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CRÉDITOS

Presidente Léo Pinheiro Vice-Presidente Cesar Mata Pires Filho Diretor Superintendente SP/SUL Carlos Henrique Barbosa Lemos Diretor Administrativo Dilson Paiva Filho

Reitor Benedito Guimarães Aguiar Neto Vice-reitor Marcel Mendes Diretora da Escola de Engenharia Leila Figueiredo de Miranda Coordenadora do curso de Engenharia civil Magda Aparecida Salgueiro Duro

1ª Edição • São Paulo 2014 D´lemos Publish Design

SUMÁRIO

COMISSÃO JULGADORA Geraldo Correia Santos (OAS) Henrique Martinez Andion (OAS) Magda Aparecida Salgueiro Duro (MACKENZIE) PRODUÇÃO EDITORIAL OAS CAPA Paulo Vinícius Scocuglia Martines PROJETO GRÁFICO D´lemos Publish Design DIREÇÃO DE ARTE Priscilla Lemos (D´lemos Publish Design) Marina Garcia de Lemos (D´lemos Publish Design) REVISÃO Luiz M. Leitão da Cunha DRT 57.952/SP PRODUÇÃO GRÁFICA Priscilla Lemos (D´lemos Publish Design) PRODUÇÃO GRÁFICA Uniongraph Gráfica e Editora Ltda. 11 3903.5012 [email protected] / www.uniongraph.com IMPRESSO NO BRASIL 2014

Mensagem da OAS

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Mensagem do Mackenzie

9

Desempenho e durabilidade do concreto estrutural em ambiente marinho Fernando Rodrigues de Carvalho, Guilherme de Castro Gonçalves, Simão Priskulnik

Dinâmica das estruturas: análise das vibrações aplicadas no projeto de estruturas Ana Carolina de Melo Droghetti, Danillo Younes Braile, Januário Pellegrino Neto

Pavimentos e pisos permeáveis

Veronica Kaba Naccache, Simão Priszkulnik

Degradação de gases poluentes por película de dióxido de titânio em argamassas e concretos Jéssika M. Pacheco, Mariana P. de Carvalho, Tatiana R. Kishi, Simão Prizskulnik

Inovação, Produtividade e Empreendedorismo na Engenharia Civil: melhores de 2013 / Fernando Rodrigues de Carvalho; Guilherme de Castro Gonçalves; Simão Priskulnik; Ana Carolina de Melo Droghetti; Danillo Younes Braile; Januário Pellegrino Neto; Leonardo Crispim Fernandez; Rita Moura Fortes; Veronica Kaba Naccache; Simão Priszkulnik; Jéssika M. Pacheco; Mariana P. de Carvalho; Tatiana R. Kishi; Simão Prizskulnik; Fernando de Souza Viña; Raphael Leandro Fidencio Alves; Renato Giacomello Carreira Ribeiro; André Luiz de Lima Reda; Douglas P Agnelo; Henrique Dinis; Caroline Oriollo; Charles P. Alcantara; Marjorie N. Tofetti; Sergio Vicente Denser Pamboukian; Ricardo José Vidal; Paulo Ferreira; Antonio Gois; Bráulio Simões; Natã Oliveira; João Virgilio Merighi - São Paulo, 2014. 188 p.; 150 cm x 230 cm. Inclui bibliografia. ISBN: 978-85-99758-15-1 1. Inovação. 2. Produtividade. 3. Empreendedorismo. 4. Engenharia Civil. I. Universidade Presbiteriana Mackenzie. II. OAS. III. Título.

27

45

Leonardo Crispim Fernandez, Rita Moura Fortes

Concreto pesado para blindagem de radiação

DADOS INTERNACIONAIS PARA CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO (CIP)

11

69

85

Produtividade nos empreendimentos energéticos: previsão de assoreamento e vida útil Fernando de Souza Viña, Raphael Leandro Fidencio Alves, Renato Giacomello

103

Carreira Ribeiro, André Luiz de Lima Reda

Uso de ferramentas computacionais para análise da interação solo-estrutura Douglas P Agnelo, Henrique Dinis

7

121

MENSAGEM DA OAS

Alerta de deslizamento de terra utilizando sistemas de informação geográfica Caroline Oriollo, Charles P. Alcantara, Marjorie N. Tofetti, Sergio Vicente Denser

139

Pamboukian

Perdas em sistemas de abastecimento de água Ricardo José Vidal, Paulo Ferreira

Túnel imerso: solução para a ligação entre as cidades de Santos e Guarujá Antonio Gois, Bráulio Simões, Natã Oliveira, João Virgilio Merighi

157

Caro leitor, O Prêmio OAS/MACKENZIE foi instituído em 2013 com o propósito de incentivar, nos futuros engenheiros, a postura empreendedora e a criação de soluções inovadoras para os desafios da engenharia, propiciando ganhos de produtividade e qualidade e assegurando

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a rentabilidade dos projetos. Essa postura se torna cada vez mais necessária na atuação profissional e, seguramente, o será ao longo do tempo, uma vez que os desafios são crescentemente complexos, de maior porte e risco. Estes desafios são, de fato, oportunidades que devem ser aproveitadas e enfrentadas com obstinação, vontade, motivação e, sobretudo, comprometimento e paixão. Também requerem do engenheiro uma formação ampla e de competências plurais, que deverá ser continuamente complementada. Este prêmio também aprofunda a relação da OAS com a universidade, com base na convicção de que a busca pela evolução e melhoria constantes se torna muito mais eficaz quando universidade e empresa somam esforços. Os 10 melhores trabalhos apresentados no prêmio compõem este livro e materializam esta parceria. Autores e seus orientadores compartilham aqui as suas contribuições, que, como facilmente constatará o leitor, têm relevância e aplicabilidade. A OAS, empresa regida por valores como Garra, Confiança, Competência Profissional e Orientação para Resultados, e que busca em seus colaboradores este perfil de inovação, produtividade e empreendedorismo, entende que o incentivo à formação de profissionais cada vez mais comprometidos com a busca pela excelência é sua contribuição para a profissão e para a sociedade.

Boa leitura!

8

9

MENSAGEM DA UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

O Brasil vem experimentando, desde a década de 1990, grandes transformações econômicas e encontra-se, desta forma, em pleno processo de crescimento, com reflexos praticamente em todos os setores, interferindo diretamente com o desenvolvimento econômico e social. A Engenharia Civil é parte integrante desse processo, uma vez que grandes investimentos vêm sendo aplicados pelo setor público, e pela iniciativa privada. Investimentos em obras de infraestrutura, plantas industriais, centros logísticos e edifícios comerciais e residenciais, dentre outros, caracterizam um marco para a Engenharia Civil. A parceria da Universidade Presbiteriana Mackenzie com a Construtora OAS no Prêmio OAS/Escola de Engenharia-Universidade Presbiteriana Mackenzie “Inovação, Produtividade e Empreendedorismo na Engenharia Civil” – Edição 2013 possibilitou uma experiência única aos futuros engenheiros, uma vez que há uma necessidade crescente para o desenvolvimento de novas tecnologias e suas aplicações. A parceria é uma via de mão dupla, possibilitando uma integração única entre Instituição de Ensino Superior e Empresa. Os frutos dessa parceria integram essa edição, além de propiciar a edição do Prêmio 2014, reafirmando o sucesso da parceria. Outros pontos a serem destacados diante dos novos desafios para manter as metas de desenvolvimento, impondo novas realidades para os cursos de Engenharia Civil, são a inovação, capacidade empreendedora e sentido de responsabilidade social características inerentes à formação do Engenheiro Mackenzista.

10

11

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO ESTRUTURAL EM AMBIENTE MARINHO Fernando Rodrigues de Carvalho 1 Guilherme de Castro Gonçalves 2 Simão Priskulnik 3

Resumo

“

Os problemas estruturais em elementos que sofrem com a ação da corrosão em

ambiente marinho acarretam custos e recursos necessários para a sua manutenção e reparos adequados. Tendo isso em vista, este trabalho objetiva avaliar o comportamento da estrutura em relação à ação do ambiente marinho, as formas de manifestação dos seus ataques ao concreto estrutural e os impactos dos danos causados pela corrosão. Assim, barras de aço de mesmo fabricante, dimensão e características foram submetidas a procedimentos experimentais em corpos de prova de concreto expostos a simulação de ambiente marinho controlado em laboratório. Foram moldados corpos de prova cilíndricos com diferentes tipos de cimento e traços, e foram utilizadas barras de aço com proteção a

”

zinco e sem proteção, para diferentes cobrimentos de concreto. Palavras-chave » concreto; barras de aço; corrosão.

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected]. 3 E-mail: [email protected]. 1 2

12

13

atividade da névoa sobre o concreto resulta na redução do pH, na deterioração da película

1 INTRODUÇÃO

de óxido protetora e no aumento da condutibilidade elétrica. Além disso, há também a O desempenho e a durabilidade do concreto estrutural estão diretamente relacionados

ação dos íons sulfatos, que são agentes agressivos relevantes na deterioração do concreto

aos ambientes aos quais são expostos, já que estão submetidos à ação dos agentes físico-

estrutural, também presentes no ambiente marinho.

químicos presentes. Identificar os riscos e os modos de manifestação destes ataques às estruturas, as várias causas que podem ser atribuídas a cada caso e a influência das variáveis de proteção para a prevenção destes danos são objetivos deste trabalho. A zona de respingo de maré, segundo a Classe de Agressividade Ambiental (CAA),

2.1 A influência do ambiente marinho e as formas de ataque e sintomatologia típica nas estruturas de concreto

constante na norma NBR 6118 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) (2007) – que trata de procedimentos para execução de estruturas de concreto – é a que

O macroclima do ambiente marinho confere às estruturas de concreto condições agressivas.

apresenta maior risco de deterioração da estrutura através das manifestações da corrosão

Os riscos de deterioração são classificados, segundo a NBR 6118 (2007) da ABNT, como

da armadura.

grandes nas situações onde há ação de névoa salina, ou elevados, condição esta considerada

Este trabalho constituiu-se na indução à corrosão por ataque de íons cloretos de 72 corpos de prova, moldados com variações em seus cobrimentos, tipos de cimento, traços

a mais agressiva, nos casos em que as estruturas recebem incidência direta das águas do mar, conhecidas como respingos de maré.

de concreto e tipos de aços. Para a análise, estes corpos de prova foram submetidos por

Conforme estudo apresentado por Ross (1982 apud LIMA; MORELLI, 2004, p.2),

cinco meses a ciclos de imersão parcial em solução aquosa com a presença de cloreto de

a água salgada é o principal agente responsável pelos processos físicos e químicos de

sódio (NaCl) e secagem em estufa, simulando o ambiente marinho.

degradação, o que se explica pela existência de todos os elementos naturais conhecidos

Ao término do período de exposição aos ciclos, os corpos de prova foram rompidos

na tabela periódica em sua composição, cada um em uma determinada proporção, sendo

para uma avaliação minuciosa do desenvolvimento da corrosão e da resistência do aço –

os íons cloreto (Cl-), sódio (Na+), sulfato (SO42-), magnésio (Mg2+), cálcio (Ca2+) e potássio

permitindo, assim, uma comparação entre os resultados encontrados. Todas as etapas do

(K+) os mais abundantes, como apresenta Kiera (2001 apud LIMA; MORELLI, 2004, p.2).

processo experimental foram desenvolvidas no Laboratório de Materiais de Construção da

Desta forma, a nocividade do meio marinho ao concreto deve-se à contaminação por

Universidade Presbiteriana Mackenzie.

impregnação da superfície do concreto pelos íons de cloreto e pelos sulfatos, além da erosão causada pela água do mar e por resíduos que podem se incrustar nas estruturas, conforme relata Corsini (2013).

2 REVISÃO DA LITERATURA

Ademais, existe também o efeito do CO2 (dióxido de carbono) atmosférico que, como relatado por Carmona (2005), reage quimicamente com os componentes do cimento

O ataque por íons de cloreto sobre as estruturas de concreto é um dos principais causadores

hidratado, em um fenômeno denominado carbonatação, que danifica as superestruturas

de corrosão da armadura, e da consequente redução da durabilidade da construção, sendo

de concreto ao longo da sua vida útil.

responsável por cerca de 20% de todas as patologias em estruturas de concreto, segundo

A patologia predominante nas estruturas localizadas em ambientes marítimos,

Andrade (1992). As condições agravantes para a manifestação destes ataques se dão,

impulsionada pelos agentes agressivos, é a corrosão armadura, com as consequências que

principalmente, na presença de névoa salina na atmosfera e no contato direto com a água

isso irá produzir no material concreto. Os produtos da corrosão são uma série variada

do mar, como evidenciado em estudo de caso realizado por Araújo e Panossian (2010). A

de óxidos e hidróxidos que passam a ocupar, no interior do concreto, volumes de três a

14

15

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

dez vezes superiores ao original do aço da armadura, podendo causar tensões internas no

2.2.2 Carbonatação

concreto maiores que 15 MPa, de acordo com Hladky (1981 apud CASCUDO, 1997, p.61). O fenômeno da carbonatação é explicado por Helene (1986) como sendo uma diminuição na alta alcalinidade da estrutura de concreto essencialmente pela ação do gás carbônico (CO2)

2.2 Agentes agressivos

presente na atmosfera e, também, por outros gases ácidos, tais como dióxido de enxofre (SO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S), que permeiam pela superfície exposta do concreto.

De acordo com Helene (1986), a corrosão pode ser acelerada por agentes agressivos

Essa mudança na alcalinidade e, consequentemente, na condição de passivação das

contidos ou absorvidos pelo concreto. Os íons de cloreto (Cl-) e os íons sulfatos

armaduras no interior do concreto, ocorre devido às reações químicas entre os componentes

(SO42-) são os principais agentes nocivos dos ambientes marítimos, além do CO2

do cimento e o CO2 (CARMONA, 2005). Quando esta frente de carbonatação atinge o aço,

presente na atmosfera.

sua capa passiva é destruída, e, desta maneira, o aço se corrói de forma generalizada, tal como se estivesse simplesmente exposto à atmosfera sem nenhuma proteção.

2.2.1 Íons Cloreto (Cl-) 2.2.3 Íons sulfatos (SO42-) Segundo Helene (1986), a atmosfera marinha contém cloreto de sódio (NaCl) e de magnésio (MgCl2), sob a forma de cristais ou gotículas de água salgada. Estas, quando incidem na

Para a compreensão dos efeitos dos íons sulfatos sobre as estruturas de concreto é necessário

superfície da estrutura de concreto armado ou protendido, são introduzidas do meio

levar em conta a ação conjunta com os íons cloreto; isto porque a degradação deste íon de

exterior ao concreto através da rede de poros existentes, conforme estudo de Andrade

forma isolada daria ao meio marítimo considerado um grau de agressividade tão elevado

(1992). Os principais mecanismos de transporte dos cloretos nas estruturas de concreto são:

que impossibilitaria a utilização do concreto neste ambiente.

por absorção e por difusão iônica, segundo Cascudo (1997).

Tanto os íons sulfato quanto os íons cloreto reagem com o mesmo composto do

A absorção capilar é o fenômeno motivado por tensões capilares que permitem o

cimento, o aluminato de cálcio. Entretanto esta reação por parte dos cloretos resulta em

transporte das substâncias líquidas contaminadas para o interior do concreto, por conta da

um tipo de cloro aluminato de cálcio hidratado (sal de Friedel) que apresenta um volume

estrutura dos poros, que, segundo Monteiro (2002), é crucial para o volume de água que

bem menor que o produto da reação dos sulfatos com o mesmo composto, que é a etringita.

será absorvido, a velocidade da absorção e a altura de sucção.

Desta forma, a existência dos íons cloretos impede ou reduz a ação dos íons sulfatos

Já a difusão iônica caracteriza a movimentação dos cloretos no interior do concreto

(LÓPEZ,1998 apud LIMA; MORELLI, 2004, p.9).

quando o teor de umidade é mais elevado. Esta difusibilidade ocorre devido às diferenças de concentração iônica que suscitam o movimento de cloretos em busca de equilíbrio, caso seja resguardada a interconexão dos capilares e haja eletrólito.

3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

De acordo com Andrade (1992), por meio destes mecanismos de transporte a quantidade de cloretos é incrementada com o tempo, podendo superar limites

O procedimento foi elaborado através da moldagem de corpos de prova submetidos

determinados por normas, quanto ao conteúdo de cloretos no concreto fresco, o que pode

a quatro variáveis distintas, sendo elas: concretos com tipos diferentes de cimento;

despassivar as armaduras.

dosagens; cobrimentos; e tipos de armadura. Os concretos preparados foram utilizados

16

17

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

para moldar os corpos de prova de forma cilíndrica, nos quais foram inseridas barras

de aço através da sua imersão em um banho de zinco fundido. A galvanização bem-

de aço, respeitando-se os critérios de cobrimento.

sucedida depende de uma camada protetora formada na superfície do zinco, que faz com

Os corpos de prova foram moldados a partir de dois tipos de cimento: cimento Portland

que a superfície do aço fique completamente isolada do ambiente.

de alta resistência inicial (CPV-ARI) e cimento Portland composto com fíler (CPII-F), e dois

Coni (2004) mostra que o zinco protege o aço de três maneiras distintas, a saber:

traços de concreto. O primeiro traço foi preparado com relação de cimento agregado total

inicialmente, como uma barreira contínua na superfície do aço, que age como barreira

de 1:4,5, e o segundo, com relação de 1:6,0. Para cada um dos traços foram aplicadas três

mecânica, impedindo o contato do material com o ambiente agressivo; nas imperfeições do

espessuras de cobrimentos, a saber: 45 mm, que corresponde ao indicado pela NBR 6118

revestimento, comportando-se como anodo de sacrifício; e o protegendo-o também com a

da ABNT (2007) para lajes de concreto armado em respingo de maré; 25 mm que está

formação de uma barreira mecânica secundária, após a precipitação do hidróxido de zinco

abaixo do que indica a NBR 6118 da ABNT (2007) para este meio; e 15 mm, que não é

nas áreas catódicas do aço exposto.

recomendada pela norma para nenhum ambiente. Para cada cobrimento foi utilizada uma armadura galvanizada de 10 mm de diâmetro e outra não galvanizada, de mesma bitola. Para atender a todas as combinações programadas e visando uma melhor assertividade

3.2 Moldagem dos corpos de prova

na comparação dos resultados, foram moldados três corpos de prova para cada combinação, Todos os moldes foram preenchidos da mesma maneira, com lançamento de uma camada

totalizando portanto 72 corpos de prova. Após a moldagem dos corpos de prova, estes permaneceram em processo de cura por 28 dias. Imediatamente após este período, foram submetidos à exposição em

única para adensamento mecânico, como indica a NBR 5738 da ABNT (2003). A Fotografia 1 ilustra os corpos de prova.

solução composta por NaCl com ambiente controlado, simulando o meio marinho. Para este controle de solução, foram feitos ensaios de pH a cada dois dias, visando estabilização de valor próximo a 9,0, o que configura uma simulação próxima da solução do ambiente marinho.

3.1 Galvanização Uma das variáveis utilizadas neste procedimento foi a proteção das armaduras, sendo

FIGURA 1 • Corpos de prova - Fonte: Acervo pessoal (2013)

que metade das amostras passou pelo processo de galvanização a quente, e o restante permaneceu em suas condições originais. De acordo com Olivato (2000 apud FALDINI; SILVA, 2003, p.4), o processo mais

3.3 Processo de indução de íons cloreto

utilizado e de maior eficiência para a proteção das superfícies metálicas é a zincagem por imersão a quente. Segundo Faldini e Silva (2003), este processo tem sido utilizado desde

O procedimento experimental determinado para a indução da penetração de íons cloreto

1840, protegendo o ferro ou o aço contra o ataque do meio corrosivo.

foi o de ciclos de secagem e molhagem em solução de NaCl. Os íons agressivos são

Este procedimento consiste na aplicação de um revestimento de zinco a um componente

18

transportados através da absorção capilar e pelo processo de difusão, como apresenta

19

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

Monteiro (2002) - o que propicia a ocorrência de corrosão de maneira mais rápida.

rompidos diametralmente para análise visual e considerações a respeito do ataque dos

Com o passar do tempo e aplicação dos ciclos, os poros de concreto sofrem um grande

íons cloreto e da carbonatação.

acréscimo de íons cloreto, e esse processo de imersão e secagem faz com que a velocidade

Para avaliar o método em relação ao efeito da carbonatação no concreto foram feitas

de transporte do gás oxigênio até as áreas catódicas das barras de aço seja maior, o que

medidas de profundidade de carbonatação através da utilização de solução de fenolftaleína,

acarreta acréscimo de concentração.

após o rompimento dos corpos de prova.

A duração total do experimento foi de cinco meses, sendo que as etapas de imersão

Já para a análise do efeito dos íons cloreto foi realizada a análise visual de todas as

e secagem em estufa tiveram duração de sete dias cada uma, portanto, cada ciclo era

barras e corpos de prova envolvidos no experimento para avaliar a intensidade da corrosão,

completado a cada 14 dias. Estes ciclos de curta duração mostraram-se eficazes em

textura e possíveis compostos aflorados.

experimentos semelhantes a este, como os realizados por Cascudo (2000), John et al. (1981 apud CASCUDO, 2000, p. 74) e Bauer (1995, apud CASCUDO, 2000, p. 36). Na etapa de molhagem foi utilizada uma solução composta por 5% de NaCl, com

Além disso, também foi realizado o ensaio à tração de algumas das barras de aço para que fosse possível uma análise de resistência das barras que apresentaram alguma característica de corrosão.

pH próximo a 9,0, teores estes próximos ao encontrado na água do mar, como apresenta Cascudo (2000). Para que o pH fosse mantido próximo ao valor desejado, a cada ciclo completo a solução era renovada, passando por ajustes no teor de NaCl presente, chegando

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

a 13%, o que representa um aumento na concentração de Cl-, e, consequentemente, um aumento na aceleração e agressividade ao concreto. O procedimento de molhagem

Os resultados, assim como os ensaios desenvolvidos, foram divididos em três principais

consistiu na imersão dos 72 corpos de prova em um recipiente plano e impermeável que

segmentos: aspectos visuais, análise à carbonatação e resistência à tração. Esta divisão

continha a solução descrita. Quando imersos, os corpos de prova permaneciam com o nível

se dá pelo fato de que as três avaliações foram elaboradas em momentos e de maneiras

de água na altura correspondente à metade do corpo de prova (10 cm a partir da base),

distintos. Além disso, os resultados obtidos dos experimentos dão espaço para discussões

para que apenas parte da área de exposição das barras de aço ficasse na área caracterizada

relevantes e conclusivas a respeito dos métodos empregados.

como molhada. O procedimento de secagem consistiu na permanência dos corpos de prova em estufa de circulação forçada a uma temperatura de 50º C durante os sete dias característicos

4.1 Resultados da análise visual

do ciclo. Cascudo (2000) mostra que a secagem é um processo mais desafiador do que a molhagem porque a velocidade de perda de água do concreto ao ambiente

Após o rompimento dos corpos de prova, tanto o concreto quanto o aço foram submetidos

é significativamente inferior à velocidade de absorção. Desta maneira, aumenta-se

a uma análise visual e, a seguir, são apresentadas as observações anotadas de cada corpo

a eficiência da retirada de umidade dos corpos de prova e, consequentemente, acelera-se

de prova.

a corrosão.

Foi possível observar que os corpos de prova que estiveram submetidos a um cobrimento menor sofreram ataques com maior intensidade, afetando um maior número de barras do que os outros cobrimentos. Além disso, também foi possível notar que as

3.4 Avaliação do método

barras galvanizadas sofreram significativamente menos ataques do que as barras sem

Após a realização de 11 ciclos, e cinco meses de duração, os corpos de prova foram

proteção, totalizando nove barras de 36 possíveis (25%), com aparecimento visível

20

21

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

de pequenos pontos vermelhos/pretos, contra 25 barras com corrosão localizada das

algumas marcas pretas, e as de 4,5 cm não apresentaram nenhum tipo de manifestação. Os

36 possíveis (69%) sem proteção de zinco.

gráficos 1 e 2 mostram a divisão dos resultados.

Da avaliação realizada pode-se constatar um maior grau de degradação sofrido pelas barras de aço não galvanizadas que foram submetidas a um cobrimento de 1,5 cm, em cobrimentos. A corrosão ficou pontualmente localizada, principalmente nos trechos próximos às extremidades em forma de manchas avermelhadas e escuras ao longo de trechos com, aproximadamente, 2,5 a 4,0 cm de comprimento. Para as barras de aço não galvanizadas que foram submetidas ao cobrimento de 2,5 cm houve registro também de barras com corrosão localizada, embora em menor número e intensidade do que as de 1,5 cm. As barras apresentaram a formação de manchas com coloração preta/avermelhada e comprimento de 0,5 a 2,5 cm, sem homogeneidade quanto

20 NÚMERO DE BARRAS (und)

que houve aparecimento de corrosão com maior intensidade do que no caso de outros

Legenda Barras galvanizadas

15 10

12

5

6

Barras não galvanizadas

12 9

4

0 1,5

2,5

4,5

COBRIMENTO DE CONCRETO (cm)

GRÁFICO 1 • Relação número de barras corroídas x cobrimento

ao local do aparecimento destas manchas. Das barras não galvanizadas que ficaram submetidas ao longo do ensaio a um de regiões avermelhadas, com menos de 1,0 cm de comprimento. As figuras 2, 3 e 4 representam os cobrimentos.

NÚMERO DE BARRAS (und)

cobrimento de 4,5 cm, em apenas quatro amostras foram encontradas pequenas aparições

30 25

25

20 15 10

9

5 0 Barras galvanizadas Barras não corroídas galvanizadas corroídas PROTEÇÃO

GRÁFICO 2 • Relação número de barras corroídas x proteção

4.2 Resultados da análise à carbonatação FIGURA 2 • Barra de aço com cobrimento de 1,5 cm Fonte: Acervo pessoal (2013)

FIGURA 3 • Barra de aço com cobrimento de 2,5 cm Fonte: Acervo pessoal (2013)

FIGURA 4 • Barra de aço com cobrimento de 4,5 cm Fonte: Acervo pessoal (2013)

Em todos os corpos de prova as partes das extremidades do concreto permaneceram com coloração rosada, indicando a manutenção do pH existente e caracterizando a não formação de uma frente de carbonatação. Entretanto foi possível observar que alguns dos corpos de

Já no caso das barras galvanizadas, as de cobrimento 1,5 cm apresentaram formação

prova estavam marcados com manchas de corrosão, e que nessas regiões e proximidades

de pequenos pontos pretos ao longo da barra, enquanto as de 2,5 cm apresentaram apenas

do local em que a barra estava alocada a fenolftaleína permaneceu incolor, como

22

23

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

mostrado na Fotografia 5. Ou seja, caracterizando essas regiões como tendo pH inferior ao do entorno do concreto pela ação dos íons cloreto.

A escolha por elementos e soluções de prevenção ao ataque da corrosão é fundamental para a vida útil de uma estrutura. A realização desta pesquisa experimental produziu, como principal conclusão que, quando aplicados diferentes tipos de proteção e cobrimentos, o desenvolvimento da corrosão nas barras de aço apresentou menores quantidades e intensidades. Observou-se que os três valores de cobrimento empregados no concreto armado (15 mm, 25 mm e 45 mm) produziram resistências à corrosão significativamente diferentes. Com base nas amostras avaliadas, as barras que ficaram com cobrimento menor foram as que mais desenvolveram aspectos ligados à corrosão, seguidas pelas barras que ficaram com 25 mm de cobrimento e, por último e com menor número de barras afetadas, as amostras com 45 mm de cobrimento. Os corpos de prova sem proteção galvânica e com cobrimento de 15 mm tiveram 12 barras com sinais de corrosão (100% de sua amostragem), enquanto as barras com cobrimento de 25 mm apresentaram nove casos

FIGURA 5 • Corpo de prova com fenolftaleína aspergida - Fonte: Acervo pessoal (2013)

com sinais de corrosão (75% de sua amostragem) e as com 45 mm, apenas quatro (33% de sua amostragem). Acrescenta-se, também, que as barras que possuíam proteção galvânica sofreram

4.3 Resultados da resistência à tração das barras de aço

ataques de corrosão muito mais brandos e em menor quantidade quando comparadas às barras que permaneceram sem proteção. No total, as barras de aço com proteção

A partir dos resultados obtidos de resistência à tração e alongamento porcentual, pode-

tiveram corrosão manifesta em nove das 36 passíveis (25% da amostragem), enquanto as

se concluir que a duração do ensaio de indução de íons cloreto não foi suficiente para

barras sem proteção apresentaram 25 amostras com sinais de corrosão das 36 passíveis

ocasionar mudanças físicas significativas para ocasionar algum tipo de variação nos

(69% da amostragem).

resultados. Tanto as resistências quanto os alongamentos não geraram nenhum tipo de

A manifestação da corrosão no concreto se deu, na maioria dos casos, de forma

padrão que pudesse caracterizar diminuição de seção, o que, segundo Mota et al. (2009

localizada, com regiões que variaram de 0,5 cm até 4,0 cm de comprimento, e também na

apud BARBOSA, 2012, p.2) é um dos problemas mais graves que a corrosão pode gerar.

forma de pontos avermelhados ou pretos ao longo das barras. Por outro lado, os efeitos da carbonatação não se manifestaram, evidenciando que o ataque de corrosão que gerou o aparecimento das evidências nas barras de aço foi o induzido por íons cloreto no concreto.

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

No caso de corrosão do aço, esta também se mostrou presente no concreto que ficou aderido às barras e nos próprios corpos de prova nas regiões do concreto próximas ao local

A corrosão é um tema que deve ser abordado quando se trata de construções em ambientes

em que a barra estava alocada.

agressivos, principalmente o marinho. Atender às exigências normativas de segurança

É importante considerar que a análise dos resultados obtidos está condicionada à

e conforto ao usuário é um desafio constante na Engenharia. O bom conhecimento das

duração dos ensaios, igual a apenas cinco meses. As barras apresentaram resistência à

possíveis causas, efeitos e modos de manifestação da corrosão possibilita a melhor escolha

tração e alongamento porcentual praticamente constantes, sem grandes variações, já que

de materiais e procedimentos operacionais para cada situação.

não houve perda significativa de suas seções.

24

25

DESEMPENHO E DURABILIDADE DO CONCRETO

Como recomendação para um futuro estudo, sugere-se a elaboração de experimentos

REFERÊNCIAS

para análise em prazo maior, com outros tipos de cimento como, por exemplo, o cimento Portland pozolânico (CP-IV). Devem-se contemplar, também, estudos com variação da

ANDRADE, C. Manual para diagnóstico de obras deterioradas por corrosão de armaduras.

relação água/cimento, considerando-se, ainda, a porosidade dos corpos de prova. Também

Tradução e adaptação Antonio Carmona e Paulo Helene. 1 ed. São Paulo: Pini, 1992.

se propõe análise de corpos de prova situados em portos, pois, além da ação da corrosão no ambiente, há também a contaminação por outros fatores externos, que podem influenciar

ARAUJO, A.; PANOSSIAN, Z.. Durabilidade de estruturas de concreto em ambiente

a durabilidade e o comportamento de uma estrutura.

marinho: estudo de caso. 2010. Trabalho apresentado no INTERCORR 2010, Fortaleza/ CE, 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: projeto de estruturas de concreto - procedimento. Rio de Janeiro, 2007. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2003. BARBOSA F.R.; CARVALHO, J.R.; COSTA E SILVA, A. J.; FRANCO, A. P. G.; MOTA, J. M. F.. Corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado devido ao ataque de íons cloreto. 2012. Trabalho apresentado ao 54º Congresso Brasileiro do Concreto, Alagoas-, Brasil, 2012. CARMONA, T. G.. Modelos de previsão da despassivação das armaduras em estruturas de concreto sujeitas a carbonatação. 2005. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005. CASCUDO, O.. O controle da corrosão de armaduras em concreto: Inspeção e técnicas eletroquímicas. 1 ed. São Paulo: Pini, 1997. CASCUDO, O.. Influência das características do aço carbono destinado ao uso como armaduras para concreto armado no comportamento frente à corrosão. 2000. 310 f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000.

26

27

DINÂMICA DAS ESTRUTURAS: ANÁLISE DAS VIBRAÇÕES APLICADAS NO PROJETO DE ESTRUTURAS

CONI, N. H. D. S.. Estudo das Propriedades Mecânicas do Aço Zincado por Imersão a Quente e Galvalume produzidos na CSN-PR. 2004. 97 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia e Ciências Dos Materiais, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2004. Disponível em:
Ana Carolina de Melo Droghetti 1 Danillo Younes Braile 2 Januário Pellegrino Neto 3

Nicodemos%20Henrique%20da%20Silva%20Coni.pdf>. Acesso em: 15 set. 2013. CORSINI, R.. Ambientes agressivos. Revista Téchne, São Paulo, 21 jul. 2013. Edição 196, p.36-41.

Resumo

FALDINI, S. B.; SILVA, F. C.. Galvanização a quente: processo por batelada. Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2003.

