Introdução à Infraestrutura - Para Engenheiros Civil e Ambiental

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Planejar infraestrutura hoje é uma tarefa que une a Engenharia Civil e Ambiental em uma convergência cada vez mais necessária em termos de sustentabilidade, eficiência, controle de custos e retorno social. Com a mobilidade urbana, o ambiente construído é constantemente modificado e expandido para dar conta dos avanços e do crescimento populacional de uma localidade.

Tanto do ponto de vista técnico quanto da ótica de preservação ambiental, aprender sobre o planejamento e a execução de infraestruturas vai além do ensino de técnicas e procedimentos aos futuros engenheiros. É primordial uma visão holística sobre a Engenharia. O profissional precisa conhecer a totalidade de uma construção, desde suas bases, passando pela execução, até a entrega.

É esta lacuna que os autores, Michael R. Penn e Philip J. Parker, professores da University of Wisconsin-Platteville, preenchem em Introdução à Infraestrutura: para Engenharia Civil e Ambiental. Um livro feito para estudantes e profissionais dessas áreas, que têm como objetivo mostrar a amplitude, a importância do tema e suas aplicações.

21 capítulos

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

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capítulo Um �

Introdução à Infraestrutura e às

Carreiras em Engenharia Civil e

Ambiental

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

O Colapso da Ponte I‑35W

1. Definir infraestrutura e explicar como ela afeta quase todos os aspectos da sua vida.

2. Descrever a “crise de infraestrutura”.

3. Descrever o papel dos engenheiros civis e ambientais na gestão e nos projetos de infraestrutura.

4. Descrever o papel de cada uma das subdisciplinas da engenharia civil.

5. Discutir questões profissionais na medida em que elas se relacionam com o sucesso da sua futura carreira.

O Predomínio da Infraestrutura

Sistemas de Infraestrutura

Financiamento da Infraestrutura

Sustentabilidade

As Profissões da Engenharia Civil e

Ambiental

Integração com Outras Profissões

 

2 O Ambiente Natural

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capítulo Dois �

O Ambiente Natural

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

O Ciclo Hidrológico e o

Balanço Hídrico

1. Descrever o ciclo hidrológico e explicar o funcionamento das zonas

úmidas, dos rios e das águas subterrâneas.

2. Explicar o balanço hídrico e definir o tempo de recorrência.

3. Delimitar uma bacia hidrográfica.

4. Descrever os fundamentos das formações geológicas.

5. Resumir as inter‑relações entre a infraestrutura e a terra, a água, e o ar.

6. Listar os potenciais impactos da mudança climática na infraestrutura.

Bacias Hidrográficas

Rios

Hábitat/Espécies Nativas

Zonas Úmidas

Formações Geológicas

Águas Subterrâneas

Atmosfera

Mudanças Climáticas

Conclusão

Introdução

Nossa infraestrutura (o ambiente construído) é inextricavelmente li‑ gada ao ambiente natural. Não só o ambiente natural é afetado pelo ambiente construído, como também é, de diversas formas, um compo‑ nente crítico da infraestrutura. Os materiais que utilizamos para cons‑ truir a infraestrutura são provenientes do ambiente natural. Nós cons‑ truímos na superfície da terra (ou abaixo dela). Nós utilizamos os rios para transporte e para conseguir água potável. Nós cavamos através do solo e das rochas.

 

3 Infraestrutura Estrutural

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capítulo Três �

Infraestrutura Estrutural

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Prelúdio para os Capítulos 3 a 5

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

Introdução

1. Listar os principais subsetores e componentes do setor estrutural da infraestrutura.

2. Explicar o propósito dos critérios de projeto e listar alguns deles para vários componentes do setor estrutural.

3. Identificar diversos componentes do setor estrutural.

Fundações

Arranha‑Céus

Escolas (Grau: D, no ASCE 2009)

Pontes (Grau: C, no ASCE 2009)

Barragens (Grau: D, no ASCE 2009)

Diques e Represas (Grau: D–, no ASCE 2009)

Muros de Contenção

Conclusão

Prelúdio para os Capítulos 3 a 5

Os Capítulos 3 a 5 apresentam a parte física do ambiente construído.

As categorias mais amplas são denominadas setores da infraestrutura, tais como de transportes, estruturais ou ambientais. Alguns setores são subdivididos em subsetores; por exemplo, o setor de transportes inclui a aviação e o transporte de massa. Vamos também apresentar diversos componentes, os “blocos fundamentais da construção” dos setores. Os exemplos dos componentes do transporte de massa incluem estradas

 

4 Infraestrutura de Transportes

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capítulo Quatro �

Infraestrutura de Transportes

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estradas (Grau: D–, no ASCE 2009)

1. Listar os principais setores e subsetores da infraestrutura de transportes.

2. Explicar a função de cada setor de transporte.

3. Identificar os componentes da infraestrutura de transportes.

4. Explicar a função dos componentes de transporte.

5. Listar alguns dos parâmetros de projeto mais importantes para os componentes de transporte.

6. Descrever algumas das relações fundamentais entre os transportes e outros setores, subsetores e componentes da infraestrutura.

