gerenciamento de riscos geotÉcnicos em obras...
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DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
GERENCIAMENTO DE RISCOS GEOTÉCNICOS EM OBRAS
SUBTERRÂNEAS DE TUNEIS
AUTOR: ADONIRAN MARTINS COELHO
ORIENTADOR: Professor Doutor Antonio Maria Claret de Gouveia
(UFOP)
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
OURO PRETO - OUTUBRO DE 2015
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AGRADECIMENTOS
A concretização deste trabalho só foi possível graças à contribuição de pessoas a quem,
reconhecidamente, agradeço:
A DEUS, princípio de tudo e sustento nos momentos difíceis.
Ao Professor Doutor Antônio Maria Claret de Gouveia, pelo extraordinário apoio e incentivo
e pelas imprescindíveis críticas no decorrer da orientação desta dissertação.
A minha esposa Ellen e filhos Sarah, Gabriel e Isabella, pela paciência e compreensão, sem a
qual esta dissertação não seria hoje uma realidade.
À empresa VALE, na pessoa do Engº Wesley Carvalho pelo apoio e incentivo na
concretização deste trabalho.
A minha mãe, que mesmo sozinha lutou pela minha formação e valorização profissional.
v
RESUMO
Na engenharia civil, a construção de túneis e obras subterrâneas sempre foi particularmente
afetada por incidentes, nomeadamente colapsos com consequências trágicas, que nos últimos
anos se tem dado uma maior importância. O elevado grau de incerteza que caracteriza este
tipo de obras, devido à variável e complexa envolvente geológica, pode muitas vezes sujeitá-
las a problemas que põem em causa a sua estabilidade e consequentemente a sua segurança e
sustentabilidade econômica. A análise destes incidentes e a preocupação de mitigar as suas
consequências conduziu que organizações internacionais, particularmente as grandes
empresas seguradoras, a dirigissem sua atenção para o problema e desenvolverem
procedimentos adequados à gestão dos riscos que estas obras envolvem.
A gestão de riscos em obras subterrâneas tem cada vez mais um papel relevante neste tipo de
empreendimento para identificação, estudo e mitigação dos perigos que põem em causa a sua
construção que consequentemente, originam derrapagens financeiras. Deste modo, torna-se
uma ferramenta de tomada de decisões importante para os elementos responsáveis atuarem de
modo atempado no controle da obra de forma a evitar qualquer tipo de desvio técnico e
económico e garantir a sua qualidade.
Este Trabalho Final de Mestrado faz um levantamento e uma sistematização da temática da
gestão dos riscos que ocorrem durante a construção de túneis e obras subterrâneas. Neste, são
abordados primeiramente os processos e os princípios globais de gestão de riscos em
empreendimentos, os diferentes tipos de riscos e a sua respectiva gestão. Seguidamente, é
abordada a aplicação destes princípios à geotecnia e construção de obras subterrâneas e os
seus procedimentos. São analisados os diversos mecanismos de colapso de túneis, as suas
causas prováveis, incluindo a componente geológica, as várias medidas de monitorização e
mitigação dos mesmos. Por fim, é feito uma síntese das ferramentas que podem ser utilizadas
na gestão e monitorização do processo de construção, recorrendo a métodos lógicos e
matemáticos.
PALAVRAS-CHAVE: Túneis, Obras Subterrêneas, Riscos, Gestão de Riscos e Colapsos.
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ABSTRACT
In civil engineering, the construction of tunnels and underground works has always been
particularly affected by incidents, namely collapses with tragic consequences, to which in
recent years has been given greater importance. The high degree of uncertainty that
characterizes this type of work due to the variable and complex geological environment, can
often subject them to problems that undermine its stability and consequently its security and
economic sustainability. The analysis of these incidents and the concern to mitigate their
consequences has led to international organizations, particularly the large insurance
companies, yielding their attention to the problem as to develop appropriate risk management
procedures that these works involve.
Risk management in underground works has an increasingly important role in this type of
projects in the identification, study and mitigation of hazards that jeopardize its construction
and therefore originate financial overruns. Thus, it becomes a tool for making important
decisions so that the responsible parties can act in a timely manner in the management of the
work in order to avoid any kind of technical and economic deviation and ensure its quality.
This Master’s Degree Final Project aims to do a survey and a systematization of the subject of
risk management that occur during the construction of tunnels and underground works.
Firstly, it addresses the processes and the overarching principles of risk management in
projects, the different types of risks involved and their respective management. Then, the
application of these principles to the geotechnical area and to construction of underground
structures and procedures is discussed. The various mechanisms of collapsing tunnels are
analyzed, their probable causes, including the geological factors, the different measures in
order to monitor and mitigate them. Finally, a brief summary of the tools that can be used in
the management and monitoring of the construction process, using logical and mathematical
methods is presented.
KEYWORDS: Tunnels, Underground Works, Risk, Risk
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 – Risco e suas Fases, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30........................................ 11
Figura 2.2 – Risco e seu Ciclo de Vida, ASSIS, 2013 (modificado) p. 15. ............................ 12
Figura 2.3 – Risco e a integração com outras áreas, ASSIS, 2013 (modificado) p. 20. .......... 12
Figura 2.4 – Matriz de Risco, ASSIS, 2013 (modificado) p. 10............................................ 13
Figura 2.5 – Análise qualitativa de riscos 2D, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30 ................... 14
Figura 2.6 – Análise qualitativa de riscos 3D, ASSIS, 2013 (modificado) ............................ 14
Figura 2.7 – Visão Geral do Processo de Gestão de Riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk
Management (modificado) ................................................................................................... 16
Figura 2.8 – Estrutura e processo de gestão de riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk Management
(modificado) ........................................................................................................................ 18
Figura 2.9 – Processo de Gestão de Riscos, ASSIS, A. 2013 (modificado) ........................... 21
Figura 3.1 – Atividades do Plano de Gestão de Riscos de Obras Subterrâneas, KOCHEN, 2009
............................................................................................................................................ 26
Figura 3.2 – Procedimentos de detecção e ação corretiva para Gestão de Riscos em túneis,
KOCHEN, 2009 ................................................................................................................... 27
Figura 4.1 – NA elevado, causando arqueamento do teto do túnel, KOCHEN, 2009............. 42
Figura 4.2 – NA elevado, causando colapso do teto do túnel, KOCHEN, 2009 ..................... 42
Figura 4.3 – Influência das falhas nas escavações subterrâneas............................................. 44
(a)Falha normal; (b) Falha inversa; (c) Falha transcorrente; (d) Falha obliqua,
UNB/GEOTECNIA, 2004.................................................................................................... 44
Figura 4.4 – Aspectos geomorfológicos de uma escarpa de recuo de falha,
UNB/GEOTECNIA, 2004.................................................................................................... 45
Figura 4.5 – Mecanismos de formação de dobras (a) Flambagem (b) Cisalhamento Simples,
UNB/GEOTECNIA, 2004.................................................................................................... 46
Figura 4.6 – Tipos de dobras: dobras Anticlinal e Sinclinal, UNB/GEOTECNIA, 2004 ....... 46
Figura 4.7 – Influência das juntas nas escavações subterrâneas - GOMES, 2012 .................. 48
Figura 4.8 – Influência das dobras nas escavações subterrâneas - GOMES, 2012 ................. 48
Figura 4.9 – Influência das juntas na instabilidade de túneis, GOMES, 2012 ........................ 50
Figura 4.10 – Frente de escavação inundada na escavação de túneis, GOMES, 2012 ............ 51
Figura 5.1 – Métodos de escavação em seções parciais, BASTOS, 1998 .............................. 57
viii
Figura 5.2 – Escavação em seções parciais – Tunel Barragem Norte, 2014........................... 57
Figura 5.3 – Desabamento de frente / topo na escavação de túneis, BASTOS, 1998 ............. 62
Figura 5.4 – Mecanismos de ruptura local e global, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 ............. 64
Figura 5.5 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G1, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 .... 64
Figura 5.6 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G2, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 .... 66
Figura 5.7 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G3, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 .... 66
Figura 5.8 – Mecanismos de rupturas de solo desplacante, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 ... 67
Figura 5.9 – Mecanismos de rupturas de solo corrediço, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 ...... 68
Figura 5.10 – Instrumentação no interior do túnel, GOMES, 2012 ....................................... 71
Figura 5.11 – Implantação de marcos topográfico, extensômetros e inclinômetros na seção de
um túnel, GOMES, 2012 ...................................................................................................... 72
Figura 6.1 – Método de Monte-Carlo, MAIA, 2007 ............................................................. 76
Figura 8.1 – Imagem aérea do local de implantação – eixo de implantação do tunel, 2013.. 102
Figura 8.2 – Seção S1 típica, implantada em maciço classe III/IV, ENGECORPS, 2009 .... 103
Figura 8.3 – Seção S2 típica, implantada em maciço classe II, ENGECORPS, 2009 ........... 103
Figura 8.4 – Vista da Sela e respectiva falha, local do embocamento do túnel, ENGECORPS,
2011 ................................................................................................................................... 105
Figura 8.5 – Geologia mapeada: 1 - Itabirito Cauê; 2 - Dolomitos ferruginosos Gandarela; 3 –
Filitos Prateados Piracicaba, ENGECORPS, 2011 .............................................................. 106
Figura 8.6 – Perfil longitudinal geológico, ENGECORPS, 2009 ........................................ 110
Figura 8.7 – Escala de índice de risco - modificado TEIXEIRA, 2009 ................................ 119
Figura 8.8 – Percentagem de valores referentes a cada área de risco ................................... 123
ix
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 3.1 – Classificação de Probabilidade de Riscos ......................................................... 30
Tabela 3.2 – Categorias de risco – Túnel NATM .................................................................. 33
Tabela 3.3 – Medidas de redução de riscos – Túnel NATM .................................................. 34
Tabela 3.4 – Matriz de Classificação de Riscos (adaptado) ................................................... 36
Tabela 4.1 – Principais colapsos em obras subterrâneas entre 1994 e 2010 ........................... 37
Tabela 4.2 – Instabilidade das juntas na estrutura de túnel (paralelo e oblíquo) ..................... 49
Fonte: GOMES, 2012
Tabela 4.3 – Instabilidade das juntas na estrutura de túnel (perpendicular) ........................... 49
Fonte: GOMES, 2012
Tabela 5.1 – Principais critérios de escavabilidade e parâmetros associados ......................... 55
Fonte: BASTOS, 1998
Tabela 5.2 – Tipos de ruptura que ocorrem em diferentes maciços rochosos sob .................. 60
diferentes níveis de tensão in situ Fonte: HOEK et al, 1995, (modificado) ............................ 60
Tabela 5.3 – Problemas, parâmetros, métodos de análise e critérios de ................................. 61
aceitabilidade em escavações subterrâneas Fonte: HOEK et al, 1995, (modificado).............. 61
Tabela 7.1 – Estrutura da metodologia probabilística de gerenciamento de riscos ................. 81
Tabela 7.2 - Influência das condições estruturais do maciço rochoso e do estado de tensões no
modo de ruptura Fonte: HOEK et al,1995 ............................................................................ 84
Tabela 7.3 - Sistema de classificação geomecânica RMR
Fonte:Bieniawski 1989, modificado ..................................................................................... 89
Tabela 7.4 - Correções e guias auxiliares para o sistema de classificação RMR
Fonte: Bieniawski 1989, modificado .................................................................................... 90
Tabela 7.5 - Guia para escavação e suporte para túneis com 10 m de largura de acordo com o
sistema RMR Fonte: Bieniawski 1989, modificado .............................................................. 91
Tabela 7.6 - Ábacos do GSI em maciços rochosos homogeneamente fraturados
Fonte: MARINOS & HOEK, 2000....................................................................................... 94
Tabela 7.7 - Ábaco para estimar o valor do GSI em maciços rochosos heterogêneos
(MARINOS & HOEK, 2000) ............................................................................................... 95
Tabela 7.8 – Parâmetros dos materiais modelo Fonte: ENGECORPS, 2011 ....................... 100
Tabela 8.1 – Relação das sondagens executadas e os respectivos quantitativos das perfurações
e dos ensaios executados Fonte: ENGECORPS, 2011 ........................................................ 107
x
Tabela 8.2 – Sistema de classificação de maciços rochosos Fonte: BIENIAWSKI, 1989 .... 112
Tabela 8.3 – Escala de gravidade, referente ao Dano (Si) ................................................... 120
Tabela 8.4 – Escala de controle de ocorrência, referente à frequencia (Oi)
Fonte: adaptado, TEIXEIRA, 2009 .................................................................................... 120
Tabela 8.5 – Escala de probabilidade, referente ao controle (Di)
Fonte: adaptado, TEIXEIRA, 2009 .................................................................................... 121
Tabela 8.6 – Aplicação da Ferramenta FMEA/FMECA no caso em estudo ........................ 122
Tabela 8.7 – Análise de dados de valores máximos e mínimos de índice de risco ............... 123
xi
NOMENCLATURA E SIMBOLOGIA
ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia
E Módulo de Elasticidade
GSI Geological Strength Index
HSE Health and Safety Executive
ITIG International Tunnelling Insurance Group
lm-1 Litros por minuto
MPa Megapascal
NATM New Austrian Tunnelling Method
PGR Plano de Gestão de Riscos
RQD Rock Quality Designation
RMR Rock Mass Rating
Rock Burst Ruptura violenta e espontânea de uma rocha
Squeezing Material rochoso de pouca resistência se desloca para o interior da
escavação do túnel sob a ação da gravidade e do elevado campo de
tensões existentes no maciço.