“

A busca por estruturas eficientes e seguras faz com que a análise do seu

comportamento estrutural torne-se imprescindível. Este trabalho de graduação estudou

HELENE, P. R. L. Corrosão em armaduras para concreto armado. São Paulo: Pini, 1986. LIMA, M. G.; MORELLI, F.. Caracterização da agressividade do ambiente marinho às

o comportamento de estruturas sob vibrações provenientes de ações humanas, através da análise dinâmica por modelos computacionais representativos no software STRAP V12.5. Se realizada corretamente, essa análise reduz a probabilidade de ocorrência de patologias, e também melhora as condições de conforto dos usuários quanto ao incômodo causado

estruturas de concreto. 2004. 40 f. Dissertação (Doutorado em Engenharia de Infraestrutura

por vibrações. Para isso foi necessário o conhecimento da teoria relacionada a cargas

Aeronáutica)-ITA, São José dos Campos, 2004.

dinâmicas, vibrações, análise modal, interação humano-estrutura, sobreposição modal e do software de elementos finitos que representou as estruturas em estudo. O resultado

MONTEIRO, E. C. B.. Avaliação do método de extração eletroquímica de cloretos para

das análises obteve os parâmetros necessários para que fosse possível compará-los

reabilitação de estruturas de concreto com problemas de corrosão de armaduras. 2002.

com os valores de conforto especificados pelas normas. A partir dos dados comparativos

229 f. Dissertação (Doutorado em Engenharia)-Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002.

foi verificado se a estrutura estava apta e segura para suportar os carregamentos dinâmicos nela aplicados, e assim, se seriam necessárias modificações na mesma em busca de

”

melhores resultados.

Palavras-chave » análise dinâmica; vibrações; interação humano-estrutura.

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected]. 3 E-mail: [email protected]. 1 2

28

29

1 INTRODUÇÃO

2 TEORIA

Na constante competitividade em que o mercado de construção civil se encontra, a

2.1 Análise Dinâmica

busca por soluções mais rápidas e econômicas tornou-se indispensável. Para obter resultados eficientes e seguros, é necessário uma análise do comportamento estrutural. O excesso de vibrações em uma estrutura pode comprometer a integridade do projeto por causar danos estruturais, ocasionar fadiga dos elementos e desconforto aos indivíduos que utilizam essa estrutura, tornando-se inaceitável. As estruturas de engenharia civil são sempre dimensionadas para suportar o seu peso próprio, sobrecargas e cargas provenientes do ambiente externo. As cargas permanentes normalmente são consideradas como na sua intensidade máxima e invariáveis no tempo,

A palavra dinâmica pode ser definida como um carregamento que sofre alterações ao longo do tempo, ou seja, qualquer tipo de carregamento cujas características de magnitude, direção e/ou posição variam no tempo. Carregamento dinâmico é a ação que varia no tempo, seja em sua magnitude, direção ou posição. Sua variação introduz acelerações e velocidades na estrutura, além de deslocamentos que, consequentemente, geram forças de inércia e de amortecimento. As principais diferenças entre as ações provenientes de uma carga estática ou dinâmica e os problemas que as mesmas causam em uma estrutura podem ser definidas em dois

sendo denominadas cargas estáticas. A aplicação de cargas variáveis não envolve somente componentes estáticos, mas

aspectos. O primeiro é a variação no tempo, que a carga dinâmica possui e a estática não,

também componentes variáveis no tempo, conhecidos como cargas dinâmicas. No passado,

fazendo com que a solução para o problema de uma carga dinâmica seja muito mais

os efeitos das cargas dinâmicas eram reprimidos usando-se um equivalente de cargas

complexo. O segundo pode ser explicado através da figura 1:

estáticas, um fator de impacto, ou através de uma modificação nos fatores de segurança. Dentre alguns dos motivos que têm contribuído para um contínuo aumento dos problemas de vibração das estruturas pode-se citar, em especial, a frequente ocorrência de utilização de estruturas para atividades que geram carregamentos dinâmicos que, em muitos casos, não foram previstos em seu projeto original. Pela busca de alternativas para contornar os problemas causados pelas ações dinâmicas e, consequentemente, pela repercussão das vibrações em estruturas, têm-se

FIGURA 1 • Diferença entre carga estática e carga dinâmica - Fonte: Clough e Penzien (2003)

desenvolvido cada vez mais estudos na área de dinâmica de estruturas. Para uma otimização dos recursos, é necessário a análise de modelos mais próximos

Quando há apenas uma carga estática (p) sobre uma viga simples, seus momentos

possíveis dos modelos reais que serão analisados e, por esse fato, muitas vezes a análise

internos, forças cortantes e deflexões dependem apenas dessa carga, e podem ser

do comportamento dinâmico é feita pelo método dos elementos finitos, que permite a

calculadas por um sistema de equilíbrio de forças. Porém, quando a carga (p) é aplicada de

obtenção de resultados mais precisos e com menor esforço computacional. Este trabalho se

forma dinâmica sobre uma viga, os deslocamentos resultantes dessa viga não dependem

justifica por contribuir para o estudo das ações dinâmicas sobre as estruturas, ampliando o

só da carga, mas também da força de inércia que se opõe à força de aceleração que

conhecimento através de considerações relevantes.

os provocou.

30

31

DINÂMICA DAS ESTRUTURAS

2.2 Tipos de vibração

A massa (m), que está confinada a ter deslocamentos na direção da coordenada x, representa a inércia do sistema. A coordenada define completamente a posição da massa

Vibração é qualquer movimento que se repete, regular ou irregularmente, depois de um

em qualquer instante de tempo t. Pela necessidade de apenas uma coordenada para definir

intervalo de tempo. O movimento de um pêndulo e da corda de um violão são exemplos

a posição da massa (m), o sistema é definido como sistema de um grau de liberdade (SGL).

simples de vibração no mundo real. Em engenharia, estes movimentos ocorrem em

A massa está conectada a uma base fixa por uma mola (k) sem massa linear, que

elementos de máquinas e nas estruturas, quando submetidas a ações dinâmicas. As vibrações que podem ocorrer em uma estrutura são definidas em:

representa as propriedades elásticas do sistema e é caracterizada pela sua relação forçadeslocamento, podendo ser linear ou não linear.

a) VIBRAÇÕES LIVRES OU FORÇADAS: quando um sistema estrutural, depois de

O amortecedor (c) representa o mecanismo de dissipação de energia do sistema, e é

uma perturbação interna, vibra por si só, sem forças externas agindo no mesmo, ocorre uma

suposto como do tipo viscoso, onde a força de amortecimento é proporcional à velocidade,

vibração livre; quando um sistema estrutural sofre vibrações através de forças externas,

atribuindo um comportamento linear ou não. Através do Princípio de d’Alembert e da aplicação da segunda lei de Newton, com

ocorre a vibração forçada; b) VIBRAÇÃO AMORTECIDA OU NÃO AMORTECIDA: quando nenhuma energia

o objetivo de obter um modelo matemático que descreva o comportamento do sistema

é dissipada ou perdida durante as oscilações, ocorre a vibração não amortecida; se alguma

representado na figura 2, é elaborado um diagrama de corpo livre, representado na figura

energia é perdida durante a ocorrência das oscilações, a vibração é amortecida;

3, onde é estabelecido o equilíbrio dinâmico do sistema, adicionando-se às forças externas

c) VIBRAÇÃO LINEAR E NÃO LINEAR: se todos os componentes básicos de um sistema de vibração (mola, massa, amortecedor) permanecerem lineares, a vibração é

aplicadas uma força de inércia com sentido contrário ao do movimento e proporcional à aceleração, sendo que a constante de proporcionalidade é igual à massa do sistema.

linear; se eles não se comportarem de forma linear, a vibração é não linear. FIGURA 3 • Diagrama de corpo livre Fonte: Lima e Santos (2008)

2.3 Sistema massa, mola e amortecedor Os movimentos vibratórios variam com o tempo, sendo assim, irão gerar forças de inércia proporcionais à massa dos elementos estruturais e à aceleração sofrida por ela. Além da força de inércia, há três outras forças atuando na estrutura para um equilíbrio dinâmico, sendo elas: forças de amortecimento, força elástica e forças exteriores aplicadas. A figura 2 representa um sistema mecânico massa (m), mola (k) e amortecedor (c), que serve como protótipo para análise e entendimento dos sistemas de grau de liberdade.

Equilibrando as forças do sistema na direção x, obtém-se a equação diferencial do movimento a seguir: m ẍ (t) + cẋ(t) + kx(t) = F(t)

(1)

Onde x(t) representa a resposta dinâmica, que é o deslocamento em relação à posição FIGURA 2 • Sistema massa, mola e amortecedor Fonte: adaptada de Lima e Santos (2008)

de equilíbrio estático; ẋ(t), a velocidade; e ẍ(t), a aceleração.

A partir da equação de equilíbrio de movimento podemos deduzir as equações para

cada tipo de vibração.

32

33

DINÂMICA DAS ESTRUTURAS

2.4 Análise modal

4

A análise modal pode ser definida como um processo constituído de técnicas teóricas e experimentais que proporcionam a criação de um modelo matemático que represente o

3 D 2

comportamento dinâmico de uma estrutura, com o objetivo de determinar as frequências naturais, os modos de vibração e os fatores de amortecimento modal; ou seja, os parâmetros modais da estrutura. Essa análise permite validar a concepção estrutural para minimizar os efeitos

1 0 0

1

2

3

dinâmicos que serão determinados pela resposta dinâmica no tempo. Portanto, é essencial

R

fazer um ensaio dinâmico da estrutura quando suas cargas são modificadas, a geometria é

FIGURA 4 • Variação do fator de ampliação dinâmica - Fonte: Clough e Penzien (2003)

alterada, a estrutura foi danificada, ou quando forem necessárias a realização de reparos Ao ocorrer esse fenômeno em estruturas civis, pequenos esforços externos provocam

ou alterações. A análise modal teórica começa com a criação do modelo espacial da estrutura,

significativos deslocamentos e, assim, o movimento torna-se perceptível e provoca

caracterizado pelas propriedades físicas e geométricas da estrutura, que são definidas

desconforto nos usuários. Uma das formas de prevenção da amplificação excessiva da

através de matrizes. Essas matrizes são obtidas através de técnicas de discretização. A

vibração é projetar a estrutura com o objetivo de que a frequência natural seja maior do que

próxima etapa da análise é realizada através da solução do modelo matricial espacial

as prováveis frequências de forças excitadoras, o que está relacionado com o amortecimento

que formula um problema de autovalor e autovetor, com soluções que fornecem as

da estrutura. A ressonância estará mais afastada quanto maior for o amortecimento ou a

características dinâmicas da estrutura (frequências naturais, modos de vibração e fatores).

frequência natural do sistema.

2.5 Ressonância

2.6 Interação estrutura e ser humano

A deformação estática de um sistema é dada pela relação entre a amplitude da força e a

Para realizar a análise dinâmica de uma estrutura é imprescindível o estudo do

rigidez do sistema. O fator de amplificação dinâmica é definido por:

comportamento do ser humano que está interagindo com a mesma, pois a interação pode ocorrer como o humano receptor ou como gerador das excitações que causam as (2)

Ao considerar que o amortecimento no sistema é nulo, a equação 2 passa a depender somente de r, que é a relação entre frequência circular excitadora ω e frequência circular

vibrações. Assim, as vibrações podem trazer tanto o desconforto para os usuários como o comprometimento da estrutura. As vibrações na estrutura devido às atividades humanas se dão pelos movimentos

natural ωn. Com a frequência natural igual à excitadora, o fator de amplificação dinâmica

rítmicos do corpo humano, como andar, correr, pular, dançar, bater palmas, entre outros.

e, consequentemente, a amplitude do movimento, passam a ser infinitos. O sistema, então,

Conforme Brasil e Silva (2013), a frequência dos movimentos rítmicos, definidos como

é dito em ressonância. A figura 4 mostra a variação do fator de amplificação dinâmica com

carregamentos dinâmicos, tem grande importância na definição da carga dinâmica a ser

o amortecimento e as frequências.

considerada em uma análise. Considerando que um grupo de pessoas pode movimentar-

34

35

DINÂMICA DAS ESTRUTURAS

se fora da fase, como, por exemplo, num estádio onde cada pessoa pula em determinado

3 ESTUDO DE CASO

tempo, e não sincronizadas umas com as outras, a frequência do carregamento dinâmico é classificada como periódica, mas não totalmente harmônica. Assim, esses carregamentos

3.1 Modelagem computacional

possuem um número variável de componentes harmônicas com frequências múltiplas da frequência de excitação, o que pode ocasionar uma superposição de harmônicos. A

carga

dinâmica,

proveniente

dos

movimentos

humanos,

e

que

O desenvolvimento contínuo dos sistemas computacionais está proporcionando, atua

cada vez mais, auxílio ao engenheiro para a elaboração de projetos estruturais. A

na estrutura, pode ser representada por uma expressão da série de Fourier

necessidade de uma abordagem sistemática e do estudo de fenômenos complexos fez com

através da decomposição de várias forças harmônicas, conforme a equação 3.

que a modelagem computacional se tornasse mais presente no dia a dia dos profissionais

(3)

de engenharia, de modo a proporcionar melhorias na compreensão dos problemas dos sistemas reais.

Onde: F representa a força da ação dinâmica a ser considerada; G, o peso da pessoa;

O software adotado para o estudo de caso foi o STRAP – Structural Analysis

αi, o coeficiente dinâmico; fp, a frequência de uma excitação dinâmica; t, o tempo; n, o

Program, que é um dos softwares disponíveis no mercado, considerado um programa

um harmônico.

dinâmica de estruturas. Essa análise só é possível pelo fato de o programa possuir

número de harmônicos considerados; i, múltiplo harmônico; e ϕi, o ângulo de fase para

um módulo especial de análise dinâmica, onde é possível chegar a resultados, gráficos

Os valores dos coeficientes dinâmicos estão listados no quadro 1. ATIVIDADES

Modo Na vertical

ANDAR

Para frente Lateralmente

CORRER

(Hz) 2 2,4

Normal Alto DANÇAR

0,4

0,5

2

0,2

2

α_(1/2)=0,1

ϕ_1

α_2 0,1

ϕ_2

π/2

α_3

0,1

0,7

0,2

1,3

0,7

3

1,7

1,1

0,5

2

1,9

1,6

1,1

3

1,8

1,3

0,8

2

1,8

3.2 Modelo adotado para a simulação Em treino de condicionamento ~0,25 A

(casos extremos até 0,5) ϕ_(2=) ϕ_ (2=)π(1-fpt)

2a3

0,5

0,15

0,1

~4 (casos extremos até 6)

BATER PALMAS EM PÉ

1,6

0,17

0,1

0,04

Sem assentos fixos ~4

PULANDO

2,4

0,38

0,12

0,02

1,6

0,024

0,01

0,009

BATER PALMAS SENTADO BALANÇO LATERAL DO CORPO

Normal

2,4

0,047

0,024

0,015

Intensamente

2

0,17

0,047

0,037

Sentado

0,6

Em pé

0,6

α_(1/2)=0,4

(em casos extremos até ~6) Com assentos fixos ~2 a 3 ~2 a 3

~3 a 4

α_(1/2)=0,5

Onde: α=coeficiente de Fourier; ϕ=ângulo de fase

análises sísmicas.

~1

α_(3/2)=0,1

1,6

e tabelas em relação a frequências naturais, análises de forças vibratórias e

ϕ_3

0,115 π/2 Densidade do projeto (pessoas/m²)

α_(1/2)=0,1

2a3

PULAR

α_1

de análise estrutural por elementos finitos e com capacidade de realizar a análise

3.2.1 LAJE DE ACADEMIA Para analisar os efeitos dos humanos como geradores de excitações na estrutura foi criado um modelo representando a estrutura de uma academia, no software de análise estrutural STRAP V12.5. O modelo foi criado em 3D, ou seja, com orientações em X1, X2 e X3, sendo X1 a largura (seis metros), X2 a altura (três metros) e X3 o comprimento (seis metros). Primeiramente, foram criados os nós e barras representando os quatro pilares da estrutura, e as vigas que serviram de contorno para a laje, conforme a figura 5. Os pilares foram colocados em orientações diferentes para compensar a inércia, e os apoios foram

QUADRO 1 • Valores sugeridos para os coeficientes de força dinâmica - Fonte: CEB-209 (1991, apud, Brasil e Silva, 2013, p.187)

36

considerados como engastados.

37

DINÂMICA DAS ESTRUTURAS

PROPRIEDADES

B (CM)

H (CM)

ESPESSURA (CM)

E (MPA)

DENSIDADE CONCRETO (TF/M³)

1 (PILAR)

40

19

-

21.955,9

2,5

2 (VIGA)

40

19

-

21.955,9

2,5

3 (LAJE)

-

-

12

21.955,9

2,5

QUADRO 2 • Propriedades do modelo - Fonte: elaborado pelos autores (2013)

Foram consideradas na estrutura a carga de peso próprio das barras e elementos, calculadas automaticamente pelo programa em função das dimensões de seções e densidade do material. FIGURA 5 • dimensões e número das propriedades das vigas e pilares - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

Foi criada, também, uma carga representando o peso das pessoas pulando sobre a estrutura, que será considerada posteriormente na criação das cargas dinâmicas, denominada aeróbica. Segundo o quadro 1, considera-se 0,25 pessoa

Em seguida, a laje foi modelada através da criação de nós e elementos, caracterizando

por metro quadrado quando em um treino de condicionamento; como a laje

um modelo de cascas. A laje foi criada no plano X1-X3, que contém o contorno com as vigas;

está discretizada em elementos, não é possível considerar a carga por área,

foram utilizados elementos de 20 x 20 cm com o objetivo de maior e melhor discretização

sendo então necessário concentrá-la nos nós através da sua área de influência. Como foi

da estrutura, conforme a figura 6.

considerada a área de influência de um elemento de 20x20 centímetros e uma pessoa com peso de 80 kg, a carga concentrada em cada nó resultou em 0,0008 tonelada e foi aplicada em todos os nós dentro de uma área de 27,04 m², conforme a figura 7.

FIGURA 6 • dimensões e propriedades da laje - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

As propriedades representadas por números nas figuras acima estão especificadas

FIGURA 7 • definição do local de aplicação da carga - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

no quadro 2. A laje em estudo foi dimensionada com o intuito de apresentar os efeitos dinâmicos exercidos nela. Numa estrutura real, a laje deverá ser dimensionada pela norma NBR6118, seguindo os critérios relacionados ao estado limite de serviço (ELS) e estado limite último (ELU).

Em seguida, foram considerados os pesos nodais da estrutura, gerados pelo próprio programa, considerando somente o peso próprio. Com a distribuição dos pesos nodais da viga e o processamento do modelo com base em quantos modos de vibração seriam

38

39

DINÂMICA DAS ESTRUTURAS

calculados, foram obtidos os modos, as frequências naturais, os períodos, e o nós que sofreram maiores deslocamentos e em qual direção, conforme o quadro 3. MODO DE VIBRAÇÃO

FREQUÊNCIA NATURAL (HZ)

1

4,7193

PERÍODO (S) 0,21190

NÓ - DIREÇÃO 458-1

2

4,7389

0,21102

477-3

3

6,3539

0,15738

355-2

4

8,0657

0,12398

355-2

5

14,1523

0,07066

24-2

6

14,2283

0,07028

79-2

7

16,4695

0,06072

60-2

8

23,4321

0,04268

355-2

9

32,1565

0,03110

311-4

10

32,1812

0,03107

644-6

FIGURA 9 • 2º modo de vibração f=4,7389 Hz - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

QUADRO 3 • Frequências naturais da estrutura - Fonte: elaborado pelos autores (2013)

As figuras 8, 9 e 10 mostram os três primeiros modos de vibração da estrutura; nota-se que o terceiro modo é o de interesse para a avaliação de um carregamento dinâmico gerado por pessoas, pois é o primeiro modo que age no mesmo sentido X2 que as fontes excitadoras, e apresenta uma frequência natural atingível pelo 3º harmônico de um carregamento humano, conforme o quadro 1, que descreve que um harmônico de carregamento de atividade rítmica — pular normal — é de 2 Hz a 3 Hz. FIGURA 10 • 3º modo de vibração f=6,3539 Hz - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

Para a inserção do carregamento humano no modelo, foi considerado o carregamento aeróbica já definido anteriormente, e que a estrutura entraria em ressonância com o carregamento no seu 3º harmônico, portanto, foi utilizada a frequência do terceiro modo de vibração. Para a obtenção dos três harmônicos do carregamento, a frequência do terceiro modo de vibração foi dividida por três, e o resultado foi utilizado como o 1º harmônico; a partir desse valor foram calculados os outros dois harmônicos, conforme o quadro 4.

FIGURA 8 • 1º modo de vibração f=4,7193 Hz - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

FREQUÊNCIA (HZ)

PERÍODO (S)

1º Harmônico

2,1180

0,4722

2º Harmônico

4,2359

0,2361

3º Harmônico

6,3539

0,1574

QUADRO 4 • Períodos e frequências dos harmônicos - Fonte: elaborado pelos autores (2013)

40

41

Como o software STRAP não possui a série de Fourier, os harmônicos foram criados

Ao comparar os valores encontrados com o quadro 5, nota-se que o nível de percepção

separadamente em funções senoidais e, posteriormente, foi criada uma combinação em

humana para essa laje sob as situações pré-definidas é intolerável no nó 820, e perceptível

função de todos os harmônicos para analisar o comportamento real da estrutura. Os

no nó 7. Os resultados estão dentro do esperado, e não são satisfatórios em relação ao

coeficientes utilizados para a combinação dos harmônicos foram definidos através do

conforto do usuário, pela condição de ressonância imposta à estrutura, obtida ao igualar o

quadro 1. Sendo assim, considerando as pessoas na academia como a ação de pular, o 1º

3º harmônico com a frequência natural.

harmônico possui α1=1,8, o 2º harmônico possui α2=1,3 e o 3º harmônico possui α3=0,7.

Foi considerado um fator de amortecimento de ξ=5%.

Após todas as considerações, foi possível analisar as acelerações nos nós. Foram escolhidos alguns nós para análise, o nó 7, que encontra-se fora da área em que a carga dinâmica foi aplicada, e o nó 820, que encontra-se dentro da área. Observa-se nas figuras 11 e 12, que, conforme o nó esteja posicionado mais próximo ao

DESCRIÇÃO

FAIXA DE FREQUÊNCIA DE 1 A 10 HZ MÁXIMA ACELERAÇÃO [MM/S²]

FAIXA DE FREQUÊNCIA DE 10 A 100 HZ MÁXIMA ACELERAÇÃO [MM/S²]

Perceptível

34

0,5

Claramente perceptível

100

1,3

Não agradável

550

6,8

Intolerável

1.800

13,8

QUADRO 5 • Níveis de percepção humana perante vibrações

centro da laje, maior a aceleração. Essa condição deve ser evitada em busca de melhores condições da estrutura e dos usuários. Uma das medidas que evitam essas situações é deixar os valores de frequência excitadora e frequência natural longe de serem os mesmos, evitando a ressonância. Para isso, pode-se aumentar o amortecimento do sistema, ou aumentar a frequência natural da estrutura, e, consequentemente, a sua rigidez.

4 CONSIDERAÇÕES FINAIS FIGURA 11 • Aceleração nó 820 - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

De acordo com os objetivos estabelecidos neste trabalho, procurou-se caracterizar o comportamento de uma estrutura sob influência de carregamentos dinâmicos gerados por ações humanas. Foram abordados, inicialmente, os fundamentos teóricos necessários para a realização desse tipo de análise, que consistem, principalmente, na definição e classificação de vibrações através de fórmulas e equações; na concepção de resposta dinâmica; na aplicação de uma análise modal visando a caracterização dos parâmetros modais; e no conceito de interação humano-estrutura. Para a elaboração do estudo experimental, foi criado um modelo computacional de uma laje de academia para analisar o seu comportamento sob condições de carregamentos

FIGURA 12 • Figura 12 - Aceleração nó 7 - Fonte: elaborada pelos autores (2013)

42

reais provenientes de ações humanas.

43

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

Conclui-se que, na busca de resultados compatíveis com o de uma estrutura real,

REFERÊNCIAS

não bastaram somente a modelagem da estrutura no software e os resultados obtidos automaticamente, foi necessário a compreensão de como um carregamento proveniente

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de estrutura

de ações rítmicas de humanos pode realmente agir sob a estrutura, e aplicar o conceito de

de concreto – procedimento. Rio de Janeiro, 2007.

sobreposição modal através das séries de Fourier, seguindo tabelas e dados previstos em códigos internacionais e normas brasileiras.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de estruturas

Com tudo isso, observa-se a importância da análise dinâmica das estruturas, pois,

de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008.

muitas vezes, os resultados obtidos na análise não apresentam as condições satisfatórias impostas pelas normas, sob o ponto de vista do conforto dos usuários. Se a estrutura for

BODDU, G.R. Vibration Analysis of Structures. 2009. 39f. Trabalho de diplomação

analisada em fase de projeto, pode-se prevenir efeitos indesejáveis modificando as suas

(Graduação em Tecnologia em Engenharia Civil) - National Institute of Technology,

dimensões e parâmetros.

Rourkela, Odisha, 2009.

Como o tema desse trabalho ainda não é muito abordado no Brasil, apesar de, cada vez mais, mostrar-se de extrema importância para estudos relacionados a estruturas, sugere-

BRASIL, R. M. L. R. F; SILVA, M. A. Introdução à dinâmica das estruturas para a

se, para pesquisas futuras, um maior aprofundamento da análise dinâmica de diferentes

engenharia civil. São Paulo: Blucher, 2013.

tipos de estruturas. CLOUGH, R.W.; PENZIEN J. Dynamic of structures. 3. ed. Berkeley: Computers & Structures, 2003. COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON. Vibration Problems in Structures – Pratical Guidelines, Bullitin dínformation, n.209, 1991. CORREIA, A.B.N.; PRADO, F.S.; FRAQUETA, F.M. Análise de vibração em estádios de futebol. 2009. Trabalho de Diplomação (Graduação em engenharia civil) – Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, 2009. DIÓGENES, H.J.F. Análise tipológica de elementos e sistemas construtivos prémoldados de concreto do ponto de vista da sensibilidade a vibrações em serviço. 2010. 210f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) - Universidade de São Paulo, São Carlos, 2010. LIMA, S.S; SANTOS,S.H.C. Análise dinâmica das estruturas. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2008. 44

45

NOBREGA, P,G,B. Análise dinâmica de estruturas de concreto: estudo experimental

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

e numérico das condições de contorno de estruturas pré-moldadas. 2004. 265f. Tese (Doutorado em Engenharia de Estruturas) - Escola de Engenharia de São Carlos da

Leonardo Crispim Fernandez 1 Rita Moura Fortes 2

Universidade de São Paulo, São Paulo, 2004. REIS, F; PRAVIA, Z.M.C. Análise sísmica de um edifício de múltiplos andares em aço. 2012. Trabalho apresentado a 5ª edição do Construmetal, São Paulo, 2012. SILVA, T.M.O. Avaliação da transmissão de vibração num edifício existente. 2010. 97f. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) - Universidade Técnica de

Resumo

“

O concreto poroso, conhecido também como concreto ecológico por conter uma

pequena parcela de agregados finos, ou nenhuma, proporciona a percolação da água

Lisboa, Lisboa, 2010.

através da sua estrutura, o que impede o acúmulo de lâminas d’água em sua superfície. Esta tecnologia tem sido utilizada para melhorar a segurança das estradas e regiões urbanas, pelo fato de drenar a água superficial. Entretanto é uma estrutura pouco resistente ao tráfego pesado, o que limita sua utilização a vias de tráfego leve ou estacionamento de veículos. Este trabalho estudou a taxa de infiltração dos dois tipos mais conhecidos de

”

pavimentos permeáveis: bloco intertravado e concreto poroso.

Palavras-chave » concreto poroso; pavimentação em concreto; bloco intertravado; taxa de infiltração; drenagem.

1 2

46

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

47

precipitações. Em decorrência disso a água não se infiltra no solo, causando enchentes

1 INTRODUÇÃO

e inundações. Pavimentos e pisos permeáveis são técnicas construtivas que permitem a percolação

Conforme o Hidrograma abaixo, nota-se que o valor da vazão de pico de uma área

da água em sua estrutura devido à utilização de materiais porosos na sua composição.

urbanizada é maior se comparado com a vazão de pico da mesma área em um período

Essa porosidade se deve à utilização da curva granulométrica na composição do

de pré-urbanização. Além disso, o Hidrograma mostra que, em áreas pré-urbanizadas, a

elemento drenante; ou seja, o que difere os tipos de revestimentos são os materiais

vazão diminui de forma graduada ao longo do tempo, ao contrário de áreas urbanizadas.

ligantes, como o cimento, no caso do bloco de concreto poroso, e o betume, no caso do revestimento asfáltico. Esta técnica construtiva busca reduzir o problema de enchentes

Vazão

Hidrograma de Área Urbanizada Hidrograma de Área não Urbanizada Volume Escoado

Q. máx 1

e inundações nas grandes metrópoles, uma vez que o desenvolvimento acelerado dos grandes centros urbanos tornou a impermeabilização dos solos muito frequente,

Q. máx 2

passando a ser o maior responsável pelos problemas de alagamentos. Além desses dois tipos, existe ainda o ecopavimento com agregados ou com grama. Os métodos existentes ainda não são muitos, por se tratar de uma nova técnica, mas, tratando-se de um tema que precisa ser desenvolvido, a probabilidade de novas tecnologias surgirem é t.1

muito grande. A princípio, a técnica foi criada para reduzir os volumes de enchentes, e, consequentemente, aumentar os fatores de segurança no tráfego, pois elimina a lâmina d’água, evitando a hidroplanagem, já que estudos de Marchiori (2013) indicam que pode haver infiltração de até 80% do volume precipitado. Apesar de ser uma técnica que surgiu há pouco tempo no mercado brasileiro — segundo Virgiliis, em reportagem do periódico Wall Street Daily, em 2011, as poucas obras realizadas com este tipo de pavimento apresentaram resultados que comprovam sua

Tempo

t.2

FIGURA 1 • Efeito da urbanização sobre o hidrograma da bacia - Fonte: Cordeiro Netto (1994, apud Virgiliis, 2009, p.13)

A figura abaixo ilustra dois momentos para a mesma região, antes e depois da urbanização. Fica evidente que, após a impermeabilização do solo, a infiltração da água se torna difícil, ocasionando a subida do limite da área de inundação e contribuindo para a ocorrência de enchentes e inundações.

viabilidade, pois, apesar de ser cerca de 30% mais caro que o pavimento convencional, esse gasto é mais compensador em comparação aos custos de recuperação causados pelas enchentes. Este trabalho apresenta um estudo sobre pavimentos e pisos permeáveis.

2 PROJETO DE PRODUÇÃO O crescimento acelerado dos grandes centros urbanos vem causando, além de outros problemas, a impermeabilização do solo e a formação das ilhas de calor, ocasionando

FIGURA 2 • Efeito da urbanização e impermeabilização do solo - Fonte: Orsini (2013 – Seminário Drenagem Urbana Concrete Show)

48

49

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

2.1 Sistemas de controle em drenagem urbana

acaba facilitando a infiltração da água. A Figura 3 ilustra as camadas dos pavimentos de Concreto Asfáltico Poroso e de blocos intertravados.

