 18

14

Outras Considerações

Capítulo 19

15

Livre

Prefácio

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Disciplina de Introdução à Infraestrutura de Três Créditos

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Mike e Philip se encontraram e rapidamente se tornaram amigos na Clarkson University em 1994. Desde 1998 eles têm ministrado disciplinas e trocado ideias na University of Wisconsin‑Platteville. Foram atraídos para essa Universidade, e ali permaneceram devido a seu foco no ensino de graduação e à dedicação de seus colegas. O Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da UW‑Platte‑ ville oferece cursos de graduação em ambas as especialidades, com uma sobre‑ posição substancial entre os currículos. Alunos e professores de ambos os pro‑ gramas interagem diariamente, e na verdade é frequentemente difícil distinguir entre os alunos dos dois programas. Ambos se baseiam fortemente na prática, com foco na engenharia consultiva. Os autores, e a maior parte dos professores do departamento, são Engenheiros Credenciados. Embora Mike e Philip sejam ativos em pesquisas e consultorias, sua principal motivação vem de sua intera‑ ção diária com os alunos. Eles tiveram inúmeras discussões sobre como os alu‑ nos aprendem, sobre como aperfeiçoar o ensino, e sobre o que os alunos devem aprender. Em 2001, Mike começou a trabalhar com a Seção de Wisconsin da Sociedade Americana de Engenheiros Civis (ASCE), sendo coautor da primeira versão do Relatório de Infraestrutura de Wisconsin. Esse projeto realmente abriu seus olhos para a vastidão, complexidade e importância da infraestrutura. Logo de‑ pois, foi desenvolvido um primeiro esboço para uma disciplina de Introdução à Infraestrutura. A participação na Cúpula de Soluções em Infraestrutura realizada pela ASCE e a visualização do estrago causado pelo Furacão Katrina foram uma fonte de inspiração ainda maior. O trabalho na Comissão de Águas e Esgotos permitiu uma experiência em primeira mão devido aos diversos desafios de in‑ fraestrutura que são normalmente enfrentados em todo o país. Poucos anos de‑ pois, o Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da UW‑Platteville rece‑ beu um financiamento da National Science Foundation para desenvolver uma disciplina introdutória à infraestrutura. Os professores do departamento e al‑ guns engenheiros desenvolveram uma ementa para a disciplina, que serve em grande parte como índice para este livro. Como resultado desses esforços, uma disciplina de Introdução à Infraestru‑ tura é oferecida atualmente. As ofertas iniciais desse curso têm recebido elogios. Um aluno do segundo ano que completou o curso disse a Philip: “Para ser ho‑ nesto, antes de realizar este curso eu realmente não tinha ideia do que era a engenharia civil.” Outro aluno, capturado no que ele chamou de “marcha da morte” referindo‑se às disciplinas básicas de cálculo, física e engenharia, disse após completar o curso: “No início deste semestre, eu estava planejando largar a engenharia civil e obter um diploma em gestão da construção. Mas, após con‑ cluir esse curso, eu estou motivado a continuar na engenharia civil.” Tais comen‑ tários são especialmente gratificantes, uma vez que coincidem com as previsões dos autores sobre o potencial impacto da disciplina. Philip e Mike possuem estilos de ensino distintos, porém ao mesmo tempo semelhantes, ambos focando na compreensão do aluno e em sua participação. O dois são frustrados com a educação em engenharia tradicional que foca na forma de projetar os componentes em vez da compreensão de como os com‑ ponentes se encaixam em um sistema, ou, talvez mais importante, o porquê de o componente ser necessário. Ao longo dos anos, suas disciplinas têm cada vez mais incorporado conteúdos não técnicos incluindo economia, percepção pú‑ blica, gestão de riscos, e política. Essa mudança não se baseia unicamente em suas preferências pessoais; em vez disso, os empregadores dos graduados pela UW‑Platteville, com quem eles se comunicam continuamente, têm indicado que a consciência dos alunos para os aspectos não técnicos da infraestrutura nunca foi tão importante.

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Sob re os Auto r es

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• Os alunos gostam de aprender sobre as realidades não técnicas da engenharia

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Philip e Mike são apaixonados pelo magistério, bem como em avaliar o que os alunos realmente aprendem. Algumas lições aprendidas sobre o ensino incluem:

• Muitos alunos não têm experiência para visualizar como todas as peças se encaixam • Ajudar os alunos a desenvolver uma perspectiva mais ampla favorece um aprendizado profundo em vez da memorização

• Os estudantes respondem favoravelmente a aplicações práticas da disciplina • Só porque os alunos estão buscando um diploma em engenharia civil ou ambiental, isso não implica que eles compreendam, ou mesmo que estejam cientes, da infraestrutura civil que os ajuda em suas vidas • A repetição é a chave para o aumento da aprendizagem dos alunos

• A verdadeira medida do sucesso é o conhecimento que os estudantes retêm após completar uma disciplina.

Philip e Mike destilaram sua compreensão e paixão pela infraestrutura em um formato que introduzirá os estudantes aos campos da engenharia civil e am‑ biental. Como resultado da leitura deste livro, eles esperam que os alunos se tor‑ nem muito mais atentos para a infraestrutura que os rodeia, mais sensíveis à sua complexidade, mais compreensivos quanto à sua importância para a nossa segu‑ rança econômica e nacional, e mais motivados em prosseguir com seus estudos em engenharia civil e ambiental.

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Sobre os Autores

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Clarkson University

Michigan Technological University Ph.D. em Engenharia Ambiental

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Introdução à Infraestrutura: Uma Introdução à Engenharia Civil e Ambiental

University of WisconsinPlatteville

Clarkson University Pesquisador de Pós-Doutorado e Professor

Jervis B. Webb Co. Projetava sistemas de transportes, mas então “descobriu” a engenharia ambiental

Michigan

University of Michigan Bacharel em Engenharia Industrial e de Operações Mestre em Engenharia Ambiental

Niles High School

Ambos entraram na engenharia porque eram “bons em matemática e física”, mas não sabiam o que um engenheiro realmente fazia...

Massena Central High School

Bacharel em Engenharia Civil Mestre em Engenharia Ambiental Ph.D. em Engenharia Ambiental

Nova York


1  Introdução à Infraestrutura e às Carreiras em Engenharia Civil e Ambiental 1 O Ambiente Natural 18 2   3   Infraestrutura Estrutural 37 Infraestrutura de Transportes 53 4   5  Infraestrutura Ambiental e Energética 74 6  Canteiros de Obras  97 7  Sistemas de Infraestrutura  113 8  História, Herança e Futuro  129 Fundamentos da Análise 148 9   10 Fundamentos de Projeto  170 11 Considerações sobre Planejamento 197

12 Considerações sobre Energia 

220

13 Considerações sobre Sustentabilidade 237

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Sumário Geral

14 Considerações sobre Economia  258 15 Considerações sobre o Meio Ambiente  273 16  Considerações Sociais 289 17  Considerações Éticas 302 18 Considerações sobre Segurança Patrimonial 316

19 Outras (Mas Não Menos Importantes) Considerações 331 20 Análise II  353 Projeto II 369 21 

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Águas Subterrâneas  31

1 Introdução à Infraestrutura e às Carreiras em Engenharia Civil e Ambiental 1

Atmosfera 32

Introdução 1

3  Infraestrutura Estrutural 37

O Predomínio da Infraestrutura  3 Sistemas de Infraestrutura  4 Financiamento da Infraestrutura  5 Sustentabilidade 7 As Profissões da Engenharia Civil e Ambiental 8

Mudanças Climáticas  32

Prelúdio para os Capítulos 3 a 5  37 Introdução 38 Fundações 39 Arranha‑Céus 40 Escolas (Grau: D, no ASCE 2009)  40

Construção 9

Pontes (Grau: C, no ASCE 2009)  41

Meio Ambiente  9

Barragens (Grau: D, no ASCE 2009)  45

Geotecnia 9

Diques e Represas (Grau: D2, no ASCE 2009) 47

Estruturas 10 Transportes 10 Recursos Hídricos  10

Muros de Contenção  49

4  Infraestrutura de Transportes 53

Integração com Outras Profissões  11

Introdução 53

Integração com o Público  12

Estradas (Grau: D–, no ASCE 2009)   54

Questões Profissionais  12

Interseções e Intercâmbios  57

Licenciamento 12

Estacionamento 59

Pós‑Graduação 13

Alívio dos Congestionamentos de Trânsito 60

Aprendizagem Vitalícia  13 Trabalho em Equipe e Liderança  14

Transporte Coletivo (Grau: D, no ASCE 2009)  60

O Futuro da Engenharia Civil e Ambiental  15

Transporte Não Motorizado  65

Oportunidades de Emprego  15

Aviação (Grau: D, no ASCE 2009)  65

Sobre Este Livro  16

Hidrovias (Grau: D2, no ASCE 2009)  66

2  O Ambiente Natural 18

Portos 67

Introdução 18

Eclusas 68

O Ciclo Hidrológico e o Balanço Hídrico  19

Túneis 69

Bacias Hidrográficas  22

Ferrovias (Grau: C2, no ASCE 2009)  70

Rios 24 Hábitat/Espécies Nativas  25

5 Infraestrutura Ambiental e Energética 74

Zonas Úmidas  26

Introdução 74

Formações Geológicas  27

Energia (Grau: D1, no ASCE 2009)  75

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Sumário

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Equipamentos 98

Transporte de Energia  75

Trailers e Contêineres  98

Geração de Energia  75

Guindastes 99

Distribuição 77

Escavadeiras 99

Água Potável (Grau: D2, no ASCE 2009)  77

Tratores de Esteira  100

Fontes e Demanda  78

Pás Carregadeiras  100

Armazenamento 78

Minicarregadeiras 100

Transporte 78

Caminhões Basculantes  101

Tratamento 79

Niveladores 102

Distribuição 80

Plataformas Elevatórias  102

Águas Residuais (Grau: D2, no ASCE 2009)  80

Equipamentos de Explosão  103

Fontes 81

Bate‑Estacas 104

Transporte 82

Rebaixamento do Lençol Freático  104

Tratamento 83

Caminhões Betoneira  105

Descarga 85

Bombeamento de Concreto  105

Águas Pluviais  85 Coleta e Transporte  85

Formas de Concreto  106 Escoramento 106

Bueiros 86

Redes de Infraestrutura  107

Armazenamento 86

Controle da Erosão  108

Tratamento 88 Parques e Recreação (Grau: C2, no ASCE 2009)  89 Resíduos Sólidos (Grau: C1, no ASCE 2009)  91 Coleta 91 Transporte 91 Reciclagem e Reúso  92 Compostagem 92 Aterros Sanitários  93 Incineradores 94 Resíduos Perigosos (Grau: D, no ASCE 2009)  94 Superfundo 95 Brownfields 95