Transporte Coletivo (Grau: D, no ASCE 2009)

Transporte Não Motorizado

Aviação (Grau: D, no ASCE 2009)

Hidrovias (Grau: D–, no ASCE 2009)

Portos

Eclusas

Túneis

Introdução

Ferrovias (Grau: C–, no ASCE 2009)

 

5 Infraestrutura Ambiental e Energética

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capítulo Cinco �

Infraestrutura Ambiental e

Energética

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Energia (Grau: D1, no ASCE 2009)

1. Listar os principais subsetores e componentes da infraestrutura ambiental e energética.

2. Explicar a função de cada setor da infraestrutura.

3. Identificar os componentes relacionados com a infraestrutura ambiental e energética.

4. Explicar a função dos componentes relacionados com a infraestrutura ambiental e energética.

5. Listar alguns dos parâmetros de projeto mais importantes para os componentes relacionados com a infraestrutura ambiental e energética.

6. Descrever algumas das relações fundamentais entre a infraestrutura ambiental e energética e outros setores, subsetores, e componentes da infraestrutura.

Água Potável (Grau: D2, no ASCE 2009)

Águas Residuais (Grau: D2, no ASCE 2009)

 

6 Canteiros de Obras

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capítulo Seis �

Canteiros de Obras

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Segurança

1. Descrever as necessidades de um canteiro de obras referentes à segurança e às instalações provisórias.

2. Identificar e descrever as funções dos diversos tipos de equipamentos de construção.

3. Descrever as técnicas de controle da erosão.

Instalações Provisórias

Equipamentos

Redes de Infraestrutura

Controle da Erosão

Conclusão

Introdução

Muitos engenheiros não projetam apenas sistemas e componentes de infraestrutura, mas também supervisionam a construção de seus proje‑ tos. Este capítulo irá descrever alguns aspectos da construção dos com‑ ponentes de infraestrutura apresentados nos Capítulos 3, 4 e 5. Uma construção eficiente e bem‑sucedida exige significativos esforços de planejamento, os quais serão discutidos nos próximos capítulos. Os en‑ genheiros de campo são responsáveis pelo layout do canteiro de obras, especificação dos equipamentos, planejamento dos serviços, e controle da erosão.

 

7 Sistemas de Infraestrutura

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capítulo Sete �

Sistemas de Infraestrutura

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório: Sistema de Proteção Contra Furacões de

Nova Orleans

1. Explicar como os setores e componentes da infraestrutura agem como sistemas.

2. Descrever as interações do sistema de infraestrutura.

3. Explicar a necessidade de uma visão global dos sistemas de engenharia.

Visão Global dos Sistemas

Componentes de Infraestrutura como

Sistemas

Sistemas Intrassetoriais

Introdução

Sistemas Intersetoriais

Nos Capítulos 3 a 5, apresentamos diversos “setores” dentro dos quais os vários componentes da infraestrutura civil poderiam ser classifica‑ dos. Esses setores foram: transporte, energia, abastecimento de água,

águas residuais, parques e recreação, águas pluviais, estruturas, resí‑ duos sólidos e resíduos perigosos. Os componentes incluíam aterros, pontes e estradas, entre outros.

 

8 História, Herança e Futuro

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capítulo Oito �

História, Herança e Futuro

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

A Estrada Nacional

1. Listar os acontecimentos marcantes na evolução histórica das estradas, canais, pontes, distribuição de água, tratamento de água, transporte de águas residuais e tratamento de águas residuais.

2. Explicar como a tecnologia tem sido parte integrante do desenvolvimento histórico da infraestrutura.

3. Citar exemplos de conhecimentos que os engenheiros modernos podem adquirir através do estudo da história da infraestrutura.

Temas

Transporte

Distribuição e Tratamento de Água

Transporte e Tratamento de Águas

Residuais

E Havia Mais...

Introdução

O Futuro

Na Pré‑História, não havia necessidade da infraestrutura, e nem habili‑ dade para construir uma. Não havia necessidade de transportar produ‑ tos porque não havia produtos para transportar. Antes da agricultura, não havia necessidade de construir sistemas de irrigação. Como não havia residências permanentes, não havia necessidade de controlar as inundações através da construção de diques e barragens.

 

9 Fundamentos da Análise

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capítulo Nove �

Fundamentos da Análise

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Inspeção em Pontes

1. Descrever por que as análises de engenharia são realizadas.

2. Explicar as etapas do processo de análise.

3. Conduzir uma análise de engenharia simplificada nas principais

áreas das subdisciplinas da engenharia de infraestrutura.