Na tentativa de minimizar os efeitos da urbanização e evitar os impactos no ciclo hidrológico, observa-se uma tendência à canalização dos trechos nos quais ocorrem as inundações. Tal prática acaba transferindo o problema de um lugar para outro, segundo Tucci (1995, apud Goldenfum et al., 2003, p. 4). O mais eficaz é a implantação de dispositivos de controle na fonte, retardando e reduzindo escoamentos urbanos. As medidas de controle são classificadas da seguinte maneira: a) MEDIDAS DISTRIBUÍDAS OU NA FONTE: são medidas que aumentam a infiltração ou percolação no lote em praças e passeios, ou medidas de armazenamento através de reservatórios residenciais; b) MEDIDAS NA MICRODRENAGEM: esse tipo de medida utiliza dispositivos de amortecimento de volume, como tanques, lagos ou reservatórios que agem em um ou mais lotes; c) MEDIDAS NA MACRODRENAGEM: tem como objetivo a modificação estrutural de rios ou riachos urbanos. No que diz respeito ao hidrograma, segundo Tucci e Genz (1995, apud Goldenfum, et

FIGURA 3 • Pavimentos permeáveis - Fontes: (Urbonas e Stahre, 1993, apud Goldenfum, Tucci et al., 2000, p. 23)

O uso dos pavimentos permeáveis contribui para a redução do volume de água escoado na superfície, retardando a chegada do escoamento até o leito natural. Além desse benefício, os pavimentos permeáveis também permitem a recarga de água no lençol freático e reduzem efeitos como spray e hidroplanagem, aumentando a segurança das vias em situações de chuvas; porém, esta tecnologia possui baixa resistência mecânica, sendo indicada para locais em que as solicitações de carga são baixas.

al., 2003, p.4), outras medidas devem ser levadas em consideração. São elas: a) INFILTRAÇÃO E PERCOLAÇÃO: para retardar o escoamento superficial; utiliza

3.1 Tipos de pavimentos permeáveis:

armazenamento e o fluxo subterrâneo para que haja maior infiltração e percolação; b) ARMAZENAMENTO OU DETENÇÃO: para que haja redução do volume do

Segundo Azzout (1994, apud Virgiliis, 2009, p. 27), o pavimento permeável pode ser

escoamento superficial e redução do volume de pico, o armazenamento em reservatórios

dividido em quatro tipos: com revestimento drenante ou impermeável, e com a função de

de pequeno ou grande porte distribui a vazão num espaço de tempo maior.

infiltração ou de armazenamento, de acordo com a figura abaixo:

3 PAVIMENTOS PERMEÁVEIS Devem-se entender os pavimentos permeáveis como um dispositivo de infiltração que

FIGURA 4 • Exemplo de diferentes tipos de pavimento com reservatório estrutural Fonte: (Azzout et al., 1994, apud Virgiliis, 2009, p. 27)

faz com que o escoamento na superfície seja ”desviado” através da superfície permeável para um reservatório localizado abaixo da superfície do terreno, de acordo com Urbonas e Stahre (1993, apud Goldenfum et al., 2003, p. 6). A diferença entre o pavimento convencional e o poroso é o índice de vazios, o que

50

51

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

3.2 Pavimentos voltados para infiltração

b) PAVIMENTOS DE DETENÇÃO: através do reservatório localizado nas camadas inferiores ao revestimento, a água precipitada fica armazenada, retardando o escoamento

Segundo Schueler (1987, apud Virgiliis, 2009, p. 29), o pavimento permeável com função de

até o exutório. Este tipo de pavimento pode ser dividido em pavimento poroso de detenção

infiltração pode ser dividido em três tipos:

com injeção direta (possui revestimento permeável) e pavimento poroso de detenção com

a) INFILTRAÇÃO TOTAL: a água é dirigida diretamente para o solo;

injeção indireta (possui revestimento impermeável, necessitando de algum dispositivo

b) INFILTRAÇÃO PARCIAL: esse sistema é utilizado para regiões onde a sub-base

drenante para que a água atinja o seu reservatório).

apresenta baixa taxa de infiltração, havendo a necessidade de implantar-se um sistema de drenagem para escoar a chuva precipitada; c) SISTEMA DE INFILTRAÇÃO PARA CONTROLE DA QUALIDADE DA ÁGUA: coleta apenas o volume inicial de chuva — pelo fato de este apresentar maior quantidade

3.4 Classificação genérica quanto ao tipo de material utilizado no pavimento permeável

de poluentes —, para análise da qualidade da água. Fergunson (2005 apud VIRGILIIS, 2009, p. 29) classifica os pavimentos permeáveis genericamente em sete categorias principais, de acordo com a família dos materiais:

3.3 Pavimentos voltados para detenção e armazenamento

Agregados, Gramíneos, Geocélulas plásticas, Concreto poroso, Blocos vazados, Blocos Intertravados, e Concreto asfáltico poroso.

A utilização do pavimento permeável pode reduzir consideravelmente o escoamento superficial de toda a chuva precipitada porque, segundo Virgiliis (2009), em áreas urbanas, aproximadamente 30% das superfícies são destinadas ao sistema viário. Para isso, pode-se

4 CONCRETO POROSO

dividir em três os níveis de atuação dos pavimentos porosos ou permeáveis: a) Pavimento com revestimento permeável, que diminui a velocidade de escoamento

Concreto poroso é um tipo de concreto constituído basicamente por pasta de cimento

superficial, retendo parte do volume em sua própria superfície, e infiltrando boa parte da

Portland e agregados graúdos, apresentando de 15% a 25% de volume de vazios

precipitação para as camadas inferiores;

(FORTES; MERIGHI, 2006), aumentando sua porosidade e, consequentemente, a

b) Pavimento com estrutura porosa, que armazena a água pluvial, amortecendo as vazões do hidrograma de chuvas;

velocidade de percolação da água, quando comparado a outros tipos de revestimentos de pavimentos.

c) Pavimento que detém e infiltra a água precipitada, ao mesmo tempo.

De acordo com o Georgia Stormwater Management Manual (2006, apud Fortes et al.,

É importante salientar que apenas a utilização do revestimento permeável não reduzirá

2006, p.4), o concreto poroso pode ser utilizado em vias de baixo volume de tráfego,

o escoamento superficial. Para reduzir o escoamento de chuvas precipitadas é necessário

ou de baixas solicitações de carga, porém, REYES e TORRES (2006, apud Fortes et al.,

preparar a estrutura (base e sub-base) para que se consiga atender à demanda das chuvas.

2006, p.4) indicam que, na Espanha, esta camada pode ser utilizada em vias de tráfego

Os pavimentos com função de drenagem podem ser divididos em:

muito pesado.

a) PAVIMENTOS COM REVESTIMENTO PERMEÁVEL: Reduzem o escoamento

Ainda segundo o Georgia Stormwater Management Manual (2006, apud Fortes et al.,

superficial por possuírem superfície porosa, que permite que a água precipitada percole

2006, p.4), notam-se algumas desvantagens, como o elevado índice de manutenção e alta

até o solo;

taxa de ruptura.

52

53

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

4.1 Funcionamento

como ruas residenciais, estacionamentos, ruas para pedestres, ciclovias, e etc. A figura abaixo ilustra a disposição das camadas que constituem a estrutura do

Independentemente de o concreto poroso servir de camada de sacrifício sobre uma

pavimento de blocos intertravados.

camada de cimento Portland, ou como revestimento sobre base e sub-base, seu sistema de drenagem é muito semelhante, podendo direcionar a água para um reservatório abaixo da estrutura através de tubulações colocadas em uma de suas camadas, ou diretamente no lençol freático. A Figura 5 explica o processo de infiltração e saída da água através dos drenos.

FIGURA 6 • Pavimento permeável com superfície de blocos porosos ou vazados - Fonte: (Febestral, 2005, apud Virgiliis, 2009, p.55)

6 CUSTOS FIGURA 5 • Pavimento de concreto poroso com drenagem da água infiltrada por tubulação - Fonte: (Infraestrutura Urbana)

Segundo levantamentos durante a execução do estacionamento no CTH/USP, Virgiliis (2009) chega a valores muito próximos para os dois tipos de pavimentos executados,

Vale acrescentar que a eficiência do pavimento poroso está diretamente ligada à

conforme a tabela abaixo.

capacidade de infiltração da base e sub-base. MATERIAL

UN

PREÇO UNIT

CPA

R$

Quant/ m2

BLOCOS Total (R$)

Quant/ m2

Total (R$)

1,00

59,89

Blocos Intertravados

m2

59,89

Concreto Asfáltico Poroso

m3

646,85

0,05

32,34

Macadame Betuminoso

m3

184,84

0,05

9,24

Pedrisco

m3

38,70

0,01

0,39

Imprimadura Ligante

m2

11,04

1,00

11,04

de concreto, os blocos intertravados são o tipo de pavimento permeável mais comum. Na

Geotêxtil

m2

14,36

1,00

14,36

maioria dos casos, o preenchimento de suas juntas é feito com material granular poroso,

BGS

m3

173,80

0,10

17,38

Macadame Hidráulico

m3

168,05

0,25

42,01

0,15

25,21

Pó de Pedra

m3

148,13

0,10

14,81

0,10

14,81

Geomembrana

m2

24,87

1,00

24,87

1,00

24,87

TOTAL

134,70

TOTAL

156,52

5 BLOCOS INTERTRAVADOS DE CONCRETO Geralmente assentados sobre uma camada de areia e delimitados por sarjetas ou vigotas

permitindo que os blocos trabalhem em conjunto. De uma maneira geral, os blocos intertravados de concreto permitem a infiltração da água pela sua estrutura porosa e pelo rejunte entre um bloco e outro, devendo ser utilizados em locais com baixa intensidade de tráfego, devido à sua baixa resistência mecânica —

54

QUADRO 1 • Custos dos pavimentos executados no CTH/USP - Fonte: Virgiliis,2009

55

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

De acordo com Virgiliis (2009), apesar de o bloco intertravado apresentar um custo de materiais mais elevado, deve-se ressaltar que os gastos com equipamentos e mão de obra são

reduzindo e volume do escoamento superficial e fazendo com que o escoamento até o leito natural ocorra de forma lenta.

menores comparados ao pavimento de concreto poroso, o qual requer equipamentos mais

Para Virgiliis (2009), devem-se entender os reservatórios como uma parte da estrutura

sofisticados e mão de obra especializada, o que onera os gastos. Sendo assim, o pavimento

que armazena e transfere a água para uma saída utilizando um tubo como dreno, ou que a

intertravado torna-se mais vantajoso em relação a custos. Além do valor total de execução,

filtra diretamente para o solo.

o pavimento intertravado apresenta melhores resultados em relação à manutenção, pois seu material pode ser reutilizado, e o reparo não fica visível.

Vale ressaltar que O’Loughlin et al. (1995 apud Agra, 2001, p. 31) chegam a algumas conclusões relevantes em avaliação da implantação dos microrreservatórios. Dentre elas, destacam-se: a) não transfere para jusante os impactos da urbanização;

7 COLMATAÇÃO

b) os problemas são resolvidos na fonte onde ocorrem, e as soluções não são postergadas; c) os critérios e métodos de projeto ainda são usualmente muito simplificados;

De acordo com Baptista & Nascimento (2005, apud Virgiliis 2009, p. 21), a colmatação da estrutura é causada pelo entupimento de seus vazios por materiais sedimentares, poluição

d) em determinadas condições hidrológicas, se localizados nas partes mais baixas da bacia, podem aumentar o escoamento a jusante;

e até mesmo vegetações. Para evitar a sua ocorrência, a manutenção deve ser feita da

e) o sistema não é econômico devido aos custos de manutenção.

seguinte forma:

Analisando então os itens descritos, conclui-se que o sistema é potencialmente viável,

a) limpeza com vassouras a seco, ou úmida, sem pressão;

porém, deve-se planejar a sua implantação de forma a evitar o agravamento de problemas

b) secagem da parte superior da estrutura;

que já merecem atenção.

c) utilização de jatos d’água, com regulagem de acordo com o revestimento; d) aspiração. A frequência deste fenômeno pode variar em função de fatores da região (presença de

8.1 Estudo de caso de microrreservatórios

depósitos de material pulverulento) e intensidade de tráfego, sendo este último devido ao A implantação de microrreservatório realizada no bairro do Espinheiro, na cidade

fenômeno de sucção chamado “pumping”. Apesar de diminuir o desempenho hidráulico do pavimento, este fenômeno, por outro

de Recife, em parceria entre a ABCP e a Prefeitura, obteve resultados satisfatórios

lado, provoca a retenção de poluentes, pois, com o preenchimento dos vazios, a filtração

com o desempenho dessa tecnologia em um local que anteriormente sofria

mecânica se torna mais eficaz, impedindo que materiais prejudiciais ao lençol freático e, até

com inundações. Para resolver os problemas de inundação no bairro do Espinheiro, em 2007 foi

mesmo ao solo, percolem na estrutura.

implantado o sistema de microrreservatório de drenagem. Para que o projeto fosse efetuado, alguns parâmetros de viabilidade foram estudados,

8 MICRORRESERVATÓRIO

parte deles servindo também como restrição. A questão do fundo impermeável é muito importante, pois, se o lençol for suscetível à

O microrreservatório é construído abaixo do nível do solo, e tem como principal função

poluição, não se deve recorrer a medidas que promovam a infiltração da água, pois águas

o armazenamento de água da chuva que escoa pela superfície e se infiltra no pavimento,

pluviais retidas pelo reservatório podem carregar esgoto e outros poluentes.

56

57

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

O tipo de solo também requer a devida atenção. Dependendo da estrutura do solo, este

9.1 Método de ensaio

pode sofrer modificações indesejáveis na presença de água. Deve-se ressaltar que o sistema de microrreservatório exige trabalhos de manutenção

ASTM C1701 – Infiltration Rate Of-In Place Pervious Concrete - 2009

constante, principalmente se houver escoamentos com alta taxa de lixo ou poluição. Por serem revestidos de concreto armado, suportam tráfego leve e pesado, e, ante a ausência de instalações subterrâneas, a instalação não causou maiores problemas.

9.2 Metodologia

Após a conclusão da obra e o monitoramento frequente de intensidade de chuva e do nível de água dessa chuva no reservatório, os valores de inundação, que chegavam a

A taxa de infiltração é determinada através da aferição de tempo que determinada

50 cm, caíram substancialmente.

massa de água necessita para se infiltrar no pavimento, cuja área é delimitada por um cilindro calafetado.

9.3 Equipamento Cilindro com altura mínima de 50 mm e diâmetro interno de 290 mm, com duas linhas marcadas com distâncias de 10 mm e 15 mm a partir da superfície inferior; FIGURA 7 • Local onde ocorriam os problemas com enchentes - Fonte: http:// www.solucoesparacidades.com.br/ wp-content/uploads/2013/09/AF_ Microreservat%C3%B3rios_web.pdf

FIGURA 8 • Após a construção - Fonte: http://www.solucoesparacidades.com. br/wp-content/uploads/2013/09/AF_ Microreservat%C3%B3rios_web.pdf

Recipiente previamente graduado com o auxílio de balança (precisão de 10 g); Cronômetro de precisão (0,1 s).

9 RELATÓRIOS DE ENSAIOS O teste da taxa de infiltração é normatizado pela norma ASTM – C1701 – Infiltration Rate Of In-Place Pervious Concrete de 2009. A intenção foi obter dados que permitam comparar a capacidade de infiltração dos pavimentos de concreto poroso, de blocos intertravados, e flexíveis, analisando qual tipo de revestimento apresenta melhor desempenho quanto à infiltração. Para isso, uma massa de água é despejada dentro de um cilindro, fixado no pavimento com massa de calafetar, o qual representa a área estudada, medindo-se o tempo que a água leva para se infiltrar no pavimento. O ensaio foi realizado pelo grupo de

FIGURA 9 • Aferição do balde utilizado no ensaio - Fonte: (ASTM C1701 - 2009)

pesquisa do trabalho de graduação final em três tipos de pavimentos: de concreto poroso, de bloco intertravado e flexível.

58

59

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

FIGURA 11 • Processo de calafetação Fonte: ASTM C1701 – 2009

FIGURA 10 • Equipamento para o ensaio - Fonte: (ASTM C1701 - 2009)

FIGURA 12 • Queda d’água constante de forma que o nível de água se mantenha entre as linhas - Fonte: ASTM C1701 – 2009

9.5 Cálculo Para o cálculo da taxa de infiltração, segundo a ASTM C1701, deve-se utilizar a

9.4 Procedimento

seguinte fórmula:

Segundo a ASTM C1701 - 2009, devem-se realizar três ensaios para áreas de até 2.500 m², e um ensaio a mais para cada 1.000 m² adicionais. Como as áreas ensaiadas tinham menos de 2.500 m², os revestimentos foram testados apenas três vezes. Antes de iniciar o procedimento é necessário limpar a superfície, garantido que não exista nenhum material que possa interferir no teste, como pedriscos, folhas ou gravetos. Com o revestimento limpo, calafeta-se a borda inferior do cilindro, utilizando-se massa de encanador de um tipo que não endureça (ASTM C1701 – 2009). A calafetação pode

I = KM/(D²*t) Onde: I = Velocidade de infiltração em mm/h [in. /h]; M = Massa de água infiltrada em kg [lb]; D = Diâmetro interno do anel de infiltração em mm [in.]; t = Tempo necessário para calcular a quantidade de água para infiltrar o concreto em s, e; K = 4.583.666.000 em unidades SI ou 126.870 em unidades [polegadas-libras].

ser feita com algum objeto, como espátulas, ou com as mãos, certificando-se que não haja vazamentos durante o teste. Após calafetar, despeja-se a massa de água estabelecida pela norma, com velocidade constante, de forma que o nível de água mantenha-se entre as linhas marcadas, registrandose o tempo de pré-molhagem, o qual, se for inferior a 30 s, deve ser de 18 ± 0,05 kg. Caso contrário, a massa de água a ser utilizada será de 3,6 kg. A massa de água de pré-molhagem deve ser de 3,6 ± 0,05 kg. Os três ensaios foram realizados em diferentes pontos.

60

9.6 Dados dos ensaios ENSAIO 1 Local do ensaio: Centro Tecnológico de Hidráulica e Recursos Hídricos – Cidade Universitária, USP Data do ensaio: 27/09/2013 Material: Revestimento de Concreto Poroso, ensaio “in loco”.

61

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

Resultado: CÁLCULO DA VELOCIDADE DE INFILTRAÇÃO – ASTM C1701 TESTE

DIÂMETRO INTERNO (mm)

MASSA DE ÁGUA (kg)

TEMPO DE PRÉ-UMEDECIMENTO (seg.)

TEMPO (seg.)

1

290

3,6

32,0

47,1

2

290

3,6

58,2

62,0

3

290

3,6

77,0

90,0

3,6

55,7

66,4

MÉDIA

TABELA 1 • Calculo da velocidade de infiltração no pavimento de concreto poroso FIGURA 13 • Pavimento de concreto poroso – CTH – USP Fonte: acervo do autor

I = 4.583.666.000 x 3,6 / (290² x 66,4) = 2.954,96 mm/h ou 0,082 cm/s Após o cálculo, obteve-se uma velocidade de infiltração de 2.954,96 mm/h.

FIGURA 14 • Pavimento de FIGURA 15 • Pavimento blocos de concreto intertravado flexível – CTH-USP - Fonte: –Assaí Atacadista - Fonte: acervo acervo do autor do autor

Nota-se na Figura 15, a presença de agregados não uniformes, e também de partículas

ENSAIO 2

finas, as quais impedem qualquer tipo de infiltração no pavimento flexível, assim como a

CÁLCULO DA VELOCIDADE DE INFILTRAÇÃO – ASTM C1701 TESTE

DIÂMETRO INTERNO (mm)

MASSA DE ÁGUA (kg)

TEMPO DE PRÉ-UMEDECIMENTO (seg.)

TEMPO (seg.)

1

290

3,6

33,4

36,3

2

290

3,6

57,8

81,0

3

290

3,6

52,4

70,0

MÉDIA

-

3,6

47,9

62,4

própria estrutura, que não tem função de permeabilidade.

TABELA 2 • Cálculo da velocidade de infiltração no pavimento intertravado

I = 4.583.666.000 x 3,6 / (290² x 62,4) = 3.144,38 mm/h ou 0,087 cm/s Após o cálculo, obteve-se uma velocidade de infiltração de 3.144,38 mm/h. FIGURA 16 • Local do FIGURA 17 • Detalhe – Cilindro ensaio em pavimento flexível calafetado no pavimento flexível - Fonte: acervo do autor convencional - Fonte: acervo do autor

9.7 Considerações finais

FIGURA 18 • Detalhe – Lâmina d’água após dez minutos sem infiltração no pavimento flexível Fonte: acervo do autor

Para que houvesse uma comparação entre os pavimentos permeáveis e os comuns, foi realizado o mesmo teste em um pavimento do tipo flexível (convencional) no CTH-USP,

10 CONCLUSÃO

nas proximidades do local onde foi realizado o teste para o pavimento de concreto poroso. Como era de se esperar, não foi registrado nenhum valor para taxa de infiltração, mesmo

Após a análise dos resultados obtidos no ensaio realizado em campo seguindo as exigências

porque os pavimentos do tipo flexíveis não têm função de permeabilidade. Após mais

da norma ASTM C1701 de 2009, nota-se que, de fato, ocorreu infiltração de água tanto no

de dez minutos, não houve infiltração da massa de água utilizada na pré-molhagem. É

pavimento de blocos intertravados quanto no de concreto poroso. Em ambos o resultado

possível notar a diferença de estruturas na comparação a seguir:

da taxa de infiltração foi da ordem de, aproximadamente, 1 mm/s.

62

63

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

Deve-se ressaltar que, após o processo de pré-molhagem, utilizando-se 3,6 kg de água,

de enchentes, pois possuem capacidade de infiltração; porém, para que haja eficiência

o solo sofreu uma pequena saturação, já que o tempo registrado nas medições posteriores à

durante um tempo de vida útil maior, deve-se executar manutenção frequente, visto que,

pré-molhagem (para o mesmo local de teste) foi superior para a mesma massa de água, fato

segundo Marchiori (2013), a capacidade de permeabilidade do pavimento, em dez anos,

que ocorreu em todos os registros de tempo para os dois pavimentos ensaiados.

pode ser reduzida em até 90%, principalmente devido ao acúmulo de sedimentos em sua

De acordo com estudos apresentados na 7a Conferência Internacional de Pavimentação com Blocos Intertravados de Concreto, em Sun City, na África do Sul (2003), conforme

superfície, além da ocorrência do efeito de colmatação, o qual, se não for tratado a tempo, pode inviabilizar a eficiência do pavimento permeável.

reportagem na Revista Prisma, a capacidade de infiltração, em alguns casos, é inversamente proporcional à idade do pavimento. Caso os testes tivessem sido realizados após a execução dos pavimentos, tanto no CTHUSP como no Assaí Atacadista, provavelmente os resultados de taxa de infiltração seriam maiores porque os dois pavimentos são cercados por árvores e nota-se a existência de sedimentos, o que facilita a ocorrência da colmatação. De acordo com o periódico Construção Mercado (dezembro 2011), o pavimento intertravado possui grande durabilidade, menor absorção de calor (diminuindo o efeito de ilhas de calor) e maior facilidade de execução e manutenção, pois o mesmo bloco pode ser reutilizado e não requer equipamentos específicos para sua instalação. Por outro lado, segundo a mesma publicação, os pavimentos de concreto poroso moldados in loco necessitam de equipamentos específicos, diminuindo o emprego de mão de obra, o que pode melhorar a qualidade da sua execução. Porém, deve-se lembrar que o custo total, levando-se em consideração materiais, mão de obra e equipamentos, é mais oneroso. Dessa forma, fica evidente que, apesar de possuírem taxas de infiltração semelhantes, os tipos de revestimento estudados podem ser aplicados em locais mais específicos devido à demanda de serviços e mão de obra em sua instalação, dando-se preferência ao pavimento intertravado pelo fato de apresentar menor custo. Como exemplo, pode-se citar a execução do pavimento intertravado em regiões que apresentam menor área, como calçadas, áreas de lazer em condomínios, praças, pequenos estacionamentos e locais que não podem permanecer inacessíveis por longos períodos de tempo, pois este método não necessita de equipamentos específicos. Já o pavimento de concreto poroso pode ser executado em áreas maiores, como grandes estacionamentos ao ar livre e ruas com baixa solicitação de tráfego, devido à necessidade de mão de obra e equipamentos especializados. Conclui-se, dessa forma, que os pavimentos permeáveis contribuem para a redução

64

65

PAVIMENTOS E PISOS PERMEÁVEIS

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visando retenção e amortecimento de picos de cheias. 2009. 185f. Dissertação (Mestrado

de-uma-299124-1.aspx>. Acesso em: 21 ago. 2012

em Engenharia Civil) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.

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Pavimento

Intertravado:

mais

ou

menos

permeável:

informações: técnico. Disponível em: < http://www.revistaprisma.com.br/novosite/ noticia.asp?cod=59>. Acesso em: 22 out. 2013

68

69

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO Veronica Kaba Naccache 1 Simão Priszkulnik 2

Resumo

“

O concreto pesado é caracterizado pela massa específica a partir de 2.800 kg/m³. Sua

preparação envolve o emprego de agregados de elevada massa específica, como hematita, magnetita, barita e agregados de aço. Este trabalho refere-se à medida da blindagem de radiações X efetuada em placas de concreto pesado e concreto normal de 50 cm x 50 cm e espessuras de 10 mm, 20 mm, 30 mm e 50 mm, moldadas no Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Presbiteriana Mackenzie. As medidas foram realizadas no Instituto de Física da Universidade de São Paulo, Setor de Dosimetria da Física Nuclear. O trabalho apresenta um estudo comparativo de eficiência de blindagem entre os concretos preparados com agregados de hematita, granalha de aço e agregados graníticos. Complementarmente, realizaram-se ensaios de resistência à compressão em corpos de prova moldados com os mesmos concretos, a fim de comprovar a adequação destes para fins estruturais.

”

Palavras-chave » concreto pesado; blindagem de radiação; resistência à compressão.

1 2

70

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

71

1 INTRODUÇÃO

2 PERDAS POR IMPROVISAÇÃO

O concreto é um material utilizado na construção civil, resultante da mistura de cimento, agregado miúdo (areia), agregado graúdo (brita) e água, além de adições e aditivos, que

A parte experimental deste estudo abrangeu a preparação de misturas de concreto no

são introduzidos no seu preparo para que se consiga obter determinados resultados –

Laboratório de Materiais de Construção da Universidade Presbiteriana Mackenzie, com

quando aplicado para uso específico.

as quais foram moldadas as placas, para serem submetidas aos ensaios de blindagem de

A Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 8953/09 atribui ao concreto para fins estruturais critérios, tais como massa específica, grupos de resistência característica à

radiação no Instituto de Física Nuclear da Universidade de São Paulo, e corpos de prova cilíndricos para o ensaio à compressão axial.

compressão e consistência (SANTOS, A). Assim, são definidos os concretos normais, leves e pesados. O chamado concreto normal possui massa específica seca entre 2.000 kg/m³ e 2.800 kg/m³; o concreto leve, inferior a 2.000 kg/m³; e o pesado, massa específica superior

2.1 Materiais empregados

a 2.800 kg/m³. O concreto classificado como pesado é um material que possui em sua composição

Empregaram-se os cimentos Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI) e CP II-E-32,

agregados oriundos de minérios de ferro, bário e boro, responsáveis pelo aumento da

brita e areia de hematita, granalha de aço, água do abastecimento do laboratório e aditivo

massa específica. Esses componentes oferecem à mistura boas características mecânicas e

hiperplastificante designado “Adiment Premium”. Para a moldagem das placas e dos corpos

de durabilidade, e além de capacidade de proteção contra a passagem de raios-X, gama, e

de prova foram preparadas quatro misturas de concreto. A Tabela 1 mostra as composições

radiação de nêutrons.

e as características das misturas de concreto feitas no laboratório.

Visando à blindagem de radiações, os concretos pesados apresentam características

As massas específicas (γ) dos materiais componentes dos concretos são:

específicas, como conter elevada quantidade de componentes pesados e mínima retração,

γ CP II -E-32 = 3.090 kg/m³; γ CP V-ARI = 3.150 kg/m³; γ brita granítica = 2.674 kg/m³;

de forma que a passagem de radiação seja atenuada, ter constância na elevada massa

γ areia quartzosa rosa = 2.632 kg/m³; γ brita de hematita = 5.000 kg/m³; γ areia de hematita

específica e homogeneidade para aumentar a eficiência na blindagem de raios gama e do

= 4.865 kg/m³; γ granalha de aço = 7.420 kg/m³; γ água = 1.000 kg / m³.

alto teor de hidrogênio, com a finalidade de impedir a propagação de radiação de nêutrons. Blindar a radiação tem como função impedir que esta se propague entre ambientes, de um local para outro, e a espessura do material destinado a essa função depende do tipo de

2.2 Moldagem das placas e corpos de prova

radiação, da atividade da fonte e da velocidade de dose aceitável após a blindagem. No cálculo da blindagem consideram-se a energia da radiação, a quantidade de

Para cada uma das misturas preparadas de concreto com granalha de aço e os dois traços de

radiação produzida por determinado período (carga de trabalho), e o grau de ocupação ou

concreto de hematita foram moldadas três placas com 50 x 50 cm². Para o concreto comum,

a frequência do ponto onde será instalada a fonte de energia radioativa.

foram moldadas quatro placas com 50 x 50 cm². As referidas placas estão designadas na

O assunto abordado neste trabalho refere-se ao concreto pesado e sua utilização para a blindagem de radiação, tema que deu origem à busca e criação de materiais que limitassem

Tabela 2. Para a determinação da resistência à compressão dos concretos, moldaram-se corpos de prova cilíndricos, que foram conservados em câmara úmida até a idade do ensaio, aos

sua propagação, como o que será analisado.

85 dias.

72

73

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

2.3 Medida de atenuação de radiação

REGISTROS

CONCRETO C

CONCRETO A

CONCRETO H

CONCRETO E

Traço em massa

1:5

1:8,7

1:9

1:9

Cimento (kg)

2

14,5

17,50

5

Granalha de aço (kg)

-

126

-

-

Para a realização dos ensaios de radiação nos corpos de prova utilizou-se um tubo

Areia quartzosa rosa (kg)

4

-

-

-

de raios-X industrial da Philips modelo MG450 como fonte de raios-X e, para

Brita granítica (kg)

6

-

-

-

Hematita miúda (a) (kg)

-

-

131,25

20

detecção, uma câmara de ionização de 180 cm³ da Radcal. A câmara de ionização é

Hematita graúda (kg)

-

-

26,25

25

composta por um receptor responsável por captar a dose de radiação total, e é ligada a

Água (L)

1

5,66

13

3,4

um painel eletrônico, onde o valor da intensidade de radiação captada é mostrado.

Relação água/cimento

0,5

0,39

0,74

0,68

Aditivo (kg)

0,012

0,139

0,35

0,03

Abatimento (Slump) (mm)

115

> 200

5

40

H = [x/(1+m)] x 100 (%)

8,33

4,0

7,40

6,8

As = [(1+a)/(1+m)] x 100 (%)

50

100

85

50

Massa específica (kg/m³)

2.336

4.561

3.360

3.753

por feixe de energia emitida. Assim como os gráficos de curva de atenuação obtidos

Consumo de cimento (kg/m³)

359

452,0

312,80

351

experimentalmente, os resultados de espectrometria também apresentados permitem a

Data de moldagem:

2013

2013

2013

2013

avaliação da eficiência de blindagem de cada material.

TABELA 1 • Composições e características do concreto - Fonte: elaborado pela autora (2013)

Foi usado, também, um filtro de alumínio colocado no orifício por onde sai o feixe de radiação; deste modo, é possível padronizá-lo. O espectrômetro utilizado é responsável pela captação da quantidade de radiação

Os ensaios de radiação foram feitos com diferentes valores de tensão, de 60 kV, 80 kV, 100 kV, 120 kV, 140 kV e 150 kV, para que fossem obtidas intensidades

DESIGNAÇÃO DAS PLACAS

MATERIAL

ESPESSURAS (MM)

C

Concreto c/ agregado comum (granítico)

10, 20, 30, 50

A

Concreto c/ granalha de aço

20, 30, 50

H

Concreto c/ hematita

20, 30, 50

E

Concreto c/ hematita

20, 30, 50

TABELA 2 • Designação das amostras de concreto - Fonte: elaborado pela autora (2013)

A Fotografia 1 ilustra as fôrmas moldadas com os concretos produzidos.

diversas de energia de radiação. Para cada tensão, inicialmente, foi necessário medir a dose de radiação emitida sem a presença do atenuador (as placas de concreto). Essa energia é chamada de Kerma (K), representa a quantidade de radiação total e é mensurada quantitativamente. Sua unidade é denominada Gray, no Sistema Internacional (SI). (Quando a energia de 1 J é absorvida por 1 kg de material, a dose absorvida é 1 Gray (1Gy) = 1 J/kg). Cada placa de concreto comum, de concreto pesado e de granalha de aço, ficou submetida à radiação de raios-X para cada valor de tensão, a fim de compará-las quanto à sua eficiência na blindagem de radiação. Esse procedimento foi feito tanto para as doses captadas sem o concreto, que se denominou Ko, quanto para as doses captadas com ele. Ao serem obtidos os resultados do Kerma (J/kg) com a presença do concreto (K) e sem ele (Ko), foi possível obter para cada tensão a relação entre a quantidade de energia radioativa que atravessa a placa pela quantidade que a atinge, em função da espessura do material. Essa relação permite que os valores de radiação sejam

FIGURA 1 • Placas de concreto pesado em moldes de 50 x 50 cm², de espessuras de 20 mm, 30 mm e 50 mm - Fonte: Acervo pessoal (2013)

74

normalizados pela razão K/Ko, já que os valores de energia que atravessam as placas estão sendo avaliados com base nos valores máximos que chegam até os corpos de

75

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

prova para que, assim, possa-se estudar a eficiência na blindagem. As Fotografias 2, 3 e 4 mostram os aparelhos necessários para o ensaio com radiação

K/K0 1

proveniente dos raios-X, e a Fotografia 5 mostra o posicionamento da placa de concreto em relação à fonte de raios-X para a realização do ensaio de radiação.

150 140 120 100

0,1

KV KV KV KV

GRÁFICO 1 • Curva de transmissão

0,01

correspondente à atenuação do concreto comum C - Fonte: elaborado pela autora (2013)

X (mm) 0

10

20

30

40

50

60 K/K0 1

0,1 150 KV 140 KV 120 KV

0,01

0,001

FIGURA 2 • Fonte de radiação: Tubo de Raios-X industrial da Philips modelo MG450 - Fonte: Acervo pessoal (2013)

FIGURA 3 • Câmara de ionização - Fonte: Acervo pessoal (2013)

GRÁFICO 2 • Curva de transmissão

0,0001

X (mm)

correspondente à atenuação do concreto pesado A - Fonte: elaborado pela autora (2013).

