Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Dr. António Silva Cardoso

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Acidentes em obras de engenharia são frequentemente atribuídos a \"imprevistos ou surpresas geológicas\". Tal denominação denota um desconhecimento relativo da geologia dos maciços rochosos nos quais estas obras são implantadas. Este desconhecimento traduz o quadro de incertezas que permeia o ambiente geológico, responsável por inúmeros insucessos em obras de engenharia. Em vista das dificuldades que o meio técnico encontra para equacionar o problema o estudo propõe a incorporação destas incertezas ao projeto e construção de túneis em áreas urbanas, através da análise de decisão. A metodologia e o modelo de decisão propostos envolveram uma estratégia para redução do risco, apoiada em dois princípios básicos: reduzir as incertezas através da obtenção de um maior número de informações geológicas do maciço ou limitar o impacto das incertezas no desempenho técnico e econômico do projeto, adotando-se alternativas de construção que, em princípio, podem parecer mais caras. A aplicação do modelo de decisão exige a estimativa de probabilidades da ocorrência de eventos aleatórios, que são tratadas segundo os princípios da Teoria das Probabilidades, em sua visão subjetiva. A proposta metodológica desenvolvida foi aplicada na região das marginais do rio Pinheiros, correspondente a um subtrecho do túnel da Linha 4 - Amarela, da Companhia do Metropolitano de São Paulo - METRO, atualmente em processo de licitação. O trecho analisado foi caracterizado como de alto risco nas análises efetuadas, e os resultados obtidos demonstraram que o modelo de decisão adotado foi capaz de diferenciar a melhor alternativa para redução do risco bem como indicar o método de escavação do túnel que, frente ao critério de risco inicialmente estabelecido, fosse o mais econômico. / Failures in engineering works are always attributed to geological uncertainty. These facts denote that there is a significant lack of knowledge of the rock mass behavior where the works are developed. This lack of knowledge reflects the uncertainty associated to the geological environment, and responsible for several accidents in civil works. Aiming at solving that problem, this thesis proposes to incorporate these uncertainties in the design and construction of tunnels in urban areas, using decision theory. The methodology and decision model suggested evolves a risk reduction strategy based on two basic principles: 1) to reduce the uncertainty through the addition of more geologic information (obtained by more investigation) and 2) to limit the impact of the uncertainty in the technical and economical performance of the design, adopting construction alternatives that, initially, may appear more expensive. The application of the decision model implies the estimation of the probabilities that aleatory events may occur, which are analyzed according the Probability Theory in its subjective approach. The methodology here proposed was applied in the region of the marginal Rio Pinheiros avenue, corresponding to a portion of the Line 4 - Yellow, of the Metropolitano de São Paulo - METRO. The portion submitted to the analysis showed to be of high risk and the results obtained demonstrated that the decision model proposed and adopted was able to differ the best alternative to reduce the risk, as well as to indicate the most appropriate construction method considering the risk criterion initially established.

