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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
As Incertezas na Engenharia Civil
Que incertezas existem na Engenharia Civil?
Projeto FEUP 2015/2016 Engenharia Civil
Coordenador Geral: Francisco Piqueiro Coordenador do Curso: Abel Henriques
Equipa 3:
Supervisor: Xavier Romão Monitor: Márcio Oliveira
Estudantes:
Ana Ambrósio ([email protected])
David Morais ([email protected])
Francisco Félix ([email protected])
Nélson Cardoso ([email protected])
Tiago Lopes ([email protected])
As incertezas na Engenharia Civil
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1. Resumo
“Engenheiros civis constroem a infraestrutura do mundo. Fazendo isso, eles
moldam história das nações” (Sociedade Americana dos Engenheiros Civis).
O dia-a-dia de um engenheiro civil está rodeado de incertezas, e, por isso, é sua
função tentar diminuir o impacto das adversidades que encontra.
Neste relatório, temos como principais objetivos entender a natureza incerta de
vários fatores relacionados com diferentes áreas da engenharia civil e compreender
alguns conceitos básicos acerca da incerteza.
Ao longo deste trabalho, iremos abordar os vários ramos da engenharia civil onde
o conceito de incerteza está aplicado, como, por exemplo, as estruturas e a geotecnia.
Iremos também apresentar e analisar alguns exemplos onde este conceito esteve
presente e que, de facto, afetaram a vida de populações, constituindo casos fatais.
As incertezas na Engenharia Civil
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2. Palavras-Chave
Humanidade
Erro
Incerteza
Objetividade
Comunicação
Engenharia Civil
Indecisão
Falhas
Profissionais
Progresso
As incertezas na Engenharia Civil
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Índice
1. Resumo ................................................................................................................ 2
2. Palavras-Chave .................................................................................................... 3
3. Lista de Figuras .................................................................................................... 5
4. Introdução ........................................................................................................... 6
5. A evolução do conhecimento na Engenharia Civil .............................................. 7
6. Estruturas .......................................................................................................... 10
6.1. Incertezas nas estruturas e nas construções ..................................................... 12
6.1.1. Estádios de futebol ............................................................................... 13
7. Geotecnia........................................................................................................... 15
7.1. Torre de Pisa ...................................................................................................... 16
8. Fatores ambientais que afetam a construção ................................................... 18
8.1. Exemplo do furacão que mais danos materiais causou: ................................... 18
8.2. Exemplo do sismo que mais danos materiais causou: ...................................... 19
9. Incerteza nas decisões ....................................................................................... 20
10. Incerteza Linguística .......................................................................................... 21
11. Conclusão .......................................................................................................... 22
12. Referências bibliográficas .................................................................................. 23
As incertezas na Engenharia Civil
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3. Lista de Figuras
Figura 1 Pirâmides de Gizé, uma das sete maravilhas do mundo.
Figura 2 Ponte do Gard, na França, um aqueduto construído durante o Império
Romano.
Figura 3 Iron Bridge.
Figura 4 Estrutura Artificial.
Figura 5 Estrutura Natural.
Figura 6 Estrutura Modular.
Figura 7 Exemplos de Estruturas.
Figura 8 Exemplos de Estruturas.
Figura 9 Acidente provocado por falha humana.
Figura 10 Estádio de Futebol (Brasil).
Figura 11 Método de reflexão sísmica (um dos métodos usados na prospeção
geofísica).
Figura 12 Torre de Pisa.
Figura 13 Torre de Pisa.
Figura 14 Furacão Katrina.
Figura 15 Furacão Katrina.
Figura 16 Danos provocados pelo sismo no Haiti.
Figura 17 Danos provocados pelo sismo no Haiti.
Figura 18 Evolução da população mundial.
Figura 19 Danos visíveis nos edifícios
As incertezas na Engenharia Civil
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4. Introdução
No âmbito da disciplina de Projeto FEUP foi-nos proposto a elaboração do presente
relatório que descreve as incertezas na engenharia com os seguintes objetivos: entender
a natureza incerta de vários fatores relacionados com diferentes áreas da engenharia civil
e ainda compreender alguns conceitos básicos acerca da incerteza.
As incertezas na Engenharia Civil, por mais pequenas que sejam, devem sempre ser
tidas em conta, uma vez que o mais pequeno erro pode ter consequências graves na
sociedade.
Ao longo deste relatório serão abordados temas tais como a evolução do
conhecimento na Engenharia Civil, incertezas nas estruturas e construções, geotecnia,
fatores ambientais que afetam as construções e, por fim, a incerteza linguística e nas
decisões.