10

0

20

30

40

50

60

K/K0 1

0,1

150 KV 140 KV 120 KV

0,01

GRÁFICO 3 • Curva de transmissão

0,001

X (mm) 0

FIGURA 4 • Espectrômetro - Fonte: Acervo pessoal (2013)

10

20

30

40

FIGURA 5 • Placa de concreto posicionada para receber radiação Fonte: Acervo pessoal (2013)

50

60

correspondente à atenuação do concreto pesado H - Fonte: elaborado pela autora (2013).

K/K0 1

0,1 150 140 120 100

0,01

3 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE RADIAÇÃO

KV KV KV KV

0,001

Os Gráficos 1 a 13 demostram os resultados obtidos a partir da experiência com o uso

GRÁFICO 4 • Curva de transmissão

0,0001

correspondente à atenuação do concreto pesado E - Fonte: elaborado pela autora (2013).

de radiação oriunda de raios-X.

76

X (mm) 10

0

77

20

30

40

50

60

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

K(mGy/mAs)

K(mGy/mAs) 0.00020

0.008

150 KV 140 KV 120 KV

0.00015

0.006

150 KV 140 KV 120 KV

0.004

100 KV

0.00010

80 KV

100 KV

0.002 0.000

0

50

150

100

GRÁFICO 5 • Espectros primários para as tensões de 100 kV a 150 kV Fonte: elaborado pela autora (2013)

E (kV)

K(mGy/mAs) 0.0030 150 KV 140 KV 120 KV

0.0020

0.00000 0

80 KV 60 KV

0.0010

100

150

E (kV)

150 KV 140 KV 120 KV

0.0006

100 KV

0.0004

80 KV 80 KV

0.0002

0.0005

0

50

100

150

E (kV) 0.0000 0

50

K(mGy/mAs) 0.00005

150

100

E (kV)

GRÁFICO 10 • Espectros atenuados por 50 mm de espessura no concreto comum C - Fonte: elaborado pela autora (2013).

K(mGy/mAs) 7. X 10-6 6. X 10-6

150 KV 140 KV 120 KV

0.00004 0.00003

150 KV 140 KV

5. X 10-6 4. X 10-6

100 KV

3. X 10-6

0.00002

GRÁFICO 7 • Espectros atenuados por 20 mm de espessura no concreto pesado A - Fonte: elaborado pela autora (2013)

0.00001 0 0

50

100 KV

0.0015

0.0000

0.00005

K(mGy/mAs) 0.0008

0.0025

GRÁFICO 6 • Espectros atenuados por 20 mm de espessura no concreto comum C - Fonte: elaborado pela autora (2013)

GRÁFICO 9 • Espectros atenuados por 20 mm de espessura no concreto pesado E - Fonte: elaborado pela autora (2013).

50

150

100

E (kV)

2. X 10-6

GRÁFICO 11 • Espectros atenuados por 50 mm de espessura no concreto pesado A - Fonte: elaborado pela autora (2013).

1. X 10-6 0 0

50

100

150

E (kV)

K(mGy/mAs) 0.00002

K(mGy/mAs) 0.00015 150 KV 140 KV 120 KV

0.00010

100 KV 80 KV

150 KV 140 KV 120 KV

0.000015

100 KV

0.00001

0.00005

GRÁFICO 8 • Espectros atenuados por 20 mm de espessura no concreto pesado H - Fonte: elaborado pela autora (2013)

5. X 10-6

0.00000 0

50

78

100

150

E (kV)

0 0

50

100

150

79

E (kV)

GRÁFICO 12 • Espectros atenuados por 50 mm de espessura no concreto pesado H - Fonte: elaborado pela autora (2013).

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

K(mGy/mAs) 0.000025 150 KV 140 KV 120 KV

0.00002 0.000015

100 KV

0.00001

GRÁFICO 13 • Espectros atenuados por 50 mm de espessura no concreto pesado E - Fonte: elaborado pela autora (2013)

5. X 10-6 0 0

50

100

150

K/K0 PARA CADA ENERGIA

ESPESSURA (MM)

150 kV

140 kV

120 kV

100 kV

80 KV

60 KV

0

1

1

1

1

1

1

10

0,05964

0,05338

0,02507

0,01016

0,00173

0,00020

20

0,02614

0,02058

0,00880

0,00275

0,00039

0,00016

30

0,00536

0,00379

0,00127

0,00043

0,00020

0,00018

TABELA 6 • Resultados obtidos a partir do gráfico de curvas de atenuação do concreto pesado E Fonte: elaborado pela autora (2013)

E (kV)

As Tabelas 3, 4, 5 e 6 mostram os dados coletados a partir dos resultados obtidos dos ensaios de radiação, e que estão representados nos gráficos de curvas de atenuação de cada

4 RESULTADOS DOS ENSAIOS DE COMPRESSÃO

mistura de concreto. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão constam nas tabelas 7 e 8.

K/K0 PARA CADA ENERGIA

ESPESSURA (MM)

150 kV

140 kV

120 kV

100 kV

80 KV

60 KV

0

1

1

1

1

1

1

10

0,42561

0,40369

0,36600

0,37573

0,29132

0,22271

20

0,24525

0,22959

0,19769

0,18501

0,12988

0,07096

30

0,14122

0,15949

0,11974

0,10459

0,05375

0,02156

50

0,09228

0,09458

0,06536

0,04918

0,01966

0,00466

TABELA 3 • Resultados obtidos a partir do gráfico de curvas de atenuação do concreto comum C Fonte: elaborado pela autora (2013) K/K0 PARA CADA ENERGIA

ESPESSURA (MM)

150 kV

140 kV

120 kV

100 kV

80 KV

60 KV

0

1

1

1

1

1

1

10

0,01189

0,00791

0,00254

0,00064

0,00017

0,00014

20

0,00547

0,00367

0,00107

0,00032

0,00020

0,00018

30

0,00130

0,00047

0,00024

0,00022

0,00017

0,00016

TABELA 4 • Resultados obtidos a partir do gráfico de curvas de atenuação do concreto pesado A Fonte: elaborado pela autora (2013) K/K0 PARA CADA ENERGIA

CORPO DE PROVA N°

DIÂMETRO

ÁREA

CARGA DE RUPTURA

D (cm)

S (cm²)

P (kgf)

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO kgf/cm²

MPa

1

10,03

79,0

23.700

300

30,0

2

10,00

78,5

23.600

300

30,0

3

10,04

79,2

24.700

312

31,2

4

10,01

78,7

19.500

248

24,8

5

10,03

79,0

20.400

258

25,8

6

10,02

78,9

24.900

316

31,6

TABELA 7 • Resultados do ensaio de resistência à compressão dos corpos de prova de concreto pesado de hematita (traço H) – realizado dia 17 de Julho de 2013 - Fonte: elaborado pela autora (2013)

Observa-se, pelos resultados obtidos do ensaio, uma variação de resistência à compressão de 24,8 MPa a 31,6 MPa. CORPO DE PROVA N° 1

DIÂMETRO

ÁREA

CARGA DE RUPTURA

D (cm)

S (cm²)

P (kgf)

kgf/cm²

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO MPa

5,00

19,6

4.000

204

20,4

ESPESSURA (MM)

150 kV

140 kV

120 kV

100 kV

80 KV

60 KV

2

5,03

19,9

4.700

237

23,7

0

1

1

1

1

1

1

3

5,00

19,6

4.900

250

25,0

10

0,05481

0,04779

0,02449

0,00995

0,00137

0,00017

4

5,01

19,7

4.600

233

23,3

20

0,02387

0,01849

0,00734

0,00217

0,00033

0,00015

5

5,01

19,7

7.400

375

37,5

30

0,00522

0,00361

0,00114

0,00035

0,00015

0,00014

TABELA 5 • Resultados obtidos a partir do gráfico de curvas de atenuação do concreto pesado H Fonte: elaborado pela autora (2013)

80

TABELA 8 • Resultados do ensaio de resistência à compressão dos corpos de prova de concreto pesado de granalha de aço (traço A) – realizado dia 16 de outubro de 2013 - Fonte: elaborado pela autora (2013)

81

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

Observa-se, pelos resultados obtidos do ensaio, uma variação de resistência à

obtiveram-se curvas de atenuação para todas as tensões utilizadas, exceto 60 kV e 80 kV de

compressão de 20,4 MPa a 25,0 MPa, além do resultado obtido de 37,5 MPa, bastante

cada tipo de concreto, e 100 kV dos concretos do tipo H e A, pois os ajustes dessas curvas

discrepante dos demais.

não convergiram. Os gráficos que mostram os espectros apresentam também resultados que permitem a avaliação de atenuação da radiação para cada material, através da quantidade e distribuição

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS

de fótons (partículas) emitidos por feixe de energia aplicada. O Gráfico 5 mostra o espectro primário, ou seja, a quantidade de radiação emitida por energia aplicada, correspondente

O estudo permitiu confrontar os quatro tipos de concretos preparados a partir de agregados

aos valores de tensão utilizados, sem a presença de atenuadores. Para o entendimento

de diferentes propriedades, mantidos com as mesmas condições no processo de cura

do processo de interpretação desses resultados, seguem as análises de espectros para

(câmara úmida) e utilizados com o principal objetivo: blindar a radiação.

as espessuras de 20 mm e 50 mm das amostras de cada material. Foi possível obter as

A avaliação dos gráficos e das tabelas com os resultados obtidos com as curvas de atenuação

seguintes observações:

de energia para cada material permitiu as seguintes conclusões:

a) os Gráficos 6 e 10 ilustram os espectros atenuados, para cada tensão, por 20 mm e

a) para o concreto comum, de fato foi possível analisar sua eficiência na blindagem

50 mm de espessura das placas de concreto comum, ou seja, demonstram as quantidades

conforme o aumento da espessura de sua amostra. No entanto, como já era esperado,

de espectros de raios-X após estes atravessarem as amostras de concreto comum. A

devido ao uso de agregados com valores de densidade inferiores, que tornam o concreto

queda da quantidade de energia captada pelo espectrômetro, conforme o aumento das

como sendo considerado normal (massa específica entre 2.000 kg/m³ e 2.800 kg/m³), pôde-

espessuras das placas de concreto comum, é bastante clara. Atentando-se à ordem de

se observar resultados mais elevados da relação K/Ko para os valores de espessura do

grandeza dos valores expressos nos gráficos, analisou-se que, para as placas de concreto

concreto, correspondentes a cada tensão de radiação. Entende-se, assim, o concreto comum

comum, obtiveram-se resultados de quantidade de radiação (K) por energia (E) mais

como sendo a mistura que menos atendeu à proposta deste estudo;

elevados. Quando comparado com as outras amostras de concreto, para as placas de

b) para o concreto pesado de granalha de aço, analisou-se também a melhor eficiência na

concreto comum, o espectrômetro captou maiores quantidades de radiação após a energia

blindagem para maiores espessuras do material. Diferente dos outros resultados, as curvas

atravessar as amostras. Assim, em relação às outras misturas preparadas para este estudo,

de atenuação do gráfico correspondente ao concreto com granalha de aço apresentaram

a mistura de concreto comum é a que apresenta o menor desempenho para o atendimento

caimento mais rápido. Atingiram menores valores de K/Ko para as mesmas espessuras de

da proposta deste trabalho;

cada mistura de concreto;

b) os Gráficos 7 e 11 ilustram as quantidades de espectros de raios-X após estes

c) para as duas misturas de concreto pesado de hematita, foi possível observar melhor

atravessarem as amostras de 20 mm e 50 mm de concreto com granalha de aço. A queda

eficiência de blindagem conforme o aumento das espessuras de suas amostras. Para

da quantidade de energia captada pelo espectrômetro conforme o aumento das espessuras

ambas as misturas, os resultados obtidos foram bastante semelhantes devido ao fato de,

das placas de concreto com granalha de aço é bastante clara. Atentando-se à ordem de

embora com proporções diferentes, terem sido preparados com os mesmos agregados.

grandeza dos valores expressos nos gráficos, analisou-se que, para as placas de concreto

Os resultados da relação K/Ko atingiram valores baixos que demonstram considerável

com agregado de aço, obtiveram-se resultados de quantidade de radiação (K) por energia

desempenho a favor da eficiente blindagem de radiação, porém com desempenho inferior

(E) mais baixos. Entende-se que, se comparado com as outras amostras de concreto, para

em relação aos resultados obtidos com o concreto de granalha de aço;

as placas de concreto com granalha de aço, o espectrômetro captou menores quantidades

d) ainda em relação às análises dos gráficos das curvas de atenuação: para cada material

82

de radiação após a energia atravessar as amostras;

83

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

c) os Gráficos 8, 9, 12 e 13 ilustram as quantidades de espectros de raios-X após estes

REFERÊNCIAS

atravessarem as amostras de 20 mm e 50 mm de concreto pesado com hematita para as duas misturas preparadas (H e E). Atentando-se à ordem de grandeza dos valores expressos nos

ANDREUCCI, R. - Proteção Radiológica. Outubro de 2012. Disponível em:
gráficos, para as placas de concreto com agregados de hematita, os resultados obtidos de

abendieventos.com/Download/apostilaradioprotecao.pdf. Acesso em julho de 2013.

quantidade de radiação (K) por energia (E) foram bastante semelhantes para ambas as misturas, mais baixos que os valores obtidos para o concreto comum, e maiores que os

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR-6118: projeto de

resultados para o concreto com granalha de aço.

estruturas de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, 2003.

As Tabelas 7 e 8 mostram os resultados do ensaio de resistência à compressão dos corpos de prova de concreto com granalha de aço e de hematita (traço H). Todos os corpos

MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: Estrutura, propriedades e materiais. 1. ed.,

de prova, de formato cilíndrico, com idade de 85 dias, foram submetidos ao ensaio de

São Paulo: PINI LTDA, 1994.

compressão. Os resultados obtidos comprovaram que as duas misturas atenderam o valor de resistência mínimo exigido pela norma ABNT NBR 6118/2003, de 20 MPa para o

PRISZKULNIK, S. Concreto Pesado na Construção Civil. 2010. Congresso Brasileiro de

concreto estrutural.

Concreto. Outubro de 2010, Fortaleza – CE. SANTOS, A. Revisão da ABNT 8953 estimula tecnologia do concreto. Revista Itambé, 2012.

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Disponível

em:


tecnologia-do-concreto/. Acesso em 28 outubro de 2012. O estudo pôde comprovar a maior eficácia do concreto pesado para a blindagem de radiação, sendo o concreto preparado com granalha de aço o que obteve melhor desempenho. Os ensaios realizados no Instituto de Física da Universidade de São Paulo contaram com placas de espessuras relativamente pequenas. Ainda assim, puderam mostrar que, para espessuras condizentes com as intensidades de radiação, os materiais escolhidos são adequados, e que é possível chegar a uma blindagem satisfatória, apresentando melhores resultados também se comparados ao concreto comum.

84

85

CONCRETO PESADO PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO

DEGRADAÇÃO DE GASES POLUENTES POR PELÍCULA DE DIÓXIDO DE TITÂNIO EM ARGAMASSAS E CONCRETOS Jéssika M. Pacheco 1 Mariana P. de Carvalho 2 3 Tatiana R. Kishi Simão Prizskulnik 4

Resumo

“

Na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), os óxidos de nitrogênio (NOx),

originados por ações antrópicas, estão entre os principais poluentes que contribuem para a diminuição da qualidade do ar. Uma alternativa para minorar a concentração do poluente no ar é através da fotocatálise heterogênea. Utilizando-se um semicondutor, como o dióxido de titânio (TiO2), o processo fotocatalítico é capaz de converter o NOx em íons de nitrato. Este trabalho apresenta os resultados de uma pesquisa sobre a avaliação do grau de eficiência do TiO2 em película de revestimento de concretos na degradação de gases poluentes. Para isso, foram moldadas placas de concreto simples, revestidas com argamassa de 5 mm e 10 mm de espessura, e com película de hidrofugante, impregnadas com três porcentagens de TiO2 (3%, 6% e 10%). A partir destas variáveis, os ensaios foram realizados num aparato de teste, que simula as condições reais de emissão, onde os gases poluentes passavam sobre a superfície da placa com revestimento fotocatalítico num recipiente confinado, com a avaliação dos resultados sendo realizada em tempo real por um analisador de gases disposto no final do sistema. À semelhança dos estudos já realizados, este processo mostra-se promissor na degradação de NOx, de modo a elevar a

”

qualidade do ar na RMSP.

Palavras-chave » degradação de gases poluentes; fotocatálise heterogênea; dióxido de titânio.

1 3

86

2 E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected]. 4 E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

87

A Figura 1 apresenta o processo fotocatalítico utilizando o TiO2 como semicondutor.

1 INTRODUÇÃO Dentre os diversos gases poluentes presentes na atmosfera destacam-se os óxidos de nitrogênio (NOx) como contribuintes potenciais para a diminuição do padrão de qualidade do ar. Conforme apresentado no relatório anual da qualidade do ar do Estado de São Paulo, emitido pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo — CETESB (2012), o ozônio (O3) é o poluente que mais ultrapassou os padrões da qualidade do ar. Sem reduzir a emissão de seus precursores (NOx), não há como reverter este quadro. Os óxidos de nitrogênio são um grupo de gases poluentes, no qual estão compreendidos o monóxido de nitrogênio (NO), o dióxido de nitrogênio (NO2), o óxido nitroso (N2O) e o tetróxido de dinitrogênio (N2O4). A principal fonte emissora do NOx é a queima de combustíveis fósseis e da biomassa (SIGNORETTI, 2008). Sendo assim, o tráfego de veículos automotores é de grande contribuição para os elevados níveis de emissão atuais. Tendo esta problemática em vista, trabalhos como os de Melo (2011) e Beeldens (2008)

FIGURA 1 • Fotocatálise heterogênea com a utilização de TiO2 - Fonte: Acervo pessoal (2013)

vêm sendo desenvolvidos visando degradar estes gases, destacando-se o estudo da Entendendo que a fotocatálise pode trazer benefícios diversos ao meio ambiente

fotocatálise heterogênea. A fotocatálise é um processo eletroquímico que acelera as reações de oxirredução

e, consequentemente, à população, esta pesquisa visou avaliar o grau de eficiência do

(MARANHÃO, 2009), cujo princípio físico de ocorrência é baseado na ativação de um

TiO2 em película de revestimento de concretos na degradação de gases poluentes. O

semicondutor pela radiação ultravioleta (UV), quando ocorre o deslocamento de elétrons

aporte necessário a esta avaliação foi obtido através da determinação das propriedades

da banda de valência para a banda condutora. A região existente entre essas bandas é

e aplicações do TiO2, do estudo dos dados da qualidade do ar relativos à cidade de São

denominada bandgap. A passagem de elétrons para a banda de condução e a lacuna (h+)

Paulo, do levantamento e apreciação das reações químicas envolvidas e da investigação

formada na banda de valência originam pontos oxidantes e redutores, onde são gerados

experimental da degradação do NOx por meio do processo fotocatalítico.

radicais hidroxila (∙OH) que possuem alto poder de oxidação, suficiente para degradar compostos orgânicos, dentre os quais encontra-se o NOx (NOGUEIRA; JARDIM, 1998; BRITO; SILVA, 2012).

2 MATERIAIS E MÉTODOS

O produto da reação química envolvida na degradação dos óxidos de nitrogênio são íons de nitrato, que são removidos das superfícies pela água da chuva e podem ser

Foi estabelecido um plano experimental para investigar a degradação de NOx pelo processo

absorvidos pelas plantas como nutrientes do crescimento (MELO et al., 2011), sendo, assim,

fotocatalítico por meio da aplicação de película de TiO2, abrangendo as seguintes etapas:

um processo de mecanismo simples. Em busca da eficiência ótima do processo, diversos

moldagem de placas de concreto, aplicação de revestimento de argamassa ou tratamento

semicondutores vêm sendo estudados, mas observa-se a predominância do dióxido de

superficial (hidrofugante) com dióxido de titânio, projeto e montagem do aparato de

titânio (TiO2) nestes estudos, por possuir elevado poder fotocatalítico, ser estável, resistente

medição da atividade fotocatalítica e realização de ensaios para avaliação da degradação

a ataques químicos e possuir baixa toxicidade (BALTAR et al.,2008).

do NOx pela fotocatálise heterogênea. 

88

89

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

2.1 Moldagem das placas de concreto

2.2 Revestimento fotocatalítico

Este estudo envolveu a moldagem de placas de concreto com dimensões de 300 mm³ x

A preparação do revestimento fotocatalítico foi realizada com os seguintes materiais:

300 mm³ x 35 mm³ que, posteriormente, receberam revestimento fotocatalítico. Os materiais

a) CIMENTO PORTLAND: cimento Portland composto com fíler CP-II-F-32;

componentes do concreto foram:

b) AGREGADO MIÚDO: na moldagem da argamassa de revestimento, foi utilizado

a) CIMENTO PORTLAND: cimento Portland composto com fílerCP-II-F-32, disponível no Laboratório de Ensaios de Materiais da Universidade Presbiteriana Mackenzie; b) AGREGADO MIÚDO: areia média quartzosa, de módulo de finura 2,08 e dimensão máxima de 2,36 mm;

pedrisco de origem granítica passante na peneira nº 4; c) DIÓXIDO DE TITÂNIO: como semicondutor, empregou-se dióxido de titânio em forma de rutilo; d) HIDROFUGANTE: empregou-se uma emulsão composta por silicone diluível em

c) AGREGADO GRAÚDO: brita 1 de origem granítica, com módulo de finura 6,44 e

água (na proporção de 1: 10).  Na dosagem da argamassa adotou-se traço em massa 1: 3,5 (cimento: agregado miúdo),

dimensão máxima de 19 mm; d) ADITIVO: para aumentar a trabalhabilidade do concreto, foi utilizado aditivo

com relação água/cimento de 0,65 e porcentagens variáveis de dióxido de titânio (3%, 6% e 10%) em relação à massa de cimento.

superplastificante. A Figura 2 ilustra o procedimento de moldagem das placas utilizadas nesta pesquisa.

No tratamento com hidrofugante aplicou-se sobre a superfície da placa uma demão de hidrofugante, seguida por uma ou duas demãos de suspensão aquosa com 3%, 6% ou 10% de dióxido de titânio, aplicadas com pincel. A Figura 3 ilustra placas já revestidas com argamassa e tratadas com hidrofugante e posterior pintura de solução aquosa de TiO2.

FIGURA 2 • Moldagem dos corpos de prova - Fonte: Acervo pessoal (2013)

A

B

FIGURA 3 • Placa já revestida com argamassa (a) e corpos de prova já tratados com hidrofugante e solução aquosa de TiO2 (b) - Fonte: Acervo pessoal (2013)

O traço em massa do concreto empregado na moldagem das placas foi de 1: 2: 3 (cimento, areia e brita), com 0,45 de água em massa. A quantidade de aditivo em relação à

A denominação das placas estudadas e suas características relativas ao tratamento da superfície são descritas na Tabela 1.

massa de cimento foi de 0,4%.

90

91

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

CORPO DE PROVA (CP)

TEOR INCORPORADO DE TIO2 (%)

ESPESSURA DA ARGAMASSA (MM)

DEMÃOS DE SUSPENSÃO AQUOSA DE TIO2

0

0

10

0

3

3

10

0

4

6

10

0

8

10

10

0

10

3

5

0

13

6

5

0

16

10

5

0

19

3

0

1

22

6

0

1

25

10

0

1

28

3

0

2

31

6

0

2

34

10

0

2

medir a concentração do poluente durante o ensaio) disposto após a célula do fotorreator. O fotorreator utilizado neste estudo, desenvolvido em parceria com a empresa Napro Eletrônica Industrial Ltda., pode ser observado na Figura 4.

TABELA 1• Identificação das placas ensaiadas - Fonte: Elaboração própria (2013)

2.3 Equipamento para medição de atividade fotocatalítica O equipamento para avaliar a degradação do NOx (fotorreator) é composto por três sistemas principais, que estão a seguir descritos: a) SISTEMA DE GASES: consiste em um gerador de ar sintético (79,5% de N2 e 20,5%

FIGURA 4 • Aparato disposto na bancada de ensaios - Fonte: Acervo pessoal (2013)

de O2) ativado por compressor de ar com sistema de filtro, um cilindro de 4 m³ de óxidos de nitrogênio (NO com concentração de 300 ppmv, com N2 balanço), e tubulações de 10 mm de aço inox, Teflon e elastômero. A umidade relativa do ar, a concentração do poluente e a

2.4 Condições de ensaio

vazão do ar passante são mensuradas neste sistema;



b) CÉLULA DO FOTORREATOR: tampa em MDF de 20 mm de espessura, com dimensões de 70 cm³ x 50 cm³ x 10 cm³, dotada de oito lâmpadas emissoras de radiação

Visando simular as condições reais do ar poluído na Região Metropolitana de São Paulo, os valores das variáveis climáticas adotadas foram:

UV-A de 15 W com comprimento de 35 cm, conectadas a uma fonte de alimentação

a) TAXA DE FLUXO: o valor médio dos ventos entre os anos de 2003 e 2012 é de

constante. A base da célula do fotorreator consiste em uma cuba de aço inox de dimensões

aproximadamente 1,75 m/s (6,3 km/h). Estabelecendo-se uma relação entre esta velocidade

40 cm³ x 34 cm³ x 14 cm³, vedada por uma placa de acrílico permeável à radiação

de fluido em uma tubulação de 10 mm de diâmetro (tubulação do fotorreator projetado), a

UV-A. Entre a placa de acrílico e a cuba há uma borracha para vedação, para garantir a

vazão é de, aproximadamente, 0,85 l/min. Então, foi adotada taxa de fluxo de 1,00 l/min;

estanqueidade do sistema. Um luxímetro e um higrômetro são dispostos na célula, para

b) UMIDADE RELATIVA: devido ao sintetizador de ar utilizar o próprio ar ambiente

controle da intensidade luminosa e da umidade relativa no corpo de prova; c) SISTEMA DE ANÁLISE E AQUISIÇÃO DE DADOS: analisador de NOx (para

92

em seu funcionamento, o experimento esteve sujeito às variações de umidade dos dias de ensaio;

93

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

c) RADIAÇÃO UV-A: empregou-se a radiação UV-A no valor de 55 W/m², valor dentro dos limites de radiação para os meses mais quentes.

» 3º ESTÁGIO: a radiação UV-A é desligada por 5 minutos (até o fim do ensaio). Tratase do tempo necessário detectado por Melo (2011) para que cessem todas as reações de fotocatálise heterogênea nas peças. Durante a realização do ensaio, a concentração de NOx

2.5 Procedimento de ensaio

foi monitorada a cada

30 segundos.

O procedimento de ensaio para a avaliação fotocatalítica das peças na degradação de NOx iniciou-se pela realização da calibração do sistema para as condições de ensaio desejadas, em termos de concentração inicial de poluente (ppmv), taxa de fluxo (l/min) e radiação UV-A (W/m²). Estas condições foram ajustadas da seguinte forma: a) RADIAÇÃO UV-A (W/M²): alimentada através de uma fonte de energia constante ligada aos reatores das lâmpadas. Com um luxímetro posicionado no interior da célula do fotorreator, mediu-se a radiação incidente nas peças e determinou-se a posição da tampa necessária para estabelecer a radiação UV-A desejada em W/m²; b) TAXA DE FLUXO (L/MIN): após definida a radiação UV-A, calibra-se a taxa de

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Inicialmente, foi realizado o ensaio de degradação dos NOx com uma placa de referência (CP 0), isto é, sem adição de TiO2 na argamassa de revestimento. A concentração do poluente ao longo dos três estágios do teste manteve-se constante, conforme ilustra o Gráfico 1. Como esperado, a ausência de um semicondutor implica na inexistência de reações fotocatalíticas para a degradação de NOx.

fluxo (vazão). Com um rotâmetro posicionado antes da célula do fotorreator é fixado o c) CONCENTRAÇÃO DE NOX (PPMV): estabelecida a taxa de fluxo, é realizada a calibração da concentração de poluente (NOx) que se deseja. Com o analisador de gases disposto no final da tubulação, é verificada a concentração do poluente em tempo real. Desta forma, é dosada por tentativa a quantidade de ar sintético e óxido nítrico (NO) necessária para obter-se a concentração de poluente desejada em ppmv; d) UMIDADE RELATIVA DO AR (%): com um higrômetro no interior do fotorreator,

30 CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

fluxo em l/min desejado;

a um ambiente poluído no interior do fotorreator por 30 minutos, e é caracterizado por

22

18

é verificada a umidade relativa do ar em tempo real. Após os ajustes dos parâmetros, inicia-se o ensaio. Ele consiste na exposição das placas

26

0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 1 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 0 (referência) - Fonte: elaboração própria (2013)

três estágios: » 1º ESTÁGIO: tem duração de 5 minutos, sem incidência de radiação UV-A. O objetivo deste estágio é comprovar que não ocorre degradação do NOx sem radiação UV-A;

Prosseguiu-se com os ensaios para os corpos de prova revestidos com argamassa fotocatalítica com espessura de 10 mm, cujos resultados estão expressos nos gráficos 2 a 4.

» 2º ESTÁGIO: tem duração de 20 minutos, com incidência de radiação UV-A. O

Pode-se verificar que houve degradação de NOx no 2º estágio do ensaio (com incidência

tempo de duração deste estágio foi definido com base em ensaios realizados por Melo

de radiação UV-A), com posterior retorno da concentração do poluente à concentração

(2011), onde verificou-se que o tempo necessário para as peças atingirem sua efetividade

inicial. A maior porcentagem de degradação obtida nesta série foi de 15,19%, no ensaio da

máxima era em torno de 20 minutos;

placa CP 8. 94

95

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

Em seguida, ocorreram os ensaios relativos aos corpos de prova revestidos com

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

30

argamassa fotocatalítica com espessura de 5 mm, indicados nos gráficos 5 a 7. Conforme Condições de ensaio TiO2: 3% Espessura: 10 mm Umidade: 50% Degradação: 1,50 ppmv (5,68%)

26

22

esperado, as porcentagens de degradação foram maiores para estes corpos de prova, já que, com uma menor espessura de argamassa, a dispersão das partículas de TiO2 se dá de maneira mais uniforme, e as partículas de TiO2 ficam mais próximas à superfície. A degradação ótima obtida neste estudo foi de 26,67%, no ensaio do CP 10. 30

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 2 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 3 - Fonte: elaboração própria (2013)

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

30

Condições de ensaio TiO2: 6% Espessura: 10 mm Umidade: 65% Degradação: 2,08 ppmv (8,31%)

26

22

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 3 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 4 - Fonte: elaboração própria (2013)

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

30

Condições de ensaio TiO2: 10% Espessura: 10 mm Umidade: 65% Degradação: 3,93 ppmv (15,19%)

26

22

Condições de ensaio TiO2: 3% Espessura: 5 mm Umidade: 54% Degradação: 7,00 ppmv (26,67%)

26

22

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 5 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 10 - Fonte: elaboração própria (2013)

30

Condições de ensaio TiO2: 6% Espessura: 5 mm Umidade: 66% Degradação: 2,77 ppmv (11,07%)

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

0

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

18

26

22

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 6 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 13 - Fonte: elaboração própria (2013)

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 4 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 8 - Fonte: elaboração própria (2013)

96

97

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

30

Condições de ensaio TiO2: 10% Espessura: 5 mm Umidade: 65% Degradação: 1,57 ppmv (6,27%)

26

22

Condições de ensaio TiO2: 6% Demãos de solução de TiO2: 1 Umidade: 62% Degradação: 0,66 ppmv (2,66%)

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

30

26

22

18

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

0

30

GRÁFICO 7 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 13 - Fonte: elaboração própria (2013)

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 9 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 22 - Fonte: elaboração própria (2013)

Após a realização dos ensaios dos corpos de prova revestidos com argamassa, seguiuse com os ensaios dos corpos de prova tratados com hidrofugante e solução aquosa de TiO2. uma demão de solução aquosa. Nota-se que a utilização de hidrofugante não potencializou o processo fotocatalítico para a degradação de gases, quando comparado ao revestimento com argamassa.

26

22

18

30 CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

Condições de ensaio TiO2: 10% Demãos de solução de TiO2: 1 Umidade: 63% Degradação: 1,57 ppmv (6,34%)

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

Os gráficos 8 a 10 apresentam os resultados dos ensaios das peças tratadas com apenas

30

0

Condições de ensaio TiO2: 3% Demãos de solução de TiO2: 1 Umidade: 70% Degradação: 0,92 ppmv (3,80%)

26

22

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 10 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 25 - Fonte: elaboração própria (2013)

Por fim, foram ensaiadas as placas tratadas com hidrofugante e duas demãos de solução aquosa de TiO2, cujos resultados estão ilustrados nos gráficos 11 a 13. Nota-se que a degradação é maior para uma maior quantidade de demãos de solução de TiO2.

30

GRÁFICO 8 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 19 - Fonte: elaboração própria (2013)

98

99

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

A partir da realização dos ensaios foi possível chegar aos seguintes apontamentos:

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

30

a) para os corpos de prova revestidos com argamassa fotocatalítica, quanto maior a Condições de ensaio TiO2: 3% Demãos de solução de TiO2: 2 Umidade: 43% Degradação: 2,46 ppmv (9,06%)

26

22

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

espessura, menor é o nível de degradação do NOx; b) a umidade interfere sensivelmente no processo; c) em geral, pode-se observar que, quanto menor a umidade, maior a degradação; d) o tratamento superficial com hidrofugante mostrou-se menos eficiente que o revestimento com argamassa fotocatalítica para a degradação de gases poluentes.