7 Sistemas de Infraestrutura  113 Introdução 113 Visão Global dos Sistemas  116 Componentes de Infraestrutura como Sistemas 119 Sistemas Intrassetoriais  120 Sistemas Intersetoriais  120 O Sistema “Macro”  124

8 História, Herança e Futuro  129 Introdução 129 Temas 132 Transporte 132 Estradas 132

6 Canteiros de Obras  97

Canais 135

Introdução 97

Pontes 136

Segurança 98 Instalações Provisórias  98 xxiv

Sobre os Autores Sumário

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Distribuição e Tratamento de Água  139 Distribuição de Água  139

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Fontes de Energia  75

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Transporte e Tratamento de Águas Residuais 141 Transporte de Águas Residuais  141 Tratamento de Águas Residuais  142 E Havia Mais...  142 O Futuro  142

Documentando o Projeto  177 Implementação da Solução  177 Fatores de Projeto  178 Restrições de Projeto  178 Regulamentos 178 Normas 179 Coeficientes de Segurança  179

9  Fundamentos da Análise 148

Risco Aceitável  180

Introdução 148

Vida Útil de Projeto  180

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Tratamento de Água  140

A Natureza da Análise  150

Estudo de Caso: Reversão do Rio Chicago  181

O Processo de Análise  150

Aplicações de Projetos  182

Estudo de Caso: A Criação do Método Racional   156

Aplicação de Projetos na Engenharia de Construção Civil – Corte e Aterro  183

Aplicações da Análise  157

Aplicação de Projetos na Engenharia Ambiental – Sistemas Sépticos  184

Aplicação da Análise na Engenharia de Construção Civil – Gráfico de Gantt  157 Aplicação da Análise na Engenharia de Recursos Hídricos/Ambientais – Canais Abertos 159 Aplicação da Análise na Engenharia Geotécnica – Análise da Granulometria do Solo 161 Aplicação da Análise na Engenharia Urbana – Escoamento de Águas Pluviais  163 Aplicação da Análise na Engenharia Estrutural – Tração e Compressão Em Vigas 164 Aplicação da Análise na Engenharia de Transportes – Análise de Pavimentação 166

10 Fundamentos de Projeto  170 Introdução 170 O Processo de Projeto  171

Aplicação de Projetos na Engenharia Geotécnica – Baldrames  188

Aplicação de Projetos na Engenharia Urbana – Desenvolvimento de Áreas  191 Aplicação de Projetos na Engenharia Estrutural – Pontes  192 Aplicação de Projetos na Engenharia de Transportes – Distribuição de Bocas de Lobo  193

11 Considerações sobre Planejamento 197 Introdução 197 A Necessidade de Planejamento  199 Planejamento da Infraestrutura  203 Planejamento de Transportes  206 Planejamento Urbano  208 Planejamento Regional  212

Identificação do Problema (Necessidade) 172

Planejamento de Emergências  213

Coleta de Informações  173

Projeções Populacionais  215

Desenvolvimento de Projetos Alternativos 174

12 Considerações sobre Energia 

Avaliação dos Projetos  174

Introdução 220

Seleção do Melhor Projeto  176

Conhecimento Básico  221

220

Sobre osSumário Autores

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Fontes de Energia  226 Impactos Ambientais  227 Energia como uma Consideração de Infraestrutura 230 Utilização da Energia no Setor de Transportes 231 Edificações 232 Tratamento de Esgotos  233 Aterros Sanitários  234

Tratamento de Águas Residuais  279 Rodovias 280 Barragens 281 Os Bons (Maus?) Velhos Tempos  281 Normas Ambientais  283 Complexidade Ambiental  284

16  Considerações Sociais 289 Introdução 289 Acolhendo o Desafio  292 Avaliação do Impacto Social  292

13 Considerações sobre Sustentabilidade 237

Deslocamentos 293

Introdução 237

Saúde 296

As Necessidades do Mundo  240

Justiça Ambiental  298

A Demanda por Recursos  244

17  Considerações Éticas 302

Medidas da Sustentabilidade  248 O Papel dos Engenheiros Civis e Ambientais na Promoção da Sustentabilidade  249

União da Vizinhança  294

Introdução 302 Ética e Engenharia  303

Projeto Sustentável  250

Códigos de Ética  304

Edifícios Verdes  250

Quadro de Tomadas de Decisões Éticas  307

Urbanização Sustentável  253

Estudo de Caso  308

Reúso de Água  254

Corrupção 310

14 Considerações sobre Economia  258 Introdução 258

18 Considerações sobre Segurança Patrimonial 316

A Relação entre a Infraestrutura e a Economia  260

Introdução 316

Fontes de Financiamento  261

Impactos Econômicos e Segurança da Infraestrutura 318

Financiamento de Projetos Municipais  261 Financiamento de Projetos Estaduais e Federais 264 Considerações sobre Economia de Projetos   266

15 Considerações sobre o Meio Ambiente  273 Introdução 273 Proteção Ambiental  274 Impactos Ambientais  279

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Tendências Energéticas e Previsão da Demanda 222

Infraestrutura Crítica  320 Projetando para a Falha  321 Segurança da Água  322 Segurança Energética  324 Segurança dos Transportes  325 Considerações sobre Riscos  327

19 Outras (Mas Não Menos Importantes) Considerações 331

Urbanização 279

Introdução 332

Demolição 279

Considerações sobre Segurança Pessoal  332

Sobre os Autores Sumário

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Engenharia Ambiental: Poluição do Ar  355

Proteção dos Trabalhadores de Operação e Manutenção 333

Engenharia Geotécnica: Represas do Katrina  358

Proteção dos Trabalhadores da Construção 334

Engenharia Estrutural: Deformação de Vigas 360

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Proteção da Sociedade  332

Considerações sobre Manutenção  337

Engenharia de Transportes: Estudo de Impacto nos Transportes  364

Considerações sobre Construtibilidade  338

21  Projeto II 369

Considerações sobre Estética  342 Considerações sobre Política  343 Considerações Legais  347 Delitos 348

Introdução 369 Engenharia de Construção: Dosagem do Concreto e Execução de Formas  370

Contratos 349

Engenharia Ambiental: Tratamento Primário de Esgotos 374

Lei de Propriedade  350

Engenharia Geotécnica: Represas  378

20 Análise II 

353

Introdução 353 Engenharia de Construção: Método do Caminho Crítico  354

Engenharia Estrutural: Projeto de Elementos Estruturais 381 Engenharia de Transportes: Curvas Horizontais  383 Índice 390

Sobre osSumário Autores

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Este livro conta com os seguintes materiais suplementares: n 

  Ilustrações da obra em formato de apresentação (restrito a docentes);

n 

  Solutions Manual: Manual de soluções em (.pdf), em inglês (restrito a docentes);

n 

  Conteúdo de apoio ao livro‑texto em inglês (acesso livre).

O acesso ao material suplementar é gratuito. Basta que o leitor se ca‑ dastre em nosso site (www.grupogen.com.br), faça seu login e clique em Ambiente de Aprendizagem no menu superior do lado direito. É rápido e fácil. Caso haja alguma mudança no sistema ou dificuldade de acesso, entre em contato conosco (sac@grupogen.com.br).

GEN-IO (GEN | Informação Online) é o repositório de materiais suplementares e de serviços relacionados com livros publicados pelo GEN | Grupo Editorial Nacional, maior conglomerado brasileiro de editoras do ramo científico-técnico-profissional, composto por Guanabara Koogan, Santos, Roca, AC Farmacêutica, Forense, Método, Atlas, LTC, E.P.U. e Forense Universitária. Os materiais suplementares ficam disponíveis para acesso durante a vigência das edições atuais dos livros a que eles correspondem.

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Material Suplementar

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capítulo Um  Introdução à Infraestrutura e às Carreiras em Engenharia Civil e Ambiental Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

Depois de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Estudo de Caso Introdutório: O Colapso da Ponte I‑35W

1. Definir infraestrutura e explicar como ela afeta quase todos os aspectos da sua vida. 2. Descrever a “crise de infraestrutura”. 3. Descrever o papel dos engenheiros civis e ambientais na gestão e nos projetos de infraestrutura. 4. Descrever o papel de cada uma das subdisciplinas da engenharia civil. 5. Discutir questões profissionais na medida em que elas se relacionam com o sucesso da sua futura carreira.

O Predomínio da Infraestrutura Sistemas de Infraestrutura Financiamento da Infraestrutura Sustentabilidade As Profissões da Engenharia Civil e Ambiental Integração com Outras Profissões Integração com o Público Questões Profissionais O Futuro da Engenharia Civil e Ambiental Oportunidades de Emprego Sobre Este Livro Conclusão

Introdução

Infraestrutura é definida por Merriam Webster como o alicerce funda‑ mental ou a estrutura básica de um sistema ou organização. No que se refere ao trabalho de engenheiros civis e ambientais, a infraestrutura é o sistema de obras públicas de um país, estado, região ou município. Os principais setores de infraestrutura (denominados ambiente construído) são fornecidos na lista seguinte, com os nove primeiros se‑ tores abrangendo a infraestrutura civil:

1. Sistemas de transporte (estradas, rodovias, ferrovias, pontes, túneis, canais, comportas, portos, aeroportos, transporte coletivo e hidrovias) 2. Estruturas (incluindo edificações, pontes, barragens e diques)

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O termo “obras públicas” é comumente utilizado; entretanto, como será discutido ao longo deste livro, os componentes e sistemas de infraestrutura já não são unicamente de propriedade pública. O investimento, a operação, e a posse da infraestrutura pelo setor privado estão aumentando. O fornecimento de energia elétrica nos Estados Unidos tem sido realizado por uma mistura de companhias de propriedade privada e de propriedade pública. Atualmente, muitos setores de nossa infraestrutura que eram tradicionalmente públicos agora incluem a propriedade privada (por exemplo, o pedágio da Estrada Dulles Greenway, mais de 15 por cento das instalações de tratamento de água americanas, e aproximadamente 50 por cento dos aterros sanitários dos Estados Unidos).