A Natureza da Análise

O Processo de Análise

Estudo de Caso: A Criação do

Método Racional

Aplicações da Análise

Conclusão

Introdução

Para muitas pessoas, “engenharia” e “projeto” são quase sinônimos.

Herbert Hoover, um engenheiro civil e 31o presidente dos Estados Uni‑ dos, tinha isto a dizer sobre engenharia:

“É uma grande profissão. Há a satisfação de assistir um produto da imaginação emergir através da ajuda da ciência para um plano no papel. Em seguida, move‑se para a realização em pedra ou metal ou energia. Então ela traz empregos e lares para os homens. Em se‑ guida, ela eleva os padrões e contribui para a qualidade de vida.

 

10 Fundamentos de Projeto

PDF Criptografado

capítulo Dez �

Fundamentos de Projeto

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Lago da Prata

1. Descrever as etapas do processo de elaboração de projetos de engenharia.

2. Demonstrar como um projeto é aplicado de forma a atender a uma necessidade.

3. Explicar como as restrições, os regulamentos, as normas, os coeficientes de segurança, a vida útil do projeto e o risco afetam o processo de elaboração de projetos.

4. Compreender projetos simples para as principais áreas subdisciplinares da engenharia de infraestrutura.

O Processo de Projeto

Fatores de Projeto

Estudo de Caso: Reversão do

Rio Chicago

Aplicações de Projetos

Conclusão

Introdução

Quando perguntamos a algumas crianças “O que os engenheiros fa‑ zem?”, muitas delas respondem: “Eles constroem coisas.” Uma pessoa com um vago entendimento de engenharia provavelmente responde‑ ria: “Eles projetam coisas.” Em muitos casos, ambas as respostas estão corretas. Sem dúvida, a principal função da maioria dos engenheiros é projetar; entretanto, conforme discutimos no capítulo anterior, o projeto não é a única responsabilidade de um engenheiro, nem é algo que todo engenheiro vai fazer. Talvez a melhor resposta para esta questão seja

 

11 Considerações sobre Planejamento

PDF Criptografado

capítulo Onze �

Considerações sobre

Planejamento

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Las Vegas, Crescimento da

População de Nevada

1. Definir planejamento e explicar por que ele é necessário.

2. Explicar como o Programa da Melhoria de Capital é usado para o planejamento da infraestrutura.

3. Definir projeto sensível ao contexto e descrever como ele está relacionado com o planejamento de transportes.

4. Explicar como o planejamento urbano eficaz pode conduzir a mais eficiência na infraestrutura.

5. Explicar a importância do planejamento de emergências.

6. Prever populações futuras com base em dados populacionais históricos.

7. Comparar e contrastar o planejamento de infraestrutura, de transportes, urbano, regional e de emergências.

A Necessidade de Planejamento

 

12 Considerações sobre Energia

PDF Criptografado

capítulo Doze �

�Considerações sobre Energia

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório: A Usina de Geração de Energia Elétrica

Proposta para Surry County, Virgínia

1. Identificar e manipular unidades associadas à energia e potência.

2. Explicar as tendências recentes do consumo de energia dos Estados

Unidos.

3. Explicar como os dados históricos populacionais e de energia podem ser utilizados para prever a demanda de energia futura.

4. Descrever a relação entre o uso da energia e o projeto e a gestão dos componentes da infraestrutura.

5. Comparar os impactos ambientais dos diversos tipos de fontes de energia.

Conhecimento Básico

Tendências Energéticas e

Previsão da Demanda

Fontes de Energia

Impactos Ambientais

A Energia como uma Consideração de Infraestrutura

 

13 Considerações sobre Sustentabilidade

PDF Criptografado

capítulo Treze �

Considerações sobre

Sustentabilidade

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

As Cinco Maiores Nações

1. Definir sustentabilidade.

2. Descrever como a saúde pública está relacionada com o desenvolvimento econômico e social.

3. Discutir a relação entre o crescimento da demanda por recursos e a sustentabilidade.

4. Resumir o conceito de pegada ecológica.

5. Explicar por que considerar a sustentabilidade é essencial para os futuros engenheiros.

6. Aplicar princípios de projetos sustentáveis a um projeto de melhoria da infraestrutura.

As Necessidades do Mundo

A Demanda por Recursos

Medidas da Sustentabilidade

O Papel dos Engenheiros Civis e Ambientais na Promoção da

Sustentabilidade

Conclusão

Introdução

Antes da década de 1990, a sustentabilidade foi, indiscutivelmente, ape‑ nas um “nicho” de preocupação. Hoje, este é um assunto diário. Em

 

14 Considerações sobre Economia

PDF Criptografado

capítulo Quatorze �

Considerações sobre

Economia

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Sistema Nacional de Rodovias da