SM Sondagem Mista
SPT Standard Penetration Test
Coeficiente de Poisson
Peso Especifico
c Coesão
xii
ÍNDICE DO TEXTO
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 1
1.1 OBJETIVOS ............................................................................................................ 1
1.2 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO ........................................................................ 2
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO .............................................................................. 3
2 REVISÃO DOS CONHECIMENTOS ........................................................................... 5
2.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA ...................................................................................... 5
2.2 DEFINIÇÃO DE RISCO.......................................................................................... 9
2.3 QUALIFICAÇÃO DE RISCOS EM EMPREENDIMENTOS ................................ 12
2.4 GESTÃO DE RISCOS EM EMPREENDIMENTOS .............................................. 15
2.5 PROCESSOS DE GESTÃO DE RISCOS............................................................... 17
2.6 PRINCÍPIOS DA GESTÃO DE RISCOS ............................................................... 19
2.7 O PROCESSO DA GESTÃO DE RISCOS ............................................................ 20
3 GESTÃO DE RISCOS GEOTÉCNICOS .................................................................... 22
3.1 ASPECTOS GERAIS............................................................................................. 22
3.2 RISCOS EM OBRAS SUBTERRÂNEAS .............................................................. 23
3.3 IDENTIFICAÇÃO E GESTÃO DE RISCOS EM OBRAS SUBTERRÂNEAS ...... 24
3.4 OBJETIVOS E RESULTADOS NA GESTÃO DE RISCOS EM OBRAS
SUBTERRÂNEAS ................................................................................................ 26
3.5 PLANO DE GESTÃO DE RISCOS EM OBRAS SUBTERRÂNEAS .................... 29
4 COLAPSOS EM TÚNEIS E OBRAS SUBTERRÂNEAS .......................................... 37
4.1 SEGURANÇA, RUPTURA E COLAPSOS EM TÚNEIS. ..................................... 37
4.2 ESTADO ATUAL DO CONHECIMENTO ........................................................... 39
4.3 RECUPERAÇÃO DE RUPTURAS OU COLAPSOS EM TÚNEIS ....................... 40
4.4 POTENCIAIS CAUSAS DE COLAPSOS.............................................................. 43
4.4.1 CAUSAS GEOLÓGICAS IMPREVISTAS............................................................... 43
5 MECANISMOS DE RUPTURAS EM MACIÇOS ROCHOSOS ............................... 53
5.1 CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS ................................................... 53
5.2 CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE EM MACIÇOS ROCHOSOS .................... 54
5.3 MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO EM MACIÇOS ROCHOSOS ............................... 55
5.3.1 ASPECTOS GERAIS ......................................................................................... 55
5.4 MECANISMOS DE RUPTURA EM MACIÇOS ROCHOSOS .............................. 58
5.5 TIPOS DE RUPTURAS NA ESCAVAÇÃO DE MACIÇOS .................................. 63
xiii
5.5.1 ASPECTOS GERAIS ......................................................................................... 63
5.5.2 MECANISMOS DE RUPTURA GLOBAL G1 ........................................................ 64
5.5.3 MECANISMOS DE RUPTURA GLOBAL G2 ........................................................ 65
5.5.4 MECANISMOS DE RUPTURAS GLOBAIS G3 ...................................................... 66
5.5.5 MECANISMOS DE SOLO DESPLACANTE ............................................................ 67
5.5.6 MECANISMOS DE SOLO CORREDIÇO ................................................................ 67
5.6 MONITORAMENTO E CONTROLE .................................................................... 68
5.6.1 ASPECTOS GERAIS ......................................................................................... 68
5.6.2 INSTRUMENTAÇÃO ......................................................................................... 70
6 FERRAMENTAS SISTÊMICAS DE GERENCIAMENTO DE RISCOS ................. 73
6.1 ASPECTOS GERAIS............................................................................................. 73
6.2 ANÁLISE DE ÁRVORES DE EVENTOS ............................................................. 73
6.3 SIMULAÇÃO DE MONTECARLO ...................................................................... 75
6.4 ANÁLISE DE MODO DE FALHA EFEITO E CRITICALIDADE (FMEA/FMECA)77
6.4.1 ASPECTOS GERAIS .......................................................................................... 77
6.4.2 TIPOS DE FMEA ............................................................................................. 79
7 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA DE GERENCIAMENTO DE RISCOS .......... 81
7.1 CONCEITOS ......................................................................................................... 81
7.1.1 MECÂNICA DAS ROCHAS ................................................................................ 82
7.1.2 OBRAS SUBTERRÂNEAS .................................................................................. 83
7.1.3 METODO DE CLASSIFICAÇÃO ......................................................................... 86
7.1.4 MACIÇO COMO ELEMENTO ESTRUTURAL ........................................................ 96
7.1.5 SISTEMA DE SUPORTE ..................................................................................... 97
7.1.6 MONITORAMENTO ......................................................................................... 98
7.2 METODOLOGIA PROBABILÍSTICA DE PREVISÃO ........................................ 98
8 APLICAÇÃO DO MÉTODO A UM CASO DE ESTUDO ....................................... 101
8.1 ÁREA DE ESTUDO ............................................................................................ 101
8.2 ARRANJO GERAL DO TÚNEL ......................................................................... 102
8.3 ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS ...................................................... 105
8.3.1 ASPECTOS GERAIS ........................................................................................ 105
8.3.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS ................................................. 107
8.3.3 MODELO GEOMECÂNICO .............................................................................. 111
8.3.4 CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS .................................................... 111
8.4 MODELO FMEA/FMECA .................................................................................. 116
8.4.1 FASES DO DESENVOLVIMENTO DO FMEA/FMECA ...................................... 116
xiv
8.4.2 DEFINIÇÃO DE ESCALAS DE FMECA PARA APLICAÇÃO AO CASO DE ESTUDO 118
8.4.3 ANÁLISE DE DADOS ...................................................................................... 123
9 SÍNTESE, CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS .................................... 125
9.1 SÍNTESE E CONCLUSÕES ................................................................................ 125
9.2 IMPORTÂNCIA DO TRABALHO ...................................................................... 126
9.3 TRABALHOS FUTUROS ................................................................................... 127
REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 129
ANEXO I – FOTOS DOS TESTEMUNHOS ..................................................................... 135
ANEXO II – TABELA FMECA ......................................................................................... 144
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 OBJETIVOS
No âmbito da Engenharia Geotécnica, a construção de túneis e obras subterrâneas está
relacionada com um elevado grau de incerteza devido à complexidade e variabilidade
geológica, a qual afeta os custos, o período de construção, a segurança da obra e o impacto no
meio envolvente. Para abordar os efeitos destes elementos de incerteza, pretendem-se os
seguintes objetivos:
Apresentar a análise de riscos como parte comum e vital nos projetos e implantação de
túneis;
Mostrar a importância da aplicação metodológica de gestão de riscos na fase de
projeto e implantação das estruturas de um túnel devido as incertezas geológicas e
geotécnicas e suas consequências sobre as obras subterrâneas;
Entender os modos de ruptura em túneis, tanto os mecanismos do maciço como os
mecanismos da estrutura dos suportes e suas prováveis causas;
Mostrar as técnicas de avaliação de riscos geotécnicos e suas incertezas, classificando
os respectivos riscos;
A aplicação da gestão de riscos como medida de mitigação e controle das respectivas
incertezas;
Demonstrar a aplicabilidade do método a um caso de estudo, o túnel laranjeiras em
Brucutu, apresentando as conclusões e sugestões consideradas para o tema.
2
1.2 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO
Para a análise de riscos, justifica-se a necessidade de evolução e melhoramentos de técnicas e
metodologias de avaliação de riscos, bem como seu impacto no empreendimento como um
todo. Com isso, é importante a tomada de decisões mais conscientes, com capacidade de
sistematização das inúmeras variabilidades implícitas e assim formalizar o processo de
decisão, o que em muitos casos evitaria algumas das referidas situações indesejáveis.
Neste contexto, pretende-se apresentar a metodologia de gestão de riscos na fase de escavação
e execução da estrutura de um túnel com base nas incertezas geológicas e geotécnicas e as
suas consequências sobre as obras subterrâneas em geral. A observação e a monitorização da
escavação de túneis, em particular a identificação dos potenciais mecanismos de colapsos, é
uma atividade importante no acompanhamento contínuo das obras, pois permite observar a
sua estabilidade e, caso necessário, introduzir ajustes necessários ao projeto, mitigando assim
os potenciais riscos.
Pretende-se, ainda, apresentar a terminologia e a técnica da avaliação destes riscos
geotécnicos e as suas respectivas incertezas, a classificação desses riscos, o quadro das
condições geológicas e geotécnicas que poderão potenciar e, em consequência, a metodologia
para sua análise, adaptando-a às diferentes fases do projeto. Neste sentido, pretende-se
levantar e sistematizar as bases essenciais de um instrumento de identificação de riscos, para
que os intervenientes nos projetos de obras subterrâneas possam identificar antecipadamente
quais as condições geotécnicas produtoras de riscos e, também, meios de mitigá-los, de modo
que as suas consequências tenham o menor impacto nos custos e prazos das obras, e que estas
mantenham a sua segurança e funcionalidade.
Para a abordagem deste problema, é introduzido o conceito de risco e sua gestão na
perspectiva global, complementando com uma detalhada evolução histórica do mesmo. Serão
apresentadas, ainda, as definições de risco e tipos de riscos, os seus princípios, processos e
limitações. Será estudado, ainda, o conceito de gestão de riscos no contexto da geotecnia e
construção de túneis e obras subterrâneas, serão apresentados os mecanismos de gestão e
monitorização envolvidos nestas estruturas, tais como as medidas de controle e medidas
mitigadoras. Na abordagem desta temática, serão estudados os modos de ruptura dos túneis,
tanto os mecanismos do maciço como os mecanismos da estrutura dos suportes, os principais
3
modos de ruptura, os seus sintomas e as suas prováveis causas para que possam ser avaliados,
analisados e identificados através da monitorização dos trabalhos. Neste sentido, serão
apresentadas as análises e ferramentas necessárias para se lidar com os empreendimentos
desta natureza, relacionando-as com o contexto de construtibilidade e segurança da obra.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
Como estrutura deste trabalho, estão previstos nove capítulos, sendo tratada no primeiro
capítulo a introdução ao tema, enquadrando-o na situação atual e demonstrando a sua
relevância para o campo da geotecnia de tuneis. Serão definidos também os objetivos do
trabalho e a sua metodologia.
No segundo capítulo será feita uma evolução histórica da gestão de riscos até os dias de hoje e
serão explorados os diferentes tipos de riscos e a sua gestão. Será explicitado o conceito de
gestão de riscos em empreendimentos e os princípios e processos.
No terceiro capítulo será explicada a importância e aplicação da gestão de riscos no campo da
geotecnia, abordando a execução de obras subterrâneas, o plano de ação geral e as
componentes dessa gestão, assim como os critérios para sua aplicação.