3. Sistemas de abastecimento e tratamento de água 4. Sistemas de tratamento e condução de águas residuais 5. Sistemas de gestão de resíduos sólidos (coleta, reutilização, reciclagem e dis‑ posição de resíduos) 6. Sistemas de gestão de resíduos perigosos 7. Sistemas de gestão de águas pluviais 8. Parques, escolas, e outras instalações governamentais 9. Sistemas de energia (produção de energia, transmissão e distribuição) 10. Sistemas de comunicação (telefone, computador etc.)

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Obras “Públicas” de Propriedade Privada

Este livro irá se concentrar nos nove primeiros setores listados acima. Em‑ bora os engenheiros civis e ambientais estejam potencialmente envolvidos com os sistemas de comunicação (e muitos certamente dependem destes), seu pro‑ jeto e manutenção são em grande parte realizados por engenheiros eletricistas e técnicos. Além disso, os engenheiros civis e ambientais também estão envol‑ vidos com o trabalho no setor privado. O projeto, a manutenção e a análise da infraestrutura privada são muito similares aos da infraestrutura pública; por exemplo, o projeto de um estacionamento para um grande centro de vendas a varejo é semelhante, em muitos aspectos, ao projeto de um estacionamento para um tribunal. O ambiente natural suporta todas as formas de vida e todos os aspectos do nosso ambiente construído. A saúde humana, as oportunidades de diversão, a estética, a biodiversidade e a sustentabilidade dependem de solo, ar e água lim‑ pos, bem como de ecossistemas funcionando corretamente. Utilizamos e altera‑ mos o ambiente natural para o desenvolvimento, assim como para o transporte e outros usos. Igualmente, as matérias‑primas utilizadas para edificar o ambiente construído se originam do ambiente natural.

Estudo de Caso Introdutório: O Colapso da Ponte I‑35W

Em primeiro de agosto de 2007, a Ponte I‑35W sobre o Rio Mississippi, em Minneapo‑ lis, Minnesota, desmoronou durante a hora do rush (Figura 1.1). Essa tragédia resultou em 13 mortes e 145 pessoas feridas. A ponte, que transportava 140.000 veículos por dia, foi substituída e aberta para uso em apenas 13 meses após o seu colapso, um espaço de tempo extraordinariamente curto para um projeto dessa magnitude. Os acontecimentos que antecederam e que se seguiram ao colapso destacam muitos aspectos da engenharia de infraestrutura e gestão: projeto, análise, manutenção, fiscali‑ zação, resposta de emergência, roteamento de tráfego (imediatamente após o colapso e durante a reconstrução), planejamento, e construção, todos serão discutidos neste livro. A falha desse único componente de infraestrutura gerou um enorme impacto sobre os sis‑ temas de infraestrutura regionais (por exemplo, os transportes rodoviário, ferroviário e fluvial). O Departamento de Transportes de Minnesota estimou que o colapso da ponte produziu um impacto de $60 milhões na economia. O colapso foi manchete nacional e logo veio a simbolizar o mau estado da infra‑ estrutura nacional. Isso ajudou a impulsionar novos investimentos para a inspeção e manutenção de pontes, o que é irônico, dado que o colapso da ponte não foi devido principalmente à manutenção ou inspeção insuficientes. Em vez disso, o colapso foi de‑ vido a uma falha de projeto, conforme determinado pela National Transportation Safety ­Board (NTSB). A NTSB também citou o fato de que a ponte tornou‑se mais pesada com op ­ assar do tempo devido a modificações, e esse peso adicional, em conjunto com as cargas concentradas dos materiais de construção, contribuiu para o colapso.

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Capítulo 1 Introdução à Infraestrutura e às Carreiras em Engenharia Civil e Ambiental

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Fonte: Guarda Costeira dos Estados Unidos/K. Rofidal.

O Predomínio da Infraestrutura Considere passar um longo período de tempo sem acesso a nenhum dos prin‑ cipais sistemas de infraestrutura. A menos que você tenha sobrevivido a uma falha de infraestrutura catastrófica ou passado algum tempo em uma nação subdesenvolvida, você pode não apreciar o quão vital a infraestrutura é para a qualidade de vida. Em um nível significativamente menor, todos nós já tivemos que lidar com o inconveniente relacionado com a perda temporária de serviços fornecidos pela infraestrutura (por exemplo, um desvio devido a um recapea‑ mento da estrada ou uma falta de água causada por um trabalho subterrâneo próximo). A infraestrutura afeta quase todos os aspectos da nossa vida diária. O desper‑ tador que te acorda pela manhã faz isso, graças a uma rede de energia que for‑ nece eletricidade para a sua casa ou apartamento. O chuveiro que fornece água pressurizada é possível, graças a uma rede subterrânea de tubos de distribuição e válvulas, tanques de armazenamento de água, e bombas. O fato de essa água, juntamente com a água das torneiras do seu banheiro ou cozinha, ser própria para uso e para beber é devido a um tratamento que ocorreu em uma instalação de tratamento de água.* Quando você aciona a descarga de um vaso sanitário, os resíduos são convenientemente conduzidos por uma série de tubos para uma instalação de tratamento de águas residuais onde são tratados extensivamente antes de serem lançados no meio ambiente. O fato de, por uma questão de cen‑ tavos, o seu café da manhã ser composto por uma banana da América do Sul e por uma fatia de pão feito a partir de um trigo, que talvez tenha sido cultivado a centenas de quilômetros de distância, é possível, graças a uma ampla rede de transportes com rodovias, ferrovias e hidrovias. A sua viagem para a aula, seja a pé em uma calçada, de bicicleta em uma ciclovia, por transporte coletivo através de um ônibus ou metrô, ou em um veículo nas estradas, é possível por causa da infraestrutura. A sociedade moderna depende da infraestrutura. O desenvolvimento resi‑ dencial comercial, e industrial pode ser encorajado ou desencorajado por um município através da disponibilidade de infraestrutura (por exemplo, estradas e abastecimento de água). O dramático crescimento da população do árido su‑ doeste dos Estados Unidos foi em grande parte viabilizado por grandes projetos de abastecimento de água (por exemplo, a transposição do Rio Colorado) para transportar água por centenas de quilômetros das fontes para os usuários. O Projeto de Transposição de Água do Sul ao Norte da China, a ser concluído em 2050 a um custo de mais de $60 bilhões, desviará 45 bilhões de m³ de águas de rio

Greves Trabalhistas

O povo, por vezes, aprende da “forma mais difícil” o quão importante é uma infraestrutura funcional para a sua qualidade de vida. Greves de trabalhadores sindicalizados podem levar os setores de infraestrutura a uma paralisação. Exemplos recentes incluem greves de trabalhadores no sistema de metrô de Londres e de garis em Seattle, Washington. Em 2009, em Toronto, os garis da cidade entraram em greve por mais de um mês causando um “pesadelo” dos resíduos sólidos. Outros serviços também foram afetados incluindo a fiscalização, a conservação de parques e jardins, e programas de recreação.

*Nos Estados Unidos, toda a água fornecida pelo sistema de abastecimento de água é pró‑ pria para o consumo, não necessitando de filtragem adicional. (N.T.)

O Predomínio da Infraestrutura

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Figura 1.1  A Consequência do Colapso da Ponte I‑35W em 2007.

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Produto Interno Bruto, ou PIB, é o valor da soma dos bens e serviços produzidos por um país. O PIB per capita é o PIB dividido pela população. Ao longo deste livro, com frequência iremos nos referir aos dólares ajustados pela inflação porque o poder de compra de um dólar varia com o tempo. Através do ajuste dos valores de diferentes períodos de tempo de forma a levar em conta a inflação, eles podem ser comparados diretamente.

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por ano para o árido norte, para uso doméstico, industrial e agrícola. Essa água permitirá que novos desenvolvimentos ocorram longe de áreas atualmente su‑ perpopulosas. Esses grandes projetos potencialmente oferecem crescimento eco‑ nômico, mas também podem causar impactos sociais e ambientais significativos, como será discutido nos capítulos seguintes. A maior parte da infraestrutura que utilizamos é invisível ao público, por es‑ tar enterrada abaixo do solo, ou é virtualmente invisível, já que estamos tão acos‑ tumados a vê‑la todos os dias. Tem sido dito que “nossa infraestrutura é como nosso estômago, quando funciona apropriadamente, nós nem sequer percebemos que está lá”. Isso é em grande parte verdadeiro, uma vez que a sociedade com frequência considera a infraestrutura como garantida. Infelizmente, isso quase sempre conduz a negligências. Por exemplo, as pessoas supõem que as pontes que elas atravessam diariamente suportarão as cargas de tráfego, e que água potável e abundante será fornecida na torneira de seus banheiros. A sociedade também tende a presumir que a ponte e a torneira continuarão a atender às suas necessi‑ dades indefinidamente, com o mínimo de cuidado e atenção. E, dia após dia, esse é realmente o caso. Entretanto, os componentes e os sistemas de infraestrutura falham, algumas vezes com consequências catastróficas e sempre com efeitos de longo alcance. Falhas podem ocorrer por diversas razões, tais como: • projeto inadequado (como no caso do colapso da Ponte I‑35W) • construção imprópria • falta de manutenção • mudanças inesperadas ao longo do tempo em fatores que afetam o desempenho • complicações causadas por outro componente dentro do sistema • desastres naturais • acidentes • terrorismo, vandalismo e guerras Dewitt Greer, um ex‑comissário da rodovia do Texas, disse: “Nós não temos grandes rodovias porque somos uma grande nação. Nós somos uma grande na‑ ção porque temos grandes rodovias.” Larry Roth, um ex‑vice‑diretor executivo da American Society of Civil Engineers (ASCE),* habilmente sugeriu que substi‑ tuíssemos o termo “rodovias” por “infraestrutura” nesta citação. A razão para uma afirmação tão ousada será explicada de diferentes formas neste livro, mas considere brevemente o efeito da infraestrutura na saúde pú‑ blica e na prosperidade da nação. Grandes melhorias na saúde pública (a expec‑ tativa de vida aumentou, de menos de 50 anos, para aproximadamente 80 anos desde 1900, um crescimento de 60 por cento) e na prosperidade (o produto in‑ terno bruto per capita aumentou de aproximadamente $5000 para $45.000 em dólares ajustados pela inflação desde 1900, um crescimento de 800 por cento) podem ser diretamente ligadas a nossa infraestrutura. A continuidade da prosperidade requer investimentos em infraestrutura não só para atender às demandas crescentes de uma população em expansão, mas também para manter e substituir nossa infraestrutura existente. O aumento da prosperidade exige investimentos adicionais acima e além desse nível.

