Aula 01

Introdução; Seções;

Diferença solo/rocha

Engº. Jean Carlo Trevizolo de Souza

jeantrs@hotmail.com

Disciplina:

Optativa em Geotecnia –

Túneis e Obras Subterrâneas

Versão 2015/01

Plano de Ensino

Discussão do Plano de Ensino.

O Plano de Ensino é o elemento que dá o „norte‟durante a aplicação da disciplina, e deve serreavaliado e relembrado a cada encontro.

Os alunos devem trazer o Plano de Ensino à todasas aulas.

Apresentar os elementos mínimos relativos àobras subterrâneas, a fim de que o Engenheirotenha as habilidades mínimas para engajamentoem serviço correlato.

Por meio de um exercício continuado, os alunosterão que praticar os ensinamentos repassadosdurante as aulas, o que será, também, método deavaliação e feedback da aplicação do conteúdo.

Foco na “prática”.

Objetivos da disciplina

Quanto às obras

Túnel – escavação subterrânea, „horizontal‟, comacesso duplo;

Galeria – escavação subterrânea, „horizontal‟, comacesso único;

Poço – escavação vertical.

Termos comuns

Termos associados

Concreto projetado (sprayed concrete, shotcrete);TBM – Tunnel Boring Machine; Jumbo; Robô;Tuneleiro; Rockburts; Enfilagem; Pregagem;Tirantes; Instrumentação; Bate-choco; Reflexão deconcreto projetado; Overbreak e Underbreak;Invert ou arco invertido; Pata de elefante; Jet-grouting.

Visando difundir o conhecimento e promoveravanços na ocupação do espaço subterrâneo,surgiu em 1974 a ITA – International Tunnellingand Underground Space Association.

Tem 58 países membros e 250 membros afiliados.

No Brasil, há o CBT – Comitê Brasileiro de Túneis,junto à ABMS.

Prof. André Assis, da UnB, único Latinoamericanoque presidiu a ITA.

Difusão do conhecimento

A ITA realiza anualmente o Congresso Mundial deTúneis, com dois dias de treinamento para jovensengenheiros.

No Brasil, o Congresso Brasileiro tem se repetidode três em três anos.

Acessos:

www.ita-aites.org;

www.tuneis.com.br;

http://140.194.76.129/publications/eng-manuals/em1110-2-2901/toc.htm;

http://www.scribd.com/doc/19258513/Tunnelling-Tunnel-Mechanics

História dos túneis

Túnel, no sentido literal da palavra, significacaminho ou passagem sob algo (terra, água), queserve geralmente como via de comunicação;

A origem da construção dos túneis ainda é disputada;

Os Egípcios construíram túneis para ter acesso a túmulos;

Os Babilônicos construíram (2.180 A.C.) um túnelsob o Eufrates usando o que é chamado agora demétodo de Valas a Céu Aberto: o rio foi desviado,uma trincheira foi aberta pelo seu leito, e um tubode tijolos foi construído e depois coberto.

Os antigos Gregos e Romanos construíam túneispara conduzir água e para fins mineiros; algunsdesses túneis em Roma estão ainda hoje emoperação.

O primeiro grande túnel da Inglaterra era parte doGrand Trunk Canal, e seu comprimento foi de 3,2km, tendo sido concluído em 1777.

Thames Tunnel – um marco importante.

Concluído em 1845, em Londres, o túnel sob o RioTamisa, com cerca de 400 m de extensão.

Sua construção e conclusão foi possível devido aoShield de Brunel, do famoso Engenheiro MarcBrunel, francês de nascimento com estudo naInglaterra.

Inicialmente, uso de pedestres. Posteriormente,para o Metrô de Londres.

http://en.wikipedia.org/wiki/Thames_Tunnel

Capadocia, Turquia

Demandas da “Era Ambiental”;

Controle de enchentes em centros urbanos;

Reordenação do uso do espaço urbano;

Usos modernos

Boston, USA – Projeto Big Dig. http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Dig

Figura 1 – Período SecoFigura 2 – Período IntermediárioFigura 3 – Período de Chuvas Excessivas

Projeto SMART, Kuala Lumpur - Malásia. http://www.smarttunnel.com.my/

“Era Ambiental”

Autoestrada na Hungria, 2008

Mesmo com baixa cobertura de solo, o que poderiagerar uma estrada convencional, se optou por fazertúneis, em função, entre outros, do passivo ambientalda disposição de material (bota-fora).Foto: Eloi

Diferença de escavar em solo ou rocha

Talvez seja, esta, a principal premissa a ser levadadeste curso: as principais diferenças entre seescavar um túnel em solo (material sem auto-sustentação), ou em rocha (material com condiçãode auto-suporte);

As seções, a produção, o suporte, os custos,equipamentos, tudo se diferencia.