Seguidamente, o quarto capítulo debruça-se sobre as situações de risco, nomeadamente
colapsos estruturais a que a obra está sujeita. Localiza-os em categorias, descrevendo as suas
potenciais causas, tanto naturais como humanas.
O quinto capítulo explica os vários mecanismos em que ocorrem esses colapsos, dividindo-os
em vários tipos conforme a forma do túnel, seus efeitos na escavação, bem como a
importância do seu monitoramento e controle.
O sexto capítulo apresentará as principais ferramentas para o controle e mitigação de riscos
que poderão ser usadas em obras geotécnicas de túneis, recorrendo a modelos matemáticos
aplicados ao caso em questão.
4
Já o sétimo capítulo decorre sobre a aplicação da metodologia de gerenciamento de riscos,
ressaltando os conceitos geotécnicos e os sistemas construtivos em obras subterrâneas.
Finaliza-se o mesmo, com a descrição da metodologia probabilística de previsão.
O oitavo capítulo debruça-se sobre a aplicação do método a um caso de estudo, o túnel
Laranjeiras em Brucutu, demonstrando a aplicabilidade das referidas ferramentas.
Por fim, no nono capítulo, são apresentadas as conclusões e sugestões consideradas para o
tema em questão.
5
2 REVISÃO DOS CONHECIMENTOS
2.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA
Desde o início, a humanidade lida com a vivência de perdas e ganhos decorrentes das
contingências, existindo inúmeras evidências históricas de como essa percepção foi encarada
e tratada. A possibilidade de perda, dano, desvantagem, destruição, perigo ou ameaça sempre
foram noções associadas na linguagem corrente ao risco.
Para muitos o risco é algo objetivo, com realidade própria, que será preciso “medir”. Uma
visão alternativa consistiria em admitir o risco como “uma mera construção linguística”,
quase “uma ilusão” coletiva que cada qual percebe de uma forma muito pessoal.
Numa análise entre risco e incerteza, podemos dizer que a incerteza é um dos aspectos do
risco. Contudo, dizemos que a diferença substancial entre eles são as consequências negativas
ligadas à noção de risco. Para tal, podemos descrever a seguinte expressão:
Esta expressão não pode ser entendida como a de um conceito de risco. Ela expressa que, se
dividíssemos os eventos da vida em “certos” e “incertos”, os “riscos” seriam eventos
“incertos” e “de consequências negativas” 1 (CLARET2, 2005, apud KAPLAN e GARRICK
p.12).
Numa outra análise, entre risco e perigo, os dicionários registram o sentido popular da
palavra, ou seja, o perigo como uma fonte de danos. Já o risco seria a probabilidade de danos
ou nível da probabilidade de danos, quando se diz “pouco risco” ou “muito risco”. Neste
1Nessa linha, poderíamos pensar no que seria um “evento certo”. Por exemplo, se você segura uma pedra com
a intenção de deixá-la cair em queda livre, é “certo” que ela cairá. Se ela cair sobre uma pessoa, há incerteza
sobre se lhe causará danos ou não (poderá ser um “risco” ou “não risco”). Se a pedra cair sobre uma fina rede,
atingir o solo será um “evento incerto” e, do mesmo modo, poderá causar danos ou não. 2“On the quantitative definition of risk” de Stanley Kaplan e John Garrick, Risk analysis, v. 1, n. 1, 1981.
6
sentido, podemos dizer que “perigo” é a fonte de danos e “risco” é a probabilidade do dano3
(CLARET, 2005, apud KAPLAN e GARRICK p.12).
O modo de tentar controlar o risco ou de dar resposta aos anseios, atenuando assim as
angústias e incertezas, foi importante para a gênese da atual gestão do risco. Assim, verifica-
se que a palavra “risco” derivou do termo latino “risicare”, na Idade Média, que significa
“atrever-se” ou “ousar”. Durante a era medieval, a sociedade era predominantemente
orientada por explicações baseadas na superstição e tradição, acolhendo a intervenção dos
deuses com os quais se poderiam estabelecer entendimentos relativos ao destino.
Sendo um conceito humano e social, o conceito de risco afirma-se na civilização ocidental a
partir do período do Renascimento, começando a ser usado num contexto específico
relacionado com os acidentes e perdas de vidas e mercadorias durante o comércio marítimo.
Este tipo de acidente nas rotas navais e prejuízos consequentes, levaram ao desenvolvimento
dos primeiros sistemas de seguros e impulsionaram o conceito de risco e o seu uso de forma
prática, substituindo a noção mais antiga de boa e má fortuna.
Nos séculos XVI e XVII o desenvolvimento da teoria e cálculo das probabilidades e da teoria
dos jogos de azar constituiu uma das condições indispensáveis para o desenvolvimento da
quantificação e gestão de risco. Os mais famosos pensadores matemáticos da época, como
Pascal4, Leibniz5, Huygens6, entre outros, estudaram a questão da indecisão perante a
3Deve-se registrar que é necessário certo esforço para distinguir a “fonte dos danos” da “probabilidade deles”
na linguagem comum. Da linguagem comum esse tipo de confusão migrou para a linguagem jurídica. Veja-se o
conceito de crime de perigo: “Os crimes de perigo causam um perigo de ofensa ao bem jurídico tutelado,
um perigo de dano.” LFG
4 Blaise Pascal (Clermont-Ferrand, 19 de Junho de 1623 — Paris, 19 de Agosto de 1662) foi um físico,
matemático, filósofo moralista e teólogo francês.
5 Gottfried Wilhelm Leibniz (Leipzig, 1 de julho de 1646 — Hanôver, 14 de novembro de 1716) foi um filósofo,
cientista, matemático, diplomata e bibliotecário alemão.
6 Christiaan Huygens (Haia, 14 de Abril de 1629 — Haia, 8 de julho de 1695) foi um físico, matemático,
astrônomo e horologista neerlandês.
7
incerteza, no contexto dos jogos, introduzindo conceitos importantes. Nos séculos seguintes, a
questão das probabilidades conhece desenvolvimentos notáveis e uma das componentes
fundamentais do significado do conceito de “risco” é associada ao significado filosófico das
probabilidades.
Durante esta época, foram os desenvolvimentos no conhecimento científico e na tecnologia,
aliados a uma nova ideologia econômica, que levaram a uma transformação e inovação no
conceito de gestão de risco. Nesta fase, o homem vai assumir as suas responsabilidades e
fazer uso dos conhecimentos e da racionalidade para fazer face aos perigos e incertezas. Com
o novo pensamento nacionalista, deu-se maior importância à compreensão e interpretação das
incertezas e à tentativa de estabelecer previsões, tomando decisões baseadas na razão.
Nos finais do século XIX e inícios do século XX, o aparecimento da industrialização
revolucionou a perspectiva do controle de riscos, na medida em que é acompanhada da
ambição de dominar os perigos e avarias nos novos sistemas mecânicos e elétricos, através da
ciência e da técnica. A análise de cenários teve uma evolução significativa com o
desenvolvimento do armamento durante as duas guerras mundiais, mais concretamente
durante o iminente conflito da guerra fria entre as duas maiores potências mundiais, os Estado
Unidos e a União Soviética.
Na evolução de conhecimento para o desenvolvimento da gestão de riscos, ressaltam-se os
modelos de decisão racional nos mercados financeiros e na economia do século XX, com
vários autores a darem suas contribuições importantes às questões das probabilidades
objetivas (probabilidade de ocorrência de um evento) e subjetivas (estimativa da viabilidade
da ocorrência de um evento), risco e incerteza, sorte, azar e responsabilidade e
comportamento dos agentes, consolidando assim a teoria da decisão em clima de incerteza.
Com isso, surge em 1950, o termo “Risk manager na Harvard Business Review”, impondo-se
o conceito de gestão de risco nas comunidades associadas à gestão financeira e aos seguros,
surgindo a “Risk and Insurance Management Society”.
8
A partir dos anos 70, graves acidentes a nível industrial e tecnológico aceleram o
desenvolvimento da gestão e análise de riscos, como Seveso7 (1976), Therr Mile Island8
(1979), Bhopal9 (1984), Challenger (1986) e Chernobyl 10 (1986). Relacionado com este
último acidente na indústria da energia nuclear, refinaram-se as metodologias e
procedimentos que estruturam a gestão do risco em empreendimentos, incluindo a engenharia.
Nos anos 90, a abordagem científica do risco já abrange genericamente todas as atividades
profissionais, pois os computadores pessoais facultaram uma grande capacidade de
acumulação e tratamento de dados.
Na passagem do século XX para o século XXI, a gestão e análise de risco é uma área em forte
desenvolvimento e expansão. Segundo Almeida, B. (2006), as características sociais e
culturais das sociedades ocidentais, os efeitos emergentes da globalização e as alterações
decorrentes das novas tecnologias intensificaram a importância geral do conceito de “risco”,
tornando-o numa característica forte de ideologias dominantes nos domínios da economia, da
tecnologia, da política social.
O relatório das Nações Unidas em 2004, relativo à redução de riscos em desastres, constituiu
um importante contributo para a relação entre risco e desenvolvimento, pois ao se ter em
conta o conceito de risco, é possível detectar situações de potencial perigo ou perda e, deste
modo, garantir a segurança e medidas eficazes de proteção, evitando acidentes e melhorando a
qualidade de vida das sociedades. Assim, o panorama atual propicia uma nova atitude na
organização de respostas face às incertezas e às exigências da sociedade contemporânea,
principalmente no que concerne à responsabilização pelas decisões e à participação pública.
7 Em Seveso, na Itália, um vazamento de dioxina causou a contaminação de 320 hectares, atingindo milhares
de pessoas e animais. Foi uma das maiores catástrofes ecológicas do mundo.
8 O acidente de Three Mile Island foi um derretimento nuclear parcial da Unidade 2 da central nuclear de Three
Mile Island, no condado de Dauphin, perto de Harrisburg.
9 A tragédia de Bhopal foi um desastre industrial que ocorreu na madrugada de 3 de dezembro de 1984,
quando 40 toneladas de gases tóxicos vazaram na fábrica de pesticidas da empresa norte-americana Union
Carbide.
10 É considerado o pior acidente nuclear da história, produzindo uma nuvem de radioatividade que atingiu a
União Soviética, Europa Oriental, Escandinávia e Reino Unido, com a liberação de 400 vezes mais contaminação
que a bomba que foi lançada sobre Hiroshima.
9
2.2 DEFINIÇÃO DE RISCO
Analisando os conceitos fundamentais de Risco, encontramos como Perigo ou possibilidade
de perigo; possibilidade de perda (DICIONÁRIO AURÉLIO, 1985); Combinação da
probabilidade de um evento anormal ou falha ocorrerem impactando o sucesso do projeto ou a
performance do sistema (VALERIANO, 2001); Possibilidade de perder ou ganhar econômica
ou financeiramente, de causar prejuízo físico ou gerar atraso como consequência de incerteza
associada à alteração de um particular curso de ação (RAFTERY, 1994); Possibilidade de
perda. (GITMAN, 1997).
Risco e incerteza caracterizam situações onde o resultado de um evento ou atividade é
provável. O risco tem duas componentes: a probabilidade de sua ocorrência e a grandeza ou
severidade do efeito indesejável. Assim, verifica-se que o risco é a possibilidade de arcar com
as consequências da ocorrência de um evento ou de circunstâncias e incertezas.
O conceito de risco desempenha um papel fundamental na sociedade contemporânea, pois tem
a capacidade de caracterizar ocorrências incertas, ou seja, desvios relativamente a situações de
referência, justificar opções e decisões (variável de decisão) e influenciar a qualidade de vida,
incentivando à proteção de pessoas e bens.
O significado atribuído ao conceito de risco, em geral, é a possibilidade de perigo de perda,
dano, desvantagem ou destruição de um objeto ou a ocorrência de uma situação. No entanto, a
definição de risco varia conforme seu campo específico de aplicação e com o contexto em que
este se realiza, havendo, portanto muitas maneiras de se realizar esta definição.