30

GRÁFICO 11 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 28 - Fonte: elaboração própria (2013)

4 CONCLUSÃO Os ensaios deste trabalho permitem comprovar a adequação do revestimento fotocatalítico à base de TiO2 para a degradação de gases poluentes. Pode-se propor a aplicação deste em

CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

30

pavimentos urbanos, estacionamentos e garagens, pois a fonte de emissão do poluente Condições de ensaio TiO2: 6% Demãos de solução de TiO2: 2 Umidade: 40% Degradação: 1,47 ppmv (5,45%)

26

22

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

do processo fica garantida. Identificaram-se os seguintes fatores limitantes da eficiência do processo: a intensidade da radiação UV-A, a umidade do ar, a área superficial de exposição livre de partículas estranhas para evitar o bloqueio da infiltração da radiação UV-A, e a concentração do TiO2 na superfície.

30

GRÁFICO 12 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 31 - Fonte: elaboração própria (2013)

A partir da apreciação dos resultados obtidos, recomenda-se a continuidade do estudo com: a) a inclusão do anatásio, que é outra variedade de TiO2 disponível no mercado;

30 CONCENTRAÇÃO NOx (ppmv)

encontra-se próxima à superfície tratada, e a taxa de fluxo é baixa, de modo que a eficiência

b) a durabilidade do processo também deve ser estudada. Acredita-se que seja Condições de ensaio TiO2: 10% Demãos de solução de TiO2: 2 Umidade: 42% Degradação: 1,12 ppmv (4,42%)

26

22

interminável, visto que não há consumo de TiO2 nas reações de fotocatálise; c) realização de ensaios com umidade controlada, para constatar o comportamento do processo fotocatalítico frente a esta variável; d) realização de ensaios com um maior número de amostras para cada variante estudada, de modo a confirmar os resultados obtidos.

18 0

5

10

15 20 TEMPO (minutos)

25

30

GRÁFICO 13 • Ensaio de degradação do NOx para a placa CP 34 - Fonte: elaboração própria (2013)

100

101

COBERTURA EM TENSOESTRUTURA

NOGUEIRA, Raquel F. P.; JARDIM, Wilson F. A fotocatálise heterogênea e sua aplicação

REFERÊNCIAS

ambiental. Química Nova. [S.l.], jul. 1998. Volume 21, n.1, p. 69-72. BALTAR, C. A. M et al. Minerais de titânio. Centro de Tecnologia Mineral. Ministério da SIGNORETTI, Valdir Tesche. Controle das emissões de NOx, SOx e metais pesados

Ciência e Tecnologia. Rio de Janeiro, 2008.

quando se utilizam combustíveis alternativos e de alto teor de enxofre na indústria do BEELDENS, Anne. Air purification by pavement blocks: final results of the research at

cimento. 2008. 232 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica). Universidade Federal de

the BRRC. 2008. Trabalho apresentado ao Transport Research Arena Europe – TRA,

Itajubá, Instituto de Engenharia Mecânica, Itajubá, 2008.

Ljubljana, 2008. BRITO, Núbia N. de, SILVA, Victor B. M. Processo oxidativo avançado e sua aplicação ambiental. Revista Eletrônica de Engenharia Civil. [S.l.], abr. 2012. Volume 1, n. 3, p. 36-47, 2012. Disponível em: . Acesso em: 25 out. 2012. COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO — CETESB. Qualidade do ar no estado de São Paulo 2011. 2012. Disponível em: . Acesso em: 25 out. 2012. MARANHÃO, Flávio Leal. Método para redução de manchas nas vedações externas de edifícios. 2009. 129 f. Tese (Doutorado em Engenharia) – Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, São Paulo, 2009. MELO, João Victor S. de. Desenvolvimento de peças pré-moldadas de concreto fotocatalíticas para pavimentação e purificação do ar. 2011. 211f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Florianópolis, 2011. MELO, João Victor S. de et al. Pavimento rígido de dupla camada com propriedade fotocatalítica para purificação do ar. 2011. Trabalho apresentado ao 7º Congresso Brasileiro de Rodovias & Concessões, Foz do Iguaçu, 2011.

102

103

PRODUTIVIDADE NOS EMPREENDIMENTOS ENERGÉTICOS: PREVISÃO DE ASSOREAMENTO E VIDA ÚTIL Fernando de Souza Viña 1 Raphael Leandro Fidencio Alves 2 Renato Giacomello Carreira Ribeiro 3 André Luiz de Lima Reda 4

Resumo

“

Com a construção de barragens e a formação dos respectivos reservatórios, ocorrem

mudanças significativas no regime natural dos cursos d’água, gerando impactos físicos e ambientais para montante e jusante do barramento. Devido ao aumento da seção transversal nos reservatórios, causado pelo barramento, as velocidades de escoamento são reduzidas, propiciando a sedimentação das partículas sólidas transportadas pelos rios ou trazidas pelas enxurradas – provenientes da ação erosiva sobre o solo da área de drenagem da bacia de contribuição. Esse material se deposita junto ao fundo dos reservatórios, diminuindo o volume útil de reservação e acelerando o processo de assoreamento, podendo perturbar seriamente sua finalidade ou impedir completamente seu uso. Tal problema se agrava em bacias nas quais a ação antrópica tende a aumentar o desmatamento ou revolver o solo. Este artigo faz uma abordagem sucinta da dinâmica de transporte de sedimentos, da formação morfológica do fundo dos reservatórios, e dos impactos causados pelos sedimentos, tendo como estudos de caso a avaliação do assoreamento dos reservatórios da Usina Hidrelétrica de Santo Antônio, do complexo do Rio Madeira. O estudo permitiu concluir que o reservatório da Usina Hidrelétrica de Santo Antônio ficará quase totalmente assoreado num horizonte de cinquenta anos – confirmando as previsões do EIA do aproveitamento.

”

Palavras-chave » assoreamento de reservatórios; impactos; barragens hidrelétricas.

1 3

104

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

2 4

105

reservatórios devem passar por monitoramento hidrossedimentométrico e levantamentos

1 INTRODUÇÃO

batimétricos periódicos que permitam visualizar um panorama da situação de assoreamento Pelo fato de os rios transportarem muito mais água do que sedimentos, o tempo decorrido

dos reservatórios do Brasil (ESTIGON et al., 2012).

para assorear completamente um reservatório é maior do que o tempo para enchê-los com água. Devido a isto, a importância de estudos prévios referentes aos impactos gerados pelos sedimentos tende a ser subestimada. Entretanto vale ressaltar que a dificuldade para remover os sedimentos, uma vez depositados, é imensamente maior do que a de retirar

2 DEPOSIÇÃO E IMPACTO DOS SEDIMENTOS NOS RESERVATÓRIOS

toda a água do reservatório. Sendo assim, os impactos causados pelo assoreamento ficam evidentes com o passar do tempo, sendo de solução difícil ou inexistente (MORRIS e FAN,

Quando cursos d’água adentram reservatórios, as velocidades do escoamento diminuem

1997, apud CARVALHO, 2008).

significativamente devido ao aumento da seção transversal. Esta redução de velocidade

Os impactos causados pelo assoreamento dos reservatórios variam de acordo com

e a consecutiva mudança no regime de escoamento propiciam a deposição dos sólidos

a formação dos depósitos, que são função das características do reservatório e das

transportados em suspensão e o acúmulo de sedimentos transportados junto ao fundo,

propriedades mineralógicas e granulométricas das partículas, entre outros fatores.

formando depósitos aluvionares ao longo dos reservatórios.

Podem ser entendidos como problemas antes mesmo de perturbarem o uso para o qual o reservatório foi concebido (CARVALHO, 2008). Dentre as interferências causadas pelos sedimentos nos reservatórios, as seguintes destacam-se como mais danosas: redução do volume de armazenamento, desgaste nos equipamentos das turbinas e comportas, a formação de bancos de areia bloqueando a navegação, e obstrução das tomadas d’água (MIRANDA, 2011).

Segundo Zhide (1998), apud Carvalho (2008), há três tipos básicos de perfil longitudinal para a formação dos depósitos nos reservatórios, a saber: em delta; numa camada estreita, praticamente uniforme ao longo do leito; e em cunha – tipo no qual os sedimentos se acumulam junto à barragem. Quando os sedimentos se depositam a montante dos reservatórios, são denominados depósitos do remanso (backwater deposit), que causam aumento nesse remanso – podendo

O processo de assoreamento resulta em impactos que dependem da finalidade e da

agravar as enchentes a montante dos barramentos. Quando a carga sólida transportada

importância do reservatório. Segundo Carvalho et al. (2012), estudos sedimentológicos das

adentra os reservatórios, parte dela, composta pelas partículas de granulometrias maiores, se

bacias de contribuição e dos rios onde se deseja construir barragens são escassos, devido

deposita nos primeiros trechos, compondo um acréscimo ao relevo submerso, denominado

à tendência de se ignorar o fato de que todo reservatório é naturalmente submetido ao

delta, o qual influencia a redução da capacidade de armazenamento do reservatório – ou

processo de assoreamento. Com isso, os tempos de vida útil dos reservatórios têm sido

seja, quanto maior a elevação e a extensão do delta, menor o volume útil do reservatório. A

reduzidos drasticamente em relação aos valores originalmente imaginados (MAHMOOD,

parcela de sedimentos transportada para o interior central dos reservatórios, normalmente

1987, apud CARVALHO et al., 2000).

composta pelos sedimentos mais finos, tais como siltes e argilas, se sedimenta, formando o

De forma simplificada, os depósitos de remanso ocasionam problemas ambientais e de enchente a montante, enquanto os depósitos do leito do reservatório causam, além dos

depósito do leito (bottom-set deposit), que influencia diretamente a redução do volume útil e acelera o processo de assoreamento do reservatório (CARVALHO et al., 2000).

problemas ambientais, a redução da capacidade do reservatório (volume útil e volume

Existe também o depósito de margem (overbank deposit), que favorece o crescimento de

morto), podendo causar danos por abrasão nas comportas, tubulações e turbinas, bem

plantas aquáticas superficiais, podendo influenciar negativamente a qualidade da água e

como na própria estrutura da barragem (CARVALHO, 2008).

gerar problemas, tais como aumento dos depósitos de fundo, com a consecutiva redução

A Resolução Conjunta N° 003 ANEEL-ANA, vigente desde 2010, estabelece que os 106

do volume útil (CARVALHO et al., 2000).

107

PRODUTIVIDADE NOS EMPREENDIMENTOS ENERGÉTICOS

Observa-se, na Figura 1, o perfil esquemático de formação do assoreamento nos reservatórios e os principais impactos relacionados.

Em 2008, foi realizado um estudo de sedimentometria que mostrou uma redução no volume de armazenamento do reservatório de 14,5% devido aos depósitos de sedimentos no lago da barragem. Essa redução, ocorrida após um período de apenas 15 anos desde a sua inauguração, acarretou uma perda média na geração de energia mensal equivalente a, aproximadamente, 377 megawatts (MW), quantidade esta que poderia abastecer aproximadamente 1.500 residências (MIRANDA, 2011) – cerca de seis mil pessoas, pelo menos. Tal velocidade de redução de capacidade útil é preocupante.

3 ESTUDO DE CASO DO RESERVATÓRIO DA USINA HIDRELÉTRICA DE SANTO ANTÔNIO A Barragem da Usina Hidroelétrica de Santo Antônio está localizada no Rio Madeira, a cinco quilômetros do município de Porto Velho, capital do Estado de Rondônia. A usina FIGURA 1 • Locais de sedimentação e principais impactos - Fonte: Adaptado de Carvalho (2008)

terá 50 turbinas do tipo Kaplan de bulbo para geração de energia elétrica, totalizando uma potência de 3.580 megawatts (MW). Com previsão de conclusão em 2015, compõe

2.1 Impacto na produtividade energética de usinas hidrelétricas

o Complexo do Rio Madeira, uma das obras mais importantes do Governo Federal na atualidade, considerada fundamental para o suprimento de energia elétrica no Brasil nos

As barragens de Usinas Hidrelétricas (UHE) têm a finalidade principal de gerar energia

próximos anos.

elétrica para abastecer a população e a indústria. São barragens com alto valor agregado

O Rio Madeira é o principal contribuinte de sedimentos em suspensão e sólidos

na sua construção; portanto, o retorno do investimento se dá no longo prazo, através da

dissolvidos da Bacia Amazônica, com uma das mais elevadas descargas sólidas do mundo

venda de energia elétrica gerenciada pelas concessionárias. O acúmulo de sedimentos nos

(CARPIO, 2013).

reservatórios de barragens hidrelétricas pode causar danos severos aos equipamentos,

Devido ao elevado aporte de sedimentos, para evitar a obstrução das tomadas d’água,

como, por exemplo, abrasão das turbinas e comportas e o consequente aumento das

parte da ensecadeira construída na primeira fase de execução da obra foi mantida com

solicitações de manutenção mecânica (PIMENTEL, 2004).

uma crista em uma cota um pouco superior à do assoreamento previsto para a região

O impacto causado pelo acúmulo de sedimentos na produtividade energética pode ser

próxima ao pé da barragem, enquanto a crista dos vertedores está em cota bem inferior

exemplificado no caso da Usina Hidrelétrica de Três Irmãos. A Usina está localizada entre

– direcionando, assim, verticalmente o fluxo de sedimentos, de modo a favorecer sua

os municípios de Andradina e Pereira Barreto, em São Paulo, e é a maior construída no Rio

passagem para jusante através dos vertedores, nos momentos de extravasão (ANA, 2006).

Tietê. Seu barramento tem 3.640 metros de comprimento, e seu reservatório possui uma

O barramento possui 55 metros de altura, com a crista na cota 75,5 m, sendo que, para

área de alagamento de, aproximadamente, 785 km², armazenando cerca de 350 hm³. Sua

uma cheia com tempo de recorrência de dez mil anos, o nível máximo maximorum atingirá

inauguração data de 1993.

a cota 72,0 m. A usina hidrelétrica operará a fio d’água. Não é previsto o deplecionamento

108

109

PRODUTIVIDADE NOS EMPREENDIMENTOS ENERGÉTICOS

do reservatório, que, no seu nível máximo normal, na cota 70,0 m, terá uma área inundada

3.1.1 Cálculo do deflúvio líquido médio anual afluente

de 271,3 km² e um volume reservado de 2.075,1 hm³ (ANA, 2006). Deflúvio líquido médio anual afluente representa a vazão média de um curso d’água que

COTA (M)

ÁREA (KM²)

VOLUME (HM³)

COTA (M)

ÁREA (KM²)

VOLUME (HM³)

30

0

0

53

16,3

135,42

31

0,64

0,32

54

20,75

153,94

32

1,27

1,27

55

25,12

176,88

33

1,78

2,8

56

30

204,44

34

2,07

4,72

57

35,18

237,03

35

2,37

6,94

58

40,04

274,64

Sendo:

36

2,75

9,5

59

47,43

318,38

Dlíq: Deflúvio líquido médio anual afluente, em m³/ano.

37

3,21

12,47

60

58,31

371,24

38

3,66

15,91

61

79,51

440,15

39

4,12

19,8

62

102,28

531,05

40

4,58

24,15

63

133,32

648,84

41

5,05

28,97

64

159,08

795,04

42

5,64

34,31

65

180,3

964,73

43

6,22

40,24

66

197,41

1.153,58

44

6,75

46,73

67

214,18

1.359,38

45

7,1

53,65

68

226,8

1.579,87

46

7,45

60,92

69

246,23

1.816,38

47

8,14

68,72

70

271,26

2.075,13

48

8,91

77,24

71

306,54

2.364,03

49

9,8

86,6

72

344,95

2.689,78

50

10,49

96,74

73

395,27

3.059,88

51

11,53

107,75

74

438,52

3.476,78

52

13,76

120,39

75

480,4

3.936,24

TABELA 1 • Tabelamento das curvas Cota x Área e Cota x Volume do reservatório - Fonte: Adaptado de PCE (2007)

aflui a uma represa no período de um ano. Quando se tem uma série histórica das vazões líquidas afluentes, o deflúvio pode ser calculado através da Equação 1. (1)

Qafl. média: Vazão líquida afluente média, em m³/s. Para a obtenção da vazão líquida afluente média, foi calculada a média aritmética dos valores médios anuais da série histórica de vazões líquidas, que resultou no valor de 18.621,42 m³/s. Aplicando-o à Equação 1, obteve-se o valor do deflúvio líquido médio anual afluente, igual a 587.245.006.512,00 m³/ano.

3.1.2 Cálculo do deflúvio sólido médio anual afluente O deflúvio sólido médio anual afluente representa a descarga sólida média, em toneladas, transportada pelo curso d’água no período de um ano. Esse valor pode ser obtido através da Equação 2.

Sendo:

3.1 Previsão do assoreamento do reservatório da UHE de Santo Antônio

Dlíq = Qafl.média * 60 * 60 * 24 * 365

Dst = Qsól.aflu.média * 365

(2)

Dst: deflúvio sólido médio anual afluente, em t/ano. Qsól. aflu. média: Vazão sólida afluente média, em t/dia.

Este artigo apresenta uma previsão de assoreamento do reservatório da Usina Hidrelétrica de Santo Antônio e uma análise das considerações de projeto que justificaram a viabilidade

A vazão sólida afluente média foi obtida através do cálculo da média aritmética dos

da obra. É embasado nos estudos sedimentológicos realizados pelas empresas de concessão,

valores médios diários da série histórica de vazões sólidas totais, que resultou no valor de

a Agência Nacional de Águas (ANA) e a Projetos e Consultorias de Engenharia (PCE), com

1.481.785,85 t/dia. Aplicando este valor à Equação 2, obteve-se o valor do deflúvio sólido

a finalidade de subsidiar o projeto.

médio anual afluente, igual a 540.851.836,01 t/ano.

110

111

PRODUTIVIDADE NOS EMPREENDIMENTOS ENERGÉTICOS

3.1.3 Determinação da taxa de aumento do transporte de sedimentos

Para efeito de cálculo e êxito na aplicação das equações desenvolvidas por Lara e Pemberton, as frações de pedregulhos, por serem pequenas quando comparadas às demais,

Os estudos de viabilidade realizados pela empresa PCE (2007) identificaram uma tendência

foram adicionadas às das areias (STRAND, 1974, apud CARVALHO, 2008) – conforme

de aumento da carga de sedimentos com o tempo, o que permitiu aos autores desse estudo

apresentado na Tabela 2.

estimar a taxa anual média de aumento da carga de sedimentos em 1,83% – que, segundo CÁLCULO DAS PORCENTAGENS MÉDIAS PARA USO DAS EQUAÇÕES DE LARA E PEMBERTON

eles, provavelmente está associada ao aumento da erosão na bacia. Embasado neste resultado, foi adotado um valor relativamente conservador de 2% de aumento anual na

Argila

Silte

Areia

% Qss

% Qsl

Pc

pm

Ps

Sedimentos em suspensão

20,0%

60,8%

19,2%

94,23%

-

0,19

0,57

0,18

produção de sedimentos, válido para os estudos de sedimentação do reservatório da UHE de Santo Antônio.

Sedimentos do leito

7,0%

2,8%

90,2%

-

5,77%

0,00

0,00

0,05

0,19

0,57

0,23

Total

TABELA 2 • Cálculo das porcentagens médias para uso das equações de Lara e Pemberton -

3.1.4 Cálculo do peso específico aparente inicial do depósito

Fonte: Elaborado pelos autores

Para determinar o peso específico aparente inicial do depósito foi utilizado o método de Lara e Pemberton. Foi considerado para o reservatório da UHE de Santo Antônio o tipo de

Aplicação da Equação 3 para determinação do peso específico aparente inicial do depósito:

operação 1– sedimento sempre ou quase sempre submerso – possibilitando a obtenção das

γapar.Inicial = WC *pC + Wm * pm + WS * pS

constantes necessárias para sua aplicação Dados da composição granulométrica dos sedimentos transportados em suspensão e por arraste, apresentados no Gráfico 1. Granulometria média dos Sedimentos em Suspensão

Granulometria média dos Sedimentos do Leito

PORTO VELHO

0,2%

0,8%

Legenda 20,0%

19,0%

0,5% 2,8%

PORTO VELHO

Sendo:

(3)

γapar.Inicial : peso específico aparente inicial [t/m³];

WC , Wm, WS : coeficientes de compactação da argila, silte e areia, respectivamente; pC, pm , pS : frações de argila, silte e areia que compõem os sedimentos.

Legenda

7,0%

Silte

Areia Fina

DETERMINAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE RETENÇÃO DE SEDIMENTOS

Areia Fina

Areia Média

DO RESERVATÓRIO

Areia Grossa

Para determinar a eficiência de retenção de sedimentos do reservatório da UHE de Santo

Areia Grossa

34,4%

Argila

54,5%

Pedregulho

Areia Média

Argila

60,8%

Silte

GRÁFICO 1 • Granulometria média dos sedimentos transportados Fonte: Adaptado de PCE (2009)

Antônio foi utilizada a curva média de Brune. A capacidade de afluência do reservatório foi calculada através da relação do volume inicial do reservatório, no nível de água máximo normal operacional, pelo deflúvio líquido afluente médio anual, demonstrado a seguir na aplicação da Equação 4. Capacidade de afluência =

112

2.075.130.000 587.245.006.512

113

= 0,00353

(4)

PRODUTIVIDADE NOS EMPREENDIMENTOS ENERGÉTICOS

Pela curva média de Brune, entrando com o valor 0,00353 no eixo das abscissas, encontra-se o valor da eficiência de retenção inicial, Er = 0,175 = 17,5%, que representa a porcentagem aproximada de sedimentos que ficarão retidos no reservatório.

3.1.6 Avaliação do assoreamento do reservatório Para calcular o volume assoreado após determinado período de operação do reservatório, foi utilizada a Equação 5, que leva em conta o deflúvio sólido afluente médio

METODOLOGIA DE CÁLCULO DOS VOLUMES DE SEDIMENTOS ACUMULADOS NO RESERVATÓRIO DA UHE DE SANTO ANTÔNIO (Cont.) 2

562,70

16,3

1,103

83,27

172,07

1.903,06

0,00324

8,3%

3

573,96

15,2

1,115

78,22

250,29

1.824,84

0,00311

12,1%

4

585,44

14,1

1,124

73,36

323,64

1.751,49

0,00298

15,6%

5

597,14

13,0

1,131

68,59

392,24

1.682,89

0,00287

18,9%

50

1.455,75

0,0

1,218

0,01

995,27

1.079,86

0,00184

48,0%

100

3.918,28

0,0

1,248

0,00

995,29

1.079,84

0,00184

48,0%

TABELA 3 • Metodologia de cálculo dos volumes de sedimentos acumulados no reservatório da UHE de Santo Antônio - Fonte: Elaborado pelos autores Nota: Devido à quantidade expressiva, não foram exibidas todas as linhas de cálculo

anual, o aumento da descarga sólida com o tempo e o peso específico do depósito Observando a Tabela 3, pode-se perceber que, com o passar do tempo, o peso específico

(CARVALHO, 2008).

do depósito aumenta devido à compactação e à eficiência de retenção, que é reduzida até

ST = (1+R) * Dst * Er * T

(5)

γT

Sendo:

anular a capacidade do reservatório de reter os sedimentos. Ainda sobre a Tabela 3, é possível, para cada ano, dentro do período considerado de cem anos, efetuar a leitura dos volumes assoreados e remanescentes previstos para o reservatório.

ST = Volume assoreado em T anos, em m³;

Utilizando os valores gerados pela rotina de cálculo apresentada na Tabela 3, foi

Dst: Deflúvio sólido afluente médio, em t/ano; R:

Aumento

da

descarga

sólida

com

o

tempo,

fração

correspondente

ao porcentual;

possível, através do método empírico de redução de área de Borland e Miller, calcular a cota do fundo após a deposição de sedimentos próximo ao pé da barragem.

Er: Eficiência de retenção, fração correspondente ao porcentual; T: Tempo em anos;

3.1.7 Aplicação do método empírico de redução da área de Borland e Miller

γT: Peso específico aparente do depósito em T anos, em t/m³. A Tabela 3 apresenta a rotina de cálculo dos volumes assoreados do reservatório da UHE de Santo Antônio para um horizonte de cem anos. Os dados de entrada foram os deflúvios líquido e sólido afluentes médios anuais, eficiência de retenção e peso específico aparente inicial do depósito, previamente calculados.

Os estudos realizados por Borland e Miller permitiram o traçado de curvas dimensionais para a avaliação do acúmulo de sedimentos, com base no tipo e forma do reservatório (SUGAI, 2011). Para a aplicação do método, o reservatório deve ser classificado dentro de um

METODOLOGIA DE CÁLCULO DOS VOLUMES DE SEDIMENTOS ACUMULADOS NO RESERVATÓRIO DA UHE DE SANTO ANTÔNIO

dos quatro tipos apresentados na Tabela 4. A classificação é feita conforme o valor de “m”, que representa a inclinação da curva profundidade com relação ao volume

Variação do Tempo

Deflúvio sólido médio anual

Eficiência de retenção de sedimentos

Peso específico aparente do depósito

Volume assoreado anualmente

∑ Volume assoreado

Volume remanescente

Capacidade de Afluência

Porcentagem Assoreada

[anos]

106 [t/ano]

[%]

[t/m³]

106 [m³/ano]

106 [m³]

106 [m³]

-

[%]

TIPO DO RESERVATÓRIO

M

CLASSIFICAÇÃO

2012=(0)

540,85

17,5

1,086

-

-

2.075,13

0,00353

0,0%

Tipo I

3,5 a 4,5

De zonas planas

1

551,67

17,5

1,086

88,79

88,79

1.986,34

0,00338

4,3%

Tipo II

2,5 a 3,5

De zonas de inundação a colinas

114

(CARVALHO, 2008).

115

PRODUTIVIDADE NOS EMPREENDIMENTOS ENERGÉTICOS

O Gráfico 2 apresenta o traçado da curva da profundidade pela profundidade relativa,

TIPO DO RESERVATÓRIO (Cont.)

M

CLASSIFICAÇÃO

Tipo III

1,5 a 2,5

Montanhoso

Tipo IV

1,0 a 1,5

De gargantas profundas

a linha tracejada destacada em vermelho.

O valor de “m” calculado é de 1,8234, portanto, o tipo do reservatório é III – montanhoso. Embasados nos dados das curvas Cota x Área e Cota x Volume, e nos valores dos volumes assoreados previstos, ambos apresentados anteriormente, foram calculados os valores das profundidades relativas, alturas dos depósitos no pé da barragem e áreas relativas, pelas Equações 6, 7 e 8, respectivamente (CARVALHO, 2008).

Sendo:

p=

∆h

p: Profundidade relativa;

Sendo:

H * ApH

I

10 II 1 III IV

0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

PROFUNDIDADE RELATIVA

GRÁFICO 2 • Curva da profundidade pela profundidade relativa do reservatório da UHE de Santo Antônio - Fonte: Elaborado pelos autores

traçada do reservatório da UHE de Santo Antônio cruza a curva do tipo III, é igual a

H: Profundidade total do reservatório no NA normal, em metros. h’ p =

Incremento de áreas Curva do reservatório de Santo Antônio

O valor lido no eixo das abscissas (profundidade relativa), no ponto em que a curva

∆h: Diferença de altitude em relação ao nível zero, em metros;

ST-VpH

100

0,01

(6)

H

1000 PROFUNDIDADE DE h’p

TABELA 4 • Valor de “m”, classificando o tipo do reservatório no método de Borland e Miller Fonte: Adaptado de STRAND (1974), apud CARVALHO (2008)

0,7111 e foi utilizado para calcular a cota do depósito próximo ao pé da barragem pela

(7)

Equação 9. Cota ST = Ho + (p * H) Cota S100 = 30 + (0,7111 * 45) = 62,0 m

h’p: Altura do depósito, em metros; ST: Volume assoreado em T anos, em m³;

Sendo:

VpH: Volume total do reservatório na profundidade pH, em hm³;

Cota ST: Cota correspondente ao volume assoreado em T anos, em metros;

H: Profundidade total do reservatório no NA normal, em metros;

Ho: Cota do fundo do reservatório, em metros;

ApH: Área total do reservatório na profundidade pH, em km². A equação da curva de profundidade relativa pela área relativa para o tipo III: Ap = 16,967 * p1,15 * (1 - p)2,32 Sendo:

(9)

(8)

p: Profundidade relativa; H: Profundidade total do reservatório no NA normal, em metros; O método foi aplicado com o intuito de avaliar a distribuição de sedimentos ao longo do reservatório e traçar as curvas Cota x Área e Cota x Volume correspondentes ao assoreamento, para os períodos de cinco, dez e cem anos, apresentadas no Gráfico

Ap: Área relativa;

3, possibilitando observar o rápido acúmulo de sedimentos no reservatório da UHE de

p: Profundidade relativa.

Santo Antônio.

116

117

0

100

200

ÁREA (m²) 300 400

elevado aporte de sedimentos do Rio Madeira, dentro de um curto período, da ordem de 500

600 75 70 65

Original 5 anos 10 anos 100 anos

com 48% do seu volume assoreado. Após esgotada sua capacidade de retenção de de água das unidades geradoras e por estas últimas, de forma que isso pode até não

COTA (m)

sedimentos, estes passam a transitar pelas estruturas dos vertedores, pelas tomadas

55 45

500

aproximadamente, 50 anos, atingirá sua capacidade máxima de retenção de sedimentos,

60

50

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

10 anos, o reservatório terá aproximadamente 32 % do seu volume assoreado, e dentro de,

comprometer drasticamente seu funcionamento – embora possa causar danos potenciais

40

à sua operação e redução nas suas vidas úteis. Estudos anteriores, que subsidiaram as

35

decisões de projeto (dos quais o presente estudo é independente), contemplam a retenção

30

dos sedimentos transportados junto ao fundo por ensecadeiras submersas construídas a

0

VOLUME (hm³)

GRÁFICO 3 • Curva Cota x Área e Cota x Volume nos períodos de 5, 10 e 100 anos - Fonte: Elaborado pelos autores

montante do barramento e, também, levam em conta a manutenção dos equipamentos devido aos danos causados pela passagem dos sedimentos transportados em suspensão. Espera-se que, através das exigências impostas pela Resolução Conjunta N° 003ANEEL/ANA, somadas às orientações publicadas pela ANA – para atualização das Curvas Cota x Área e Cota x Volume dos reservatórios – se possam disponibilizar dados

4 CONCLUSÃO

confiáveis que subsidiem pesquisas futuras e permitam uma evolução no controle do processo de assoreamento de reservatórios do Brasil.

O processo natural de assoreamento de reservatórios ocorre, em geral, em um tempo de uma ordem de grandeza muito maior do que a de seu enchimento.

Tendo em vista as dificuldades envolvidas nos estudos de transporte de sedimentos, é recomendado que se faça um monitoramento, através de batimetria e outros métodos de

Pode-se concluir daí que, nos rios onde se deseja construir barragens, é necessário

medição, que possibilite acompanhar ao longo do tempo o estado real de assoreamento

entender a dinâmica do transporte de sedimentos e contar com dados atualizados

dos reservatórios já em operação – permitindo a tomada de decisões em conjunto

referentes ao uso e ocupação do solo na bacia contribuinte, e também com registros

com os levantamentos de campo disponíveis, realizados ao longo de períodos

sedimentométricos e fluviométricos do rio em questão. Desta maneira, será possível fazer

hidrológicos diferentes.

estimativas de assoreamento que sirvam de subsídio para estudar a viabilidade da obra, frente aos impactos socioambientais e à vida útil dos reservatórios. A previsão de assoreamento e as análises apresentadas neste artigo foram baseadas em séries de dados obtidos de relatórios técnicos e em métodos e formulações disponíveis na literatura. Grande parte dos métodos é empírica ou semiempírica, e foi aplicada para a obtenção dos parâmetros necessários para o cálculo dos volumes assoreados. A partir da análise dos dados e dos resultados obtidos na previsão de assoreamento do reservatório da Usina Hidrelétrica de Santo Antônio pode-se concluir que, devido ao 118

119

MIRANDA, Renato Billia de. A influência do assoreamento na geração de energia elétrica:

REFERÊNCIAS

Estudo de caso da usina hidrelétrica de Três Irmãos – SP. 2011. Dissertação (Mestrado ANEEL - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA; ANA - AGÊNCIA

em Ciências da Engenharia Ambiental) – Escola de Engenharia da Universidade de São

NACIONAL DE ÁGUAS. Resolução conjunta nº 003, de 10 de agosto de 2010. Boletim

Carlos. São Paulo, 2011.

Energia, Brasília, v. 438, n. 8, out. 2010. Disponível em: . Acesso em: 13 de janeiro de 2013.