China

1. Explicar a relação entre infraestrutura e economia.

2. Listar as fontes comuns de financiamento para projetos de infraestrutura pública.

3. Explicar a equivalência econômica.

4. Determinar o valor presente líquido de projetos simples de infraestrutura.

A Relação entre a Infraestrutura e a

Economia

Fontes de Financiamento

Considerações sobre Economia de

Projetos

Conclusão

Introdução

Considere o fato de que você pode comprar produtos frescos durante o inverno do nordeste dos Estados Unidos por preços que frequente‑ mente não são muito mais caros que o valor que você pagaria no verão por um produto local. Uma das razões para a ocorrência desses valores

 

15 Considerações sobre o Meio Ambiente

PDF Criptografado

capítulo Quinze �

Considerações sobre o

Meio Ambiente

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Pântanos

1. Explicar a necessidade da proteção ambiental.

2. Identificar os potenciais impactos ambientais dos projetos de infraestrutura.

3. Comparar as considerações históricas e atuais de engenharia sobre os impactos ambientais.

4. Descrever como as normas ambientais “regem” a engenharia de infraestrutura.

5. Descrever como a complexidade ambiental pode levar a efeitos imprevistos em projetos.

Proteção Ambiental

Impactos Ambientais

Os Bons (Maus?) Velhos Tempos

Normas Ambientais

Complexidade Ambiental

Conclusão

Introdução

Os componentes do ambiente natural e da infraestrutura ambiental fo‑ ram discutidos nos Capítulos 2 e 5, respectivamente. A necessidade de uma perspectiva sistemática foi enfatizada no Capítulo 7. Aqui discu‑ tiremos a integração entre os ambientes naturais e construídos em um

 

16 Considerações Sociais

PDF Criptografado

capítulo Dezesseis �

Considerações Sociais

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

1. Explicar a relação entre a infraestrutura e a saúde humana.

2. Descrever como os projetos de infraestrutura afetam a união da vizinhança.

3. Definir justiça ambiental.

4. Definir avaliação do impacto ambiental.

5. Explicar a importância de considerar os impactos sociais dos projetos de infraestrutura.

Estudo de Caso Introdutório:

A Barragem das Três Gargantas

Acolhendo o Desafio

Avaliação do Impacto Social

Deslocamentos

União da Vizinhança

Saúde

Introdução

Justiça Ambiental

A construção, manutenção e modificação da infraestrutura afetam a so‑ ciedade de diversas formas, tanto positiva quanto negativamente. Por exemplo, no Capítulo 11, Considerações Sobre Planejamento, discuti‑ mos o projeto do Big Dig em Boston; um dos impactos sociais foi o des‑ locamento de 20.000 pessoas como resultado da construção da Central

 

17 Considerações Éticas

PDF Criptografado

capítulo Dezessete �

Considerações Éticas

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Contribuições Políticas

1. Definir ética na engenharia.

2. Aplicar o Código de Ética da ASCE às decisões éticas.

3. Comparar e diferenciar as situações éticas que os estudantes enfrentam, com as situações enfrentadas por engenheiros graduados.

4. Resumir os sete Cânones Fundamentais do Código de Ética da

ASCE.

5. Definir corrupção e listar os diversos tipos de corrupção.

6. Descrever os efeitos negativos que a corrupção provoca na sociedade.

Ética e Engenharia

Códigos de Ética

Quadro de Tomadas de Decisão

Éticas

Estudo de Caso

Corrupção

Conclusão

Introdução

O estudo da ética na engenharia é o estudo dos “valores morais, ques‑ tões e decisões envolvendo a prática da engenharia” (Martin e Schinzin‑ ger, 2004). Em termos ainda mais simples, ética na engenharia é saber o que é correto fazer, e fazê‑lo.

 

18 Considerações sobre Segurança Patrimonial

PDF Criptografado

capítulo Dezoito �

Considerações sobre

Segurança Patrimonial

Descrição Geral do Capítulo

Objetivos de Aprendizagem

Introdução

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

Estudo de Caso Introdutório:

Furacão Katrina

1. Definir segurança da infraestrutura.

2. Explicar como os eventos catastróficos recentes revelaram a fragilidade da nossa infraestrutura.

3. Descrever as etapas para tornar três setores da infraestrutura (água, transportes e energia) mais seguros.

4. Explicar gerenciamento de riscos e avaliação de riscos.

Impactos Econômicos e Segurança da Infraestrutura

Infraestrutura Crítica

Projetando para a Falha

Segurança da Água

Segurança Energética

Segurança dos Transportes

Considerações sobre Riscos

Conclusão

Introdução

Demonstramos, nos capítulos anteriores, que a infraestrutura afeta nossa economia, nossa saúde, nosso meio ambiente e nossa sociedade.

 

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