Tratando de uma maneira cartesiana, risco é a probabilidade de consequências negativas ou
perdas (por exemplo: mortes, ferimentos, danos materiais, rupturas sociais e econômicas,
degradação ambiental) resultante de interações entre perigos naturais e humano-induzidos
(H), condições de vulnerabilidade (V), e da falta de capacidade de moradores, comunidades e
instituições para responder (FCRes) e para recuperar-se (FCRec) de desastres. Assim, o risco
pode ser expresso por:
R=H*V*FCRes*FCRec
10
Alternativamente, a definição de risco pode ser expressa por meio das equações
convencionais:
R=H*V, R=H*V/C ou R=H*V*LC
Mas apenas se as variáveis V, C e LC forem adaptadas, respectivamente, para incluir a
capacidade de responder e recuperar-se.
Em qualquer tipo de empreendimento, há potencialmente a possibilidade de ocorrência de
eventos cujas consequências podem constituir quer oportunidades benéficas (positivo) quer
ameaças ao sucesso (negativo). A gestão de risco é crescentemente reconhecida como uma
metodologia que se preocupa com ambas as perspectivas, positiva e negativa. No campo da
segurança é geralmente aceito que as consequências são apenas negativas e, por isso, a gestão
de riscos de segurança foca-se na prevenção e mitigação do dano e/ou do prejuízo.
De forma a ultrapassar e resolver as ambiguidades, HUBBARD, (2009) propõe as seguintes
definições, associando ao risco fundamentalmente as consequências negativas dos eventos:
Incerteza – Ausência de certeza completa, o que implica a existência de mais do que
uma possibilidade. O verdadeiro resultado (ou consequência, ou estado, ou valor) não
é conhecido.
Medição da incerteza – Um conjunto de probabilidades atribuído a um conjunto de
possibilidades. Por exemplo: “Há 70% de possibilidades de o mercado duplicar em 5
anos”.
Risco – Uma situação de incerteza em que algumas das possibilidades envolvem
perdas, acidentes ou outras consequências indesejáveis.
Medição do risco – Um conjunto de possibilidades a cada uma das quais estão
associadas uma probabilidade quantificada e um conjunto de perdas quantificado. Por
exemplo: “Há 30% de probabilidades que o poço de petróleo proposto não tenha
produção, o que se acontecer gera uma perda de 12 milhões de euros nos custos da
prospecção exploratória”.
Segundo estas definições, pode haver incerteza sem risco, mas não risco sem incerteza. A
então chamada definição objetiva ou técnico-científica de risco é aquela que interessa para o
11
presente trabalho. Esta define os riscos como problemas futuros que podem ser evitados ou
mitigados, em contraposição com os problemas presentes que têm que ser imediatamente
enfrentados. Nesta perspectiva, o risco é uma medida composta pela probabilidade de um
acontecimento perigoso e receado, com uma determinada magnitude de impacto, e a
intensidade das consequências do evento (efeitos, danos, prejuízos, etc.).
Numa visão do ciclo de vida do risco, entende-se que, na sua identificação seguida das
tratativas necessárias, o mesmo tende a reduzir.
Figura 2.1 – Risco e suas Fases, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30.
Possíveis eventos favoráveis > oportunidades;
Possíveis eventos desfavoráveis > riscos.
12
Figura 2.2 – Risco e seu Ciclo de Vida, ASSIS, 2013 (modificado) p. 15.
Figura 2.3 – Risco e a integração com outras áreas, ASSIS, 2013 (modificado) p. 20.
2.3 QUALIFICAÇÃO DE RISCOS EM EMPREENDIMENTOS
Os riscos identificados deverão ser qualificados na sua probabilidade de ocorrência e impacto
ou gravidade dos seus resultados. Sendo assim temos:
Como avaliar os riscos no empreendimento?
Os impactos dos riscos no empreendimento são relevantes?
13
Como mensurar as probabilidades?
Simulação é útil? Por quê?
Probabilidade:
Baixa = A probabilidade de ocorrência do risco pode ser considerada pequena ou
imperceptível (menor que 20%);
Média – Existe uma probabilidade razoável de ocorrência do risco (probabilidade
entre 20 e 60%);
Alta – O risco é iminente (probabilidade maior que 60%).
Gravidade:
Baixa – O impacto do evento de risco é irrelevante para o empreendimento, tanto em
termos de custo, quanto de prazos, podendo ser facilmente resolvido;
Média – O impacto do evento de risco é relevante para o empreendimento e necessita
de um gerenciamento mais preciso, sob pena de prejudicar os seus resultados;
Alta – O impacto do evento de risco é extremamente elevado e, no caso de não existir
uma interferência direta, imediata e precisa da equipe no empreendimento, os
resultados serão seriamente comprometidos.
Figura 2.4 – Matriz de Risco, ASSIS, 2013 (modificado) p. 10.
14
Figura 2.5 – Análise qualitativa de riscos 2D, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30
Figura 2.6 – Análise qualitativa de riscos 3D, ASSIS, 2013 (modificado)
15
2.4 GESTÃO DE RISCOS EM EMPREENDIMENTOS
Tendo em conta que o risco não pode ser totalmente eliminado, é necessário geri-lo. Este
processo consiste em avaliar, controlar, mitigar, planejar, prevenir, proteger e preparar
respostas a crises.
Neste processo, a gestão de riscos é geralmente definida como o processo de tomada de
decisão integrando os resultados obtidos da avaliação do risco de modo a deduzir as medidas
preventivas adequadas à situação, como novas regras ou planos de emergência, esperando a
ocorrência de determinados eventos. Portanto, este processo tem como principal objetivo a
redução e controle dos riscos para níveis aceitáveis, redução da incerteza na tomada de
decisões e o aumento de confiança da população nestas decisões. Este procedimento pode ser
dividido num conjunto de atividades:
Avaliação do risco – Processo geral de avaliação e coleta de informações sobre riscos;
Análise do risco – Utilização sistemática de informações para identificar origens
precisas, como objetos ou atividades potenciadoras de consequências, e para estimar o
risco através da atribuição de valores para a probabilidade e consequência desses
riscos;
Aceitação do risco – A decisão de aceitar o risco;
Tratamento do risco – Processo de seleção e de implantação de medidas para
modificar o risco. Estas medidas passam por recusar uma situação de insegurança e
removê-la, tomar decisões para minimizar as consequências negativas e maximizar as
consequências positivas, partilhar com outra parte o lucro ou prejuízo gerado por uma
situação de risco e assumir o lucro e a perda causados por uma condição de
insegurança;
Comunicação dos riscos – Troca ou partilha de informação sobre o risco entre o
indivíduo que toma a decisão e qualquer pessoa, grupo ou organização que podem
afetar, serem afetados ou sentir-se afetados pelo risco.
No quadro abaixo, é apresentada a visão geral do processo de gestão de riscos, suas várias
fases e a caracterizando de forma generalizada em quaisquer empreendimentos. O
procedimento a seguir, desde a identificação do risco até a sua resolução, deve incluir todas
estas etapas.
16
Figura 2.7 – Visão Geral do Processo de Gestão de Riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk
Management (modificado)
A gestão dos riscos é um processo através do qual se analisam, metodicamente, os riscos
associados às atividades de uma organização com o objetivo de alcançar uma situação
sustentável propiciando o aumento da probabilidade de sucesso, isto é, a redução do insucesso
e da incerteza, no que respeita à possibilidade de serem alcançados os objetivos globais da
organização.
Esta gestão deve ser um processo contínuo e em constante desenvolvimento que se integre
completamente na estratégia da organização, devendo fazer parte da cultura desta, sendo
assumida aos seus diferentes níveis, de forma a ser adequada ao papel desempenhado por cada
interveniente ou colaborador. A sua implantação de forma adequada, deverá contribuir
eficazmente para a definição das responsabilidades, para a avaliação dos desempenhos e para
a definição dos proveitos, sendo, consequentemente, fator de promoção da eficiência
operacional em todos os níveis.
A prática da implantação dos processos de gestão de riscos requer sempre muita experiência e
conhecimento na área em questão, podendo o tratamento e a gestão de riscos serem realizados
das mais diversas formas, algumas mais concisas que outras. Deve-se ter sempre presente a
diferença entre risco e incerteza, em que, como foi referido, o risco deverá ser sempre medido
através do produto das interações entre perigos naturais e humano-induzidos, as condições de
vulnerabilidade, e da falta de capacidade de resposta e para recuperar-se. Enquanto há quem
17
defenda que a avaliação qualitativa de riscos é subjetiva e pouco consistente, também se pode
afirmar que a avaliação quantitativa pode carecer de sentido se os números a que se chega
tiverem um suporte reduzido da realidade.
A má avaliação e organização de riscos, em termos de prioridades, podem causar perdas de
tempo desnecessárias por se considerarem como riscos de perdas acontecimentos que não são
admissíveis. Ao avaliar e tratar riscos admissíveis, temos os recursos consumidos, que
poderiam ser usados em situações mais rentáveis. Por outro lado, conferir todos os processos
associados à gestão de riscos, com o mesmo grau de prioridade, pode fazer com que uma
organização tenha dificuldade em lhe dar início e, se uma vez iniciados, a impossibilidade de
concluí-los.
2.5 PROCESSOS DE GESTÃO DE RISCOS
A ISO 31000 (International Organization for Standardization) define o risco como sendo
“the effect of uncertainly on objectives”, ou seja, a consequência da incerteza, positiva ou
negativa, no alcance de objetivos. O quadro seguinte apresenta uma combinação útil entre
riscos e os correspondentes objetivos para os diferentes tipos de gestão de riscos.
No quadro a seguir, demonstra-se a estrutura e o processo de gestão de riscos, demarcando
seus princípios e valores, dentro do processo de decisão.
18
Figura 2.8 – Estrutura e processo de gestão de riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk
Management (modificado)
Entende-se como pilares do sistema de gestão de riscos, a necessidade de que os valores
sejam protegidos, fazendo parte de todos os processos organizacionais e das tomadas de
decisão. De maneira mais abrangente, existem, ainda, os riscos denominados intangíveis, que
são associados a atividades de produção de bens e serviços, sendo posteriormente indicada a
importância para estes riscos, com uma probabilidade de ocorrência de 100%.
Contudo, são ignorados ou não são tidos em conta pelas organizações, devido à falta de
capacidade para identificá-los adequadamente. Alguns exemplos de riscos intangíveis são:
Quando na análise de uma dada situação se utilizam dados deficientes, materializa-se
um risco que se designa por risco de conhecimento;
Na ocorrência de uma relação difícil entre colaboradores de uma equipe, dá-se o
denominado risco de relacionamento;
Estabelece-se um risco de processo quando se aplicam procedimentos operacionais
inadequados.
A consequência destes riscos é uma redução direta da produtividade, o que resulta num
decréscimo dos lucros, dos benefícios e qualidade do serviço, da reputação, da marca
19
comercial e dos salários. A identificação destes riscos e a sua correta gestão potenciam a
criação imediata de valor.
2.6 PRINCÍPIOS DA GESTÃO DE RISCOS
Para que uma gestão de riscos seja eficaz, a ISO 3100011 identifica os seguintes princípios
gerais da gestão de riscos que cada organização deve cumprir:
Proteger e criar valor – A gestão de riscos contribui para a realização demonstrável
dos objetivos e para a melhoria do desempenho referente, por exemplo, à segurança e
saúde das pessoas, à conformidade legal e normativa, à aceitação pública, à proteção
do meio ambiente, à qualidade do produto, à gestão de projetos, à eficiência nas
operações e à reputação da organização.
Integrar-se de forma harmoniosa no processo organizacional – A gestão de riscos não
é uma atividade autônoma separada das principais atividades e processos da
organização. A gestão de riscos faz parte das responsabilidades da administração e é
parte integrante de todos os processos organizacionais, incluindo o planeamento
estratégico e todos os processos de gestão de projetos.
Fazer parte dos processos de tomada de decisão – A gestão de riscos auxilia quem
toma as decisões a fazer escolhas conscientes, antecipar ações e optar por formas
alternativas de ação.
Tratar diretamente a incerteza – A gestão de riscos, explicitamente, leva em
consideração a incerteza, a sua natureza e a forma como ela pode ser tratada.
Ser sistemática e estruturada – Uma abordagem sistemática, oportuna e estruturada
para a gestão de riscos contribui para a eficiência e para a obtenção de resultados
consistentes, comparáveis e confiáveis.
Basear-se na informação disponível credível – O processo de gestão de riscos deve
basear-se em fontes de informação, tais como dados históricos, experiências,
cooperação de partes interessadas, observações, previsões e opiniões de especialistas.