As incertezas na Engenharia Civil
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5. A evolução do conhecimento na Engenharia Civil
A história da engenharia civil é caracterizada, por um lado, pelo progresso das
Ciências e, por outro lado, pela evolução das tecnologias.
No paleolítico, primórdios da vida do ser humano, eram utilizadas pedras, ossos e
madeiras para elaboração de machados, lanças, cajados e facas. A descoberta do fogo,
nesse período, foi de elevada importância para as conquistas efetuadas.
Os primeiros homens começaram por construir as suas próprias habitações com o
principal intuito de abrigo e de defesa, cada vez mais complexos, procurando locais mais
seguros, construindo assim as primeiras habitações com recurso às argilas. Começaram
ainda a utilizar peles de animais, fibras vegetais, barro e pedras.
No Egito, como podemos observar na
figura 1, eram utilizados materiais como
pedras nas pirâmides e tijolos nos palácios.
Posteriormente, na mesopotâmia, surgiram
os primeiros sistemas hidráulicos
complexos (barragens e diques), tijolos de
barro seco ao sol, assírios (argilas com
ponto de fusão baixo), zigurates ou templos
em forma de torre.
Já a Grécia era caracterizada por blocos de pedra talhados com muita precisão,
sobrepostas em argamassas (compostas por cal ou gesso).
Figura 1- Pirâmides de Gizé, uma das sete maravilhas do mundo.
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O grandioso Império Romano focou-se,
especialmente, nos bens públicos como
aquedutos, portos, mercados, pontes (por
exemplo a Ponte de Gard, Figura 2), barragens,
estradas. Exatamente neste período, Vitrúvio,
arquiteto romano, chega à conclusão de que
uma mistura de cinzas vulcânicas solidificada
dava origem a um material tão duro quanto as
rochas denominadas de areias vulcânicas, que
combinados com tijolos quebrados confere mais coesão e resistência às construções.
Durante o período medieval houve uma estagnação no desenvolvimento da
engenharia civil, ou seja, focaram-se essencialmente na construção de igrejas
monumentais com paredes grossas e austeras com recurso a materiais tais como:
madeiras, tijolos, pedras, argamassa e vidro. Assim sendo, são apenas notórias, nesta
fase, as fortificações em castelos, rodas de água, visando o transporte da mesma para
locais de difícil acesso e o mover dos moinhos, e ainda a construção de canais navegáveis,
sendo estas baseadas no sistema de tentativa erro, havendo inúmeros exemplos de
colapso de estruturas.
Após a Revolução Industrial, raiou um novo desenvolvimento de técnicas e também
dos materiais. Efetivamente, a ponte de Ferro (Figura 3), no Reino Unido, marca a
história, uma vez que esta foi construída apenas com ferro fundido com a forma de arco.
O rápido crescimento económico
vivencial neste período suscitou uma forte
necessidade de um melhoramento face aos
transportes. Neste seguimento, criaram-se
novos canais e ainda foi construída a primeira
linha ferroviária. Efetivamente, o uso deste
novo material possibilitou uma inovação nos
edifícios e na sua agilização, conferindo-lhes
uma diferente resistência e facilidade no processo de montagem e ainda, um notório
avanço no que diz respeito aos túneis.
Figura 2- Ponte do Gard, na França, um aqueduto construído durante o Império Romano.
Figura 3- Iron Bridge.
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A partir do século XX, a engenharia concilia os conhecimentos científicos com
fundamentos teóricos sobre as propriedades dos materiais de forma a prever mais
facilmente os seus comportamentos, e assim de forma adequada fazer a melhor escolha
para cada construção, conforme as necessidades.
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6. Estruturas
Podemos, de uma forma básica, definir estrutura como o conjunto de elementos
que suportam uma forma. Para percebermos melhor este conceito, um exemplo de
estrutura é o esqueleto humano. O nosso esqueleto é composto por vários elementos
que em conjunto suportam o peso dos restantes constituintes do nosso corpo. Deste
modo, facilmente concluímos que grande parte do mundo à nossa volta são estruturas.
No quotidiano podemos encontrar estruturas naturais, artificiais ou modulares. As
estruturas artificiais (Figura 4) são produto da ação humana, inspiradas nas estruturas
naturais. Neste grupo de estruturas são utilizados diferentes materiais de construção de
modo a garantir a estabilidade, a resistência e a durabilidade da própria estrutura. As
estruturas naturais (Figura 5) são o produto da natureza sem qualquer tipo de
intervenção do Homem, como por exemplo as nervuras de uma folha. Quanto às
estruturas modulares (Figura 6) podemos dizer que são estruturas compostas pela
repetição organizada de um ou mais elementos. Podemos ver nas imagens a baixo
exemplos de cada uma destas estruturas.