PIMENTEL, V. C. R.. Alternativas de solução para os impactos físicos de barragens. 2004. Dissertação (Mestrado em Engenharia Hidráulica) – Escola Politécnica da Universidade de

ANA - AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (Brasil). Reserva de disponibilidade hídrica

São Paulo. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária, São Paulo, 2004.

para os aproveitamentos hidrelétricos Santo Antônio e Jirau, localizados no Rio Madeira. São Paulo, 2006. 64 pág. Disponível em:
PROJETOS E CONSULTORIAS DE ENGENHARIA (Brasil). Complexo hidrelétrico do

DHMadeira.pdf> Acesso em 02 de agosto de 2013.

Rio Madeira - Estudos de viabilidade dos AHEs Jirau e Santo Antônio - Consolidação dos polinômios volume x cota, cota x área e vazão x nível d’água de jusante. São Paulo, 2007. 53

CARPIO J.M. Hidrologia e sedimentos. 2013. P. 50-89. Disponível em: < http://www.

pág. Disponível em:
bicusa.org/en/Document.100519.pdf> Acesso em: 18 de junho de 2013.


CARVALHO N. O.; JÚNIO N. P. F.; SANTOS P. M. C.; LIMA J. E. F. W. Guia de avaliação de assoreamento. 2000. 107 pág. Agencia Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. Brasília DF. Disponível em : CARVALHO, Newton de Oliveira. Hidrossedimentologia Prática. CPRM – Companhia de Pesquisa em Recursos Minerais, ELETROBRÁS. 2. ed. Rio de Janeiro RJ., 2008. CARVALHO N. O.; VALENTIM N. B. F.; MARQUES F. B. R.; BARROS P. S. T.; CORREA J.S. Estimativa de assoreamento de reservatório para pch: Estudo de caso. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE SEDIMENTOS, 10., 2012, Foz do Iguaçu. Anais... Foz do Iguaçu: 04 a 06 de dezembro de 2012, 12 p. ESTIGON M. V.; MATOS A. J. S.; MAUAD F. F. Análise da orientação da ANA para a atualização das curvas cota-área-volume de reservatórios. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE SEDIMENTOS, 10., 2012, Foz do Iguaçu. Anais... Foz do Iguaçu: 04 a 06 de dezembro de 2012, 21 p.

120

121

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS PARA ANÁLISE DA INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA Douglas P Agnelo 1 Henrique Dinis 2

Resumo

“

A simulação da prova de carga estática, através da modelagem computacional,

é desenvolvida como alternativa para dimensionamento e verificação de projetos de fundações profundas, apresentando-se como proposta para utilização desta ferramenta, uma metodologia para balizamento dos parâmetros do solo, visando à alimentação

”

do processamento.

Palavras-chave » previsão da capacidade de carga; análise computacional solo-estrutura; prova de carga estática.

1 2

122

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

123

pode ser realizada por métodos seimiempíricos, ou por provas de carga. Os métodos

1 INTRODUÇÃO

semiempíricos são modelos que se baseiam em formulações teóricas e são ajustados a Não obstante o desenvolvimento tecnológico que ocorreu na prática da engenharia civil, principalmente nas áreas de cálculo de superestruturas, os métodos utilizados para dimensionamento da infraestrutura não acompanharam esse mesmo ritmo de

comprovações experimentais. Os métodos semiempíricos mais utilizados para hélice contínua no Brasil são os propostos por Alonso (1996) e Décourt-Quaresma (1978).

crescimento devido ao alto grau de hiperestaticidade do sistema à ausência de ferramentas computacionais destinadas exclusivamente à análise dos esforços transmitidos da infraestrutura para o solo.

2.1 Método semiempírico Alonso

Atualmente, os procedimentos de cálculo para prever o comportamento das fundações são baseados em modelos clássicos semiempíricos, com utilização de fórmulas estáticas,

O engenheiro Urbano Rodrigues Alonso propôs a estimativa da capacidade de carga

a partir de correlações com ensaio in situ e dos conhecimentos geotécnicos do engenheiro

a partir do atrito lateral medido através do ensaio SPT, com utilização do torquímetro

projetista de fundações.

conhecido como SPT-T.

A NBR 6122 (ABNT, 2010), item 9.2.2.1, obriga a execução de provas de carga a partir de determinada quantidade de um mesmo tipo de estacas, ou pela tensão admissível, a

A capacidade de carga pelo método Alonso é dada pela Equação (1). Os coeficientes de correção lateral e de ponta são apresentados nas Tabelas (1) e (2).

partir da qual determinada tensão obriga à realização de ensaios de carregamento. Estes P = αU * u * (6,59 *

representam a condição real da interação solo-estrutura e permitem a reavaliação do projeto, com possível redução dos comprimentos e/ou números de suas estacas.

∑ N) + β

U

*

(Tmín1 + Tmín2) * Ap 2

P

Carga de ruptura total de uma estaca

ou na fase de projeto, conforme prevê a NBR 6122 (ABNT, 2010), item 6.2.1.2.2. Realizar

αU

Coeficiente para correção da resistência lateral

a prova de carga no início da obra ou na fase de projeto é um grande dificultador logístico e

u

Perímetro da estaca

econômico para obras com estacas moldadas in loco, já que o tempo para a mobilização dos

N

Índice de resistência à penetração

equipamentos, a cura do concreto para obtenção da resistência mínima para realização da

βU

Coeficiente para resistência de ponta

prova de carga, e a duração do ensaio levam, no mínimo, duas semanas, ou seja, o mesmo prazo

Tmín1 Torque mínimo 1

A capacidade de carga obtida por provas de carga deve ser realizada no início da obra,

médio para a execução das fundações de uma obra residencial com 150 estacas. Desta forma, o custo para mobilização do ensaio na fase de projeto conforme a normatização brasileira é inviável para obras com até 200 estacas e, assim, o dimensionamento é realizado com um fator de segurança global 25% maior, que se reflete diretamente no quantitativo da obra.

2 DIMENSIONAMENTO GEOTÉCNICO Consoante a NBR 6122 (ABNT, 2010), a determinação da carga admissível das estacas 124

(1)

Tmín2 Torque mínimo 2

Ap Área de ponta de uma estaca TIPO DE ESTACA

αU

Pré-moldada

0,6667

Escavada com fluido estabilizante

0,5882

Raiz

1,1500

Hélice contínua

0,6500

TABELA 1 • Coeficiente αu para correção da resistência ao atrito lateral por tipo de estaca - Fonte: adaptado pelo autor

125

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

TIPO DE SOLO

βU

Argilas

10

Siltes

15

Areias

20

“Para surpresa dos demais participantes, que não acreditavam no SPT, meu cálculo,

kPa

N.m

baseado no artigo técnico que apresentei no simpósio, indicava a ruptura do solo quando fosse aplicada uma carga de 117,9 tf à estaca, e ela se rompeu entre 115 tf e 120 tf”, disse Décourt, após receber o prêmio de melhor avaliação de capacidade de carga baseada

TABELA 2 • Coeficientes βu em função do solo na ponta da estaca hélice contínua - Fonte: Alonso (1996)

O torque mínimo 1 corresponde à média dos índices de resistência à penetração imediatamente acima da ponta da estaca até a distância de oito vezes o diâmetro, limitado a 400 Nm, conforme Equação (2).

simplesmente no ensaio SPT. Em 1996, Décourt apresentou coeficientes de majoração e minoração αDQ e βDQ para ajustar o método de 1982, para diversos tipos de estacas. Os coeficientes sugeridos levam em consideração a relação entre o dimensionamento geotécnico da estaca padrão de concreto armado e outros tipos de estacas, de acordo com o processo executivo e o solo (JOPPERT JUNIOR, 2007).

Tmín1 = 10 * fN (8 * D) ≤ 400 N.m

(2)

A capacidade da carga na ruptura calculada pelo Método Décourt-Quaresma é dada pela Equação (4):

O torque mínimo 2 corresponde à média dos índices de resistência à penetração P = αDQ *

imediatamente abaixo da ponta da estaca até a distância de três vezes o diâmetro, conforme Equação (3). P Tmín2 = 10 * fN (3 * D) ≤ 400 N.m

(3)

2.2 Método semiempírico Décourt-Quaresma Em 1982, centenas de engenheiros especialistas em fundações participaram de um concurso para previsão da capacidade de carga, no ESOPT II – European Simposium of Penetration Test, em Amsterdã. Para realização do concurso, foi disponibilizada, cinco meses antes, uma gama de ensaios penetrométricos, por todos os métodos conhecidos na época, dos mais simples,

(

)

Nl +1 * 10 * u * L + βDQ * kDQ * Np * Ap 3

Carga de ruptura total de uma estaca

αDQ Coeficiente para correção da resistência lateral Nl

Média do índice de resistência à penetração ao longo do fuste

u

Perímetro da estaca

L

Comprimento do fuste da estaca

βDQ Coeficiente para correção da resistência ponta kDQ

Fator de correlação Décourt-Quaresma entre índice de resistência à penetração do

ensaio SPT com a tensão normal de compressão na ponta da estaca Np Média do índice de resistência à penetração na ponta da estaca, o valor imediatamente inferior e o valor imediatamente superior. Os valores de kDQ foram reajustados conforme a Tabela 3.

como SPT, até ensaios ainda desconhecidos no Brasil. Foram disponibilizados também

SOLO

KDQ [kPA]

os boletins de cravação de uma estaca quadrada de 25,0 x 25,0 centímetros e 14,12 metros

Argilas

120

de comprimento.

Siltes argilosos

200

Siltes arenosos

250

Areias

400

Cada participante enviou a previsão de ruptura da estaca, até março de 1982, dois meses antes do ESOPT II, e durante o simpósio, em maio do mesmo ano, foi realizada a prova de carga da estaca cravada. 126

[kPa]

TABELA 3 • Coeficiente kDQ do método Décourt-Quaresma - Fonte: Décourt (1982, apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p.126)

127

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

Os coeficientes αDQ para correção da resistência lateral são apresentados na Tabela 4. Δr = SOLO

CRAVADAS

ESCAVADAS SEM USO DE FLUIDO ESTABILIZANTE

ESCAVADAS COM USO DE FLUIDO ESTABILIZANTE

HÉLICE CONTÍNUA

RAIZ

P

É a carga de ruptura

P*L D + A*E 30

(5)

Argila

1,00

0,80

0,90

1,00

1,50

L

É o comprimento da estaca

Solo intermediário

1,00

0,65

0,75

1,00

1,50

Areias

1,00

0,50

0,60

1,00

1,50

A

É a área da seção transversal da estaca

E

É o módulo de elasticidade do material da estaca

L

É o diâmetro da estaca

TABELA 4 • Coeficientes αDQ para correção da carga de atrito lateral da estaca - Fonte: Décourt (1982, apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p.126)

SOLO

CRAVADAS

ESCAVADAS SEM USO DE FLUIDO ESTABILIZANTE

ESCAVADAS COM USO DE FLUIDO ESTABILIZANTE

HÉLICE CONTÍNUA

RAIZ

Argila

1,00

0,85

0,85

0,30

0,85

Pr D/30

Solo intermediário

1,00

0,60

0,60

0,30

0,60

Areias

1,00

0,50

0,50

0,30

0,50

A prova de carga estática é um ensaio que fornece elementos para determinar a carga de ruptura da estaca através da curva de deslocamento vertical x carga axial estática.

PxL AxE

D 30

Curva P x ∆ (ensaio)

TABELA 5 • Coeficientes βDQ para correção da carga na ponta da estaca - Fonte: Décourt (1982, apud JOPPERT JUNIOR, 2007, p.126)

2.3 Dimensionamento geotécnico com prova de carga estática

P(carga)

∆(Recalque)

∆r

FIGURA 1 • Carga de ruptura convencional - Fonte: NBR 6122 (ABNT, 2010)

A NBR 12131 (ABNT, 2006) prevê que, entre o sistema de reação e a estaca ensaiada, deve haver uma distância mínima de três vezes o diâmetro da maior estaca (reação ou

A realização do ensaio, de acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), é obrigatória a partir

ensaiada), quando esta não ultrapassar 25 metros de comprimento. Caso o comprimento

de um número mínimo de estacas na obra, ou a partir da tensão admissível para a qual o

seja superior a 25 metros, o espaçamento deve ser de, no mínimo, 3,6 vezes o diâmetro da

elemento foi dimensionado.

maior estaca.

A interpretação da prova de carga é definida quando ocorrer a ruptura nítida caracterizada por deformações contínuas, sem aumento de carga.

A estaca a ser ensaiada deve possuir sondagem próxima com distância máxima de dez vezes o seu diâmetro ou cinco metros, e profundidade superior à cota de ponta da estaca.

Caso não ocorra a ruptura nítida, a capacidade de carga é superior à carga ensaiada, ou a estaca apresenta recalques elevados que não caracterizam ruptura. Nestes casos, a NBR 6122 (ABNT, 2010) permite a extrapolação da curva carregamento-recalque do

3 MÉTODO PROPOSTO

primeiro carregamento. A NBR 6122 (ABNT, 2010) determina que a carga de ruptura é aquela que corresponde ao valor do recalque obtido pela Equação (5):

128

Devido ao avanço tecnológico que ocorreu nos últimos 30 anos, os métodos numéricos para solução de problemas de equações diferenciais foram cada vez mais utilizados no

129

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

desenvolvimento de ferramentas computacionais, objetivando a solução de diversos

amigável, de uso prático e funcional, para simulação do comportamento do solo em

problemas da engenharia.

inúmeros problemas geotécnicos.

Dentre os principais métodos numéricos utilizados na área geotécnica, destacam-se o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método de Elementos de Contorno (MEC). O Método dos Elementos Finitos é baseado na divisão do domínio finito em subregiões

3.1 Entrada de dados

de geometria simplificada, consideradas elementos finitos ou subdomínios. Os elementos finitos são conectados entre si através de nós, formando uma malha com parâmetros

Para entrada de dados no programa PLAXIS 2D v8.2, a partir da sondagem de simples

de entrada pré-estabelecidos, para solução de equações diferenciais que representam o

reconhecimento com SPT, devem ser realizadas as seguintes considerações: Cada índice de resistência à penetração deve ser dividido em subdomínio com os

equilíbrio do problema. No MEF, o domínio não é infinito, portanto, a simulação de elementos infinitos, como o

parâmetros geotécnicos básicos no modelo Mohr-Coulomb; Cada parâmetro geotécnico básico deve ser correlacionado com índice de resistência à

solo, pode aumentar muito a quantidade de elementos e nós, a fim de simular um domínio semi-infinito e, consequentemente, aumentar exponencialmente o número de equações a

penetração através de publicações citadas a seguir.

serem resolvidas, tornando a análise computacional mais lenta e onerosa. O Método de Elementos de Contorno é baseado na solução das equações diferenciais em domínios infinitos ou semi-infinitos, importantes para simulação do solo, pois representam

3.2 Correlações com ensaio SPT – metodologia proposta para este trabalho

de forma mais realista o comportamento geotécnico das camadas. A evolução de softwares para dimensionamento estrutural (TQS, STRAP, SAP2000,

Os parâmetros básicos para modelagem são: peso específico aparente seco, peso específico

CYPECAD, ROBOT, entre outros) permitiu a velocidade, confiabilidade e redução do

aparente saturado, módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, coesão efetiva e ângulo

dimensionamento estrutural, que, aliados à constante evolução das resistências dos

de atrito efetivo.

materiais, dos avanços dos ensaios de carga e das ferramentas para apresentação do projeto, permitiram a execução de obras com fatores de segurança menores dos que eram

3.2.1 PESOS ESPECÍFICOS

utilizados há 30 anos.

O peso específico aparente natural do solo não varia muito entre diferentes solos (PINTO,

Na área geotécnica essa evolução é mais recente. Devido ao alto grau de complexidade

2006). O peso específico aparente seco corresponde ao peso específico que o solo teria

dos parâmetros envolvidos, diversas empresas investem nesta corrida tecnológica para

se ficasse seco, sem alteração de volume, e é da ordem de 13 a 19 kN/m³. O valor do

desenvolver uma ferramenta com alto grau de confiabilidade e segurança.

peso específico aparente saturado é da ordem de 20 kN/m³. A Tabela 6 foi adotada para

Em 1987, a Technical University of Delft, na Holanda, desenvolveu uma ferramenta

consideração dos pesos específicos para solos arenosos.

de soluções para problemas geotécnicos, a qual foi adquirida pela empresa Plaxis, em 1993. A partir de então, a empresa Plaxis desenvolve ferramentas computacionais na área geotécnica, com grande reconhecimento internacional, nas áreas acadêmica, científica e profissional. O software escolhido para análise da interação solo-estrutura é o PLAXIS 2D v8.2, por ser um aplicativo disponível no sistema operacional Windows, com uma plataforma

130

N

γ [kN/m³] d

γsat [kN/m³]

≤4

15

18

5
16

19

9 < N ≤ 18

17

20

N > 19

18

21

FIGURA 6 • Correlação entre SPT e pesos específicos - Fonte: elaborado pelo autor

131

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

3.2.2 MÓDULO DE ELASTICIDADE

SOLO

υ

O valor do módulo de elasticidade é obtido através da correlação pela Equação (6) por

Areia pouco compacta

0,2

Teixeira & Godoy (1998) com adoção do coeficiente αTG apresentado na Tabela 7.

Areia compacta

0,4

Silte

0,3-0,5

Argila saturada

0,4-0,5

Argila não saturada

0,1-0,3

SOLO

E = αTG * σcpt

αTG

(6)

TABELA 9 • Coeficientes de Poisson - Fonte: Teixeira & Godoy (1998)

Areia

3

Silte

5

3.2.4 ÂNGULO DE ATRITO EFETIVO

Argila

7

Hatanaka e Uchida (1996) publicaram, no periódico The Japanese Geotechnical Society, uma

FIGURA 6 • Correlação entre SPT e pesos específicos - Fonte: elaborado pelo autor

A relação entre a tensão na ponta do ensaio do cone é expressa pela Equação (7) com parâmetros que possuem a mesma ordem de grandeza pelo método Aoki, conforme

correlação empírica entre o índice de resistência à penetração e o ângulo de atrito interno efetivo de solos arenosos, após uma série de ensaios triaxiais drenados. A Equação (9) apresenta a correlação entre o SPT e o ângulo de atrito efetivo.

Tabela 8. σcpt= KTG * N

(7)

Portanto o módulo de elasticidade pode ser correlacionado com SPT, a partir da Equação (8).

SOLO Areia com pedregulhos Areia

(9)

O SPT brasileiro apresenta eficiência média de 72%, portanto, para correção internacional basta multiplicar o valor N por 1,2 (QUARESMA, R. Q.; DÉCOURT, L.; QUARESMA FILHO, A. R.; ALMEIDA, M. S. S.; DANZINGER, F. 1998) conforme apresentado na Equação (10).

E = αTG * KTG * N

KTG [MPa]

(8)

(10)

1,1 0,9

4 PESQUISA PRÁTICA

Areia siltosa

0,7

Areia argilosa

0,55

Silte arenoso

0,45

Silte

0,35

Argila arenosa

0,3

conforme demonstrado na Figura 2, próximo à cota do terreno, a solução de fundação

Silte argiloso

0,25

Argila siltosa

0,2

adotada foi em estacas tipo hélice contínua. O dimensionamento geométrico da estaca foi

TABELA 8 • Coeficientes KTG - Fonte: Teixeira & Godoy (1998)

Devido à baixa capacidade de suporte superficial do terreno e ao nível do lençol freático,

calculado com 80 centímetros de diâmetro e comprimento de 18 metros, para atender às cargas solicitantes estruturais.

3.2.3 COEFICIENTE DE POISSON Valores típicos do coeficiente de Poisson são apresentados por Teixeira e Godoy (1998) na Tabela 9. 132

4.1 Resultados por métodos semiempíricos 133

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

Pelo método Décourt-Quaresma, a carga de ruptura é igual a 3.656,8 kN, conforme

4.2 Resultados pelo método proposto

Equações (11) e (12). Consoante o método proposto por Décourt, a carga de ruptura da ponta das estacas hélice(11) (12) Pelo Método Alonso, a carga de ruptura é igual a 4.388,1 kN, conforme Equação (13).

contínua é 30% do valor da estaca padrão (estaca pré-moldada de concreto armado). Portanto, as tensões de compressão da ponta da estaca foram multiplicadas, na modelagem computacional, pelo fator de correção de ponta igual a 0,3 para simular o comportamento real e do processo executivo da estaca em questão. A carga de ruptura obtida pela simulação da prova de carga estática, determinada consoante a NBR 6122 (ABNT, 2010), item 8.2.1, é igual a 3.213,67 kN.

(13)

4.3 Resultado do ensaio de campo O ensaio de prova de carga estática apresentou ruptura nítida com 3.420 kN. A carga de ruptura convencional calculada a partir das diretrizes da NBR 6122 (ABNT, 2010), a qual é a carga que corresponde ao valor do recalque de 32,20 mm obtido pela Equação (5), é igual a 3.269,30 kN, conforme curva carga x recalque apresentada na

DESLOCAMENTO (mm)

Figura 3. 0,00 -5,00 -10,00 -15,00

0 -0,13 -0,74 -1,86 -4,69 -0,14 -0,64 -2,06 -8,25 -5,10 -13,42 -9,01 -12,56 -17,46

-20,00 -25,00 -30,00 -34,17 -35,00 -34,44 -40,00 -45,00 0

-18,54 -23,82 -25,26 -35,99 -36,23

50

-32,20 mm -33,96 -37,47

-39,06

-37,69

-38,81

-40,08

200 250

300 350

100 150

CARGA (tf)

FIGURA 3 • Prova de carga estática - Fonte: Infraestrtura Engenharia LTDA

FIGURA 2 • Perfil geológico - Fonte: Infraestrutura Engenharia LTDA

134

4.4 Análise comparativa dos resultados 135

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

A seguir, é apresentado na Figura 4 o resultado da simulação da prova de carga da

5 CONCLUSÃO

hélice contínua comparada com a prova de carga real. 0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0,000 -0,005 -0,010

“A carga admissível ou resistente de projeto deve ser determinada a partir da carga de

[kN]

ruptura”, conforme NBR 6122 (ABNT, 2010) – Projeto e execução de fundações. A utilização Modelagem Computacional da Prova de Carga Estática NBR 6122 (ABNT, 2010)

-0,015 -0,020 -0,025 -0,030 -0,035

Prova de Carga Estática

do método de elementos finitos para determinação da carga de ruptura, combinada com os procedimentos para determinação da carga de ruptura adotados neste trabalho para estimar os parâmetros básicos do solo, a partir do SPT, demonstrou-se eficaz para solos arenosos, com desvio absoluto abaixo de 5%. Cabe salientar que a composição do substrato em que a estaca estava implantada era homogênea e com granulometria constante. No

-0,040 -0,045 -0,050

entanto, sugerimos para pesquisas futuras que tais procedimentos sejam aplicados a outros perfis de subsolo, com características geotécnicas heterogêneas, ampliando-se e

[m]

generalizando-se sua aplicabilidade. FIGURA 4 • Prova de carga estática em campo x prova de carga pelo método proposto - Fonte: elaborado pelo autor

A Tabela 10 apresenta as cargas de ruptura obtidas por tipo de procedimento adotado. PROCEDIMENTO Método estático semi-empírico

CARGA DE RUPTURA (P)

A NBR 6122 (ABNT, 2010) permite a utilização da prova de carga estática para determinação da carga admissível com fator de segurança entre 1,6 e 1,4. Entretanto a prova de carga deve ser realizada na fase de projeto ou no início da obra, conforme NBR 6122 (ABNT, 2010), item 6.2.1.2.2. A execução da prova de carga estática na fase de projeto ou no início da obra, para

Método Décourt-Quaresma expandido

3.656,80 kN

adequação do projeto, não é praticada nas obras até 200 estacas devido a fatores logísticos

Método Alonso

4.388,10 kN

e econômicos, conforme apresentado neste trabalho. Desta forma, a capacidade admissível

Modelagem Computacional da Prova de Carga Estática

3.213,67 kN

Prova de Carga Estática in situ

3.269,30 kN

é calculada com fator de segurança global por método semiempírico (FSg = 2,0), ou seja,

TABELA 10 • Carga de ruptura por procedimento adotado - Fonte: elaborado pelo autor

25% maior, que acarreta um aumento direto no quantitativo da obra. A simulação da prova de carga pelo método de elementos finitos apresentou-se como

A carga de ruptura obtida pela prova de carga estática in situ representa o limite real da resistência geotécnica. Os demais procedimentos apresentaram os seguintes desvios entre a carga de ruptura calculada e a carga de ruptura obtida pela prova de carga estática,

alternativa para otimizar o estaqueamento, na medida em que os seus resultados se aproximaram muito da realidade observada na prova de carga estática. A simulação da prova de carga estática apresentou-se também como alternativa para viabilizar a execução da prova de carga, obrigatória para a maioria das obras, na

conforme demostrado na Tabela 11.

fase final da execução da fundação, objetivando ratificar o dimensionamento realizado

Método estático semi-empírico

com ferramentas computacionais, pois mostrou-se mais confiável que os procedimentos

DESVIO

PROCEDIMENTO

[kN]

%

Método Décourt-Quaresma expandido

387,5

11,85%

Método Alonso

1.118,8

34,22%

Nas pesquisas futuras, sugerimos a realização da metodologia apresentada neste trabalho

-55,63

-1,70%

na amostragem maior de provas de carga estáticas, para aferição dos fatores de segurança a

Modelagem Computacional da Prova de Carga Estática

tradicionais para obtenção da carga de ruptura.

TABELA 11 • Desvio entre carga de ruptura por procedimento de cálculo - Fonte: elaborado pelo autor

serem utilizados no dimensionamento de fundações profundas por modelagem computacional.

136

137

USO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS

REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010. ALONSO, U.R. Estacas hélice contínua com monitoração eletrônica previsão da capacidade de carga através do ensaio SPT-T. In: SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES ESPECIAIS, III, 1996, São Paulo, p. 141-151. DÉCOURT, L.; QUARESMA, A. R. Capacidade de carga de estacas a partir de valores de SPT. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES, VI, 1978, Rio de Janeiro, p. 45-53. JOPPERT JUNIOR, Ivan. Fundações e Contenções de Edifícios: qualidade total na gestão do projeto e execução. São Paulo: PINI, 2007. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12131: Estacas – Provas de carga estática – Método de Ensaio. Rio de Janeiro, 2006. PINTO, C. S. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas. São Paulo: Oficina dos Textos, 2006. TEIXEIRA, A. H.; GODOY, N. S. Análise e Projetos de Fundações Rasas; in ABMS/ABEF: Fundações Teoria e Prática; São Paulo: PINI; 1998. HATANAKA, M.; UCHIDA, A.; Empirical correlation between penetration resistance and internal friction angle of sandy soils. Soils and Foundations, Vol. 36, No 4, Tokyo, 1996, p. 1-9. QUARESMA, R. Q.; DÉCOURT, L.; QUARESMA FILHO, A. R.; ALMEIDA, M. S. S.; DANZINGER, F. Investigações geotécnicas. In ABMS/ABEF: Fundações Teoria e Prática, São Paulo: PINI, 1998.

138

139

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA UTILIZANDO SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA Caroline Oriollo 1 Charles P. Alcantara 2 3 Marjorie N. Tofetti Sergio Vicente Denser Pamboukian 4

Resumo

“

Os deslizamentos de terra são os desastres naturais que mais causam prejuízos

socioeconômicos. Eles não podem ser evitados, porém, é possível fazer previsões e emitir alertas dos riscos iminentes à população. Este trabalho tem como principal propósito avaliar a utilização de Sistemas de Informação Geográfica (SIGs) no alerta de riscos de deslizamentos, possibilitando uma abordagem inovadora na minimização dos danos e prejuízos decorrentes. O software SIG utilizado neste trabalho é o TerraMA², que faz o mapeamento da área de estudo a partir de dados hidrometeorológicos coletados em tempo real e, através de uma linguagem computacional, estabelece níveis de alertas para cada região analisada. Através de um estudo de caso, mostra-se a eficiência deste sistema no

”

monitoramento e alerta de desastres naturais.

Palavras-chave » deslizamentos de terra; sistema de informação geográfica; TerraMA².

1 3

140

2 E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected]. 4 E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

141

Segundo Ayres (2010), se um evento atinge um sistema humano, ultrapassando a

1 INTRODUÇÃO

capacidade de resposta de um determinado local, trazendo, desta maneira, em forma de De acordo com Marcelino (2007), as geotecnologias são as principais ferramentas para

danos e prejuízos, efeitos ao sistema social, é considerado um desastre natural.

o gerenciamento de desastres naturais, representadas especialmente pelos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e pelo Sensoriamento Remoto. Através delas podem ser coletadas, armazenadas e analisadas grandes quantidades de dados, os quais seriam

2.1 Deslizamentos de massa

praticamente inviáveis de ser tratados através de métodos analógicos e/ou tradicionais. Utilizando essas ferramentas é possível produzir análises praticamente instantâneas

Os desastres naturais podem ser classificados em: inundação, deslizamento de massa,

e com custo relativamente baixo, combinando dados espaciais de diversas fontes, a fim

tempestade, seca, temperatura extrema, incêndio florestal, vulcanismo, terremoto e ressaca.

de analisar as interações existentes entre as variáveis, elaborar modelos preventivos e dar

O foco deste trabalho é o deslizamento de massa.

suporte às tomadas de decisões (BOHAM-CARTER, 1996). O software TerraMA² (Terra Modeling, Analysis and Alert), disponibilizado gratuitamente pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), utiliza dados hidrometeorológicos

De acordo com Kobiyama (2006) e Santos (2007), o deslizamento se caracteriza pelo movimento vertical de um conjunto de massa devido à influência direta da gravidade.

obtidos de servidores remotos, em tempo real, para verificar a existência de situações

Os deslizamentos de massa nas últimas décadas vêm aumentando bastante, sobretudo

de risco na área de estudo. Neste sistema também podem ser considerados fatores

nos fundos de vale em centros urbanos, muito sujeitos a inundações e solapamentos.

relacionados à geomorfologia, geologia e atividades antrópicas, por exemplo. Para cada

No entanto, mesmo em áreas de vegetação natural isto também tem ocorrido, como no

situação de risco detectada, um alerta é criado e os usuários do sistema são notificados por

caso de Ilha Grande, em Angra dos Reis, no Réveillon de 2009/2010. O evento aconteceu,

e-mail e/ou celular. O sistema permite também o acompanhamento instantâneo, através

possivelmente, pela grande quantidade de água precipitada, somada ao uso e ocupação do

de uma aplicação web, dos mapas de risco gerados.

solo (AYRES, 2010).

O objetivo deste artigo é avaliar a contribuição dos Sistemas de Informação Geográfica,

Com a urbanização intensa e desregulada, áreas com declividades críticas têm grandes

em particular do TerraMA2, como uma solução inovadora para o alerta de deslizamentos

possibilidades de deslizamento de terra, principalmente quando são somadas com grande

de terra, que são os desastres naturais que mais ocorrem no Brasil. O trabalho inclui um

intensidade pluviométrica. A população que não ocupa local correto e regularizado de

estudo de caso que analisa os acontecimentos ocorridos em Angra dos Reis em 2009/2010,

moradia fica vulnerável a esses desastres, pois está em áreas de risco.

que provocaram diversas mortes e desalojamentos, e mostra como o uso deste sistema

As regiões de serra são as que mais se destacam na frequência de deslizamentos de massa. Estes deslizamentos estão relacionados ao total pluviométrico incidente, mas a

poderia ter sido útil.

ocorrência de dias consecutivos de chuva é o que mais gera esses acidentes geológicos (SANTOS, 2007; ROSA FILHO; CORTEZ, 2008). A principal razão de ocorrência é o “encharcamento” do solo. Esse fenômeno diminui

2 DESASTRES NATURAIS

a pressão neutra e aumenta o peso e a ação da gravidade do solo. Já os deslizamentos Os desastres são conceituados como resultado de eventos adversos que causam grandes

de massa rochosa podem ser deflagrados por chuvas concentradas em curtos períodos

impactos na sociedade, sendo distinguidos, principalmente, em função de sua origem, isto

de tempo. Isso ocorre em função da pressão exercida pela água em descontinuidades

é, da natureza do fenômeno que o desencadeia (TOBIN; MONTZ, 1997).

existentes nas rochas (SANTOS, 2007).

142

143

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

2.2 Sistemas de Informação Geográfica

3 O SOFTWARE TerraMA²

De acordo com Tominaga (2009), com o uso de SIGs a partir da década de 90, o estudo para

O TerraMA² (Terra Modeling, Analysis and Alert) é um sistema operacional desenvolvido

descobrir e identificar áreas instáveis teve um grande desenvolvimento. O mapeamento e o

pelo INPE com o objetivo de monitorar o risco de ocorrência de desastres naturais em

cadastro das áreas de risco permitem identificar o potencial de ocorrência em uma área ou

uma determinada área mapeada e gerar alertas aos usuários do sistema em situações de

região de processos que podem ser causadores de desastres naturais e, desta forma, podem

risco iminente. O sistema utiliza dados estáticos (geomorfológicos, por exemplo) e dados

contribuir para o adequado planejamento do uso e da ocupação do solo para reduzir as

dinâmicos obtidos em tempo real a partir de servidores remotos (dados de observação e

consequências ocasionadas pelos desastres naturais.

de previsão de precipitações, por exemplo). A partir destes dados são realizadas diversas

Sobral, Freitas e Andrade (2010) salientam que a utilização dos SIGs é uma forma de

análises para a área de estudo, identificando para cada região (município, por exemplo)

alerta para a prevenção de desastres, constituindo-se em importantes ferramentas para a

o grau de risco existente. Caso uma região seja considerada em risco, o TerraMA² possui

criação de mapas de risco e vulnerabilidades para diferentes tipos de eventos.

uma interface que emite um alerta e envia mensagens para seus usuários, possibilitando

De acordo com Carvalho e Galvão (2006), os principais fenômenos relacionados a desastres naturais no Brasil são os deslizamentos de encostas e as inundações, que estão

uma tomada de ação em tempo hábil para minimizar eventuais danos decorrentes de desastres naturais.

associados a eventos pluviométricos intensos e prolongados. Apesar das inundações serem os fenômenos que produzem as maiores perdas econômicas e os impactos mais significativos na saúde pública, são os deslizamentos que geram o maior número de mortes.