Ao longo deste processo, quem toma as decisões deve informar-se e ter em
consideração quaisquer limitações dos dados ou dos modelos utilizados, ou a
possibilidade da divergência entre especialistas.
11 Gestão de Riscos – Princípios e diretrizes.
20
Ser específica, sob medida (adaptada ao contexto) – A gestão de riscos está alinhada
com o contexto interno e externo da organização e com o perfil do risco.
Ter em consideração os fatores humanos e culturais – A gestão de riscos deve
reconhecer as capacidades, percepções e intenções do pessoal interno e externo, pois
podem facilitar ou dificultar a realização dos objetivos da organização.
Ser transparente e inclusiva – O envolvimento apropriado e oportuno das partes
interessadas e, em particular, de quem toma as decisões em todos os níveis da
organização, assegura que a gestão de riscos permaneça pertinente e atualizada. O
envolvimento também permite que as partes interessadas sejam devidamente
representadas e que as suas opiniões sejam tomadas em consideração na determinação
dos critérios de risco.
Ser dinâmica, iterativa e adaptável às mudanças – A gestão de risco deve ser sensível e
adaptável às mudanças. À medida que acontecem eventos externos e internos, o
contexto e o conhecimento modificam-se, realiza-se nova monitorização e a análise
crítica de riscos, novos riscos surgem, outros se modificam e alguns desaparecem.
Ser capaz de incorporar melhoramentos e alargamentos contínuos – É benéfico que as
organizações desenvolvam e implantem estratégias para melhorar a sua maturidade na
gestão de riscos juntamente com todos os demais aspectos da organização.
2.7 O PROCESSO DA GESTÃO DE RISCOS
Novamente, conforme a norma ISO 31000 “Risk management – Principles and guidelines on
implementation”, o processo de gestão de riscos comporta várias etapas, assim organizadas:
1. Identificação do processo de gestão;
2. Planejamento do processo de gestão;
3. Mapeamento do seguinte:
a. O âmbito social da gestão de riscos;
b. A identidade e os objetivos das entidades envolvidas ou interessadas;
c. As bases em relação às quais se procede à avaliação dos riscos e definição dos
eventuais constrangimentos.
4. Definição do enquadramento para a atividade e de uma agenda para a identificação;
5. Desenvolvimento da análise de riscos envolvidos no processo;
21
6. Mitigação de riscos usando os recursos tecnológicos, humanos e organizacionais
disponíveis.
Figura 2.9 – Processo de Gestão de Riscos, ASSIS, A. 2013 (modificado)
Conforme figura acima, o processo de gestão de riscos é um processo iterativo em que nas
sucessivas fases se aplica uma sequência de operações similar, mas adaptada a cada fase. O
mais importante neste processo é a aprendizagem que passa para a fase seguinte.
Assim, em cada fase incorporam-se as informações recolhidas e as conclusões a que se
chegou nas demais fases que a precederam. Este processo passa pela avaliação do risco, onde
este deve ser identificado, estimado e analisado, a tomada de decisões e o seu controle e
mitigação, onde se pretende reduzir o risco e dar resposta caso o evento ocorra. Estas fases
estão sempre interligadas, conforme figura acima. A comunicação entre todas as partes
envolvidas deve ser efetuada durante as fases da sua apreciação do risco, tomada de decisões
e de controle e mitigação, assim como a percepção pública deve ser sempre tida em conta
durante praticamente todas as fases de gestão do risco.
22
3 GESTÃO DE RISCOS GEOTÉCNICOS
3.1 ASPECTOS GERAIS
A ocorrência de processos geológicos-geotécnicos (escorregamentos, erosão, solapamento de
margens, assoreamento, inundação, colapsos e subsidências) afeta praticamente todas as
regiões brasileiras, tanto em áreas urbanas como rurais e empreendimentos. Esses processos,
além dos evidentes danos econômicos e ambientais, podem levar à perda de vidas humanas.
Apesar da importância do assunto, é necessário ter em conta que a aplicação de qualquer
sistema de gestão de riscos geotécnicos não é uma garantia de que nada correrá mal no âmbito
do processo de concepção, desenvolvimento e construção dos empreendimentos. No entanto,
a implantação do sistema de gestão de riscos em grandes empreendimentos é sempre
aconselhável para que se encontrem soluções para prevenir desvios indesejáveis decorrentes
do imponderável geológico.
Os métodos explícitos de gestão de riscos geotécnicos são recentes e ainda carecem de
melhoramentos. Todos os esforços que possam contribuir para o seu desenvolvimento são
benéficos, pelo que é recomendável a atualização e a troca de experiências obtidas de práticas
anteriores e, ainda, com a informação vinda de outros setores e disciplinas. As obras
subterrâneas são aquelas cuja componente geológica e geotécnica é de importância capital,
onde se tem constatado grandes desvios, quer de custos quer de prazos de execução
decorrentes das incertezas geológicas e geotécnicas. Assim, é aconselhável investir-se mais na
eliminação/redução das incertezas, através de investigação mais exaustiva previamente, do
projeto à execução.
O grande número de obras subterrâneas, principalmente as urbanas, em execução no mundo
podem gerar acidentes, e para evitá-los ou minimizar seus impactos é necessário seguir uma
série de critérios, como os que estão expostos no Código de Prática para o Gerenciamento de
Riscos em Obras de Túneis, iniciativa do “The International Tunnelling Insurance Group” 12
(ITIG), das mais relevantes para se alcançar maior segurança neste tipo de obra de
engenharia. 12 (ITIG) - Grupo internacional de seguros de tuneis, ligado a International Tunnelling Association (ITA).
23
3.2 RISCOS EM OBRAS SUBTERRÂNEAS
Obras subterrâneas sempre apresentam risco mais elevado do que obras a céu aberto, por se
lidar com materiais geológicos que, por mais detalhada que seja a investigação prévia de
campo e laboratório, sempre podem apresentar alguma característica não prevista
inicialmente, e que só será detectada na construção. O risco geológico é sempre presente em
obras subterrânea, (PASTORE 2009).
Com esta característica peculiar, o gerenciamento de riscos tem de prever o imprevisível,
antecipar possíveis anomalias e características geotécnicas e geológicas, ao longo do traçado
dos túneis e obras subterrâneas, e que poderão resultar em impactos e aumento dos riscos na
construção destas obras de engenharia. Só há riscos comparáveis aos de obras subterrâneas na
engenharia, em obras hidráulicas e marítimas, em que as forças da natureza, por sua
característica intrínseca de imprevisibilidade, desempenham papel relevante.
Os riscos geológicos, geotécnicos e impactos nas construções subterrâneas sempre ocorrem e
são maiores nas escavações de grande porte. Para reduzi-los, é necessário examinar a
probabilidade dos riscos possíveis (quais riscos podem efetivamente se concretizar),
identificar os riscos a serem superados diante de desconformidades geotécnicas e geológicas
graves, e se estruturar quanto às respostas aos riscos em casos concretos.
A propensão ao risco é subjetiva á indivíduos e empresas com maior propensão ao risco, e
indivíduos e empresas com menor propensão ao risco. Numa obra subterrânea típica em
rocha, aqueles com menor propensão ao risco irão certamente exagerar na adoção de medidas
de suporte (tirantes e chumbadores). Aqueles com maior propensão ao risco irão pelo lado
oposto – adotar medidas de suporte aquém do necessário e conviver com o risco de queda de
blocos, ou mesmo de um colapso do túnel.
No caso de túneis há riscos nas etapas de construção e operação. Um exemplo claro foi o
colapso na escavação do túnel da linha 4 (amarela) na estação de Pinheiros, em São Paulo, em
2005, onde houve perdas de vidas. Na ocasião, foram analisados os documentos de licitação e
investigação geológica-geotécnica, projeto executivo (retro-análise), instrumentação, controle
de qualidade e o plano de contingência.
24
Na categoria de riscos na operação, há diversos tipos de acidentes que podem ocorrer, e o
mais comum (e possivelmente também o mais perigoso) é a ocorrência de incêndios, com
grande potencial de vítimas. No Túnel Montblanc, na Europa, incêndio recente provocou
dezenas de vítimas, e no Túnel do Canal da Mancha, danos causados ao revestimento por um
incêndio recente pararam a operação por vários meses, causando grande prejuízo à empresa
concessionária desta ligação.
A construção deste tipo de obras mostrou que ocorrem desvios com o aumento dos encargos
financeiros e expansão dos períodos de execução. É do conhecimento geral que ocorrem
inúmeros incidentes neste tipo de obras e também a importância das suas consequências no
processo de construção, pelo que a execução de um túnel exige o máximo de atenção de todos
os intervenientes na construção no sentido de prevenir estes acontecimentos.
3.3 IDENTIFICAÇÃO E GESTÃO DE RISCOS EM OBRAS SUBTERRÂNEAS
Segundo KOCHEN (2009) um bom plano de identificação de riscos começa com perguntas
que vão direcionar o nosso olhar para estas questões:
1) O que é risco para esta obra subterrânea específica? Ex., um túnel não urbano pode
gerar recalques elevados sem nenhuma consequência, e esta mesma característica em
obra urbana não é aceitável pela interferência com as edificações e utilidades
subterrâneas ao longo do traçado.
2) Como percebo que existem riscos? Os riscos são inevitáveis, não são bons nem maus,
são simplesmente parte de qualquer empreendimento de engenharia. Devem ser
gerenciados: identificados, reduzidos, e se possível eliminados.
3) Quais riscos devo aceitar? Quais devo rejeitar? A definição de um nível de risco
máximo cabe às entidades envolvidas no empreendimento (proprietário, construtor,
comunidades afetadas e usuários), lembrando que a noção de risco é subjetiva, tanto o
nível de risco aceitável como os riscos que precisam ser rejeitados, é algo que deve ser
definido por um colegiado.
4) Como fazer para não ficar inconsciente dos riscos? A monitoração, acompanhamento e
supervisão técnica, e avaliação constante do projeto e construção fazem parte dos
procedimentos de gerenciamento e minimização de riscos.
25
O risco, em qualquer empreendimento de engenharia, é composto de três elementos:
probabilidade de ocorrência, escolha e consequência. Controles são políticas,
procedimentos, práticas ou estruturas organizacionais projetados e implantados de
forma a prover uma garantia razoável de que os objetivos do empreendimento serão
atingidos, e que eventos indesejáveis serão detectados e corrigidos, em tempo hábil.
Os projetos usuais de obras subterrâneas compreendem as seguintes fases: a fase preliminar
de estudo de viabilidade econômica; discussões das necessidades de desapropriações e
impactos ambientais e urbanos prováveis, bem como envolvimento com o meio urbano;
projeto básico e quantitativo; elaboração do Termo de Referência e licitação; projeto
executivo; execução, acompanhamento e fiscalização da obra. Em todas estas fases, e desde o
início, é necessário introduzir os conceitos de gerenciamento de riscos, através de sistemas de
controle adequados, para evitar nível de risco elevado na construção e operação do
empreendimento (KOCHEN, 2009).
Toda esta sistemática é consolidada em um plano de gestão de riscos para as obras
subterrâneas do empreendimento, que inclui uma sequência obrigatória de atividades. O plano
de gestão de riscos é essencial para reduzir riscos em obras subterrâneas atuais. Isto porque as
tendências gerais na indústria da construção, que prevalecem nos contratos atuais,
aumentaram em muito o nível de risco em relação ao que ocorriam décadas atrás.
Hoje a indústria de construção subterrânea tem de lidar com: métodos construtivos de alto
risco; tendência para contratos de preço global; condições de contratos unilaterais;
cronogramas apertados; orçamentos financeiros baixos. Os fatores expostos aumentam o nível
de risco na construção e operação do empreendimento, tornando necessária a elaboração e
implementação do plano de gestão de risco em cada obra subterrânea, para se obter níveis de
risco aceitáveis.
26
Figura 3.1 – Atividades do Plano de Gestão de Riscos de Obras Subterrâneas,
KOCHEN, 2009
3.4 OBJETIVOS E RESULTADOS NA GESTÃO DE RISCOS EM OBRAS
SUBTERRÂNEAS
É necessário, para cada empreendimento de obra subterrânea, estabelecer padrões mínimos de
avaliação de riscos e procedimentos de gerenciamento de riscos. Para isto, é necessário definir
claramente as responsabilidades das partes envolvidas, para reduzir as probabilidades de
perdas, bem como o número e tamanho das demandas (claims).