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Figura 4 – Estrutura Artificial.
Figura 5 – Estrutura Natural.
Figura 6 - Estrutura Modular.
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6.1. Incertezas nas estruturas e nas construções
Após uma introdução simplificada ao conceito das estruturas, estamos agora
prontos para abordar um tema que dá que falar no que diz respeito à prática nas
construções, nas quais se inserem as estruturas (Como podemos observar nas Figuras 7
e 8). Apesar de a ciência ser vista como algo exato, é também composta por incertezas e
erros, algo que dificulta o processo de construção visto que nunca é totalmente previsível
o destino da construção. Existem incertezas que dificultam a previsão da suposta fórmula
correta na projeção de qualquer construção. Podemos destacar as incertezas
relacionadas com o conhecimento científico, isto é, imprecisões nos modelos de cálculo
ou nas ações durante a vida útil da estrutura, na resistência dos materiais e ainda as
incertezas naturais como uma ação acidental, o vento ou um terramoto. Tanto as
relativas ao conhecimento científico como as relativas às ações naturais podem provocar
a destruição parcial ou total da estrutura construída, e fica no ar a questão “Será que é
possível projetar um estrutura totalmente segura?”.
Figura 7 e 8 – Exemplos de Estruturas.
As incertezas na Engenharia Civil
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6.1.1. Estádios de futebol
Exemplos de falhas nas estruturas devido às
incertezas que se encontram perto de nós e que nos
chegam facilmente através das notícias são relacionados
com o futebol, nomeadamente os estádios e os seus
constituintes, como por exemplo as bancadas (Exemplo
observado através da Figura 9). De seguida
apresentamos alguns exemplos práticos onde são visíveis
os problemas provocados pelos fatores que
desconhecemos ao construir.
No estádio de Alvalade um adepto ficou
gravemente ferido ao cair num “buraco”. O Sporting
emitiu um comunicado em alusão à queda em que referia
a existência de vulnerabilidade estruturais no recinto.
Para além deste episódio, várias ocorrências deste género foram registadas em
outros estádios. A 20 de Setembro de 1964, no estádio do Santos, no Brasil (Figura 10),
parte de uma bancada caiu e 181 pessoas ficaram feridas. A 21 de Novembro de 1995,
no estádio do Taubaté (Brasil), na tentativa de agarrar a camisola de um jogador, o
excesso de adeptos em cima do muro de uma bancada levou à queda do mesmo e cerca
de 20 pessoas caíram no “buraco”, sendo que 5 ficaram feridas. Mais recentemente, a 25
de Novembro de 2007, durante festejos no estádio Fonte Nova, uma bancada cedeu e 8
adeptos caíram a uma altura equivalente a um edifício de 5 andares, sendo que todos
eles morreram. Segundo especialistas em construção civil, um dos motivos que levou à
queda da bancada foi a falta de manutenção e a urina, visto que era comum os adeptos
urinarem no local, o que provocou a corrosão da estrutura.
Figura 9 – Acidente provocado por falha humana.
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Figura 10 – Estádio de Futebol (Brasil).
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7. Geotecnia
Existem vários tipos de incerteza na Engenharia Civil. Uma das grandes incertezas
que tem uma forte influência na Engenharia Civil está associada à Geotecnia. A
Geotecnia, de uma forma sucinta, é um dos ramos de EC que estuda a qualidade e
viabilidade dos solos e desenvolve soluções para a construção.
Atualmente, ainda existem muitos projetos que são concretizados sem haver um
estudo geotécnico à priori. A esta atitude tomada por muitos donos de obra está ligada
uma forte incerteza no comportamento do edifício ao longo dos anos, pois não há um
conhecimento suficiente do subsolo, o que pode condicionar a segurança do edifício.
Para reduzir esta incerteza é fortemente aconselhado, dependendo da dimensão da obra,
um estudo geotécnico da área onde esta irá ser implementada.
Um dos métodos usados para compreender melhor os solos é a prospeção geofísica
(Figura 11). Este método é usado para aferir volumes de manchas de empréstimo,
encontrar descontinuidades que impossibilitem ou dificultem a construção, avaliar riscos
de desabamentos, entre outras aplicações. No entanto, os vários métodos utilizados na
prospeção geofísica não são 100% precisos. Existem sempre erros associados, embora na
maioria das vezes sejam bastante pequenos.