Acidentes em obras de engenharia são frequentemente atribuídos a \"imprevistos ou surpresas geológicas\". Tal denominação denota um desconhecimento relativo da geologia dos maciços rochosos nos quais estas obras são implantadas. Este desconhecimento traduz o quadro de incertezas que permeia o ambiente geológico, responsável por inúmeros insucessos em obras de engenharia. Em vista das dificuldades que o meio técnico encontra para equacionar o problema o estudo propõe a incorporação destas incertezas ao projeto e construção de túneis em áreas urbanas, através da análise de decisão. A metodologia e o modelo de decisão propostos envolveram uma estratégia para redução do risco, apoiada em dois princípios básicos: reduzir as incertezas através da obtenção de um maior número de informações geológicas do maciço ou limitar o impacto das incertezas no desempenho técnico e econômico do projeto, adotando-se alternativas de construção que, em princípio, podem parecer mais caras. A aplicação do modelo de decisão exige a estimativa de probabilidades da ocorrência de eventos aleatórios, que são tratadas segundo os princípios da Teoria das Probabilidades, em sua visão subjetiva. A proposta metodológica desenvolvida foi aplicada na região das marginais do rio Pinheiros, correspondente a um subtrecho do túnel da Linha 4 - Amarela, da Companhia do Metropolitano de São Paulo - METRO, atualmente em processo de licitação. O trecho analisado foi caracterizado como de alto risco nas análises efetuadas, e os resultados obtidos demonstraram que o modelo de decisão adotado foi capaz de diferenciar a melhor alternativa para redução do risco bem como indicar o método de escavação do túnel que, frente ao critério de risco inicialmente estabelecido, fosse o mais econômico. / Failures in engineering works are always attributed to geological uncertainty. These facts denote that there is a significant lack of knowledge of the rock mass behavior where the works are developed. This lack of knowledge reflects the uncertainty associated to the geological environment, and responsible for several accidents in civil works. Aiming at solving that problem, this thesis proposes to incorporate these uncertainties in the design and construction of tunnels in urban areas, using decision theory. The methodology and decision model suggested evolves a risk reduction strategy based on two basic principles: 1) to reduce the uncertainty through the addition of more geologic information (obtained by more investigation) and 2) to limit the impact of the uncertainty in the technical and economical performance of the design, adopting construction alternatives that, initially, may appear more expensive. The application of the decision model implies the estimation of the probabilities that aleatory events may occur, which are analyzed according the Probability Theory in its subjective approach. The methodology here proposed was applied in the region of the marginal Rio Pinheiros avenue, corresponding to a portion of the Line 4 - Yellow, of the Metropolitano de São Paulo - METRO. The portion submitted to the analysis showed to be of high risk and the results obtained demonstrated that the decision model proposed and adopted was able to differ the best alternative to reduce the risk, as well as to indicate the most appropriate construction method considering the risk criterion initially established.

Este estudo objetiva a sistematização do conhecimento, através de uma abordagem multidisciplinar, de forma a conformar uma proposta inicial de protocolo de gestão ocupacional e ambiental em grandes túneis urbanos em âmbito nacional. Há na presente pesquisa uma atenção particular aos túneis urbanos dedicados ao tráfego de veículos automotores, devido às suas características físico-espaciais que os tornam especialmente perigosos e tóxicos aos seus usuários e aos funcionários envolvidos. A relativa carência de material bibliográfico de caráter sistêmico e específico no Brasil enseja à busca por referências em documentos desenvolvidos em outros países. Ainda que em nível preliminar, a compilação crítica de dados, normas e referências pesquisadas, à luz do contexto e dos instrumentos normativos brasileiros referentes ao tema, traduz-se no aspecto original desta proposta dissertativa, a ser possivelmente utilizada como ponto de partida para estudos mais extensos. São abordadas as seguintes disciplinas relativas ao objeto de pesquisa: a) Características físico-espaciais; b) Formas de uso; c) Sistema de ventilação e exaustão; d) Sistema de iluminação; e) Sistema de segurança contra sinistros e incêndio; f) Sistema de fiscalização e orientação de tráfego, comunicação e sinalização; g) Sistema de drenagem; h) Sistema de gerenciamento de resíduos sólidos. O túnel Rebouças (1962-1965) e o túnel Engenheiro Raymundo de Paula Soares (Linha Amarela) (1997), distanciados por mais de três décadas, foram escolhidos como estudos de caso, não tão somente devido aos seus portes, fluxos intensos de veículos etc., mas também devido aos contextos das evoluções normativas em que se inserem. / Aiming to establish an initial proposal for an environmental and operational management protocol for large urban tunnels, one that could be applied nationwide, this study also intends to systematize, through a multidisciplinary approach, the state of the art on the subject. In this survey it will be given particular attention to vehicular urban tunnels. Due to its physical and spatial characteristics they are especially dangerous and toxic to both their users and employees involved in maintenance. Given the lack of systematic and specific bibliographic material in Brazil it was necessary to inquire about references, studies and investigations developed in other countries. A critical compilation of such data, standards and benchmarks, while in its initial level, considering the Brazilian context and the actual legal instruments, may reflect the original feature of this essay. It is hoped that the results can be used as a starting point for other extensive studies. Considering the main focus of this research, the following topics are discussed: a) physical and spatial characteristics; b) usage and operation; c) ventilation and exhaust system; d) lighting system; e) accidents prevention, security and fire protection system; f) management, traffic supervision, communication and signaling system; g) drainage system; h) solid waste management system. The two tunnels, Rebouças (1962-1965) and Engenheiro Raymundo de Paula Soares (Linha Amarela) (1997), both located in Rio de Janeiro and more than three decades apart, were selected as case studies, not only Because of their size, intensity of flows etc., but also because of the changing normative contexts in which they operate.