Após o acidente de Heathrow, o Health and Safety Executive13, analisou casos históricos
recentes de ruptura ou colapso de túneis. O HSE (1996) analisou 39 acidentes de 1973 a 1994,
que foram classificados em cinco causas principais de ruptura: (1) causas geológicas não
prognosticadas (esta causa é diferente de imprevisível, ou seja, trata-se de uma causa
geológica para o acidente que poderia ter sido prevista, mas não o foi, por algum motivo); (2)
erros de projeto, especificação e planejamento; (3) erros numéricos ou de cálculo; (4) erros de
construção; (5) erros de controle e gerenciamento.
Os procedimentos de gerenciamento de riscos em obras subterrâneas devem envolver as
seguintes etapas de atividades: detecção de risco e ação corretiva; risco conceitual;
recomendações para incremento da segurança; questionário (complementação de
informações); lista de verificação (check list).
13 (HSE) - Health and Safety Executive - Órgão do Ministério do Trabalho da Inglaterra.
27
O procedimento de detecção de risco e ação corretiva é ilustrado pela figura 3.2, e mostra que,
ocorrendo o evento adverso ou desfavorável na construção do túnel, o incremento de risco
deve ser avaliado e tratado com medidas mitigadoras o mais rapidamente possível, antes que o
risco cresça e saia do controle (causando um acidente, colapso etc.).
Figura 3.2 – Procedimentos de detecção e ação corretiva para Gestão de Riscos
em túneis, KOCHEN, 2009
O risco conceitual define os níveis de risco no projeto, construção e operação da obra
subterrânea. A etapa onde é possível se obter a maior redução no nível de risco da obra
subterrânea é no projeto (fase pré-construção). Na fase de construção o risco deve se situar
abaixo do nível de risco aceitável, e na fase de operação este risco deve ser menor ainda,
lembrando que os riscos operacionais frequentemente são diferentes dos riscos construtivos
(por exemplo, colapso na fase de construção versus incêndio na fase de operação).
É importante que o gerenciamento de riscos utilize ferramentas de análise de riscos e de
decisão, analisando os problemas geotécnicos de obras subterrâneas de uma forma mais
estruturada e formal, com o objetivo de minimizar os riscos. Com este procedimento, as
decisões deixam de ser intuitivas e empíricas e passam a ser mais estruturadas. Evita-se, desta
forma, correr riscos sem a análise de suas consequências.
A execução de obras subterrâneas, sejam em “cut and cover”, em poços ou túneis NATM, não
é uma tecnologia isenta de riscos, em que pesem os avanços tecnológicos dos últimos
28
anos. É necessário um acompanhamento diário das condições geológicas e geotécnicas
encontradas na escavação, para adaptação a condições alteradas em relação às previstas
inicialmente, ou na hipótese de serem encontradas condições anômalas.
O aparecimento de condições geológico-geotécnicas diferentes das previstas dá margem a
uma série de riscos, que podem ser desastrosos para o empreendimento se não forem
corretamente enfrentados, gerenciados e otimizados. Portanto, a construção de obras
subterrâneas tem sempre que antever a necessidade de uma gestão de níveis de risco
significativos, para a escolha de métodos construtivos, de suporte e tratamento dos maciços
que levem a um nível adequado de segurança para a obra.
Segundo KOCHEN (2009), os pontos chaves para gestão de riscos de obras subterrâneas são:
(1) identificar os riscos antecipadamente; (2) reconhecer os riscos de imediato, assim que seus
sinais se manifestarem; (3) gerenciar os riscos através de um Plano de Gestão de Riscos
(PGR), através de uma metodologia transparente e efetiva, que deverá ser adotada nos
estágios iniciais de projeto e construção, minimizando a ocorrência de riscos e/ou mitigando
suas consequências.
Um PGR14 típico para uma obra de escavação subterrânea urbana engloba os seguintes
aspectos: identificação de riscos; avaliação, qualificação e quantificação de riscos; mitigação
de riscos (definição das respostas aos riscos identificados, incluindo escolhas corretas de
projeto e construção); avaliação de riscos residuais (após medidas de mitigação); pré-projeto
de contra medidas para a gestão de riscos residuais durante a construção.
O PGR é elaborado para gerenciar adequadamente os riscos residuais, os riscos aceitáveis, e
quaisquer novos riscos que possam surgir no decorrer do empreendimento. O plano de gestão
de riscos requer o pré-projeto das contramedidas (medidas de contingência), bem como das
regras para ativação das medidas de contingência em cada etapa de construção. Além disto, o
plano de gestão de riscos deve ser dinâmico, ou seja, continuamente revisado e atualizado (no
caso de túneis, com frequência diária).
Para KOCHEN (2009), na gestão de riscos de obras subterrâneas é importante ressaltar que:
(1) análise de obras subterrâneas e gestão de risco são mutuamente dependentes e devem
14 (PGR) – Plano de Gestão de Riscos
29
ocorrer simultaneamente, passo a passo; (2) uma avaliação de risco correta e válida, deve e
pode ser obtida, somente com um correto entendimento do projeto e processo construtivo, o
que só é possível com uma equipe de especialistas, consultores e engenheiros experientes no
acompanhamento diário da obra; (3) um projeto criterioso e robusto de obra subterrânea, só
pode ser obtido se elaborado dentro de um enfoque de gestão de riscos.
Como consequência do exposto, é fundamental atender aos seguintes aspectos: o projeto
básico da obra subterrânea e do seu método construtivo, sistemas de contenção, tratamentos
de solo etc., é a medida mais eficaz possível para reduzir os níveis de risco iniciais do
empreendimento. Para tanto, é necessário e importante implementar a análise crítica e de
riscos do projeto, bem como a gestão sistemática e contínua dos riscos durante a construção.
No projeto inicial o empreendedor deve definir o nível de risco, inicial e durante a construção,
que julga aceitável e que está disposto a correr. A escolha correta do método construtivo para
a obra subterrânea é a primeira e mais importante medida de redução/mitigação de risco, ou,
colocando de outra forma, a resposta primária para os principais riscos identificados.
3.5 PLANO DE GESTÃO DE RISCOS EM OBRAS SUBTERRÂNEAS
Uma obra subterrânea é uma atividade interativa que deve observar, entre outros aspectos
relevantes: a comparação entre o previsto e o observado (revelado pela escavação e seu
acompanhamento/monitoração diários); modificação e ajuste do projeto inicial para a
realidade observada, que evolui com a obra e suas escavações, através de um processo
dinâmico e continuo (implementação do projeto inicial, monitoração da escavação,
acompanhamento de obra, e otimização do projeto), até o termino da obra.
Em consequência, a escavação e seu controle devem ser parte integral do seu processo
construtivo para minimizar riscos. Segundo os princípios de gestão de riscos, antes de se
iniciar o projeto e construção de uma obra subterrânea, deve-se, como primeiro passo,
identificar riscos potenciais relacionados ao processo de escavação (geologia & geotecnia,
projeto e método construtivo), e avaliar a probabilidade de sua ocorrência, bem como as
consequências potenciais (impactos, danos). Como segundo passo, deve-se decidir se o nível
de risco identificado requer a aplicação de medidas de mitigação/redução de riscos. Se
30
necessário, o terceiro passo consiste na definição e pré-projeto destas medidas de
mitigação/redução de riscos, para eventual ativação e uso durante a construção.
Tabela 3.1 – Classificação de Probabilidade de Riscos
FREQUÊNCIA/PROBABILIDADE
< 10% Baixo Baixo
10 - 50% Médio Médio
> 50% Alto Alto
Fonte: KOCHEN, 2009
A aplicação de um PGR demanda que o projeto seja sempre acompanhado e verificado
durante a escavação, ou seja, o método é dinâmico, com atualização contínua dos parâmetros
de projeto e construção das obras subterrâneas a serem executados, com base nos resultados
de trechos já construídos.
Em suma, os princípios de um PGR são os seguintes: (a) Previsão – Análise crítica e de riscos
do projeto inicial e pré-definição de medidas de mitigação/redução de riscos; (b) Monitoração
do comportamento, através de mapeamento da frente de escavação e instrumentação – Obras
subterrâneas, maciço adjacente e estruturas lindeiras; (c) Otimização do projeto; (d) Aplicação
de medidas pré-definidas.
O escopo de um plano de gestão de riscos (PGR) para esta obra é identificar principais riscos
a serem mitigados, e eventuais contingenciamentos/provisionamentos de verba, para fazer
frente a estes riscos, caso a obra conte (ou não) com seguros para cobrir os riscos
identificados. Para isso, é necessário elaborar procedimentos técnicos, de modo a resultar um
projeto otimizado das obras subterrâneas, que serão instrumentais para gerenciar riscos
residuais durante a construção. O PGR específico para cada obra deve ser desenvolvido com a
cooperação de todas as entidades envolvidas na mesma, inclusive a projetista e consultora
especializada, atuando como promotora e facilitadora do processo.
31
Mais especificamente, o enfoque técnico para atingir com sucesso o escopo de serviços de
gestão de riscos, com integração entre as várias entidades atuantes na obra, deve obedecer aos
seguintes quesitos:
1) Revisão e avaliação dos maciços de solo e rocha ocorrentes nas
escavações subterrâneas, considerando o método construtivo das
obras subterrâneas.
2) Revisão e avaliação das incertezas e variações nas condições
geológico-geotécnicas identificadas no projeto e método construtivo.
3) Plano de investigações geológico-geotécnicas adicionais, caso
necessárias.
4) Cálculos de estabilidade das escavações subterrâneas, e avaliação das
necessidades de contenções/suportes/tratamentos de solo.
5) Elaboração de um registro de riscos, contendo riscos identificados
(iniciais, geológicos/geotécnicos, hidro-geológicos, de projeto e
construção), em relação às obras subterrâneas, estimativa da sua
probabilidade de ocorrência e impactos, bem como de medidas
sugeridas de projeto e construção, para reduzir os riscos iniciais a
níveis aceitáveis.
6) Verificação da monitoração geotécnica, e sua adequação, para avaliar
o comportamento das obras subterrâneas, dos maciços e do meio
urbano adjacente.
Para este escopo, é necessário disponibilizar equipe altamente qualificada de engenheiros
geotécnicos especializados e consultor. Devem ser realizadas visitas periódicas ao local das
obras, para integração com a equipe da construtora e seus contratados, e para compreensão
dos requisitos do projeto e necessidades específicas da construção. A atuação da consultoria
deve se dar de forma integrada e cooperativa com as diretrizes da construtora do proprietário.
Os procedimentos de gestão, instrumentação e execução das obras são complexos e
necessitam de elevado grau de conhecimento técnico e executivo. Cada túnel possui diversos
eventos potencialmente geradores de risco. Estes eventos devem ser classificados de acordo
com seu grau de risco à segurança, economia e eficiência da obra. Para a determinação do
grau de risco de cada evento, pode se utilizar a classificação probabilística apresentada na
32
tabela 3.1, em que, através da frequência de ocorrência de um determinado evento, define-se a
probabilidade do risco para a obra.
Os eventos de risco são apresentados abaixo, em forma de duas tabelas: tabela 3.2 e o 3.3.
A tabela 3.2, apresenta as categorias de risco mais comuns em obras subterrâneas, como
túneis NATM. Nessa tabela, expõem-se as características principais de cada evento e a
avaliação do risco é dividida em três fatores principais: probabilidade de ocorrência;
consequência ou impacto; risco inicial.
Já a tabela 3.3, apresenta as medidas corretivas a serem tomadas para a redução do risco de
cada evento, em três etapas: metodologia para a detecção do risco; medidas de redução do
risco; análise do risco residual. Nestes quadros, resume-se, simplificadamente, a análise de
risco deste tipo de obra subterrânea (túneis NATM), pois contempla os principais eventos
potencialmente causadores de não conformidades e geradores de risco.
Estes eventos podem resultar em danos relevantes e graves, e até mesmo no colapso parcial
do empreendimento. Estes quadros são exemplificativos e hipotéticos, devendo ser adequados
à especificidade de cada obra subterrânea, para aplicação em situações reais.