3.1 Arquitetura do Sistema

Barbosa, Oliveira e Alves (2011) realizaram um estudo sobre as ferramentas SIG que pudessem atender às necessidades de mapeamento e cadastro das áreas consideradas de

A arquitetura do sistema TerraMA² segue o conceito de Service Oriented Architecture (SOA),

risco. Foram utilizadas as ferramentas TerraSIG e TerraView (desenvolvidas pelo INPE)

que aplica a utilização de serviços (unidades de trabalho independentes, que atendem

para realizar o processo de vetorização das áreas atingidas (quadras, rios e ruas). Assim,

a uma ou mais solicitações e retornam um ou mais resultados) e módulos (processos

foi possível estabelecer áreas impróprias para moradia, tanto nas regiões consideradas

independentes que exportam serviços). Os principais serviços são os de coleta de dados,

inundáveis quanto nas áreas de risco. A ferramenta SIG utilizada permitiu um estudo

de análise e de notificação. As informações coletadas são armazenadas em um Banco de

profundo da ocupação do solo e o desenvolvimento de projetos de melhorias e de

Dados Geográfico (PostgreSQL, por exemplo), e os mapas de risco são gerados a partir do

recuperação das áreas de estudo.

software TerraView, também do INPE. Uma visão geral do sistema pode ser observada na

No estudo feito por Souza et al. (2011), utilizando diversos softwares, como TerraView,

Figura 1.

TerraSIG e PostgreSQL, foi possível estabelecer áreas impróprias para moradia, tanto nas

Para o correto funcionamento do TerraMA², algumas dependências precisam ser

regiões consideradas inundáveis quanto nas áreas de risco. As ferramentas SIG utilizadas

instaladas. São elas: Servidor de Banco de Dados PostgreSQL, Servidor Http Apache, Java

permitiram realizar um estudo de ocupação do solo e desenvolver projetos de melhorias

7, Apache Web Java Tomcat, TerraView e Servidor WEB TerraOGC. O TerraMA² e todas

e recuperação de áreas. Tal estudo discute, ainda, como a disseminação do uso de SIGs

as suas dependências são gratuitos.

tem sido um dos mecanismos para o mapeamento, armazenamento, recuperação e transformação de dados espaciais, na busca de identificar ocorrências em uma área ou região de processos que podem ser causadores de desastres naturais.

144

145

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

servidores remotos, e incluídos na base de dados geográficos. As principais fontes são: • HIDROESTIMADOR: é um sistema que utiliza imagens do satélite GOES para estimar a quantidade de chuva (taxa de precipitação em mm/h) em um determinado instante. Segundo Scofield (2001), “o hidroestimador é um método inteiramente automático que utiliza uma relação empírica exponencial entre a precipitação (estimada por radar) e a temperatura de brilho do topo das nuvens (extraídas do canal infravermelho do satélite GOES-12), gerando taxas de precipitação em tempo real.”; • MODELO DE PREVISÃO ETA: é um sistema que permite prever a quantidade de chuva (taxa de precipitação em mm/h) para as próximas horas. Equações diferenciais primitivas são utilizadas pelo modelo ETA para obtenção de previsões. Esse é um modelo de mesoescala em ponto de grade onde, integrando numericamente suas equações e conhecendo o estado inicial do escoamento da atmosfera, é possível obter o estado em um tempo posterior. O modelo propõe-se a prever fenômenos que são associados com frentes, brisa marítima, orografia, tempestades severas, etc., ou seja, fenômenos de mesoescala. Como não há linearidade nesta escala, não existem grandes intervalos de previsibilidade. Sendo assim, as previsões são de curto prazo (no caso do ETA, as previsões são de até 72h); FIGURA 1 • Arquitetura do Sistema TerraMA2 - Fonte: INPE (2012)

• PCD (PLATAFORMA DE COLETA DE DADOS): são equipamentos que fornecem informações meteorológicas, como pressão, direção e velocidade dos ventos, temperatura,

3.2 Usuários e Alertas

quantidade de chuva e umidade, utilizadas para previsão do tempo e estudos climáticos. No estudo de caso deste trabalho, por exemplo, serão usados dados fornecidos de hora

A operação do TerraMA² depende de dois tipos de usuários: os operadores do sistema, que

em hora, por um Pluviômetro localizado em Angra dos Reis – RJ, correspondente à chuva

são responsáveis por sua configuração e administração, monitorando a possibilidade da

observada. As informações obtidas de PCDs são mais precisas do que as informações

ocorrência de um desastre natural, e os clientes dos alertas, que são os órgãos que possuem

obtidas do Hidroestimador, pois o PCD realmente coleta a chuva e mede a quantidade

poder de agir preventivamente na diminuição dos danos causados pelos desastres.

precipitada, enquanto o Hidroestimador apenas estima a chuva que caiu usando imagens

Os alertas dependem da análise que, a partir dos dados obtidos, atribui níveis de risco que variam de 0 a 4, sendo 0 o valor para situação Normal, e 4 a indicação de Alerta Máximo, para cada região mapeada (INPE, 2012).

de satélite; • RADAR METEOROLÓGICO: é um sistema capaz de estimar a taxa de precipitação a partir da refletividade do sinal de radar em um objeto remoto. A unidade de medida de refletividade é o dBZ, e a sua correspondência com a precipitação em mm/h é dada pela Equação 1.

3.3 Fontes de Dados Hidrometeorológicos (1)

O TerraMA² é um sistema que utiliza diversas fontes de dados, obtidos através de

146

147

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

3.4 Análises

memória com coleta de lixo incremental. Essas características fazem de Lua uma linguagem ideal para configuração, automação (scripting) e prototipagem rápida”.

No TerraMA2, análises baseadas em objetos monitorados são as mais utilizadas, embora

Na Figura 2 pode-se ver um exemplo de análise feita em linguagem Lua, que utiliza a

possam ser utilizados também modelos matemáticos específicos. Um objeto monitorado

precipitação histórica das últimas 24 horas fornecida pelo hidroestimador e a previsão para

é um plano de informações contendo polígonos que representam as regiões a serem

as próximas 12 horas fornecida pelo modelo ETA com grade de 5 km x 5 km. Neste exemplo, a variável “chuva total” é a soma da variável precipitação histórica

analisadas dentro da área de estudo. As análises podem ser elaboradas utilizando dados hidrometeorológicos de várias

(“max_prec”) acusada pelo hidroestimador com a variável previsão de precipitação pelo

fontes externas, bem como fatores geomorfológicos, como declividade do terreno; volume

modelo ETA de 5 km (“prev24h”). Também no exemplo, verifica-se que o valor da variável

de material sólido; inclinação dos canais de drenagem; fatores geológicos, como solos

“chuva total” é analisado de acordo com cinco intervalos pré-definidos para identificar o

residuais espessos; depósitos coluvionares e de tálus; aluviões e terraços aluvionares;

nível de alerta.

depósitos vulcanoclásticos; solos tectonicamente ativos (sismos); e atividades antrópicas, como desmatamento, erros de má drenagem, vibrações induzidas pelo uso de explosivos,

O código da Figura 2 será executado para todos os polígonos (regiões) da área de estudo, e para cada um deles, irá gerar um nível de alerta diferente.

construção de rodovias, pedreiras e ocupação desordenada de encostas. Quando o usuário utiliza a análise baseada em objetos monitorados, deve fornecer uma regra para cada conjunto de polígonos, para que se possa analisar e definir o estado de alerta da área estudada (INPE, 2012). Uma regra de análise é composta por comparações entre atributos contidos nos polígonos da área de risco com valores obtidos dos servidores de dados (grades ou pontuais) para aquela área, definindo estados de alerta. Análises baseadas em objetos monitorados são compostas por: um mapa de objetos monitorados, contendo polígonos que definem as regiões de risco a serem analisadas; diversos planos de informação que serão cruzados com o mapa de objetos; e uma função escrita em linguagem Lua para definir como o cruzamento de dados será feito para identificação do risco associado a cada área (INPE, 2012).

3.5 Linguagem Lua

FIGURA 2 • Modelo de Análise em Linguagem LUA - Fonte: INPE (2012)

Segundo PUC-RJ (2013), “Lua combina sintaxe simples para programação procedural com poderosas construções para descrição de dados baseadas em tabelas associativas e

4 ESTUDO DE CASO - ANGRA DOS REIS 2009-2010

semântica extensível. Lua é tipada dinamicamente, é interpretada a partir de bytecodes para uma máquina virtual baseada em registradores, e tem gerenciamento automático de

Na madrugada do Réveillon de 2009 para 2010, fortes chuvas foram responsáveis por

148

149

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

deslizamentos de terra em encostas habitadas de Angra dos Reis (Figura 3), provocando a

4.1 Relação entre precipitações e deslizamentos em Angra dos Reis

morte de 52 pessoas e deixando outras tantas desabrigadas. Segundo o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), em 24 horas, foram registrados 142,9 mm de precipitação

O estudo de Soares (2006) caracterizou as chuvas incidentes no município de Angra

acumulada, valor comumente encontrado nos registros de precipitação acumulada no

dos Reis e relacionou essas chuvas com a ocorrência de deslizamentos. Em seu estudo,

período de um mês.

Soares (2006) utilizou uma correlação entre a intensidade das precipitações, através de

Neste estudo de caso foram utilizados os dados de estimativa e previsão de chuva

séries históricas de dados, com registros de deslizamento, analisando diversas linhas de

coletados de servidores do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) entre os

tendência de deslizamentos. Soares (2006) constatou que a curva que melhor define a

dias 31 de dezembro de 2009 e 1º de janeiro de 2010, na região de Angra dos Reis, para

precipitação crítica para deslizamentos é a representada na Equação 2.

demonstrar como um sistema para monitoramento e alerta de desastres naturais poderia (2)

ter ajudado na previsão deste evento. Sendo:

PAc24h = Precipitação acumulada-crítica de 24 horas para indução de deslizamentos (mm); P2D = Precipitação acumulada de dois dias anteriores ao deslizamento (mm). Analisando a curva de tendência da Equação 2, Soares (2006) constatou que valores acumulados a partir de 75 mm em 24 horas podem oferecer riscos de deslizamentos. No intuito de associar a precipitação acumulada de 24 horas com a previsão de 24 horas, Soares (2006) estabeleceu um coeficiente adimensional que expressa a relação entre precipitação e deslizamentos, o Coeficiente de Precipitação para Deslizamentos (CPD), representado pela Equação 3. (3)

FIGURA 3 • Região de Angra dos Reis e Ilha Grande. Pousada Sankay (laranja) e Morro da Carioca (roxo), ambos com vítimas fatais devido a deslizamentos - Fonte: INPE (2012)

Embora o sistema permita a utilização de informações referentes a fatores

Sendo:

geomorfológicos, fatores geológicos e atividades antrópicas, estes não foram considerados

CPD = Coeficiente de Precipitação para Deslizamentos;

neste estudo de caso.

Pprev24h = Previsão da precipitação para 24 horas;

Na literatura já existem alguns estudos sobre este evento ocorrido no Réveillon de 2009 para 2010 na região de Angra dos Reis, inclusive alguns que utilizam o TerraMA2 como

PAc24h = Precipitação acumulada-crítica de 24 horas para indução de deslizamentos, calculada através da Equação 2.

ferramenta de análise. Porém, o enfoque deste trabalho é inédito, pois utiliza como método

O Coeficiente de Precipitação para Deslizamentos (CPD), obtido através da Equação

de análise o estudo feito por Soares (2006) em sua Dissertação de Mestrado especificamente

3, pode ser relacionado com a ocorrência de deslizamentos na região de Angra dos Reis,

para Angra dos Reis.

conforme a Tabela 1.

150

151

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

COEFICIENTE DE PRECIPITAÇÃO PARA DESLIZAMENTOS

RELAÇÃO DE OCORRÊNCIA DE DESLIZAMENTOS

Valores de CPD << 1

Baixa

Valores de CPD próximos a 1

Provável

Valores de CPD > 1

Alta

TABELA 1• Relação entre o Coeficiente de Precipitação para Deslizamentos (CPD) e o número de ocorrência de deslizamentos em Angra dos Reis - Fonte: adaptado de Soares (2006)

isto é, não existe situação de risco. Caso contrário, existe a necessidade de se analisar o CPD para verificar o nível de risco. Utilizando como base as informações da Tabela 1, os seguintes níveis de alerta foram estipulados: • NÍVEL 0 (NORMAL) - p1d inferior a 75 mm; • NÍVEL 1 (OBSERVAÇÃO) - p1d superior a 75 mm e cpd inferior a 0,6; • NÍVEL 2 (ATENÇÃO) - p1d superior a 75 mm e cpd entre 0,6 e 0,8;

4.2 Análise de riscos

• NÍVEL 3 (ALERTA) - p1d superior a 75 mm e cpd entre 0,8 e 1,1; Neste estudo de caso, a análise de riscos (Figura 4) foi feita utilizando a precipitação

• NÍVEL 4 (ALERTA MÁXIMO) - p1d superior a 75 mm e cpd igual ou superior a 1,1.

acumulada nas últimas 24 horas fornecida pelo Hidroestimador do satélite GOES-12 do

As figuras 5, 6 e 7 mostram os resultados das análises realizadas neste estudo.

DSA-INPE e a previsão de precipitação para as próximas 24 horas fornecida pelo modelo

Na Figura 5, um Alerta Máximo de risco de deslizamento já surgia em Angra dos Reis a partir do dia 31/12/2009 às 01h30min, mantendo-se inalterado até às 05h00min do

ETA 5 km.

mesmo dia.

(a) 31/12/2009 – 01h30min

(b) 31/12/2009 – 05h00min

FIGURA 4 • Regra de Análise - Fonte: elaborado pelo autor

A regra de análise vista na Figura 4 inicialmente efetua o cálculo de algumas variáveis

FIGURA 5 • Mapas de risco do dia 31/12/2009 às 01h30min e às 05h00min - Fonte: elaborado pelo autor

que serão utilizadas na análise como, por exemplo, a previsão de chuvas para as próximas 24 horas (variável “prev_24h”), a chuva crítica de 24h (variável “pac_24h”) e o respectivo Coeficiente de Precipitação para Deslizamentos (variável “cpd”). Em seguida, o valor acumulado de precipitação de chuvas das últimas 24 horas (variável “p1d”) é comparado com o limiar de deslizamentos (75 mm) definido por Soares (2006). Se o valor acumulado for inferior a 75 mm, o nível de alerta atribuído é 0 (Normal), 152

A partir das 07h30min do dia 31 (Figura 6a), o Alerta Máximo já alcançava também a Ilha Grande e, como pode ser visto na Figura 6b, a situação continuava crítica até por volta das 11h00min, quando, finalmente, a chuva começou a se deslocar da região. O alerta começa a cessar a partir das 15h00min do dia 01/01/2010 (Figura 7a), dissipando-se completamente no dia 02/01/2010 às 00h30min (Figura 7b). 153

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

era muito alto. Em Ilha Grande, às 07h30min já havia chovido 76,7 mm em 24 horas, com uma previsão de mais 77,3 mm para as próximas 24 horas, totalizando 154 mm em 48 horas. Além deste estudo de caso, outro estudo inédito desenvolvido pelos autores foi a análise do evento ocorrido em Petrópolis/RJ em 17 de março de 2013, que deixou mais de 20 mortos. Neste estudo foram utilizados dados do Radar Meteorológico localizado no Pico do Couto/RJ. A análise feita pelo TerraMA2 também mostrou que alertas poderiam ter sido gerados com antecedência. (a) 31/12/2009 – 07h30min

(b) 31/12/2009 – 11h00min

5 CONCLUSÃO FIGURA 6 • Mapas de risco do dia 31/12/2009 às 7h30min e às 11h00min - Fonte: elaborado pelo autor

Figura 7 – Mapas de risco do dia 01/01/2010 às 15h00min e do dia 02/01/2010 às 00h30min

A utilização de SIGs como ferramentas para a previsão e o alerta de desastres naturais tem se mostrado cada vez mais uma solução inovadora e promissora. O software TerraMA², recentemente criado pelo INPE e oferecido de forma gratuita, possui uma linguagem simples de programação, fácil acesso a dados hidrometeorológicos e pode ser utilizado de forma simples e rápida por qualquer pessoa ou instituição que necessite analisar dados referentes a desastres naturais. A aplicação de análise de riscos utilizando o software TerraMA2 no estudo de caso de Angra dos Reis (RJ), no réveillon de 2010, foi importante para confirmar a consistência dos dados hidrometeorológicos obtidos, a eficiência do método de previsão de deslizamentos desenvolvido por Soares (2006) e a aplicabilidade do software como ferramenta para geração de alertas de deslizamentos, reduzindo os impactos causados por eles. Resultados

(a) 01/01/2010 – 15h00min

(b) 02/01/2010 – 00h30min

FIGURA 7 • Mapas de risco do dia 01/01/2010 às 15h00min e do dia 02/01/2010 às 00h30min Fonte: elaborado pelo autor

semelhantes foram obtidos no estudo de caso de Petrópolis em março/2013. Nos estudos realizados não foram considerados fatores relacionados à geomorfologia, geologia e atividades antrópicas, importantes variáveis nas deflagrações de desastres, e que devem ser consideradas em estudos futuros. Desta forma, através do estudo realizado, verificou-se a eficiência da utilização de

Sabe-se que os deslizamentos ocorreram na madrugada do dia 31/12/2009 para

um SIG como ferramenta inovadora para o monitoramento, análise e alerta de desastres

o dia 01/01/2010. Nesta análise, com aproximadamente 24 horas de antecedência, o

naturais. Tal ferramenta possui baixo custo de implantação, oferece facilidade de uso

Hidroestimador já havia apontado um acumulado de 75,25 mm de chuva, enquanto o

mesmo para usuários com pouco conhecimento das tecnologias envolvidas, fornece

modelo ETA previa que, nas próximas 24 horas, choveriam mais 97,08 mm, um acumulado

resultados coerentes e colabora para a mitigação das consequências ocasionadas pelos

total de 172,33 mm para 48 horas, prevendo que o risco de uma tragédia naquela região já

desastres naturais.

154

155

ALERTA DE DESLIZAMENTO DE TERRA

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prevenir. São Paulo: Instituto Geológico, Secretaria do Meio Ambiente, 2009.

157

PERDAS EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Ricardo José Vidal 1 Paulo Ferreira 2

Resumo

“

A conservação de recursos hídricos é um tema em evidência, uma vez que existem

regiões onde a demanda por água potável supera a oferta dos mananciais. Inserido nesse contexto, o trabalho avaliou a contribuição da redução de perdas que ocorrem em sistemas de abastecimento de água tratada para a conservação de recursos hídricos. Também foram avaliados os possíveis benefícios da utilização de uma tecnologia emergente conhecida como rede inteligente de água. A redução de perdas e a utilização dessa tecnologia pode colaborar para a diminuição do volume de água captado dos mananciais. A colaboração

”

aumenta à medida que são reduzidas as perdas.

Palavras-chave » perdas reais; perdas aparentes; rede inteligente de água.

1 2

158

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

159

As perdas definidas como reais, ou físicas, correspondem ao volume de água perdido

1 INTRODUÇÃO

através de transbordamentos em reservatórios ou vazamentos e arrebentamentos em As perdas que ocorrem em sistemas de abastecimento de água correspondem à parcela do volume de água tratada disponibilizada para consumo e que não se transforma em renda para a prestadora de serviço de abastecimento. De acordo com Brasil (2013), a média nacional de perdas na distribuição de água tratada foi de 38,8% em 2011. Brasil (2010) alerta que até 2015 o défice no abastecimento de água poderá atingir 55% dos municípios brasileiros, em razão da oferta de água dos mananciais em quantidade e/ou qualidade, ou da capacidade dos sistemas produtores.

adutoras ou rede de distribuição, até o ponto de medição do consumo do cliente. Segundo Thornton, Sturm e Kunkel (2008), os vazamentos devem-se a má instalação; mão de obra não qualificada; baixa qualidade dos materiais e sua manipulação inadequada antes da instalação; aterramento incorreto; transientes de pressão; corrosão; vibração e tráfego de veículos; condições ambientais; e ausência de manutenção programada. De acordo com Farley et al. (2008), a duração de um vazamento depende de três fatores, denominados tempo de conhecimento, tempo de localização e tempo de reparo.

Tradicionalmente, a solução adotada para atender a demanda é a realização de obras

O tempo de conhecimento corresponde ao intervalo de tempo entre o instante de origem

para expansão do sistema produtor. Entretanto, uma vez que a capacidade dos mananciais

do vazamento e aquele em que a prestadora de serviço de abastecimento reconhece

de oferecer água em quantidade e qualidade está próxima do limite, torna-se uma solução

sua existência. O tempo de localização equivale ao tempo necessário para que o vazamento

o gerenciamento da demanda para conservar os recursos hídricos. Isso pode suceder por

seja localizado. O tempo de reparo é o tempo necessário para a realização do reparo

meio de programas de uso racional da água, reúso da água, recuperação de mananciais e

dos vazamentos.

Este trabalho avalia a contribuição do controle e a redução das perdas em sistemas de abastecimento de água tratada. Sua realização pode fornecer motivação para implementação de um programa em localidades com elevados índices de perdas e para que a sociedade utilize água de maneira responsável.

VOLUME DE ÁGUA PERDIDO

controle e redução de perdas.

Volume de água perdido acumulado ao longo do tempo

C

1.1 Metodologia

L

R TEMPO

GRÁFICO 1 • Tempo de duração de um vazamento - Fonte: Adaptado de Farley et al. (2008, p. 23)

O trabalho foi desenvolvido a partir de pesquisas teóricas, com a realização de pesquisa bibliográfica e documental. A primeira consistiu em conhecer e analisar os fundamentos

De acordo com o Gráfico 1, o volume de água perdido em um vazamento aumentará

e estudos realizados acerca das perdas em sistemas de abastecimento de água tratada,

até que a companhia de abastecimento tenha conhecimento do problema, localize-o e

enquanto a segunda recorreu a consulta de fontes diversificadas como infográficos, websites,

realize os reparos necessários para suprimi-lo. No caso de um vazamento subterrâneo,

relatórios e documentos oficiais para conhecer e analisar o conceito de redes inteligentes

este pode ocorrer por vários meses, ou até mesmo anos, sem percepção de sua existência.

de água.

Portanto, para diminuir as perdas por vazamentos é necessário reduzir sua duração, ou seja, os tempos de conhecimento, localização e reparos. A pressão de operação do sistema de abastecimento exerce influência sobre o volume das perdas reais, pois sua elevação colabora para o aumento da vazão e frequência de

2 PERDAS REAIS 160

161

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

ocorrência dos vazamentos. Segundo McKenzie (2001), em meados da década de noventa

responsabilização da prestadora de serviços de abastecimento pelos danos e pagamento

foi proposto no Reino Unido o conceito conhecido como Fixed and Variable Area Discharges

de indenizações às partes lesadas, mas também influi na opinião pública sobre a qualidade

(FAVAD), que relaciona a pressão e a vazão dos vazamentos. Este conceito considera a

de seus serviços.

possibilidade de a área de descarga de um vazamento variar conforme a intensidade da

As constantes interrupções no fornecimento de água para a realização de reparos, baixa

pressão. De acordo com Fallis et al. (2011) e Van Zyl, (2004), essa variação está sujeita a

pressão, intermitência no abastecimento e repasse dos custos relativos às perdas à tarifa

fatores como o material que constitui a tubulação, o tipo de abertura do vazamento e o

do consumidor colaboram para que a empresa tenha má reputação. Os consumidores

regime de escoamento.

associam a imagem da empresa ao desperdício e à ineficiência, malogrando os resultados

Com relação à frequência de ocorrência de novos vazamentos, o Gráfico 2 apresenta a correlação entre o aumento da ocorrência de vazamentos e a pressão média noturna do setor de um sistema de abastecimento.

de programas de incentivo ao uso racional da água. A infiltração de esgoto ou outros poluentes em redes de distribuição com baixa pressão e abastecimento intermitente propicia a contaminação da água tratada, expondo ao risco a saúde dos consumidores. Segundo o ICICT/FIOCRUZ (2010), constituem o grupo de

FREQUÊNCIA DE ARREBENTAMENTOS POR 100 Km/ano

doenças transmitidas pela água a leptospirose, hepatite A, giardíase, febre tifoide, filariose, 400

esquistossomose, doenças diarreicas agudas, cólera e amebíase.

350 300 250

3 PERDAS APARENTES

200 150 100

As perdas definidas como aparentes correspondem ao volume de água consumido

50

pelos clientes e que não são faturados pela prestadora de serviços de abastecimento. Sua

0 0

10

20

30

40

50

60

70

PRESSÃO MÉDIA NO SETOR (mca)

GRÁFICO 2 • Relação entre pressão e frequência de arrebentamentos - Fonte: Adaptado de Lambert (2001)

magnitude é influenciada pela exatidão da medição do consumo dos clientes, por falhas no sistema comercial e pelo consumo não autorizado. A exatidão de medição do consumo dos clientes corresponde à conformidade entre o valor medido e o valor real. Está sujeita à exatidão das medidas realizadas pelos

Nota-se que a frequência de vazamentos aumenta quando a pressão média noturna

hidrômetros, aos erros em sua leitura e à exatidão na estimativa de consumo.

encontra-se em torno de 50 m.c.a. Os dados são provenientes de ensaios realizados em

A exatidão da medição realizada por um hidrômetro é afetada por fatores como

distritos de medição e controle e grandes sistemas de abastecimento do Reino Unido,

instalação incorreta; qualidade da água; intermitência no abastecimento de água;

ambos com fornecimento contínuo (LAMBERT, 2001).

dimensionamento incorreto; utilização da classe e do tipo inapropriado de hidrômetro;

Quanto aos seus efeitos, a longo prazo os vazamentos de menor intensidade podem

manutenção e substituição incorretas; e adulteração.

causar danos similares aos causados por rompimentos nas adutoras de água tratada. A

A leitura do hidrômetro consiste em registrar o volume de água consumido pelo cliente

erosão do solo circundante à tubulação pode provocar a abertura de crateras, colapso

e pode ser realizada manualmente ou por um sistema automatizado. O primeiro consiste

de edificações ou alagamentos. As consequências incluem danos ao patrimônio

no comparecimento periódico de um profissional ao ponto de consumo do cliente para

público, privado ou até mesmo a morte de seres humanos. Isto não implica apenas a

efetuar o registro. O segundo utiliza tecnologias que permitem a coleta de dados sobre o

162

163

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

consumo do cliente e seu envio para o sistema da empresa, dispensando o comparecimento

4 CONTROLE E REDUÇÃO DE PERDAS

do leiturista ao ponto de consumo. Ambos são suscetíveis à ocorrência de erros que são, essencialmente, erros na medição.

O volume de perdas existente em um sistema de abastecimento de água deve ser reduzido

A estimativa do consumo do cliente é realizada quando o hidrômetro é inexistente,

até que as ações para controle e redução sejam economicamente justificáveis. Tanto para

defeituoso ou ilegível e pode ocorrer temporariamente ou permanentemente. No entanto,

as perdas reais quanto para as perdas aparentes existem quatro ações fundamentais para

Thornton, Sturm e Kunkel (2008) mencionam que, se não for planejada de forma racional

seu controle e redução.

ou atualizada na medida em que ocorrem mudanças nos padrões de consumo dos clientes, ela pode se tornar imprecisa. O sistema comercial é o conjunto de atividades comerciais realizadas pela prestadora

4.1 perdas reais

de serviço de abastecimento de água para a venda e faturamento de seu produto. As falhas nessas atividades ocorrem na contabilização do volume de água consumido

As ações para controle e redução das perdas reais, representadas pelo Esquema 1,

pelos clientes. Tardelli Filho (2006) menciona como falhas a demora no cadastramento

consistem em realizar um controle ativo dos vazamentos, executar reparos com qualidade

de novas ligações, ligações não cadastradas ou reativadas sem o conhecimento da

e rapidez, controlar a pressão de operação do sistema e o nível dos reservatórios e gerir a

prestadora de serviço de abastecimento. Enquanto a prestadora não reconhecer a existência

infraestrutura do sistema de abastecimento.

da ligação o consumo não pode ser contabilizado e, consequentemente, não pode ser faturado.

Controle ativo dos vazamentos

O consumo definido como não autorizado corresponde ao volume de água tomado intencionalmente do sistema de abastecimento sem o devido pagamento. Ocorre através de fraudes nos hidrômetros e ligações, com o objetivo de dificultar ou impedir o registro do volume de água efetivamente consumido, e também por furto em hidrantes e sistemas

Nível existente de perdas reais

Rapidez e qualidade dos reparos

Nível econômico

Controle de pressão e de nível de reservatório

Perdas reais inevitáveis

de combate a incêndios. Os efeitos ocasionados pelas perdas aparentes abrangem perdas de faturamento para a companhia de abastecimento e tarifação inequitativa. Com relação às perdas de faturamento, deve-se levar em consideração que nos locais onde existe coleta de esgoto sanitário a cobrança realizada por este serviço é calculada fundamentada no volume de água tratada consumido pelo cliente, sendo considerado como volume de esgoto coletado

Gestão da infraestrutura

ESQUEMA 1 • Atividades para controle e redução de perdas reais - Fonte: Adaptado de Thornton (2008, p. 57)

o volume de água consumido. Logo, além da perda de faturamento do volume de água tratada existe a perda de faturamento sobre a coleta de esgoto sanitário. Quanto à tarifação,

4.1.1 CONTROLE DAS PRESSÕES

as perdas aparentes resultam em inequidade do pagamento pela água consumida pela

O controle das pressões inicia-se na fase de projeto do setor de abastecimento com a

comunidade. Isso significa que os clientes adimplentes subvencionam aqueles que pagam

realização de um adequado zoneamento piezométrico, que corresponde à divisão do setor

menos do que deveriam, ou os inadimplentes.

de abastecimento em zonas com comportamento homogêneo dos planos de pressão.

164

165

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

Tradicionalmente são estabelecidas duas zonas de pressão, uma alta e uma baixa.

4.1.4 GESTÃO DA INFRAESTRUTURA

Entretanto uma zona intermediária pode ser criada quando o desnível entre a zona alta e a

A gestão da infraestrutura é a atividade responsável pelo monitoramento do desempenho,

zona baixa superar 50 m.c.a. Se essa solução não for possível, a alternativa é a utilização de

das condições de conservação e do planejamento da manutenção ou substituição de

boosters e válvulas redutoras de pressão.

componentes dos ativos da prestadora de serviço de abastecimento. Destacam-se entre

Para que o zoneamento piezométrico seja considerado adequado devem ser atendidas

as ações realizadas a substituição ou a reabilitação das redes de abastecimento de água.

as pressões máximas estáticas e mínimas dinâmicas determinadas pelas normas brasileiras,

Todavia, devido ao elevado investimento e aos impactos causados quando realizadas em

sendo 50 m.c.a. e 10 m.c.a., respectivamente. Desse modo, não só é possível reduzir o

grandes centros urbanos, as intervenções na rede de distribuição devem ser utilizadas

volume perdido em vazamentos, mas também a frequência de rompimentos na rede de

como última alternativa para a redução de perdas em sistemas de abastecimento de água,

distribuição e conexões.

devendo-se priorizar o controle ativo de vazamentos e o controle da pressão de operação do sistema.

4.1.2 CONTROLE ATIVO DOS VAZAMENTOS O controle ativo dos vazamentos consiste na realização de pesquisas por vazamentos no sistema de abastecimento de água. São definidas áreas prioritárias de acordo com

4.2 Perdas aparentes

a incidência de reparos de vazamentos num período igual ou superior a um ano; rede submetida a pressões elevadas; solo de má qualidade e grande intensidade de tráfego;

As ações para controle e redução das perdas aparentes, representadas pelo Esquema 2,

idade da rede; serviços realizados por mão de obra não especializada; e interferência

consistem em aumentar a exatidão dos medidores, melhorar o sistema comercial, combater

de terceiros.

as fraudes e as ligações clandestinas e qualificar a mão de obra.