Sistemas de Infraestrutura

Os componentes de infraestrutura são partes integrantes dos sistemas de infraes‑ trutura. Uma linha ferroviária é parte do sistema ferroviário, o qual, por sua vez, é parte do maior e mais complexo sistema de transportes. Uma linha de trem indivi‑ dual pode atender às necessidades do sistema ferroviário transportando pessoas ou produtos do ponto A para o ponto B. Entretanto, se uma interface com outro sistema, tal como um cruzamento de estradas em nível (ou seja, não elevada), não é projetada adequadamente, pode‑se ter como resultado o congestionamento do tráfego, e o sistema rodoviário pode falhar em atingir seus objetivos. *A ASCE, American Society of Civil Engineers – Associação Americana de Engenheiros ­Civis – foi fundada em 1852 e representa mais de 145.000 profissionais. (N.T.)

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Capítulo 1 Introdução à Infraestrutura e às Carreiras em Engenharia Civil e Ambiental

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Crescente Urbanização os moradores de áreas rurais “migram para as cidades” em bus‑ ca de empregos, criando uma enorme demanda por infraestru‑ tura que muitas vezes ultrapassa o seu desenvolvimento e fre‑ quentemente leva a sérios problemas sociais e de saúde pública. Por exemplo, 29 por cento da Índia é urbanizada atualmente, mas, até 2050, espera‑se que este número cresça para 55 por cen‑ to, correspondendo a 900 milhões de pessoas. Em comparação, o Brasil é atualmente 86 por cento urbanizado. As tendências para os 50 países menos desenvolvidos do mundo são apresen‑ tadas na Figura 1.2.

Figura 1.2  Tendências da Urbanização para os Países Menos Desenvolvidos.

1000 População rural População urbana

Fonte de dados: Departamento de Assuntos Econômicos e Sociais das Nações Unidas, 2009.

População (milhões)

750

500

250

0 1950

1970

1990

2010

2030

2050

Ano

Em grande escala, o conceito de sistemas é bem representado pelo extenso planejamento e investimento necessários para uma cidade sede dos Jogos Olím‑ picos. Em 2008, os Jogos Olímpicos de Verão foram sediados por Beijing, China, que recebeu grande cobertura da imprensa internacional a respeito dos desa‑ fios enfrentados na preparação para os eventos. Toda a infraestrutura, com os sistemas e subsistemas de cada setor, teve que ser avaliada para atender a um súbito (e o mais importante, temporário) aumento na demanda. Hospedagem, alimentação, transporte, comunicações, segurança, disposição de resíduos, ener‑ gia, abastecimento de água e tratamento de águas residuais tiveram de ser ade‑ quados à demanda criada pelos atletas, delegações, imprensa e espectadores. Novas estruturas foram construídas para muitas dessas necessidades, conside‑ rando uma possível utilização após o término das Olimpíadas. De forma semelhante, grandes indústrias e bases militares também devem ser tratadas como sistemas. Essas são quase sempre desenvolvidas de maneira tal que são quase ou totalmente “autossuficientes”, com seus próprios sistemas de transporte, energia, tratamento de resíduos, abastecimento de água e segurança.

Financiamento da Infraestrutura Frequentemente ao longo deste livro iremos nos referir ao ASCE’s Report Card for America’s Infrastructure* (Boletim da ASCE para a Infraestrutura Americana), uma avaliação que é realizada periodicamente para informar ao público, enge‑ nheiros, legisladores, e outros tomadores de decisão, a respeito da condição da *Disponibilizaremos em nosso site o Boletim da ASCE para a Infraestrutura Americana mais recente do ano de 2013. (N.E.)

Financiamento da Infraestrutura

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A porcentagem de americanos vivendo em áreas urbanizadas com mais de 50.000 pessoas é cada vez maior; atualmente é de 83 por cento. Para efeitos de comparação, a porcentagem era de aproximadamente 40 por cento em 1900 e de 60 por cento em 1950. Mais de 50 por cento dos americanos vivem em grandes áreas metropolitanas com populações acima de 1 milhão. As‑ sim, a maioria desses americanos depende de sistemas de infra‑ estrutura complexos e interdependentes. Grandes aumentos das populações urbanas estão ocorrendo nos países desenvolvidos em todo o mundo, na medida em que

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Classes do Setor de Infraestrutura Setor

Classe

Aviação

D

Pontes

C

Barragens

D

Água potável

D2

Energia

D

Resíduos perigosos

D

Vias navegáveis internas

D

Diques

D2

Parques públicos e recreação

C2

Ferrovias

C2

Estradas

D2

Escolas

D

Resíduos sólidos

C1

Trânsito

D

Águas residuais

D2

Fonte: ASCE, 2009.

infraestrutura nacional norte‑americana. As classes de 2009 para os principais componentes da infraestrutura são fornecidas na Tabela 1.1. A categoria média para a infraestrutura dos Estados Unidos foi um D, e a ASCE estimou que o financiamento necessário ao longo dos próximos 5 anos é de $2,2 trilhões. Essa é a quantia necessária para aumentar o grau geral da infraestrutura para um nível “aceitável” (um grau “B”). Os $2,2 trilhões excedem em muito o $1 trilhão estimado pelo orçamento à época em que este livro foi produzido. Esse dé‑ ficit de financiamento irá, na melhor das hipóteses, fazer com que a infraestrutura funcione no seu nível atual. Na pior das hipóteses, o seu nível de desempenho cairá. Apesar dos baixos graus, os Estados Unidos possuem um dos melhores siste‑ mas de infraestrutura do mundo. O Fórum Econômico Mundial publica um Re‑ latório Global de Competitividade* que classifica a competitividade econômica de um país baseando‑se na qualidade dos sistemas jurídicos, sistemas de infra‑ estrutura, estabilidade econômica, ensino superior, saúde pública, tecnologia e instituições financeiras. Um resumo das 10 nações mais bem classificadas para cinco categorias de infraestrutura está apresentado na Tabela 1.2. Para referência, a classificação dos Estados Unidos em cada categoria também é fornecida. A Ale‑ manha obteve a maior classificação em infraestrutura geral, seguida por Hong Kong, França, Cingapura e Suíça. É importante notar que essas classificações são baseadas em pontuações retiradas de pesquisas com dezenas de executivos, não engenheiros. Possivelmente a classificação dos engenheiros seria similar, mas, pelo que sabemos, tal avaliação não foi concluída. Note que os Estados Unidos não se classificam entre os dez melhores em nenhuma categoria. As despesas do governo federal em infraestrutura estão ilustradas na Figura 1.3, tanto como dólares ajustados pela inflação, quanto como uma porcentagem das despesas totais. A “boa notícia” a partir desta figura é que as despesas ajus‑ tadas pela inflação aumentaram de forma constante. Entretanto, de acordo com a Figura 1.3, a quantia de gastos com infraestrutura, expressa como uma fração das despesas totais, tem se mantido relativamente estável pelos últimos 20 anos (aproximadamente 3 por cento), e é significativamente menor do que era nas dé‑ cadas de 1960 e 1970. As nações em rápido desenvolvimento, como a Índia e a China, estão investindo duas ou três vezes esta quantia como um percentual de despesas totais.

Tabela 1.2 Classificação dos Sistemas de Infraestrutura Mundiais, os 10 Melhores em Cada Categoria e a Classificação dos Estados Unidos

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Tabela 1.1

Posição

Rodoviário

Ferroviário

Portuário

Aéreo

Elétrico

1

Cingapura

Suíça

Cingapura

Cingapura

Dinamarca

2

França

Japão

Hong Kong

Hong Kong

Islândia

3

Hong Kong

Hong Kong

Holanda

Emirados Árabes Unidos

Hong Kong

4

Suíça

França

Finlândia

Alemanha

Finlândia

5

Alemanha

Alemanha

Alemanha

Suíça

França

6

Áustria

Finlândia

Bélgica

Dinamarca

Suíça

7

Emirados Árabes Unidos

Taiwan

Emirados Árabes Unidos

Holanda

Alemanha

8

Dinamarca

Coreia

Islândia

Finlândia

Suécia

9

Portugal

Cingapura

Dinamarca

França

Holanda

10

Omã

Holanda

França

Islândia

Áustria

Classificação dos Estados Unidos

11

17

13

20

17

Fonte de dados: Fórum Econômico Mundial, 2009.

*Disponibilizaremos em nosso site o Global Competitiveness Report do Fórum E ­ conômico­ Mundial mais recente: 2015‑2016. (N.E.)

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Capítulo 1 Introdução à Infraestrutura e às Carreiras em Engenharia Civil e Ambiental

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capítulo Oito  História, Herança e Futuro Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

Depois de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Estudo de Caso Introdutório: A Estrada Nacional

1. Listar os acontecimentos marcantes na evolução histórica das estradas, canais, pontes, distribuição de água, tratamento de água, transporte de águas residuais e tratamento de águas residuais. 2. Explicar como a tecnologia tem sido parte integrante do desenvolvimento histórico da infraestrutura. 3. Citar exemplos de conhecimentos que os engenheiros modernos podem adquirir através do estudo da história da infraestrutura.

Temas Transporte Distribuição e Tratamento de Água Transporte e Tratamento de Águas Residuais E Havia Mais...

Introdução

O Futuro

Na Pré‑História, não havia necessidade da infraestrutura, e nem habili‑ dade para construir uma. Não havia necessidade de transportar produ‑ tos porque não havia produtos para transportar. Antes da agricultura, não havia necessidade de construir sistemas de irrigação. Como não havia residências permanentes, não havia necessidade de controlar as inundações através da construção de diques e barragens. Tudo isso mudou há cerca de 10.000 anos, com a Revolução Neolí‑ tica (agrícola). As pessoas transitaram da caça para o cultivo de planta‑ ções e estabeleceram assentamentos. Como esses povos antigos come‑

Conclusão

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A história da roda é um pouco obscura, pois ela provavelmente foi “reinventada”. A roda foi utilizada na Europa por milhares de anos antes de ter sido empregada na Mesopotâmia, sem nenhuma conexão aparente entre as duas. Uma história semelhante pode ser contada sobre vários dos componentes de infraestrutura recentes, incluindo as estradas, o transporte de água, as barragens, etc. Avanços tecnológicos significativos foram realizados por algumas poucas pessoas talentosas em uma parte do mundo, mas, devido à falta de comunicação, os mesmos avanços tiveram que ser inventados de forma completamente separada em outras partes do mundo, talvez séculos mais tarde.