33
Tabela 3.2 – Categorias de risco – Túnel NATM
Fonte: KOCHEN, 2009
34
Tabela 3.3 – Medidas de redução de riscos – Túnel NATM
Fonte: KOCHEN, 2009
Em face da complexidade geológica e desafios técnicos deste tipo de obra, verifica-se a
necessidade de medidas de segurança e cautela adicionais, em relação a obras convencionais,
tais como elaboração e implementação de planos de gestão de risco, análise crítica e validação
35
de projetos, acompanhamento técnico de obra, monitoração, e outros procedimentos de
mitigação de risco. Para reduzir ou eliminar riscos inerentes ao projeto e execução de obras
subterrâneas, usualmente executadas em regiões geologicamente complexas, recomenda-se
observar o Código de Prática para o Gerenciamento de Riscos em Obras de Túneis, proposto
pelo (ITIG) 15.
A frequência da ocorrência do evento de que se pretende avaliar o risco e a extensão das
consequências se esse evento ocorrer deve ser avaliado seguindo um sistema de classificação
estabelecido especificamente, atendendo às características e dimensão do empreendimento.
Do mesmo modo, deve ser definido um sistema de classificação do risco, o qual, baseado na
frequência e nas consequências atribuídas a um dado evento no decurso da análise de riscos,
conduza a uma classificação do risco e, consequentemente, à indicação das ações que devem
ser tomadas de acordo com o nível de risco.
A tabela 3.4 mostra um exemplo de uma matriz de risco (relação da frequência com as
consequências), que está de acordo com a prática normalmente corrente. As ações a
empreender dependem obviamente da classificação do risco:
Inaceitável – O risco deve ser reduzido pelo menos até ao nível Indesejável,
independentemente dos custos das medidas de mitigação;
Indesejável – Devem ser identificadas as medidas de mitigação, as quais serão
implementadas desde que os seus custos não sejam desproporcionados face ao nível de
redução de riscos que lhes está associado;
Aceitável – As incertezas devem ser avaliadas/geridas no decurso do projeto, mas não
é necessário considerar medidas de mitigação;
Negligenciável – Não é necessário continuar a considerar a incerteza em causa.
15 (ITIG) – The International Tunnelling Insurance Group
36
Tabela 3.4 – Matriz de Classificação de Riscos (adaptado)
Fonte: GOMES, 2012
Neste sentido, a matriz de risco deve ser usada para classificar cada um dos riscos
identificados, controlando a magnitude dos riscos individuais. O risco global do
empreendimento fica controlado sem haver necessidade de se proceder à sua estimativa.
37
4 COLAPSOS EM TÚNEIS E OBRAS SUBTERRÂNEAS
4.1 SEGURANÇA, RUPTURA E COLAPSOS EM TÚNEIS.
A tabela 4,1 demonstra os principais colapsos em túneis e obras subterrâneas, durante a sua
construção, entre 1994 e 2010, as suas causas gerais e o seu custo aproximado. Outros
acidentes ocorreram no mesmo período, mas estes foram os que tiveram mais graves impactos
sociais e económicos nos países em questão.
Tabela 4.1 – Principais colapsos em obras subterrâneas entre 1994 e 2010
Fonte: GOMES, 2012
38
O crescente aumento de acidentes em obras subterrâneas, principalmente em meios urbanos,
fez com que se aumentasse a preocupação mundial com a segurança destas obras. Os túneis
executados em NATM 16, assim como os executados pelos demais métodos construtivos,
requerem o desenvolvimento de considerável habilidade e cuidado em sua investigação,
planejamento, projeto, construção e monitoração para serem implantados com segurança.
De acordo com PELIZZA (1996), os colapsos não são uma prerrogativa do método de
escavação, isto é, independentemente do método de escavação pode haver colapso. No
entanto, no NATM, a segurança da obra é função intrínseca do método construtivo projetado
e da sua correta execução, tornando a avaliação de riscos muito importante. Uma obra
subterrânea, tanto em meio urbano como em meio não urbano, deve ser projetada e construída
de forma que seja possível controlar e manter em níveis aceitáveis a construção e o impacto
ambiental a curto, médio e longo prazo.
Segundo KOCHEN (2009), a pouca literatura referente ao assunto encontra-se não
formalizada e/ou dispersa, publicada em anais de simpósios e congressos, em revistas
especializadas ou ainda em relatórios internos de circulação restrita. Segundo PELIZZA e
GRASSO (1998), para a indústria de construção de túneis, há três razões principais para
realizar esforços no sentido de reduzir ou, se possível, eliminar rupturas em túneis durante a
construção: (1) para prevenir atrasos no prazo final; (2) para evitar disputas relativas a
impactos ambientais causados pela ruptura, que resultam em perda adicional de tempo e de
vidas; e (3) para ficar dentro do orçamento proposto para o projeto.
Contudo deve-se observar que, mesmo em projetos de boa qualidade, por mais que se controle
os níveis de risco, procurando mantê-los aceitáveis, a possibilidade de comportamento
inadequado, e de ocorrência de rupturas ou acidentes irá sempre existir.
Para HACHICH (1978), não existe obra subterrânea com risco de ruptura nulo, embora a nossa
meta deva ser sempre reduzir a probabilidade de ruptura para o menor valor possível.
16 (NATM) – New Austrian Tunnelling Method
39
4.2 ESTADO ATUAL DO CONHECIMENTO
PELLIZZA (1996) e PELIZZA; GRASSO (1998) resumiram muito bem o estado atual do
conhecimento em relação a acidentes durante a construção de túneis e que, na realidade, é a
somatória das várias conclusões obtidas através de informações de fontes do Reino Unido,
alemãs, japonesas, russas, tchecas de casos históricos de rupturas de túneis já publicados.
Acidentes geológicos não são uma prerrogativa do método de construção usado; eles
ocorrem com severidade variada, independente do método de construção, tanto em
escavação mecanizada, como NATM convencional;
Um número pequeno de acidentes geológicos ocorre devido a um encontro inesperado
com uma situação hidrogeológica e/ou geotécnica que é inesperada;
A maioria dos acidentes geológicos são causados pelo não reconhecimento antecipado
de situações hidrogeológicas e/ou geotécnicas desfavoráveis. Este ponto é apoiado
pelas seguintes observações relativas à insuficiência dos estudos geológicos:
o estudo é dificultado por complexidades geológicas e pela profundidade
do túnel;
o cliente impõe um limite no orçamento de investigação, sem avaliar o
potencial de riscos geológicos residuais;
o plano de investigação geológica é estabelecido, independentemente do
método de escavação de túneis a ser aplicado;
o plano de investigação geológica é geralmente executado em uma única
etapa, e uma investigação com mais etapas seria mais informativa;
o mapeamento geológico-geotécnico na face de escavação e paredes do
túnel, durante o trabalho de construção; são freqüentemente escassos e os
resultados nem sempre são interpretados corretamente e prontamente;
o empreiteiro tende a limitar as pesquisas durante a execução da obra,
especialmente quando o trabalho de escavação tem que ser interrompido
para executá-las;
a tarefa do empreiteiro é produzir escavando tão rapidamente quanto
possível; para fazer isto, o empreiteiro está pronto para correr riscos, e isto
geralmente conduz a uma subestimação dos aspectos de segurança da
situação geotécnica e hidrogeológica real; e
40
igualmente, o interesse do proprietário é terminar o trabalho tão
rapidamente quanto possível, o que, implicitamente, permite ao empreiteiro
correr riscos, reservando-lhe o direito de discutir sobre quem tem que pagar
pelas consequências. É responsabilidade do proprietário assegurar, com a
ajuda do projetista, que a construção não ocorra em condições de risco.
Segundo KOCHEN (2009) a maior lacuna no conhecimento atual é determinar qual é a
probabilidade ou o grau de risco com que certa anomalia geológica possa surgir
inesperadamente, causando um acidente na passagem da face de escavação do túnel. O que
parece ser necessário é incluir no projeto de túneis avaliações de risco de acidentes geológicos
ou construtivos, os quais não podem ser previstos dentro da estrutura usual de informações
disponíveis.
Sendo assim, o projeto não pode por esta razão ser determinista, mas deve ser desenvolvido
considerando-se critérios probabilísticos, levando em conta as incertezas das variáveis
relativas aos aspectos geológicos e geotécnicos, as técnicas de construção e as repercussões
externas e ambientais. Esta avaliação nos permitirá adquirir um conhecimento que considera a
média de ambos, ou as condições prevalecentes em que o túnel será escavado e as condições
extremas, assim como, a probabilidade da sua ocorrência. Somente deste modo será possível
aperfeiçoar o projeto final, identificando e quantificando os riscos e definindo o
gerenciamento técnico e administrativo dos riscos.
4.3 RECUPERAÇÃO DE RUPTURAS OU COLAPSOS EM TÚNEIS
É necessário subdividir os colapsos em diferentes categorias de forma a poderem ser descritos
e explicados. Estas categorias são selecionadas conforme vários fatores, em que se incluem o
local, a extensão, os efeitos, as consequências, as causas, os mecanismos.
Os colapsos em obras subterrâneas decorrentes dos riscos não mitigados e controlados são
classificados, segundo SEIDENFUSS (2006) em: colapsos à luz do dia, colapsos
subterrâneos, rock burst17, squeezing18, inundações e infiltrações de água e colapsos do
encaixe do emboque.
17 (rock burst) – Ruptura violenta e espontânea de uma rocha.
41
Segundo KOCHEN (2009), as obras de recuperação em túneis requerem o desenvolvimento
de considerável habilidade e cuidado em sua investigação, planejamento, projeto, construção
e monitoração, para serem construídos com segurança. O panorama geral dos critérios de
segurança e a geotecnia estão bem apresentados em HACHICH (1978) e nota-se que a
tendência atual é o aprofundamento nos métodos probabilísticos.
Para o HSE, mesmo que haja bons sistemas de gerenciamento, treinamento de pessoal,
trabalho de supervisão e procedimentos de controle de qualidade, falhas humanas, assim
como a erraticidade do maciço, não podem ser eliminadas.
Assumindo-se que todos os esforços tenham sido feitos para reduzir os riscos antes do início
da construção do túnel, o fator mais importante para manter o nível de risco o mais baixo
possível, durante a construção, são os mecanismos “Discovery” e “Recovery”, que foram
traduzidos para este trabalho como mecanismos de “Detecção do Risco” e “Ação Corretiva”,
respectivamente.
Os mecanismos citados acima consistem em detectar rapidamente o desenvolvimento do
risco, e eliminá-lo através de uma ação corretiva rápida e pontual. Uma detecção rápida é
crucial para providenciar tempo suficiente para que seja possível o início de uma ação
corretiva, a fim de retornar os níveis de risco para valores aceitáveis.
18 (squeezing) – Material rochoso de pouca resistência se desloca para o interior da escavação do túnel
sob a ação da gravidade e do elevado campo de tensões existentes no maciço.
42
Figura 4.1 – NA elevado, causando arqueamento do teto do túnel, KOCHEN, 2009
Figura 4.2 – NA elevado, causando colapso do teto do túnel, KOCHEN, 2009
A recuperação de rupturas em tuneis consiste em duas atividades relacionadas (estabilização
reconstrução), integradas com o plano de monitoração. Os procedimentos básicos envolvidos
no trabalho de recuperação incluem:
drenagem de água, evitando-se a instabilidade de cavidades e carreamento de solo;
consolidação do desmoronamento de solo, a fim de garantir a estabilidade da nova
face de escavação;
Solo
Rocha
Areia
Saprolito
Areia
Solo Solo
Solo
Saprolito
Rocha
43
melhoria das características geotécnicas do material do desmoronamento e da massa
de solo ou rocha ao redor do túnel;
uso de técnicas de intervenção de eficiência e eficácia comprovadas; e reforço do
revestimento durante a escavação imediatamente atrás da face.
4.4 POTENCIAIS CAUSAS DE COLAPSOS
4.4.1 CAUSAS GEOLÓGICAS IMPREVISTAS
Condições geológicas imprevistas são muitas vezes referidas como causa de colapsos. O
modelo geológico para a execução de um túnel deve abordar aspectos como a estratigrafia, a
estrutura do maciço, a litologia, as superfícies de contato e a distribuição de litologias, a
geomorfologia, a espessura e as características do manto de alteração, a espessura dos
materiais de recobrimento e a posição e mobilidade da água.