Em solo, ou material sem competência: PRÉ-SUPORTE

Em solo, ou material sem competência: PRÉ-SUPORTE

Instalando “enfilagens”

Em material sem “competência”, problemas de ruptura a serem evitados

Em material competente, redistribuição de tensões é facilitada

Forma do colapso

a) Argila b) Areia

Túnel escavado em solo, com instalação de invert

Túnel escavado em rocha, com instalação de tirantes

Seção de Túneis

Abóboda - Crown

Lateral – Side -Shoulder

Revestimento -Lining

Intradorso -Intrados

Extradorso -Extrados Arco invertido - Invert

Seções típicas de túneis escavados pelo método convencional

Seção de um túnel rodoviário, escavado com TBM – Tunnel Boring Machine

Com a evolução dosmétodos construtivos, asseções de escavaçãopuderam ser otimizadas,uma vez que o maciçocircundante começou acontar e ser utilizado comomaterial da construção.

Superfície inicial do terreno

co

bert

ura

Suportedefinitivo

Suportetemporário

Sem suporte

Passo de avanço

Face

NúcleoViga

portal

Invert

Portal

SENTIDO DE ESCAVAÇÃO

Desenho de seção

Quando for para túneis rodoviário e ferroviários,deve ser levado em conta o Gabarito Dinâmico(superelevações).

Para rodovias, altura livre ≥ 5,5 m, e para ferrovias≥ 6,85 m acima do boleto, ou conformeespecificação da Operadora.

A largura livre depende do número de vias.

Em túneis para uso hidráulico, as perdas de cargasão importantes no dimensionamento da seção.

A PIARC, Associação Internacional de Rodovias,possui duas publicações sobre projeto de seçãode túneis rodoviários:

1) 2001 – Cross Section Design for UndirecionalRoad Tunnels;

2) 2004 – Cross Section Design for Bi-DirectionalRoad Tunnels

Material disponível em: www.piarc.org

Túneis monodirecionais

PISTA

ACOSTAMENTO ACOSTAMENTO

PISTA

3,60 m 3,60 m0,15 m0,60 m 1,00 m

1,00 m

A largura da faixa de rolagem atende aos padrões do DNITpara rodovia de pista dupla;

Não há especificação para os demais elementos de umtúnel, no DNIT (sugestão particular)

Para acostamento, levar em conta Norma NBR deacessibilidade;

Estimativa de fluxo: 2.200 veículos/faixa/hora

Fonte:DNIT

Túneis bi-direcionais

3,50 m 3,50 m

Fonte:PIARC

A largura da faixa de rolagem atende aos padrõesdo DNIT para rodovia de pista simples;

Não há especificação para os demais elementosde um túnel, no DNIT (sugestão particular)

Diferencia-se do túnel unidirecional pela largurada faixa e pela equivalência das áreas desegurança (faixa de evacuação/pedestres);

Para acostamento, levar em conta Norma NBR deacessibilidade;

Acostamento

Nota-se que não está previsto, pela PIARC,acostamento equivalente ao da rodovia;

Motivo: segurança, e também redução de custopela redução da seção de escavação;

Para parar, então, com segurança, dimensiona-se“baias”, a cada 500 metros, com extensão decerca de 45 m

≥ 45m

Baia de estacionamento

Pista 01

Pista 02

Calçada

Foto: Eloi China, 2010

Grande discussão: um túnel de maior diâmetro, com duas linhas, ou dois túneis paralelos, de diâmetro menor, e interligados???

Esta galeria pode ser pré-fabricada

Ao desenhar a seção, considerar a espessuranecessária para revestimento (ou lastro)

Deixar uma folga entre o gabarito e o início dosuporte/revestimento, com duas finalidades:

i) O maciço irá deformar. Talvez, deforme maisque o imaginado;

ii) No futuro, pode ser necessário fazer algumtratamento no revestimento, o que aumentariaa espessura do mesmo.

Ter em mente que túnel em solo ou em rochacostumam ter espessura de revestimentodiferentes. Em solo, o sistema de suporte é maisrobusto (espesso).

Lembrar de considerar sistemas auxiliares(iluminação, ventilação, cabeamentos, rota defuga).