çaram a viver juntos em colônias, a necessidade de uma infraestrutura se t­ ornou aparente. Por exemplo, havia necessidade de defesa, tal como uma parede ou cerca rodeando o local. À medida que as safras cresciam, projetos de irrigação foram realizados. Conforme as colônias continuaram a crescer se tornando vilas e então cidades, as pessoas precisavam de uma forma de conseguir uma quanti‑ dade cada vez maior de água potável para o centro urbano; as nascentes ou cór‑ regos próximos que eram utilizados para o fornecimento de água para beber e para fins de higiene não forneciam mais água suficiente para abastecer a popu‑ lação, cada vez maior e mais densa. Além disso, a remoção de lixo se tornou ne‑ cessária de forma a reduzir o odor e o número de insetos. Algumas cidades anti‑ gas se tornaram tão avançadas que, em vez do despejo da matéria fecal humana em um fosso ou à beira da estrada para ser lavada pela próxima chuva, a infra‑ estrutura foi desenvolvida para transportar esses dejetos para longe. As estra‑ das foram construídas para deslocar tropas, transportar mercadorias e ­arrecadar tributos. Este capítulo destina‑se a trazer uma introdução muito breve da história e da herança do desenvolvimento da infraestrutura em todo o mundo. De ­maneira alguma tem a intenção de ser uma revisão abrangente. Os livros podem ser (e têm sido) escritos sobre a história dos diversos setores ou componentes da in‑ fraestrutura, tais como pontes e transporte de água. Mesmo a história de vários componentes associados ao transporte de água (por exemplo, bombas, hidran‑ tes, tubulações, aquedutos) deveria ser contada em volumes, e não em parágra‑ fos ou páginas. Esperamos que os poucos exemplos que selecionamos e a nossa breve visão geral possam ilustrar a necessidade por infraestrutura e ­ajudar você a entender melhor por que ela é tão importante para a sociedade.

Leitura Sugerida

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Reinventando a Roda

As seguintes publicações são recomendadas para uma leitura adicional sobre a história da engenharia civil e ambiental:

L. H. Berlow. The Reference Guide to Famous Engineering Landmarks of the World. Westport, CT: Grennwood, 1997.

E. Trantowski et al. A History of Public Works in Metropolitan ­Chicago, 2008. Kansas City, MO: American Public Works As‑ sociation, 2008.

D. L. Schodek. Landmarks in American Civil Engineering. Boston, MA: MIT Press, 1987.

Civil Engineering Magazine (Special issue: Celebrating the Grea‑ test Profession), 2002, Volume 72, Número 11. American So‑ ciety of Civil Engineers.

H. Petroski. Remaking the World: Adventures in Engineering. New York: Vintage, 1998. The Builders. Washington, DC: National Geographic Society, 1998.

Estudo de Caso Introdutório: A Estrada Nacional

Também conhecida como Estrada Cumberland, a Estrada Nacional demonstra a extraor­dinária capacidade de previsão das autoridades americanas. Uma das razões para a estrada (e a razão pela qual o Presidente Washington foi um grande defensor de outros meios de transporte, especificamente os canais) foi a unificação do país; ou seja, conectar os diversos Estados e ajudá‑los a trabalhar juntos, como uma nação. O plano era que a Estrada Nacional viajasse por 1600 quilômetros de Cumberland, Maryland (que já estava ligada a Baltimore por estrada), até St. Louis, Missouri. Sem tal estrada, a alternativa era a utilização de rios (que muitas vezes estavam intransitá‑ veis durante o inverno e durante as estações secas) e de trilhas esburacadas e tortuosas. A construção começou em 1811 e terminou em 1839, embora a estrada nunca tenha se estendido até St. Louis, como inicialmente previsto. O trajeto da estrada como era em 1839 está ilustrado na Figura 8.1. A maior parte da atual Rota 40 utiliza o alinhamento original, e a Interestadual 70, por sua vez, segue a Rota 40 bem de perto. As especificações da estrada incluíam uma faixa de domínio de 20 metros com uma ampla faixa de rodagem de 6 metros. Valas de drenagem foram projetadas em ambos os lados, com uma inclinação máxima de 8,75 por cento. A rota foi definida com base

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Capítulo 8 História, Herança e Futuro

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INDIANA

WEST VIRGINIA

or e Ba ltim

Pittsburgh

MARYLAND

Figura 8.1  A Estrada Nacional.

Figura 8.2  A Ponte Blaine Hill (em Primeiro Plano) na Estrada Nacional, Foi Construída em 1828 e Restaurada em 2005.  Uma ponte em arco conduzindo a Interestadual 70 está ao fundo. Fonte: Cortesia de B. Powell.

na ­facilidade de construção (partes dela seguiram o caminho de 3,6 metros de largura aberto pelo General Britânico William Braddock em 1755), assim como pela política; o percurso da sua primeira parte foi escolhido para atravessar três Estados (Virginia, Maryland, e uma parte da Pensilvânia; este último foi destinado a obter apoio desse Es‑ tado para a construção da estrada). Foram feitos avanços nas técnicas de construção de estradas, e diversas pontes notáveis foram construídas (por exemplo, observe a Figura 8.2). A estrada para Ohio foi concluída em 1818 a um custo de $8.125 por quilômetro (aproximadamente $125.000 por quilômetro quando ajustado pela inflação). A conclusão da Estrada Nacional teve uma grande influência sobre a nação ameri‑ cana da época. Apesar das terríveis condições de algumas partes da superfície da es‑ trada e da qualidade duvidosa, o custo do transporte de produtos de Baltimore para Ohio foi reduzido pela metade, assim como o tempo de viagem; 6 semanas antes da conclusão, e 3 semanas após a conclusão (comparadas com o tempo de viagem de 6 ho‑ ras nas rodovias interestaduais atuais). Produtos industrializados do leste podiam via‑ jar para o oeste, enquanto farinha, uísque, bacon e outras mercadorias do oeste podiam viajar para o leste. Entretanto, com ferrovias e canais sendo cada vez mais construídos, a necessidade de estradas não era vista como de grande importância, já que os meios anteriores eram mais rápidos, suaves e rentáveis. Esse investimento do governo federal americano em infraestrutura de transportes é um dos poucos dos anos 1800. Construcionistas rigorosos da Constituição sentiram que devido ao conceito de soberania dos Estados, o governo federal não deveria ter nenhum papel em tais atividades, e, portanto, a assistência não foi fornecida na Construção do Canal de Erie e na expansão da Estrada Nacional.

Práticas Construtivas Antiéticas

O custo da Estrada Nacional, em uma base por quilômetro, acabou sendo duas vezes maior que a estimativa original. Existem muitas razões para esse aumento no custo, incluindo comportamentos antiéticos. Dezesseis anos após a conclusão da primeira parte da Estrada Nacional, o Exército Americano reparou a estrada e relatou oito formas diferentes pelas quais os empreiteiros locais fraudaram o governo (alterando o nivelamento, não rompendo a brita na granulometria especificada etc.).

Introdução

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Va St. Louis

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OHIO

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ILLINOIS

Ind ian áp oli

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PENSILVÂNIA

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A Associação Americana de Obras Públicas indicou os seguintes projetos como os mais excepcionais projetos de obras públicas do século XX: Distrito de Transporte Rápido da Área da Baía, Represa Grand Coulee & Projeto da Bacia do Rio Columbia, Projeto Tennessee Valley, Canal do Panamá, Sistema Interestadual de Autoestradas, Reversão do Rio Chicago, Represa Hoover, Canal de St. Lawrence, Estação de Tratamento Hyperion e a Ponte Golden Gate. Esses projetos foram selecionados com base nos seguintes critérios: • Importância do efeito dos proje‑ tos na qualidade de vida • Sucesso no atendimento das ne‑ cessidades do público e alcance dos objetivos • Sucesso no atendimento aos de‑ safios de projeto e construção • Inovação • Conscientização e proteção do ambiente natural e social

Temas Ao longo deste capítulo traçaremos a história e a evolução de alguns setores da infraestrutura. À medida que você lê sobre a história dos setores, você observará que diversos temas emergem:

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Os Dez Melhores Projetos de Obras Públicas do Século XX

A dimensão humana: Percebemos que muitos estudantes acham cansativa a leitura sobre a história. Acreditamos que isto acontece porque o foco está sempre na memorização de fatos. Contudo, a história deve ser vista como um conjunto de histórias sobre pessoas reais; no nosso caso, as pessoas que fizeram a história da infraestrutura acontecer, mas também as pessoas que foram afetadas pela infraestrutura em evolução.

Inovações tecnológicas: A melhoria da infraestrutura tem sido um processo evolutivo. Grande parte do progresso aconteceu de forma gradual à medida que a tecnologia era inventada. Em muitos casos, a tecnologia não foi inventada para o aperfeiçoamento da infraestrutura, mas foi adaptada por engenheiros inovadores e criativos. Em alguns casos, a tecnologia foi desenvolvida “no campo” no momento em que os projetos estavam sendo desenvolvidos.

Responsabilidade do governo: O investimento monetário necessário para construir e conservar a infraestrutura civil é tremendamente alto, tão alto que é normalmente financiado pelos governos (o setor público) em vez de ser pelos indivíduos e corporações (o setor privado). Ao contrário, as infraestruturas ferroviárias, de energia e de comunicações são, em grande parte, de propriedade privada. Além disso, quando um governo está administrando de forma eficaz, ele pode financiar e, tão importante quanto, conservar a infraestrutura a fim de beneficiar os seus cidadãos. Quando os governos falham ou não conseguem administrar efetivamente, a infraestrutura (e a sociedade) frequentemente sofre(m), como acontece em muitos países desenvolvidos.

A longevidade é possível: Existem hoje componentes de infraestrutura que foram construídos há centenas de anos, ou, em casos extremos, milênios atrás. Eles permanecem devido à sua funcionalidade, à herança que representam, e, em muitas ocasiões, por sua beleza. Em muitos casos, eles permanecem porque foram excessivamente superdimensionados para garantir a segurança; quando construídos, não existia o conhecimento de engenharia para projetar e construir os componentes com as especificações exatas.