Pode-se ainda acrescentar que associado a estas incertezas há ainda a
probabilidade de acontecimentos de desastres naturais, os quais não se consegue
precaver. Um exemplo que tem muita importância na geologia são os sismos. Um sismo
de magnitude elevada pode criar deformações geológicas não antes previstas e afetar
completamente a viabilidade de um terreno para construção ou até de uma obra já em
exploração. Nesta situação temos incertezas associando fenómenos naturais e a
geologia.
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7.1. Torre de Pisa
A torre de Pisa (Figuras 12 e 13) é um símbolo da Humanidade e representa para o
Homem a sua relação com o desconhecimento. O grande erro do arquiteto que visionou
esta construção foi o facto de a base da
torre ter sido construída sob uma densa
camada de argila, o que provocou a
inclinação da torre.
A construção da Torre de Pisa
começou a 9 de Agosto de 1173 e foi
projetada para ser uma torre com um
sino. Aguentou os 5 primeiros anos mas
depois de ter sido completado o 3º
andar, começou a inclinar. A estrutura da
base da torre, que apenas tinha 3 metros de profundidade, foi construída sob uma densa
mistura de argila e começou a ter impactos negativos no solo. A camada de argila não era
forte o suficiente para conseguir aguentar o peso da torre, e, então, a torre começou a
pressionar o solo até encontrar um ponto fraco. A construção ficou interrompida 100
Figura 11 - Método de reflexão sísmica (um dos métodos usados na prospeção geofísica).
Figura 12 - Torre de Pisa
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anos, para que o solo conseguisse ganhar força suficiente para aguentar a torre, ao
mesmo tempo que decorria uma guerra com Génova.
Cem anos depois, Giovanni Di Simone construiu mais 4 andares e foi o responsável
por inclinar ainda mais a torre quando tentava consertar o problema, construindo um dos
lados da torre mais alto que o outro. Em 1284, a construção ficou interrompida de novo
aquando da Batalha da Meloria.
O 7º andar foi terminado em 1319 e o sino posto em 1372.
Durante a 2ª Guerra Mundial, os
soldados americanos foram
incumbidos de destruir os edifícios em
Itália de forma a eliminar os snipers
inimigos, mas um acordo entre os dois
países manteve de pé a Torre de Pisa.
Em 1969, a Itália pediu ajuda
para prevenir a queda da torre, e
então foi instalado um contrapeso de
800 toneladas. Em 1987, a Torre de
Pisa foi considerada pela UNESCO património mundial.
Figura 13 – Torre de Pisa
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8. Fatores ambientais que afetam a construção
Atualmente, a perda de estruturas desenvolvidas pelo Homem deve-se,
principalmente, a catástrofes naturais, ou seja, deve-se a fenómenos naturais (tem-se
como exemplo, os sismos, atividade vulcânica, furacões, etc.) que provocam uma grande
destruição material, podendo até levar a perdas de vidas humanas.
8.1. Exemplo do furacão que mais danos materiais causou:
KATRINA (Figuras 14 e 15)
“Total property damage was estimated at $108 billion.” [1]
Figura 14 – Furacão Katrina. Figura 15 - Furacão Katrina.
As incertezas na Engenharia Civil
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8.2. Exemplo do sismo que mais danos materiais causou:
SISMO DO HAITI (Figuras 16 e 17)
[2] “An estimated three million people were affected by the quake.”
[2] “The government of Haiti estimated that 250.000 residences and 30.000
commercial buildings had collapsed or were severely damaged.”
Esta destruição pode ser causada devido ao facto das construções apresentarem já
uma certa “idade” e com isto não terem sido preparadas convenientemente para estes
tipos de situações. Pode ainda ter ocorrido, ao longo do tempo, a corrosão e desgaste de
alguns materiais e com isso a rigidez da obra ter sido afetada. Assim sendo, quando alguns
destes fenómenos naturais atingem uma região com estruturas deste tipo, a
percentagem de danos materiais é geralmente mais elevada em relação a uma região
onde o tipo de construção é mais recente.
No entanto, não é apenas esta caraterística que influencia a rigidez das estruturas
perante estas situações; o tipo de material utilizado e o tipo de solo também são fatores
importantes a ter em conta na projeção de uma obra.
Figura 17 - Danos provocados pelo sismo no Haiti. Figura 16 - Danos provocados pelo sismo no Haiti.
