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Pesquisador da Poli desenvolve sistema inovador para avaliar túneis escavados diretamente em rochas

A partir do sistema desenvolvido na pesquisa, é possível utilizar imagens de scanner a laser 3D para gerar modelos computacionais e avaliar riscos de queda de blocos

O engenheiro e geólogo Pedro Cacciari desenvolveu em sua pesquisa de mestrado na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) um modelo computacional que, integrado a imagens de scanner a laser 3D, possibilita que se faça uma vistoria completa em túneis construídos em maciço rochoso com uma intervenção mínima nas operações das linhas e grande precisão. O sistema é resultado de um acordo de cooperação entre a Poli-USP e a empresa Vale e foi testado com sucesso em um dos túneis da ferrovia Vitória-Minas, que liga a região do Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais ao porto de Vitória, Espírito Santo.

A dissertação de mestrado “Estudo de um túnel em maciço rochoso fraturado por investigação geológico-geotécnica e análises pelo método dos elementos distintos” acaba de conquistar o Prêmio Icarahy da Silveira, concedido pela Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica (ABMS). O prêmio, bienal, será entregue dia 20 de outubro, durante o Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, que se realiza entre os dias 19 e 22 de outubro, em Belo Horizonte (MG). No dia da premiação, Cacciari irá apresentar uma palestra na qual vai explicar seu projeto para profissionais e pesquisadores da área.

Segundo o professor do Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica da Poli e orientador da pesquisa, Marcos Massao Futai, não havia uma ferramenta de inspeção disponível para a empresa. “Desenvolvemos uma metodologia, pela qual usamos um scanner para monitoramento de campo, fazemos as análises, recompomos a imagem do túnel e o visualizamos de uma forma que não é possível em campo. Essa é a grande inovação dessa pesquisa, fornecer um sistema para inspeção dos túneis que traz informações precisas sobre as rochas”, aponta o docente, que também coordena o Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Poli-USP, dentro do qual foi desenvolvido o mestrado.

O projeto

Como área de estudo, foi selecionada a ferrovia Vitória-Minas, que liga a área produtora de minério de ferro da Vale em Minas com o porto de Tubarão, em Vitória. Nessa linha existem mais de 40 túneis e 22 deles são escavados diretamente na rocha, ou seja, não têm nenhum tipo de revestimento na parte interna. Como os maciços rochosos são materiais naturalmente fraturados, a preocupação com quedas de blocos é uma constante para a Vale. Um acidente como esse coloca em risco a vida de quem trabalha na ferrovia e os próprios trens, que podem descarrilhar, além de causar um colossal prejuízo financeiro.

Fazer a inspeção manual ou obras para revestir com concreto as rochas demandam interrupção nas operações de trens, o que gera enorme prejuízo – chega a passar um trem a cada meia hora em períodos de pico de produção na ferrovia. Diante desse desafio, foi estabelecido um projeto de pesquisa para desenvolver uma ferramenta que pudesse ser usada para a vistoria nos túneis com o menor impacto nas operações, e que oferecesse as informações mais detalhadas e exatas possíveis.

Em seu mestrado, feito com bolsa do CNPq, Pedro Cacciari escolheu como área de estudo um túnel localizado próximo de Aracruz, no Espírito Santo, e aplicou métodos de investigação geológicas e geotécnicas para entender e modelar essa maciço. “A grande diferença em relação ao que já se faz convencionalmente foi a utilização de imagens tridimensionais e tecnologia de escaneamento a laser para mapear a superfície desse túnel”, explica. Foram escaneados e mapeados 350 metros do túnel.

O scanner usa a tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging), muito aplicado em arquitetura e obras de engenharia civil. Ele emite pulsos eletromagnéticos que atingem a superfície de estudo e retornam para o equipamento. Com isso, é medida a distância e a posição do objeto no espaço, e gera-se uma nuvem de pontos que vão compor a imagem tridimensional posteriormente. Para escanear o túnel a operação é simples: instala-se o equipamento, bastante compacto, em um tripé, e divide-se o túnel em seções, que serão escaneadas. Cacciari levou um dia para esse trabalho.

“Identifiquei e caracterizei essas fraturas do ponto de vista mecânico e geométrico, e coloquei esses dados no modelo para estudar as condições da rocha”, comenta. “Meu mestrado foi focado no mapeamento das imagens do scanner e na geração do modelo geométrico, que mostra a distribuição das fraturas geológicas ao longo do maciço rochoso”, acrescenta. Com a reprodução tridimensional do túnel no computador, foi possível mapear as estruturas do maciço rochoso, um sistema naturalmente fraturado.

Com essas informações em mãos, a empresa pode fazer um tratamento local. Dessa forma, não é preciso fazer um tratamento que envolva o túnel por inteiro, o que dá agilidade e poupa recursos que podem ser investidos em pontos vulneráveis que eventualmente existam em outros túneis.

Reconhecimento

Sobre o Prêmio Icarahy da Silveira, da ABMS, Cacciari conta que tinha uma boa expectativa. “É muito bom conquistar um prêmio como esse, que já é tradicional e reconhecido. Também é uma forma de dar uma retribuição ao programa de pós-graduação da Engenharia Civil da Poli”, finaliza.

O professor Marcos Massao Futai, orientador de Cacciari, que inscreveu o trabalho para concorrer ao prêmio, afirma que está muito contente pelo próprio pesquisador. “O Pedro é um dos melhores alunos que já tive. Ele vai para campo, vai para o laboratório, realiza, ele próprio, os ensaios, e também tem uma capacidade intelectual muito boa, como mostrou nas análises de modelos e modelagem computacional que desenvolveu na pesquisa. Ele tem um perfil de pesquisador de alto nível, ficamos muito felizes em poder trabalhar com ele, tanto que estou orientando-o novamente, agora no doutorado”, comenta o docente.

“O programa de Engenharia Civil na área de Geotecnia tem se esforçado muito para manter sempre a qualidade das teses e dissertações. Isso tem resultado em teses e dissertações premidas como a do Pedro. E esse é o objetivo do nosso programa: investir nos alunos, focar cada vez mais na produção acadêmica de qualidade e gerar resultados que possam beneficiar a sociedade e trazer reconhecimento para a Poli”, conclui Futai.

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