Transporte Estradas

O modo de transporte mais antigo dos seres humanos era caminhar, usando ca‑ minhos desgastados, muitas vezes originados pela vida selvagem. Consequen‑ temente, as únicas coisas transportadas eram as próprias pessoas e o que quer que elas pudessem carregar ou arrastar. Entretanto, como as mercadorias preci‑ savam ser distribuídas, assim como soldados e seus equipamentos precisavam ser deslocados, e impostos tinham que ser coletados, as estradas se tornaram ne‑ cessárias. Em muitas ocasiões, as estradas não foram “projetadas” ou construí­ das para atender a este propósito, de forma que os caminhos foram progressiva‑ mente alargados, à medida que animais (por exemplo, burros, bois) substituíram os humanos no transporte de fardos. Tais estradas estiveram por aí por mais de alguns milhares de anos, e de fato foram encontradas nos Estados Unidos no início do século XIX, e ainda são encontradas nas áreas menos desenvolvidas do mundo. Entretanto, as estradas muitas vezes não são verdadeiramente úteis para o transporte de grande quantidade de materiais até que sejam devidamente pro‑ jetadas. A simples compactação do solo nativo não é eficaz por muitos motivos.

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Capítulo 8 História, Herança e Futuro

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Primeiro, o solo ao redor do mundo raramente é resistente o suficiente para su‑ portar os carregamentos repetidos e frequentes, associados a rodas de carroça, cascos de cavalos etc. Além disso, a água não será apropriadamente drenada de uma trilha ou estrada que não foi devidamente projetada, e com a chuva e o uso frequentes se tornará esburacada, enlameada, ineficiente, insegura e, por fim, inutilizável. Em consequência, os produtos não podem ser movidos tão rapida‑ mente e seu preço sobe, ou os exércitos não podem saquear os países vizinhos de forma tão eficaz. Os romanos são os construtores de estradas mais famosos da história, e suas estradas foram projetadas. Muitas delas ainda existem e estão em uso (veja, por exemplo, a Figura 8.3). Aproximadamente há 2.000 anos, o Império Romano cons‑ truiu 80.000 quilômetros de estradas pavimentadas (para comparação, o Sistema Interestadual de Autoestradas Americano possui 68.000 quilômetros) e toda a sua rede rodoviária tinha aproximadamente 400.000 quilômetros de comprimento. As estradas mais importantes, denominadas viae (“viae” é o plural de “via”), va‑ riavam entre 4,3 e 6,0 metros de largura, o que permitia a passagem de duas car‑ ruagens. O sistema de estradas romano foi construído para aumentar o comércio e para unificar o seu vasto império, mas o seu objetivo principal era a movimenta‑ ção de tropas. Os exércitos podiam se mover aproximadamente entre 32 a 48 qui‑ lômetros por dia em estradas pavimentadas em comparação com 13 quilômetros por dia em estradas não pavimentadas (em estações secas), e praticamente não conseguiam se locomover em estradas não pavimentadas (em estações úmidas). As primeiras estradas romanas foram construídas com a ideia de resistência. Sua construção era extremamente demorada, cara e trabalhosa. Tinham simila‑ ridades com as rodovias modernas, em que uma série de camadas foi incorpo‑ rada à estrutura da pista (Figura 8.4). Do fundo para o topo, as camadas consis‑ tiam em solo seco bem compactado, brita argamassada, concreto e agregados. A camada de topo frequentemente fazia o acabamento (como visto na Figura 8.4) para drenar a água das chuvas. A Via Ápia é vista na Figura 8.3 e foi uma das estradas romanas mais impor‑ tantes. Sua parte principal foi concluída em 312 a.C.

Figura 8.3  Resquícios de Parte da

Via Ápia

Fonte: Copyright © Paolo Cipriani/iStockphoto.

5

4 3 2 1

Figura 8.4  Corte Transversal de uma Via Romana.  Uma via romana se compõe (1) de solo compactado, (2) de brita, (3) de

agregados de cal, brita, telhas quebradas, ou escória de ferro, (4) placas de pedras poligonais (à direita) ou de brita (à esquerda), e (5) de meios‑fios.

Fonte: Redesenhado a partir de Sandström, 1970.

Transporte

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Oficialmente intitulado Sistema Nacional de Rodovias Interestaduais e de Defesa Dwight D. Eisenhower, o Sistema Interestadual de Autoestradas é considerado um dos grandes projetos de obras públicas da história. Originalmente designado pelo Ato de Ajuda Federal para Autoestradas de 1944, não estava destinado a se tornar realidade até o Ato de Ajuda Federal para Autoestradas de 1956 (o qual incluía a declaração de que tal sistema era “essencial para o interesse nacional” do transporte terrestre privado, comercial e militar). O Presidente Eisenhower promoveu fortemente o sistema, que, como ele corretamente vislumbrou, poderia “mudar a cara da América”. A expansão dos 64.000 quilômetros originalmente planejados continua até hoje.

Figura 8.5  Construção da Primeira Estrada de Macadame.  Os trabalhadores em

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O Sistema Interestadual de Autoestradas

Essa estrada obteve muito sucesso em alcançar o seu objetivo principal, que era mover tropas. Devido à falta de reparos ao longo dos milênios, grande parte não é mais utilizável, enquanto algumas parcelas não existem mais. Esse é um tema que gostaríamos de salientar neste livro, especificamente a necessidade de manutenção da infraestrutura. Esperamos que neste momento você perceba que os engenheiros não só projetam e constroem coisas, mas também estão envolvi‑ dos no gerenciamento da infraestrutura através de planos de manutenção ade‑ quados. Você pode achar surpreendente que não tenha acontecido muita coisa nos próximos dois milênios tanto quanto nos avanços da construção de estradas. Mas, sem um governo estável e unificado, não é possível realizar a construção e a inovação em projetos maiores de infraestrutura. Talvez o próximo avanço im‑ portante na construção de estradas tenha ocorrido no início de 1800, que foi a criação do “Macadame” ou estradas macadamizadas, nomeadas por seu proje‑ tista, John McAdam. Eram muito mais baratas que os outros tipos de construção de estradas e também muito mais duradouras. Como as estradas anteriores, as estradas macadamizadas eram construídas em diversas camadas, mas McAdam percebeu que, se o solo abaixo da estrada estivesse bem seco, ele se tornaria mais resistente, e então a estrutura de pavimentação por si só não teria necessidade de fornecer o máximo de resistência. As suas estradas incluíam valas nos dois lados para auxiliar na drenagem, e, em comparação com os construtores de es‑ tradas contemporâneos a ele, a camada de fundo era composta de calçamento em vez de pedras assentadas manualmente. A construção é retratada na Figura 8.5. A camada superior era composta de pedras pequenas e angulares que, já que eram compactadas por rodas e cascos, se tornavam intertravadas, criando assim uma superfície que era, em grande parte, impermeável à água. Esse método foi logo amplamente utilizado ao redor do mundo e foi o método escolhido para a Estrada Nacional. Estradas de macadame e de cascalho se adequavam aos cavalos, que foram os primeiros meios de fornecer força motriz. As superfícies forneciam alguma “elasticidade” e eram mais suaves aos cascos. Entretanto, a invenção dos veí‑ culos autopropulsionados andando sobre pneus de borracha e em velocidades relativamente altas teve dois efeitos nessas estradas antigas: as rodas de borra‑ cha não obtinham a tração adequada, e em altas velocidades, os veículos “levan‑ tavam” poeira da estrada, levando à degradação do pavimento. Em resposta, o alcatrão foi utilizado para rejuntar o macadame, dando origem ao termo maca‑ dame alcatroado. Por fim, a construção de estradas evoluiu para as estruturas de pavimentação de concreto e asfalto “selado” atuais.

primeiro plano estão quebrando rochas para a base. Estas precisam ser pequenas o suficiente “de forma que não excedam a massa de 170 gramas, ou que passem em um aro de 5 centímetros”.

Fonte: Pintura de Carl Rakeman.

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Capítulo 8 História, Herança e Futuro

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capítulo Nove  Fundamentos da Análise Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

Depois de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Estudo de Caso Introdutório: Inspeção em Pontes

1. Descrever por que as análises de engenharia são realizadas. 2. Explicar as etapas do processo de análise. 3. Conduzir uma análise de engenharia simplificada nas principais áreas das subdisciplinas da engenharia de infraestrutura.

A Natureza da Análise O Processo de Análise Estudo de Caso: A Criação do Método Racional Aplicações da Análise Conclusão

Introdução

Para muitas pessoas, “engenharia” e “projeto” são quase sinônimos. Herbert Hoover, um engenheiro civil e 31o presidente dos Estados Uni‑ dos, tinha isto a dizer sobre engenharia: “É uma grande profissão. Há a satisfação de assistir um produto da imaginação emergir através da ajuda da ciência para um plano no papel. Em seguida, move‑se para a realização em pedra ou metal ou energia. Então ela traz empregos e lares para os homens. Em se‑ guida, ela eleva os padrões e contribui para a qualidade de vida. Esse é o maior privilégio de um engenheiro.”

Essa descrição eloquentemente formulada se encaixa na imagem de en‑ genharia de muitas pessoas, ou seja, uma atividade profissional cen‑ tralizada no projeto e criação de alguma coisa que ainda não existe. Na verdade, grande parte do trabalho dos engenheiros se concentra no pro‑ jeto de novas infraestruturas ou na reforma de uma parte existente da infraestrutura. Entretanto, uma parte significativa do trabalho desen‑ volvido por engenheiros civis e ambientais consiste na análise, que é

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exemplo numérico 9.1 Análise de Dados com Planilhas – Rede de Abastecimento de Figura 9.5  Parte da Planilha de Tubulações de Água de uma Cidade Pequena.

A 1

Identificação

B

C

Comprimento

Diâmetro

(m)

2

(cm)

3

P-1411

7,62

15

4

P-1410

212,45

15

5

P-1409

28,04

15

6

P-1408

112,78

15

7

P-1407

25,91

15

8

P-1406

205,44

30

9

P-1405

84,73

30

10

P-1404

8,23

15

11

P-1403

3,66

30

12

P-1402

10,97

30

13

P-1401

7,96

15

14

P-1400

5,79

20

15

P-1399

36,58

20

16

P-1398

6,10

15

17

P-1397

119,79

15

solução 1. Qual é o comprimento total das tubulações da cidade?