A localização dos vazamentos é realizada através de métodos acústicos com equipamentos como hastes de escuta, geofones e correlacionadores de ruídos. Com a sua

Aumento da exatidão dos medidores

realização, o tempo de ocorrência dos vazamentos diminui e, consequentemente, o volume de perdas reais. Melhorias no sistema comercial

4.1.3 RAPIDEZ E QUALIDADE DOS REPAROS A rapidez nos reparos consiste em reduzir o tempo de ocorrência dos vazamentos para

Nível existente de perdas aparentes Nível econômico

Qualificação da mão de obra

Perdas reais inevitáveis

reduzir do volume perdido de água. Para que esse tempo seja reduzido a prestadora de serviço de abastecimento deve ter à sua disposição instalações, equipamentos e mão de obra, bem como organização e gestão de meios e materiais para a realização dos reparos no menor prazo possível, desde que seja economicamente justificável. A qualidade dos reparos é a garantia de que o vazamento não ocorra novamente em um curto período de

Combate às fraudes e ligações clandestinas

ESQUEMA 2 • Atividades para controle e redução de perdas aparentes - Fonte: Adaptado de Thornton (2008, p. 57)

tempo. Para que a qualidade dos reparos seja alcançada, estes devem ser realizados por profissionais preparados e bem equipados, além da utilização de materiais qualificados

4.2.1 AUMENTO DA EXATIDÃO DOS MEDIDORES

para a execução dos serviços.

O aumento da exatidão dos medidores é um dos pilares para a diminuição das perdas

166

167

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

aparentes. Consiste em selecionar o hidrômetro adequado ao tipo de consumo do cliente,

4.2.4 COMBATE ÀS FRAUDES

realizar sua instalação de forma correta e realizar a sua manutenção permanente. Assim,

O combate às fraudes é uma atividade que exige continuidade e rigor da companhia

com a prática dessas atividades, os hidrômetros passarão a registrar com maior exatidão

de abastecimento, de modo a esmorecer usuários mal intencionados de cometer este tipo

o volume de água consumido pelos clientes, contribuindo para a recuperação de receita

de crime.

para a prestadora de serviço e aumentando a confiabilidade dos dados que posteriormente

As fraudes podem ser detectadas pelo leiturista, por análise do histórico de consumo

serão utilizados no cálculo do balanço hídrico e dos indicadores de desempenho do sistema

da ligação ou através de denúncias. Ao identificar qualquer indício de irregularidade

de abastecimento.

durante sua visita, o leiturista registra a ligação e as informações são repassadas à prestadora de serviço de abastecimento. A análise de consumo da ligação consiste em

4.2.2 QUALIFICAÇÃO DA MÃO DE OBRA

verificar a existência de divergências no consumo do cliente. As divergências podem ser,

A atividade de qualificação da mão de obra consiste em tornar os profissionais envolvidos

por exemplo, um registro de consumo baixo em relação aos demais ou um registro de

nos trabalhos para controle e redução de perdas capazes de realizar suas tarefas em

consumo maior que os demais. No primeiro caso, os técnicos monitoram as residências

conformidade com os procedimentos e especificações adotados pela prestadora de serviço

com mais visitas, até que seja confirmada a fraude. No segundo caso, a prestadora de

de abastecimento. Para tanto, é necessário acrescentar conhecimentos teóricos, técnicos

serviço de abastecimento emite uma notificação e solicita que o cliente realize a verificação

e operacionais àqueles que o profissional já possui e atestar sua capacidade. Isso pode

da instalação hidráulica do seu imóvel após o hidrômetro. As prestadoras de serviços

ser feito por meio de treinamento e certificação profissional. O treinamento consiste em

de abastecimento disponibilizam informações em seus websites a respeito das fraudes e

apresentar ao trabalhador as etapas do procedimento para a realização de determinado

estimulam a realização de denúncias. Além disso, disponibilizam formulários eletrônicos

serviço, a correta operação dos equipamentos e utilização de ferramentas. A certificação

e números telefônicos para sua realização.

profissional consiste no reconhecimento formal da capacidade de um trabalhador desempenhar determinada tarefa em conformidade com a norma específica para sua

Para as situações apontadas é realizada a averiguação das irregularidades por equipes especializadas, que são enviadas ao local da ligação.

realização. Assim, a atividade de qualificação da mão de obra colabora para a eficiência do programa de redução de perdas, reduzindo o número de falhas nos serviços e garantindo a conformidade com as especificações de projeto.

5 REDE INTELIGENTE DE ÁGUA

4.2.3 MELHORIAS NO PROCESSO COMERCIAL

A rede inteligente de água, denominada internacionalmente smart water grid, consiste na

As melhorias no sistema comercial buscam agilizar a inclusão de novas ligações no cadastro

utilização da tecnologia da informação e comunicação para tornar sistemas de abastecimento

e eliminar as ligações não cadastradas, clandestinas e reativadas sem o conhecimento da

mais eficientes e sustentáveis. É uma tecnologia emergente que potencializará as ações

companhia de abastecimento.

para controle e redução de perdas.

Também deve ser dada atenção à categoria das ligações. De acordo com Tardelli Filho

É composta por uma infraestrutura de medição avançada que possibilita a comunicação

(2006), estas influenciam no faturamento da prestadora de serviço de abastecimento devido

em tempo real com dispositivos inteligentes, como smart meters, instrumentos de controle

à aplicação de uma tarifação diferente conforme o tipo de atividade e ocupação do imóvel.

de nível de reservatórios, bombas, boosters, válvulas redutoras de pressão, entre outros, que

Portanto, é comum que a prestadora não seja notificada em casos como a mudança de uso

fornecem dados operacionais que proporcionam maior conhecimento sobre as condições

do imóvel de residencial para comercial, tornando necessária a fiscalização.

do sistema e consumo dos clientes.

168

169

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

Os smart meters, ou medidores inteligentes, são dispositivos capazes de armazenar

de clientes e emissão das contas poderá pertencer a uma empresa terceirizada, que poderá

informações detalhadas sobre consumo dos clientes e que interagem com a central de

comercializar seus serviços com as prestadoras de serviços de abastecimento de água. Isso

administração do sistema por meio de um protocolo de comunicação de dados bidirecional,

favorece o surgimento de um novo segmento de mercado.

ao contrário dos sistemas de telemetria utilizados atualmente.

Adicionalmente, com a possibilidade de registrar o consumo do cliente periodicamente

Estes dispositivos registram periodicamente o consumo dos clientes ao longo do dia, e

ao longo do dia e interromper automaticamente o abastecimento, é possível aplicar tarifas

posteriormente enviam os dados para a central. A interface pode ser realizada por estações

diferenciadas conforme o horário do consumo e introduzir a venda de água com pagamento

de rádio base, instaladas em locais estratégicos ou utilizando a rede elétrica local, por

antecipado, respectivamente.

Power Line Communication (PLC).

O comércio de água com pagamento antecipado pode ser uma alternativa para

Apresentam recursos como sistema de detecção de fraudes, capacidade de interrupção do abastecimento, desnecessidade do comparecimento de um leiturista ao ponto de

popularização das ligações regularizadas em regiões onde o índice de consumo não autorizado é alto e gerar receita para a prestadora de serviço de abastecimento.

medição que, associados a um sistema de medição eletromagnético, são capazes de medir o volume de água consumido pelos clientes com elevado grau de exatidão. Em função dos recursos dos smart meters, os possíveis benefícios da implementação da

6 CONCLUSÃO

smart water grid na redução das perdas aparentes são o aumento na exatidão do consumo dos clientes, minimização de falhas no sistema comercial e do consumo não autorizado.

A diminuição das perdas reais resulta em economia com custos relativos à produção e

Com relação às perdas reais, os dados enviados pelo medidor inteligente para a central

distribuição de água tratada, enquanto a diminuição das perdas aparentes propicia às

de administração do sistema são constantemente analisados e, ao ser detectada alguma

prestadoras de serviços de abastecimento a recuperação de um volume de água tratada

divergência no histórico de consumo da ligação, a prestadora de serviços de abastecimento

que pode ser revertido em renda com sua comercialização e com a coleta de esgoto, cuja

poderá emitir uma notificação sobre a possibilidade da existência de algum vazamento

tarifa varia conforme o volume de água consumido.

localizado além do ponto de medição do cliente. Além dos hidrômetros dos consumidores, o sistema que possuir os demais instrumentos com a tecnologia para comunicação em tempo real poderá, através da análise dos dados coletados, detectar extravasamentos em reservatórios ou vazamentos na rede de distribuição, diminuindo seu tempo de ocorrência. Com a comunicação em tempo real, o controle da pressão de operação do sistema de

O volume captado nos mananciais para compensar as perdas diminui à medida que o volume de água perdido em um sistema de abastecimento é minimizado. Com o controle e redução das perdas é possível postergar investimentos em obras para a construção de novas instalações de captação, tratamento e distribuição. O consumidor também é beneficiado com a redução das perdas, pois esses não receberão o repasse de custos em suas tarifas.

abastecimento também poderá ser otimizado, pois a programação das válvulas redutoras

A rede inteligente de água é uma inovação tecnológica que colaborará para o aumento

de pressão e dos boosters poderá ser reajustada conforme as variações da pressão do

da eficiência dos sistemas de abastecimento. Ademais, espera-se que o surgimento de um

respectivo setor ao longo do dia.

novo segmento de mercado, o de gerenciamento de redes de sistemas de abastecimento,

Os dados coletados dos dispositivos ainda podem ser úteis para a definição de

colabore para o crescimento econômico e desenvolvimento tecnológico do país.

prioridades para a realização das manutenções no sistema e otimizar o controle ativo dos vazamentos. A infraestrutura utilizada para o monitoramento do sistema de abastecimento, cadastro

170

171

MODELAGEM 4D APLICADA AO PLANEJAMENTO

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173

TÚNEL IMERSO: SOLUÇÃO PARA A LIGAÇÃO ENTRE AS CIDADES DE SANTOS E GUARUJÁ Antonio Gois1 Bráulio Simões2 2 Natã Oliveira João Virgilio Merighi4

Resumo

“

Este documento apresenta um breve estudo da ligação entre as cidades de Santos

e Guarujá, no litoral sul do Estado de São Paulo, Brasil. O foco principal desse artigo é mostrar características do túnel imerso – inédito para a engenharia nacional –, forma de conexão escolhida pelo governo estadual. Também serão abordados os principais processos e particularidades de que se tem notícia, para a implantação dessa ligação entre as cidades de Santos e Guarujá.

”

Palavras-chave » túnel imerso; santos e guarujá; módulos

1 3

174

E-mail: [email protected]. E-mail: [email protected].

2

E-mail: [email protected]. 4 E-mail: [email protected].

175

geograficamente, que é de 600 metros (DERSA —DESENVOLVIMENTO RODOVIÁRIO

1 INTRODUÇÃO

S.A., 2013). O Brasil tem novos desafios a superar no que diz respeito à engenharia civil, como a

Pelos motivos apresentados, é perceptível que a ligação entre essas cidades se

Copa do Mundo em 2014 e a realização das Olimpíadas, no Rio de Janeiro, em 2016. Para

faz essencial. Para a execução da referida ação, é necessário respeitar os limitantes

esclarecer, desafio é o nome que se dá ao ato de instigar alguém para que realize alguma

imprescindíveis, como a necessidade de gabarito vertical e horizontal e calado com grande

coisa, normalmente, no limite de suas forças, ou além de suas competências ou habilidades.

profundidade, para não interferir na operação atual e futura do Porto de Santos. E ainda

A engenharia civil, que tem como objetivo contribuir para o bem-estar da

entram em questão: o custo da obra, o prazo para a construção, o comprimento total, os

população, através de obras de infraestrutura, residenciais e comerciais, entre outras,

riscos geológicos, a manutenção da estrutura, e a transferência de tecnologia, entre outros

está constantemente superando obstáculos. Em meio a cálculos, projetos, construções

aspectos, que foram fundamentais para evidenciar a melhor forma de ligação. Foi nesse

e diversos problemas que sempre surgem, são feitas obras grandiosas e eficientes,

emaranhado de limitantes e observação de condições que uma alternativa inovadora

logo, admiradas por todos. Desta forma, mais uma vez, a engenharia civil está em busca

se mostrou mais viável em relação às demais e superou opções construtivas já bem

de uma solução para um dos mais antigos e maiores problemas existentes em nosso

consolidadas no território nacional, como as pontes e os túneis escavados. Tal tecnologia é

território: estabelecer uma ligação fixa entre as cidades de Santos e Guarujá. A ação

denominada túnel imerso.

prevista tem como objetivo beneficiar milhões de pessoas anualmente, e, ainda, promover

Essa tecnologia consiste na construção de vários módulos pré-moldados, que são

a transposição de um obstáculo – o canal de navegação para o maior porto do País, — que

enormes e pesados, feitos em terra e transportados por água, por meio de flutuação,

fica situado nas duas margens do Porto de Santos. Sendo assim, construir uma ligação

até o local de implantação. Esse transporte pode ser feito por centenas de quilômetros.

fixa entre essas duas margens é criar uma ligação entre as cidades de Santos e Guarujá, no

Após isso, esses módulos podem ser implantados a dezenas de metros de profundidade,

litoral sul paulista.

com uma precisão incrível, para serem conectados a outros módulos e, assim, formar

As propostas para resolver esse problema começaram em 1927 (CAVAGLIANO, 2011),

um túnel contínuo, logo abaixo do leito de água, proporcionando um menor comprimento

e até hoje, mais de 85 anos depois, nada foi efetivamente implantado. Diversos motivos

de ligação do que o estabelecido por outras estruturas, como, por exemplo, as pontes e

justificam a proposta de ligação entre essas cidades:

túneis escavados.

a) O elevado número de pessoas que fazem a transposição do canal diariamente:

Todos esses dados são intrigantes e interessantes, formam um misto de desafio,

mais de 66,3 mil viagens (em 2010), totalizando mais de 24 milhões pessoas anualmente

curiosidade e inovação, que contagia os profissionais da área e as demais pessoas que

(XAVIER, 2011), sendo considerada a maior travessia por balsa de veículos do mundo

buscam o entendimento dessa tecnologia. Construir um túnel imerso em nosso território

(GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2013);

é uma forma de inovar, desafiar e agregar conhecimento, e esses são os pilares mais

b) A promoção de maior integração entre as cidades e facilitação do transporte de carga

importantes e estimulantes na engenharia civil. Foi com este objetivo, para explicar os principais conceitos e características da tecnologia em questão, que este artigo foi elaborado.

do porto. (CAVAGLIANO, 2011); c) Ser alternativa às balsas, que ficam paradas devido aos navios que acessam o Porto de Santos. Uma vez que já aconteceram acidentes, inclusive com navios, balsas e estruturas de atracamento. (CAVAGLIANO, 2011);

2 BREVE HISTÓRICO

d) O fato de a ligação por via terrestre ser de, aproximadamente, 43 km (CAVAGLIANO, 2011), uma extensão superior a mais de 70 vezes a distância que separa as cidades

O primeiro túnel imerso rodoviário foi construído no Rio Detroit, entre os EUA e Canadá.

176

177

TÚNEL IMERSO: LIGAÇÃO ENTRE AS CIDADES

Este possuía um revestimento de concreto, feito após a colocação das peças pré-moldadas

elemento comprime o selo de borracha existente entre os dois elementos, fechando

no fundo do rio, segundo Schultz (2003 apud Grantz, Saveur, 1993). Seu nome é Michigan

a articulação.

Central Railroad Tunnel.

6ºPASSO: Após a vedação dos elementos, o material de aterramento é colocado ao

Desde então já foram implantados mais de uma centena de túneis imersos no mundo,

lado do túnel para preenchimento da vala e aterramento definitivo do túnel.

sendo as maiores quantidades de túneis situados no Japão, com 22 túneis, Estados Unidos, com 27, e Holanda, com 30. [GOIS; SIMOES, MEDEIROS, 2013 apud Lusiniss e Baber (2013) e Rasmussen e Grantz (1997)].

4 DETALHAMENTO DAS ETAPAS DE EXECUÇÃO DO TÚNEL IMERSO

3 PROCESSO SIMPLIFICADO DA EXECUÇÃO DO TÚNEL IMERSO

4.1 Dragagem A dragagem do local onde estará situado o túnel imerso faz-se necessária para fornecer

Os túneis imersos são elementos pré-moldados, que podem ser tanto de aço quanto de

espaço ao elemento do túnel pré-fabricado, tanto abaixo como dos lados e acima dele,

concreto, conforme Schultz (2003).

para que o módulo não reduza a área de seção transversal do canal; esse espaço aberto é

Segundo Tribune Hors Série (1999) o processo de construção se compõe de seis passos, a saber:

conhecido com trincheira (SCHULTZ, 2005). A escavação da trincheira é um processo complexo e difícil, por isso, alguns fatores bem

1º PASSO: Os elementos dos túneis imersos são construídos em docas secas ou em estaleiros, com comprimento dos módulos variando geralmente acima de 100 m. os

elementos

são

concluídos,

suas

extremidades

podem dificultá-lo ainda mais. E outros aspectos, geralmente ligados à parte ambiental, são

como migração de peixes, padrões de acasalamentos e a ecologia da vida marinha,

temporariamente seladas com anteparos, para posteriormente a doca ser inundada; e estes

também necessitam ser estudados, e os impactos, minimizados. (FEDERAL HIGHWAY

elementos são transportados até o local de afundamento. E, concomitantemente, uma

ADMINISTRATION, 2013).

2ºPASSO:

Quando

planejados, tais como marés, materiais contaminados, tempestades e restrições nas vias

trincheira é dragada no leito do canal de água, para ser depositado elemento moldado na doca seca. 3ºPASSO: Após a execução dos elementos e os respectivos selamentos, a doca seca

4.2 Fundação

é inundada, onde os elementos flutuam e são transportados até o local em que serão Segundo Schultz e Kochen (2005), existem quatro tipos de fundações para túneis imersos:

instalados/afundados. 4ºPASSO: Após o transporte dos elementos até o local onde serão instalados/

a) SCREEDED GRAVEL BED: O método de construção dessa fundação é a colocação,

afundados, o elemento de túnel é afundado para sua posição final, no fundo da

após a dragagem da trincheira, de uma camada de pedregulho ou areia grossa no

trincheira dragada.

fundo, respeitando as condições hidráulicas do local, sendo o nivelamento feito por

5ºPASSO: O novo elemento é colocado contra o elemento anterior sob a água. A

peneiras suspensas.

água existente entre os elementos, em seguida, é bombeada para fora do espaço entre

b) SAND– JETTED: É uma fundação em areia que basicamente é lançada através de

os anteparos e, concomitantemente, a pressão de água na extremidade livre do novo

uma estrutura de guindaste rolante de aço, correndo de um lado a outro do elemento, de

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179

AVALIAÇÃO DO SISTEMA LAST PLANNER

maneira que os tubos conectados a ele sejam conduzidos para o espaço abaixo do túnel, e

de 20 a 25 metros, e entre cada segmento há junta de dilatação. Segundo FHWA(2013),

acima do fundo da trincheira.

essas juntas são particularmente suscetíveis a vazamento devido à retenção de alterações

c) SAND- FLOW: Esse sistema é muito parecido como o sand-jetted, diferenciandose apenas na colocação da mistura areia e água, através de aberturas feitas no fundo do elemento de túnel.

térmicas, sendo mais desejável diminuir o número delas. Após os segmentos concluídos na doca seca, estes são protendidos com cabos póstensão ao longo do comprimento longitudinal (OORSOUW, 2010), com isso formando um

d) SCRADER: Essa fundação é a mais recente desenvolvida, tratando-se de um padrão

elemento único para o processo de transporte e instalação (FHWA, 2013). Então, depois

alternado de pedras, bermas idênticas e sulcos. Que são implantadas antes da imersão

de instalados, a protensão pode ser rompida e, assim, cada segmento do elemento pode se

do elemento.

adequar ao leito do canal, lidando com as diferenças de assentamento do solo. (OORSOUW, 2010). A construção usual de um túnel é ‘”laje inferior-paredes-laje superior’”, e após a conclusão de um segmento, ele pode empurrado para a frente e, assim, abrir espaço para

4.3 Seção do túnel

mais um segmento do elemento ser executado. (NAGEL, 2011).

Há dois tipos principais de túnel imerso, os de aço e os de concreto. O que os diferencia é o método de fabricação (FHWA, 2013). Alguns fatores que devem ser atendidos em um

4.4 Inundação da doca seca e transporte dos módulos

projeto é fornecer adequada resistência, controle do peso do elemento, e o principal, ser uma estrutura estanque, segundo Nagel 2011 (apud Rasmussem 1997).

Para inundação da doca seca, as extremidades dos elementos são vedadas por meio de anteparos, para que o módulo fique estanque, e também são instaladas juntas especiais no

4.3.1 TÚNEIS DE AÇO

contorno da seção elemento, restando, porém, um espaço onde ficará a água acumulada

Os túneis imersos de aço são mais comuns na América do Norte, sendo formados por uma

nessa divisa. (NAGEL, 2011).

placa rígida de aço e compostos com concreto no seu interior. Os componentes do túnel são

O elemento, depois de construído, tem instalados no seu interior um ou alguns tanques

geralmente produzidos em estaleiros ou docas secas e, após sua conclusão, são lançados em

de lastros, que serão importantes da fase de imersão. Com o módulo devidamente vedado

água, e o concreto é colocado no interior dos módulos. A ordem de colocação de concreto

e conferido, a doca seca é preparada para a inundação e, quando inundada, o módulo

deve ser rigidamente controlada para evitar deformações e momentos resultantes. Para

irá flutuar e, então, será transportado por navios rebocadores até o local de imersão.

a proteção da placa externa contra corrosão, usa-se a proteção catódica. Os túneis de aço

(FHWA, 2013).

podem ter três formas diferentes: revestimento externo único, revestimento externo duplo

Os módulos, equipamentos para imersão e anteparos devem ser concebidos para resistir às forças oriundas de correntes e ondas, encontradas durante o transporte e preparação

e sanduíche. (FHWA, 2013).

para imersão. (NAGEL, 2011). 4.3.2 TÚNEIS DE CONCRETO Os túneis imersos de concreto, segundo Oorsouw (2010), são usualmente feitos com comprimento em torno de 100 e 150 metros cada módulo. Esse módulo não pode ser

4.5 Aterramento dos módulos

concretado de uma só vez porque o concreto sofreria tensões muito altas durante a cura, ocasionando enormes rachaduras; por isso, os módulos são constituídos de segmentos,

No projeto de um túnel imerso, deve existir um planejamento para o aterramento dos

180

181

TÚNEL IMERSO: LIGAÇÃO ENTRE AS CIDADES

módulos. Conforme o texto FHWA (2013), o projeto do túnel deve garantir que o

essa etapa. Após isso, os módulos são conectados, e a água retida entre os anteparos é

aterramento feito ao lado e acima do túnel imerso seja colocado uniformemente em ambos

removida, e, devido à pressão hidrostática, um elemento será empurrado contra o anterior,

os lados da estrutura para evitar esforços desiguais laterais e superiores, que causam um

proporcionando uma vedação mais selada. Com isso, o lastro de água é substituído

desequilíbrio na estrutura.

pelo lastro de concreto para que o elemento não volte a flutuar (OORSOUW, 2010). Na

Conforme Schultz e Kochen (2005), as funções do aterramento são:

conexão dos elementos há uma junta primária denominada Gina, e uma junta secundária,

a) Proteger a fundação permanente do túnel da erosão;

chamada Ômega.

b) Fornecer suporte horizontal ao túnel;

d) O intervalo de imersão de um elemento e outro, em geral, é de cerca de uma semana,

c) Proteger as reservas de água potável, abaixo do túnel, de contaminações pelo

devido ao tempo necessário para preparação do elemento (FRANKE, 2013).

canal d’água; d) Proteger o aterro da erosão; e) Proteger o túnel de objetos que possam cair, tais como âncoras de navios.

5 TÚNEL IMERSO ENTRE SANTOS E GUARUJÁ 5.1 Introdução e localização do túnel imerso entre Santos e Guarujá

4.6 Imersão dos módulos do túnel O Governo do Estado de São Paulo, em 2011, fez um Estudo de Tráfego e Transporte, a) Segundo entrevista do engenheiro Peter Van Westendorp* (GOIS, SIMÕES,

no qual escolheu o melhor local para realizar a ligação entre Santos e Guarujá,

MEDEIROS, 2013) o processo de imersão é o mais complexo de toda a tecnologia de túnel

baseado em diversos indicadores de eficiência, sendo esse local o bairro do Macuco, eem

imerso, porém, ele tem um custo relativamente baixo, sendo seu valor entre 5% a e 10% do

Santos e Vicente de Carvalho, no Guarujá. Com o local definido, foi feito outro estudo,

custo da obra.

para avaliar qual a estrutura de ligação mais viável, por meio de ponte, túnel escavado

b) Esse processo começa instalando-se ancoragens que são fixadas no elemento e no fundo do canal, o que permite controlar o elemento durante a imersão (GOIS, SIMÕES,

e túnel imerso, sendo o túnel imerso o mais viável (GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2013).

MEDEIROS, 2013 apud Westendorp). São também instaladas torres na extremidade no módulo (que está flutuando acima da trincheira), torres essas que poderão ser usadas para levar pessoal ou equipamentos para o interior do túnel, depois de submerso (NAGEL,

5.2 Características da seção transversal

2011). No elemento de túnel são implantados aparelhos, estruturas, sistemas de controle e outros equipamentos, que serão usados na operação de imersão dos módulos (GOVERNO

O túnel imerso entre as cidades de Santos e Guarujá, chamado pelo Governo do Estado de

DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2013).

São Paulo (2013) Túnel Submerso, terá sua seção transversal retangular.

c) Para afundamento do elemento é necessário o fechamento por 24 horas do canal de

Suas dimensões serão as seguintes (Governo do Estado de São Paulo, 2013):

navegação (GOIS, SIMÕES; MEDEIROS 2013, apud Westendorp, 2013). Com o elemento

a) COMPRIMENTO TOTAL DO TÚNEL IMERSO: 762 m.

completamente preparado, é feito o enchimento de água aos poucos dos tanques de lastros

b) COMPRIMENTO DE CADA MÓDULO PRÉ-MOLDADO: 127 m.

previamente instalados dentro do módulo, o que resultará na imersão até o fundo da trincheira. Contudo deve haver um rigoroso controle de imersão e posicionamento durante

* Entrevista realizada no dia 27 de maio de 2013 com Peter Van Westendorp experiente engenheiro civil holandês, com mais de 15 anos de atuação na área de imersão de túneis.

182

183

TÚNEL IMERSO: LIGAÇÃO ENTRE AS CIDADES

5.5 Implantação e construção da doca seca

c) LARGURA DOS MÓDULOS: 40 m. d) ALTURA INTERNA DOS MÓDULOS: 6,5 m. e) NÚMERO DE MÓDULOS: 6.

Conforme o Governo do Estado de São Paulo (2013, p. 40), o local para implantação

f) NUMERO DE CÉLULAS NA SEÇÃO TRANSVERSAL: três células, duas células

da doca seca “[…] é a própria faixa de instalação do empreendimento, no trecho de

com 14,10 metros para três faixas de tráfego e uma célula central com 4 metros de largura

emboque do túnel no lado Guarujá”, aproveitando a área da linha de alta tensão. Sendo,

interna para tráfego de pedestres e ciclistas, além de saída de emergência.

implantadas paredes diafragmas em toda a extensão do contorno, com dezenas de metros de profundidade. Nessa doca seca será possível a construção de três módulos de uma vez. Próxima a ela será instalada uma central de concreto/administração e uma área para

5.3 Extensões totais do túnel

armazenamento de materiais (GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO 2013).

As extensões variam de acordo com a forma como o usuário irá atravessar (de automóvel leve ou pesado, motocicleta, bicicleta ou a pé), segundo o Governo do Estado de São Paulo,

5.6 Transporte e imersão dos módulos no canal do Porto de Santos

(2013), sendo suas extensões mostradas a seguir. a) EXTENSÃO DA TRAVESSIA PARA PEDESTRES E CICLISTAS: Aproximadamente 940 m.

Atualmente, não existem informações precisas sobre o processo de imersão do túnel do canal do Porto de Santos, porém, no Governo do Estado de São Paulo (2013) têm-se

b) TRAVESSIA EM TÚNEL PARA VEÍCULOS LEVES: Aproximadamente 1.570 m. c) EXTENSÃO TOTAL DO COMPLEXO DE TRAVESSIA: 2.500 m.

algumas informações importantes sobre este processo: a) O transporte dos módulos até o local de afundamento terá pouca duração, já que serão construídos na própria faixa de instalação do empreendimento. (GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO 2013).

5.4 Método construtivo

b) Imersão dos módulos: Conforme Tavares (2013) com o primeiro ciclo de módulos construídos (três elementos de seis) eles serão retirados da doca seca e poderão ser

As principais fases do processo construtivo, conforme o Governo do Estado de São Paulo

afundados sem a necessidade da conclusão dos demais elementos, ou poderão ficar

(2013), são:

abrigados, esperando a conclusão dos demais para a implantação em sequência, respeitado

a) Construção da doca seca.

o intervalo de imersão entre eles, que é de alguns dias. Conforme o Governo do Estado de

b) Escavação das trincheiras e rebaixamento do lençol d’água.

São Paulo (2013, pág. 43), “[…] o processo de imersão de um módulo chega a levar mais de

c) Concretagem dos elementos do túnel.

um dia, pois se trabalham com velocidades de descida do módulo da ordem de 1 a 2 cm/

d) Execução das estruturas de acesso para pedestres e ciclistas, bem como da estrutura

min […]”. Considerando-se que no canal do Porto de Santos tem-se uma profundidade

de transição entre a seção de túnel imerso e a seção em galeria convencional.

de imersão de 23 m, e uma velocidade de descida de 2 cm/min, tem-se a imersão total

e) Dragagem, escavação da trincheira para instalação dos elementos do túnel.

do módulo em aproximadamente 20 horas. Portanto, há a necessidade de fechar o canal

f) Transporte, imersão, fixação dos módulos e serviços de conexão das juntas, injeção

de estuário do Porto de Santos para tráfego de navio por, aproximadamente, 24 horas,

de areia sob a base do túnel, reaterro e enrocamento de proteção.

conforme entrevista do Engenheiro Peter Van Westendorp. Então, faz-se necessária uma boa relação com a autoridade portuária, para minimizar eventuais problemas.

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TÚNEL IMERSO: LIGAÇÃO ENTRE AS CIDADES

6 CONCLUSÃO

REFERÊNCIAS

Como mostrado, o túnel imerso é uma tecnologia totalmente inovadora a ser implantada no

CAVAGLIANO, Antonio. Apresentação Projeto Túnel Imerso. Trabalho apresentado no

Brasil, e se dará sob o mais importante canal de navegação, promovendo, assim, a ligação

Seminário Prestes Maia, 2011, São Paulo. Disponível em: < http://www.dersa.sp.gov.br/

entre duas importantes cidades brasileiras. Diante disso, a engenharia civil nacional, para

empresa/projeto_prestes_maia/seminario.asp >. Acesso em: 19 nov. 2012.

executar esta nova proposta, vivenciará um de seus maiores desafios. Ontem, era um projeto; hoje, é uma proposta; e amanhã, será uma realidade. Desta forma, se faz justa

DERSA — DESENVOLVIMENTO RODOVIÁRIO S.A: Empresa: Submerso - Túnel Santos

a sábia citação do escritor alemão Goethe “Seja qual for o seu sonho, ou o que você acha

– Guarujá: Vídeo, 2013. Disponível em: < http://www.dersa.sp.gov.br/empresa/video_

capaz de fazer, comece. A ousadia traz, dentro de si, genialidade, poder e magia.”

tunel_submerso.asp>. Acesso em 13 nov. 2013. FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION. Bridges and Structures. Information: Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels- Civil Elements.2013. Disponível em: < http://www.fhwa.dot.gov/bridge/tunnel/pubs/nhi09010/11.cfm>. Acesso em: 27 fev. 2013. FRANKE, H. G. Visita ao Brasil [mensagem pessoal]. Mensagem recebida por em 21 nov. 2013. GOIS, Antonio F. O.; SIMÕES, Bráulio C.; Oliveira, Natã M.; Alternativa de Ligação entre Santos e Guarujá: Túnel Imerso, 2013. 111 f. Trabalho de Graduação Interdisciplinar – Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2013. GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO. Dersa — Desenvolvimento Rodoviário S.A. Departamento de Estradas e Rodagem. Relatório de impacto ambiental – RIMA: manual de orientação. São Paulo, 2013, 117 p. NAGEL, Gijsbert W. Dynamic behaviour of tunnel elements during the immersion process, 2011. 141p. Master - Hydraulic Structures at the faculty of Civil Engineering and Geosciences at Delft University of Technology, Netherlands, 2010.

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Este livro foi projetado com a D´lemos Publish Desing pela Área de Comunicação da OAS como parte integrante do Prêmio OAS/MACKENZIE – Inovação, Produtividade e Empreendedorismo, edição 2013. No texto foram usadas as famílias tipográfica Futura Std, projetada por Paul Renner, e Constantia, projetada por John Husdon. A capa e o miolo foram impressos na gráfica (Uniongraph Gráfica e Editora Ltda.) em papel-cartão Duo Design 300g/m2 e papel Couché fosco 115 g/m2, respectivamente. Tiragem de 500 exemplares. 190