Este estudo objetiva a sistematização do conhecimento, através de uma abordagem multidisciplinar, de forma a conformar uma proposta inicial de protocolo de gestão ocupacional e ambiental em grandes túneis urbanos em âmbito nacional. Há na presente pesquisa uma atenção particular aos túneis urbanos dedicados ao tráfego de veículos automotores, devido às suas características físico-espaciais que os tornam especialmente perigosos e tóxicos aos seus usuários e aos funcionários envolvidos. A relativa carência de material bibliográfico de caráter sistêmico e específico no Brasil enseja à busca por referências em documentos desenvolvidos em outros países. Ainda que em nível preliminar, a compilação crítica de dados, normas e referências pesquisadas, à luz do contexto e dos instrumentos normativos brasileiros referentes ao tema, traduz-se no aspecto original desta proposta dissertativa, a ser possivelmente utilizada como ponto de partida para estudos mais extensos. São abordadas as seguintes disciplinas relativas ao objeto de pesquisa: a) Características físico-espaciais; b) Formas de uso; c) Sistema de ventilação e exaustão; d) Sistema de iluminação; e) Sistema de segurança contra sinistros e incêndio; f) Sistema de fiscalização e orientação de tráfego, comunicação e sinalização; g) Sistema de drenagem; h) Sistema de gerenciamento de resíduos sólidos. O túnel Rebouças (1962-1965) e o túnel Engenheiro Raymundo de Paula Soares (Linha Amarela) (1997), distanciados por mais de três décadas, foram escolhidos como estudos de caso, não tão somente devido aos seus portes, fluxos intensos de veículos etc., mas também devido aos contextos das evoluções normativas em que se inserem. / Aiming to establish an initial proposal for an environmental and operational management protocol for large urban tunnels, one that could be applied nationwide, this study also intends to systematize, through a multidisciplinary approach, the state of the art on the subject. In this survey it will be given particular attention to vehicular urban tunnels. Due to its physical and spatial characteristics they are especially dangerous and toxic to both their users and employees involved in maintenance. Given the lack of systematic and specific bibliographic material in Brazil it was necessary to inquire about references, studies and investigations developed in other countries. A critical compilation of such data, standards and benchmarks, while in its initial level, considering the Brazilian context and the actual legal instruments, may reflect the original feature of this essay. It is hoped that the results can be used as a starting point for other extensive studies. Considering the main focus of this research, the following topics are discussed: a) physical and spatial characteristics; b) usage and operation; c) ventilation and exhaust system; d) lighting system; e) accidents prevention, security and fire protection system; f) management, traffic supervision, communication and signaling system; g) drainage system; h) solid waste management system. The two tunnels, Rebouças (1962-1965) and Engenheiro Raymundo de Paula Soares (Linha Amarela) (1997), both located in Rio de Janeiro and more than three decades apart, were selected as case studies, not only Because of their size, intensity of flows etc., but also because of the changing normative contexts in which they operate.