Lotes e Lotes de Tubos

San Antonio, no Texas, com uma população de 1,4 milhão de habitantes, possui mais de 8.200 quilômetros de tubulações de água (172 pessoas por quilômetro de tubos de água). Alinhados, os tubos poderiam alcançar de San Antonio a Paris, na França.

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Água para uma Cidade Pequena (Continuação)

a. Utilizando o comando SOMA, o comprimento total encontrado é de 92,4 quilômetros (ou cerca de 110 pessoas por quilômetro), que é aproximadamente 91,7 quilômetros. Este pode parecer um número surpreendentemente grande, dado o tamanho relativamente pequeno da cidade. Entretanto, as tubulações de água são necessárias para atender a todas as residências e empresas e, portanto, são localizadas ao longo do comprimento de cada uma das ruas. Podemos aproximar o comprimento das tubulações de água de uma cidade muito maior por proporção direta; por exemplo, uma cidade com 100.000 habitantes pode possuir 917,33 quilômetros de tubulações. Entretanto, esta aproximação é provavelmente uma superestimativa, porque o número de pessoas por quilômetro de tubos de água aumenta junto com a população, na medida em que cidades maiores possuem densidades populacionais (pessoas por quilômetro quadrado) mais elevadas. 2. Quantos tubos de 10 cm de diâmetro existem no sistema da cidade?

Capítulo 9 Fundamentos da Análise

a. Uma forma de responder a esta questão é primeiramente classificar os tubos por seu diâmetro. Assim, o número de tubos pode ser contabilizado manualmente. De forma alternativa, você pode examinar e utilizar a função CONT.SE se você estiver utilizando o Excel; outras ferramentas de planilha devem possuir comandos similares. De qualquer forma, o sistema de abastecimento de água contém 88 tubos de 10 cm. b. Observe que, se o sistema de tubulações da cidade tivesse sido organizado com a utilização de um SIG, a questão poderia ter sido respondida muito eficazmente através da construção de uma “consulta” para contar todos os tubos de 10 cm. Adicionalmente, um sistema de dados SIG que tivesse sido construído corretamente poderia permitir que o usuário identificasse em um mapa a localização de todos os tubos de 10 cm. c. Você pode estar se perguntando por que uma cidade possuiria tantos tubos de 10 cm se as normas não os permite em novas construções? Este é um cenário comum, com o qual os engenheiros atuais se deparam devido à modernização da engenharia que há tempos era “estado da arte”, mas que agora é obsoleta. A razão é provavelmente um problema de custo. As cidades têm orçamentos cada vez mais apertados, e abrir valas nas ruas com o único propósito de substituir seções de tubos de 10 cm seria um empreendimento muito caro. Isto também criaria problemas de tráfego, perturbaria os

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capítulo Treze  Considerações sobre Sustentabilidade Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

Depois de ler este capítulo, você deverá ser capaz de:

Estudo de Caso Introdutório: As Cinco Maiores Nações

1. Definir sustentabilidade. 2. Descrever como a saúde pública está relacionada com o desenvolvimento econômico e social. 3. Discutir a relação entre o crescimento da demanda por recursos e a sustentabilidade. 4. Resumir o conceito de pegada ecológica. 5. Explicar por que considerar a sustentabilidade é essencial para os futuros engenheiros. 6. Aplicar princípios de projetos sustentáveis a um projeto de melhoria da infraestrutura.

As Necessidades do Mundo A Demanda por Recursos Medidas da Sustentabilidade O Papel dos Engenheiros Civis e Ambientais na Promoção da Sustentabilidade Conclusão

Introdução

Antes da década de 1990, a sustentabilidade foi, indiscutivelmente, ape‑ nas um “nicho” de preocupação. Hoje, este é um assunto diário. Em 1987, a Comissão Brundtland emitiu o Relatório Nosso Futuro Comum. Esse relatório incluiu o que foi considerado a primeira definição de de‑ senvolvimento sustentável: “Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras em satisfazer as suas próprias necessidades.”

As “necessidades” mencionadas nesta definição se referem às neces‑ sidades das pessoas em todo o mundo, com maior prioridade dada às necessidades das pessoas mais pobres.

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Estudo de Caso Introdutório: As Cinco Maiores Nações

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Mihelcic et al. (2003) definem engenharia sustentável como “o projeto de sis‑ temas humanos e industriais que garantam que a utilização dos recursos natu‑ rais pela humanidade não levem a reduções na qualidade de vida causadas pelas perdas de oportunidades econômicas no futuro ou devido a impactos adversos nas condições sociais, de saúde humana, e ambientais”. O conceito de sustentabilidade se reflete em uma tradição dos Índios Nativos Americanos Iroqueses em considerar o impacto de suas decisões nas próximas sete gerações. Dado que o intervalo de tempo entre gerações é de 20 a 30 anos, considerar a sétima geração exige uma antecipação das necessidades futuras em 150 a 200 anos. Antecipar os efeitos para um futuro tão distante é muito desafia‑ dor, especialmente considerando que os Estados Unidos existem por um período de tempo não muito maior que sete gerações. Certamente, os fundadores ameri‑ canos nunca poderiam ter previsto as alterações nas oportunidades econômicas, tecnológicas, socioculturais, sanitárias e ambientais que ocorreram nos 150 a 200 anos que se seguiram ao nascimento da nação americana. De fato, o mesmo se aplica provavelmente aos nossos avós no que diz respeito às mudanças ocorri‑ das ao longo dos últimos 50 anos. Contudo, este é o objetivo da sustentabilidade, e o objetivo da engenharia sustentável é assegurar que nossas ações atuais levem em consideração as futuras gerações, apesar dos desafios envolvidos. Agir de maneira sustentável é uma tarefa desafiadora para os engenheiros, ainda que estes não tenham escolha entre esforçar‑se por um projeto sustentável e ignorar os princípios da sustentabilidade. Essa declaração se baseia no fato de que o primeiro Princípio Fundamental do Código de Ética da American Society of Civil Engineers (ASCE) (veja o Capítulo 17 para uma introdução ao Código de Ética) afirma que “Os engenheiros devem considerar primordialmente a segu‑ rança, a saúde e o bem‑estar das pessoas e esforçar‑se em respeitar os princípios do desenvolvimento sustentável no desempenho de seus deveres profissionais”. Isto infere que, para ser ético, o engenheiro precisa considerar a sustentabili‑ dade. O Código de Ética da NSPE (National Society of Professional Engineers) é um pouco menos restritivo, na medida em que afirma que “Os engenheiros são incentivados a aderir aos princípios do desenvolvimento sustentável a fim de pro‑ teger o meio ambiente para as futuras gerações” (grifo do autor). Este capítulo discutirá diversos aspectos da sustentabilidade e as formas como esses aspectos se relacionam com a engenharia de infraestrutura. Primei‑ ramente, discutiremos as diversas necessidades do mundo. Em seguida, descre‑ veremos a relação entre sustentabilidade, mudanças na população mundial e as exigências energéticas. No restante do capítulo discutiremos como os engenhei‑ ros podem incorporar os conceitos de sustentabilidade em seu trabalho, com foco em três áreas: edifícios verdes, urbanização sustentável e reúso da água.

A maioria de nós sabe que a China e a Índia são as duas nações mais populosas do mundo. Você pode afirmar quais são as outras três maiores nações? A resposta se en‑ contra na Figura 13.1; observe que esses cinco países respondem por cerca de metade da população mundial. A demanda por recursos está ligada à riqueza das nações, normalmente medida pelo Produto Interno Bruto (PIB), que é a soma dos produtos e serviços produzidos. Quando medidos em dólares internacionais a preços constantes (isto é, corrigidos pela inflação), estes ­valores podem ser prontamente comparados para diferentes nações. A divisão do PIB pela população fornece um PIB per capita (por pessoa), que é normalmente utilizado como uma medida de riqueza “média”. Os valores do PIB per capita para as cinco na‑ ções mais populosas estão apresentados na Figura 13.2. Observe que os Estados Unidos possuem um valor muito maior e um crescimento relativamente constante ao longo do tempo. Perceba também que o PIB per capita da China está crescendo drasticamente; seu PIB per capita duplicou em 9 anos, de 1998 a 2006, enquanto nos Estados Unidos ele du‑ plicou em 35 anos de 1972 a 2006. O PIB de cada uma das cinco nações, como uma porcentagem do PIB mundial, está apresentado na Figura 13.3. No futuro, espera‑se que a riqueza coletiva mundial seja

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Capítulo 13 Considerações sobre Sustentabilidade

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Resto do mundo 3.511.000.000

Índia 1.173.000.000

Brasil 201.000.000

Estados Unidos 310.000.000 Indonésia 243.000.000

Figura 13.1  Gráfico de Pizza da População Mundial Apresentando as Cinco Nações Mais Populosas, Estimados em Julho de 2010. Fonte dos dados: CIA World Factbook.

PIB per capita (Dólares Internacionais de 1990)

mais uniformemente distribuída. Consequentemente, na medida em que a globalização continua, os Estados Unidos e outras grandes economias industrializadas, tais como a Alemanha e o Japão, compreenderão uma porcentagem cada vez menor do PIB mun‑ dial, e as nações em desenvolvimento responderão por um percentual maior. O aumento no PIB per capita das nações em desenvolvimento está criando uma enorme necessidade de melhorias na infraestrutura desses países. Isso também está provocando taxas extremamente altas de consumo de recursos, que nunca haviam sido testemunhadas antes.

35.000 30.000 25.000 Estados Unidos

20.000

China

15.000

Índia

10.000

0 1950

Porcentagem do PIB mundial

Fonte dos dados: Angus Maddison, Centro de Desenvolvimento e Crescimento Groningen.

Indonésia 1960

1970

1980 Ano

1990

2000

2010

Figura 13.3  Porcentagem Histórica do PIB Mundial das Cinco Nações Mais Populosas.

30 25 20

Estados Unidos

15

China

Fonte dos dados: Angus Maddison, Centro de Desenvolvimento e Crescimento Groningen.

Índia

10

Brasil Indonésia

5 0 1950

Figura 13.2  Histórico do PIB per Capita (Dólares Corrigidos pela Inflação).  O dólar Internacional de 1990 é um ponto de referência comum para os dados econômicos mundiais históricos.

Brasil

5000

1970

1990

2010

Ano

Introdução

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China 1.330.000.000

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As Necessidades do Mundo

Fonte: Adaptado da Organização Mundial da Saúde, 2008.