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9. Incerteza nas decisões
Existem também outro tipo de incertezas na Engenharia Civil, as de tomada de
decisões. A grande maioria das decisões importantes na Engenharia Civil apresentam
sempre alguma incerteza, visto esta ser uma característica inerente à natureza humana.
Esta incerteza apenas pode ser diminuída com devida análise intensiva e trabalho em
equipa, tentando resolver com objetividade os problemas que possam surgir. Contudo,
haverá sempre espaço para a incerteza, por mais pequena que seja.
Temos no ramo de hidráulica um exemplo onde isto pode acontecer. De um modo
genérico, este ramo é responsável por um aproveitamento sustentável e eficiente das
águas de modo a abastecer toda a população. Para isto é necessário ter noção dos
recursos hídricos existentes e encaminha-os até às populações. Os Engenheiros
Hidráulicos servem-se de condutas e bombas para efetuar estes movimentos de água. A
incerteza nesta área está associada ao facto de a população mundial aumentar de uma
maneira não previsível juntamente com o desenvolvimento das cidades que é difícil
compreender ao certo (Figura 18). Estas evoluções e desenvolvimentos tem
consequências no dimensionamento das redes hidráulicas.
Um engenheiro civil
pode sempre tentar
estimar o crescimento da
população ou o
desenvolvimento da zona
em que estiver a
dimensionar, no entanto é
bastante provável que o seu dimensionamento, embora possa ser o mais adequado para
a realidade atual, poderá não corresponder à realidade futura. E uma previsão errada do
futuro poderá ter enormes custos, pois as condutas poderão ter que ser substituídas ou
então foram dimensionados num tamanho excessivo sem necessidade. Esta incerteza
apenas pode ser reduzida com estudos sobre o desenvolvimento populacional e local
previsto.
Figura 18 - Evolução da população mundial.
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10. Incerteza Linguística
A comunicação entre Engenheiros, fruto de diferentes escolas de formação e
diferentes experiências de vida, padece de alguma incerteza. Este facto é altamente
desfavorável à atividade uma vez que a Engenharia Civil tem uma enorme
responsabilidade na sociedade, nomeadamente na sua segurança. Para reduzir este tipo
de erros e incertezas, as informações devem ser trocadas com objetividade e clareza.
Existem inquéritos sobre avaliação de danos (Figura 19) onde não existem limites
entre palavras, onde a diferença entre grave e muito grave, por exemplo, está apenas na
inclusão da palavra “muito”. Este tipo de avaliações depende muito de pessoa para
pessoa e também de vários fatores externos que afetam o seu quotidiano, isto é, a
mesma pessoa pode fazer uma avaliação diferente dos mesmos danos em períodos
distintos. Contudo, é expectável que nestes inquéritos e avaliações haja sempre
incertezas associadas. No entanto, noutros contextos, com o desenvolvimento
tecnológico houve um progresso na minimização dos erros de avaliação e comunicação.
Figura 19 - Danos visíveis em edifícios.
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11. Conclusão
Com a elaboração deste relatório foi-nos possível compreender o conceito de
incerteza associado à engenharia civil, e entender os ramos onde tem maior influência
(como as construções e as estruturas).
Concluímos que todas as construções são afetadas por fatores conhecidos (como
por exemplo, o vento e o carga dos constituintes internos) e essencialmente por outros
que os engenheiros desconhecem ou não conseguem controlar. Todas estas incertezas
podem ter um papel relevante quando se trata da segurança e vida dos edifícios.
Também vimos, através de vários exemplos, onde o erro humano esteve presente.
São exemplo o assentamento da Torre de Pisa ou o colapso de uma bancada do estádio
do Santos (Brasil) que na história passada estão associados a erros graves que
provocaram perdas fatais, e, por isso, os engenheiros devem aprender com os seus erros
e tentar antecipar estes desastres de modo a cumprir o seu dever enquanto profissional
que projeta e constrói.
Por essa razão, um dos papéis dos engenheiros civis é tentar perceber o ambiente
que o rodeia e um dos principais objetivos é assegurar a segurança humana e a
preservação da Natureza. Agora entendemos que a incerteza está sempre presente e
cabe a nós, enquanto engenheiros civis, tentar anular ao máximo, quando possível, as
incertezas e as suas consequências.
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12. Referências bibliográficas
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As incertezas na Engenharia Civil
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[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Hurricane_Katrina
As incertezas na Engenharia Civil
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[2] https://en.wikipedia.org/wiki/2010_Haiti_earthquake