2005

85

1975

75

65

55

45

35 0

5000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000

PIB per capita (dólares internacionais a preços constantes em 2000)

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Capítulo 13 Considerações sobre Sustentabilidade

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Figura 13.4  Expectativa de Vida em Função do PIB per Capita.  Os círculos representam os países (os valores discrepantes foram omitidos) para 2005. A linha sólida representa a tendência em 2005. A linha tracejada representa a tendência em 1975 (dados não apresentados).

Expectativa de vida no nascimento (anos)

O termo capacidade de carga se refere ao número máximo de pessoas que a Terra pode suportar.

A questão da sustentabilidade pode ser formulada através do reconhecimento de duas características muito importantes, destacadas no Estudo de Caso In‑ trodutório: a população mundial e a demanda por recursos estão aumentando. Esses dois fatores tornam essencial que os engenheiros considerem a sustenta‑ bilidade em suas análises e em seus projetos. O crescimento populacional foi debatido no Capítulo 11, Considerações sobre Planejamento, e um aspecto da demanda por recursos, a utilização da energia, foi discutido no Capítulo 12, Con‑ siderações sobre Energia. Conforme mencionado no Capítulo 11, o crescimento da população mundial nos últimos séculos pode ser aproximado através de uma relação de crescimento exponencial. Na realidade, o crescimento exponencial não continua indefinida‑ mente, mas deve se estabilizar, à medida que a capacidade de carga do planeta seja atingida. Existem diversas estimativas para o valor da capacidade de carga da Terra. Alguns especialistas afirmam que, com a população atual de 6,8 bilhões de pessoas, a Terra já ultrapassou o seu limite. Outras estimativas variam entre 7 bilhões e 50 bilhões de pessoas. Tais estimativas surgem a partir de previsões relacionadas à capacidade do planeta em suportar pessoas com base em neces‑ sidades de energia, alimento, água potável, habitações, locais disponíveis para a armazenagem segura de resíduos etc. Os especialistas que propõem que o planeta já alcançou a sua capacidade de carga estão considerando que atualmente a Terra já não suporta todos os seus ha‑ bitantes de forma adequada. Por exemplo, a grande disparidade nas expectativas de vida para 169 países é apresentada na Figura 13.4. As expectativas variam em aproximadamente 50 anos; como pode ser observado na Figura 13.4, existe uma forte relação entre a expectativa de vida e o PIB per capita. Outra característica no‑ tável desse gráfico é o fato de que, desde 1975, a curva se deslocou para cima em aproximadamente 5 anos, o que significa a disponibilidade de melhores condições de saneamento, maior disponibilidade de água potável, e melhor assistência médica. O formato da curva da Figura 13.4 é muito instrutivo. Observe que, para na‑ ções moderadas a ricas, a inclinação da curva é quase nivelada; isto é, a expecta‑ tiva de vida varia minimamente para nações com o PIB per capita entre $20.000 e $40.000. Entretanto, um aumento significativo na expectativa de vida ocorre na medida em que o PIB per capita aumenta nos países subdesenvolvidos (menor que $5000); na verdade, a inclinação da linha é praticamente vertical. Simplifi‑ cadamente, economias que podem oferecer água limpa, saneamento, e cuidados básicos de saúde são capazes de melhorar drasticamente a saúde pública. Outro indicador comum da saúde pública é a taxa de mortalidade infantil. Essa taxa é frequentemente expressa em função do número de mortes (no prazo de um ano de nascimento) a cada 1000 nascimentos. Assim como a expectativa de vida, existe uma forte relação entre a mortalidade infantil e o PIB per capita dos países, conforme ilustrado na Figura 13.5.

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Figura 13.5  Taxas de Mortalidade

Infantil.

140

Fonte dos dados: CIA World Factbook.

120 100 80 60 40 20 0 0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

PIB per capita ($)

140

90

120

80 70

100

60

80

50

60

40 30

40

20

20

10

0 1890

1910

1930

1950 Ano

1970

1990

0 2010

Expectativa de vida no nascimento (anos)

Taxa de mortalidade infantil (#/1000)

Estudar a forma como esses dois indicadores de saúde pública (a expectativa de vida e a mortalidade infantil) variaram historicamente nos Estados Unidos nos auxiliará a prever como tais indicadores podem se alterar no futuro para todo o mundo. A expectativa de vida e a mortalidade infantil nos Estados Uni‑ dos podem ser observadas na Figura 13.6. A primeira aumentou de forma cons‑ tante de 50 anos em 1900 para 77 anos em 2006. A segunda caiu de 120 por 1000 (12 por cento, ou 1 a cada 8) em 1900, para menos de 10 por 1000 (1 por cento, ou 1 a cada 100) desde o ano 2000. Esses indicadores de saúde também são representados em função do PIB per capita em dólares corrigidos pela inflação na Figura 13.7, o que nos ajuda a prever como esses indicadores podem melhorar para o resto do mundo no futuro. O PIB

Figura 13.6  Histórico da Expectativa de Vida e da Taxa de Mortalidade Infantil nos Estados Unidos.

Mortalidade infantil Expectativa de vida

80 Expectativa de vida (anos) Taxa de mortalidade infantil

Fonte dos dados: Centro de Prevenção e Controle de Doenças, Divisão de Estatísticas Vitais.

Figura 13.7  Expectativa de Vida e Taxa de Mortalidade Infantil em Função do PIB nos Estados Unidos.

90

70

Fonte dos dados: Departamento de Comércio, Escritório de Análises Econômicas.

60 50

Mortalidade infantil Expectativa de vida

40 30 20 10 0 0

10.000

20.000

30.000

40.000

PIB per capita real ($)

As Necessidades do Mundo

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Mortalidade infantil (#/1000)

160

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A Conexão entre Sustentabilidade e Segurança Nacional Dada a forte relação entre o bem‑estar econômico de um país e a saúde das pessoas, ela só faz sentido se promover o cres‑ cimento econômico e o bem‑estar social nos países em desen‑ volvimento. Tais melhorias não são apenas humanitárias; são também consideradas uma questão de segurança nacional. O United States Africa Command (AFRICOM), estabelecido em 2007 pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos, é res‑ ponsável por operações militares e relações internacionais com mais de 50 nações africanas. O seguinte resumo foi obtido no site do AFRICOM: “A África está crescendo em importância militar, estratégica e econômica nos assuntos globais. Entretanto, muitas nações do continente africano continuam dependendo da comunidade internacional para obter auxílio com relação aos problemas de

segurança. Da perspectiva dos Estados Unidos, existe sentido estratégico em ajudar os parceiros africanos a construir aptidões e organizações, tais como a Força de Reserva Africana, para assumir a liderança na criação de um ambiente seguro. Esta segurança irá, por sua vez, definir as bases para o crescimento da estabilidade política e econômica. Estamos buscando formas mais eficientes de ajudar as nações africanas e as organizações regionais a reforçar a segurança no continente, a prevenir e responder a crises humanitárias, a melhorar os esforços de cooperação com as nações africanas para conter o terrorismo transnacional e apoiar esforços duradouros para contribuir com a unidade africana.”

*“Progressos em Água Potável e Saneamento.” (N.T.)

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Capítulo 13 Considerações sobre Sustentabilidade

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per capita dos Estados Unidos (em dólares corrigidos pela inflação) aumentou, de aproximadamente $5000 em 1900, para aproximadamente $40.000 em 2000. A curva de expectativa de vida pode ser considerada uma trajetória ao longo do tempo, iniciando no final de 1800 (PIB baixo) e avançando até o PIB maior atual. Observe que a trajetória da curva da expectativa de vida comparada ao PIB dos Estados Unidos é muito similar à distribuição atual das outras nações, conforme apresen‑ tado na Figura 13.4. Assim, muitos países em desenvolvimento hoje estão em um nível relativo de riqueza e saúde pública igual ao dos Estados Unidos há um século. Uma grande parte do mundo não possui acesso à água potável ou saneamento adequado, conforme reportado no Progress on Drinking Water and Sanitation* (WHO e UNICEF, 2008). Esse relatório procura chamar a atenção para dois dos Objetivos de Desenvolvimento do Milênio das Nações Unidas, que são, na verdade, oito me‑ tas que deveriam ser alcançadas até 2015 e que atendem aos principais­desafios de desenvolvimento do mundo, um dos quais é garantir a sustentabilidade ambiental. Dois “objetivos” foram definidos pela ONU para a água potável e para o sanea‑ mento: aumentar a proporção da população com acesso a água potável segura e aumentar a proporção da população com saneamento básico. Em 2006, somente 62 por cento da população mundial tinha acesso ao trata‑ mento de esgotos (um aumento em comparação aos 54 por cento em 1990). As‑ sim, 38 por cento (mais de 1 em cada 3), ou 2,4 bilhões de pessoas, não têm acesso a medidas de saneamento que assegurem o mínimo contato com os excremen‑ tos humanos, incluindo aproximadamente 1 em cada 5 pessoas que dependem da defecação em céu aberto, sem latrinas. Este não é apenas um problema rural. Vinte e um por cento da população urbana mundial não possui tratamento de esgotos, o que é especialmente problemático devido às altas densidades popula‑ cionais e ao aumento do risco de propagação de doenças transmitidas pela água. Um dos objetivos da ONU foi aumentar a porcentagem da população com boas condições de saneamento básico para 77 por cento até 2015. No que diz respeito à água potável, a porcentagem da população mundial que possui acesso à água tratada aumentou, de 77 por cento em 1990, para 87 por cento em 2006. Esta é uma grande conquista e quase atinge a meta da ONU, de 89 por cento até 2015. Ainda assim, aproximadamente 1 em cada 8 pessoas no mundo depende do abastecimento a partir de águas duvidosas, tais como poços e mananciais desprotegidos, ou água parada não tratada. Somente 54 por cento da população mundial possuem água potável canalizada em sua residência. Trinta e três por cento têm acesso a outros tipos de fontes de água, tais como torneiras ou fontes públicas, poços e mananciais protegidos e reutilização da água da chuva. Altas taxas de crescimento populacional são comuns em países em desenvol‑ vimento. São consideradas por alguns especialistas como o maior desafio para assegurar a sustentabilidade global. A distribuição da população global é apre‑

29/12/2016 08:55:28


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Introdução à Infraestrutura: para Engenharia Civil e Ambiental  

Planejar infraestrutura hoje é uma tarefa que une a Engenharia Civil e a Ambiental em uma convergência cada vez mais necessária em termos de...

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