Todos estes aspectos fornecem dados para a elaboração do perfil geológico-geotécnico da
escavação, que normalmente é um perfil longitudinal apoiado em perfis transversais. Para
alcançar um modelo geotécnico adequado é necessária uma investigação bibliográfica da área,
cartografia geológico-geotécnica da superfície, estudo hidrogeológico, as classificações
geomecânicas, levantamento das descontinuidades, uso de técnicas geofísicas, a realização de
sondagens assim como ensaios “in situ” e de laboratório.
São apresentadas a seguir, algumas das condições geológicas que têm requerido, na
construção de túneis, práticas especiais ou medidas mitigadoras.
4.4.1.1 Falhas
Colapsos devido a uma estrutura geológica adversa tendem a acontecer em particular em
maciços rochosos onde podem ocorrer falhas. Elas são fraturas planas nos terrenos que
colocam em evidência um movimento relativo e ocorrem quando os terrenos, ao serem
dobrados por compressão ou estendidos devido à tração, acabam por partir.
As falhas possuem diferentes escalas, encontrando-se as maiores nas fronteiras das placas
tectónicas, e diferente classificação consoante o sentido do movimento. As mesmas
44
normalmente favorecem o fluxo de água, mas também podem atuar como barreiras
impermeáveis devido à existência de materiais mais impermeáveis num dos flancos. No plano
de falha é normal a existência de uma zona de material esmagado de um modo grosseiro e/ou
muito fino. Esta massa é alterada facilmente contendo muitos vazios que são preenchidos com
água da chuva ou pelos níveis freáticos subterrâneos. A água destas zonas de falhas pode fluir
com grande rapidez devido à alta permeabilidade do material esmagado, gerando menor
competência aos materiais contínuos.
Figura 4.3 – Influência das falhas nas escavações subterrâneas (a)Falha normal; (b) Falha inversa; (c) Falha transcorrente; (d) Falha obliqua,
UNB/GEOTECNIA, 2004
45
Figura 4.4 – Aspectos geomorfológicos de uma escarpa de recuo de falha, UNB/GEOTECNIA, 2004
A orientação das falhas em relação ao traçado do túnel assume um papel de grande
importância, pois, à medida que a direção das falhas coincide com a direção do túnel, os
problemas aumentam. Por este motivo, a direção do túnel deverá ser, sempre que possível,
perpendicular à direção das falhas.
Os perigos que as falhas acarretam levam a que sejam estudadas alternativas no traçado do
túnel para que a escavação encontre o menor número de falhas possível. Para diminuir estes
riscos são realizados reconhecimentos geofísicos e sondagens que permitam determinar a
situação das falhas. O conhecimento antecipado da presença de uma falha permite resolver o
problema com mais sucesso do que os inconvenientes causados pelo aparecimento inesperado
de uma. Os métodos mais utilizados ao atravessar zonas de falhas são injeções de
consolidação, enfilagens, jet-grouting, pré-drenagem, etc.
4.4.1.2 Dobras
As dobras podem ocorrer em todos os tipos de terrenos e são causadas pela sua deformação
plástica, sendo comuns em maciços estratificados. As dobras formam-se quando a força
lateral ativa sobre o maciço for superior à força de confinamento lateral (devido à rigidez da
crosta terrestre) e à força de gravidade (devido ao peso da rocha).
A massa de terreno assim é empurrada para cima, formando a dobra, dando origem a fissuras
paralelas no eixo da dobra. As dobras normalmente ocorrem em materiais de baixa
resistência, como as rochas sedimentares ou metamórficas de comportamentos mais plásticos.
Produzem-se em vários tamanhos desde centímetros a quilómetros, sendo que a intensidade
46
da dobra reflete o grau de distorção localizado e o deslocamento nas diferentes partes do
maciço afetado.
Figura 4.5 – Mecanismos de formação de dobras (a) Flambagem (b) Cisalhamento Simples, UNB/GEOTECNIA, 2004
Os problemas comuns encontrados em zonas de dobras verificam-se quando o túnel é
escavado numa estrutura anticlinal onde existem estratos de baixa permeabilidade sobre
outros de alta permeabilidade e porosidade, onde poderão existir, por exemplo, condições para
a criação de gás metano. Por outro lado, se o túnel for escavado numa estrutura sinclinal, onde
os estratos de baixa permeabilidade são intercalados por outros de alta permeabilidade e
porosidade, poderá dar origem à criação de depósitos de água, o que pode ser o risco potencial
para a escavação.
Figura 4.6 – Tipos de dobras: dobras Anticlinal e Sinclinal, UNB/GEOTECNIA, 2004
Por fim, se o túnel se localizar dentro de uma estrutura dobrada, há que considerar que o
terreno a atravessar estará sujeito a fortes tensões locais, o que pressupõe um alto estado de
fraturação dos materiais resistentes.
47
Se um túnel seguir a direção do eixo da dobra, sofrerá pressões menores se decorrer por uma
estrutura anticlinal do que por uma sinclinal. Numa estrutura sinclinal a escavação irá ser
afetada pelas águas de filtração do maciço. Se um túnel seguir a direção perpendicular ao eixo
da dobra, as pressões ao longo do seu traçado serão variáveis, dependendo da disposição
anticlinal ou sinclinal dos estratos.
No caso de uma estrutura anticlinal, as pressões no núcleo são menores do que nos flancos,
ocorrendo a situação inversa à de uma estrutura sinclinal.
4.4.1.3 Juntas
Quando uma fratura na rocha não apresenta deslocamento visível no plano da fratura, é
normalmente referida como junta ou diaclase. As juntas são elementos constantes do maciço
rochoso que ocorrem em grupos e essencialmente paralelas umas às outras. O espaçamento
entre elas pode ir de poucos a dezenas de centímetros e são usualmente observadas nas
superfícies dos maciços rochosos, cuja evidência resulta de efeitos climáticos e de
meteorização, devidos, por exemplo, a ciclos de expansão e contração. O estudo das rochas
demonstra que o espaçamento entre as juntas aumenta com a profundidade e que a
persistência diminui com a profundidade, o que significa que quanto mais profunda for a zona
da junta, mais sólido é o material.
Em relação aos problemas de juntas na estabilidade de túneis, deve-se realçar que o número
de juntas existente num maciço determina o seu comportamento, nomeadamente o grau que
este pode se deformar sem que se produzam rupturas e alterações na disposição das juntas,
fornecendo informações sobre a forma de ruptura das mesmas.
Para a formação de blocos, deverão concorrer pelo menos três famílias de juntas, sendo uma
condicionante importante para a estabilidade da escavação, a atitude relativa das juntas em
relação à geometria de escavação. Quando as famílias de juntas estão orientadas em planos
principais de debilidade, inclinados em relação à direção do túnel (Figura 4.7), poderão causar
blocos instáveis situados maioritariamente nas paredes laterais e na abóbada do túnel.
48
Figura 4.7 – Influência das juntas nas escavações subterrâneas - GOMES, 2012
Se predominar a estratificação vertical (Figura 4.8), poderá ser originada uma situação em que
as juntas se abram e os blocos caiam devido ao efeito da gravidade, sendo necessário um
sistema de suportação para o controle destes blocos instáveis. Se predominar a estratificação
horizontal com juntas de debilidade formando ângulos retos com os planos de estratificação,
poderão ocorrer desprendimentos por camadas.
Figura 4.8 – Influência das dobras nas escavações subterrâneas - GOMES, 2012
Quando o túnel é executado paralelamente à direção da estratificação, geralmente a frente de
escavação é estável, sendo que as condições do teto tendem a piorar para estratos de baixas
inclinações, com a existência de juntas na estratificação alinhada com o túnel. Nos Quadros
4.2 e 4.3, são apresentadas as instabilidades no teto e nas paredes laterais para as diversas
inclinações das juntas.
49
Tabela 4.2 – Instabilidade das juntas na estrutura de túnel (paralelo e oblíquo)
Disposição Geométrica
Inclinação
Teto
Parede
Túnel paralelo à estratificação
Túnel oblíquo a estratos
inclinados
> 60°
Rupturas grandes
Estáveis
20°< < 45°
Rupturas
Estáveis
< 45°
Estável
Ruptura
Estável
Estáveis
Estável
Algumas rupturas
Estável
Rupturas
Fonte: GOMES, 2012
Tabela 4.3 – Instabilidade das juntas na estrutura de túnel (perpendicular)
Disposição Geométrica
Inclinação
Teto
Parede
Túnel perpendicular aos
estratos
Estável
Estáveis
Alguns
desprendimentos
Desprendimentos
quando o avanço é
contra a inclinação
Ruptura de teto Muitos
desprendimentos
Ocorrência de
chaminés
Poucos
desprendimentos
Fonte: GOMES, 2012
50
No caso de execuções de túneis oblíquos a estratos subverticais, as condições da frente de
escavação costumam ser estáveis, passando a ser instáveis no atravessamento de falhas e
dobras. Quando a execução do túnel é realizada perpendicularmente à estratificação,
normalmente as paredes são estáveis, apresentando problemas de queda de blocos no teto e na
frente de escavação, dependendo da inclinação e da existência de outras juntas. No que diz
respeito às pressões sobre o túnel, quando um túnel é executado perpendicularmente à
estratificação, suportará pressões menores do que um túnel paralelo aos estratos.
Figura 4.9 – Influência das juntas na instabilidade de túneis, GOMES, 2012
4.4.1.4 Nível Freático
Durante a escavação de um túnel é muito comum a interceptação de linhas de água ou
aquíferos subterrâneos, o que dá origem a grandes dificuldades na execução da obra. Esta
água infiltrada nos maciços pode-se originar nas superfícies, incluindo depósitos subterrâneos
que ficaram retidos quando da formação das rochas.
O túnel é um grande dreno executado nos maciços para o qual afluem as águas dos aquíferos
interceptados, levando à diminuição da resistência do maciço, ao aumento das pressões sobre
o suporte e revestimento, à expansão e amolecimento das argilas, à possibilidade de originar
cavernas em materiais salinos e à diminuição dos rendimentos de escavação.
É importante identificar a origem da água que aparece nas escavações, que poderá ser de
alimentação superficial ou subterrânea. A determinação desta origem e as suas prováveis
51
variações constituem um papel importante do estudo geológico e geotécnico a realizar
previamente ao projeto. Para conhecer e controlar a circulação de água subterrânea numa área
é necessário à realização de um estudo hidrológico e hidrogeológico local, de forma a
interpretar, a partir das previsões geológicas das situações dos aquíferos, as direções mais
prováveis de circulação e posição dos níveis freáticos.
É necessário, ainda, ter em consideração que a água circula pelas descontinuidades, sendo
necessário estimar a permeabilidade direcional preferencial. Em zonas próximas do mar e
onde se identifique a influência das marés, é importante possuir dados sobre as mesmas.
Figura 4.10 – Frente de escavação inundada na escavação de túneis, GOMES, 2012
A água poderá causar vários problemas na execução de um túnel, tais como instabilidade da
escavação provocada por um gradiente hidráulico elevado nas paredes laterais e frente do
túnel e a diminuição das propriedades resistentes do maciço.
4.4.1.5 Alterações e tensões na rocha
Os processos naturais químicos e mecânicos (erosão) produzem alteração da rocha que tem
uma grande influência na escavação dos túneis, pela redução da sua resistência a qual pode
atingir grandes profundidades. O clima e as características topográficas dos locais, em
conjunto com o tipo de rocha e a sua estrutura, determinam a profundidade da alteração.
52
O risco de incidentes aumenta quando os túneis são executados a grandes profundidades, já
que as tensões pré-existentes são de elevado valor e conjugadas com as propriedades
mecânicas dos materiais, podem produzir rock burst e squeezing.
Devem ser observados, ainda, problemas em grandes escavações em pouca profundidade,
originando problemas clássicos de tensões, principalmente em montanhas acidentadas ou em
rochas com condições anormalmente pouco resistentes.
53
5 MECANISMOS DE RUPTURAS EM MACIÇOS ROCHOSOS
5.1 CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS
Um maciço rochoso, do ponto de vista do seu aproveitamento em engenharia é um conjunto
de blocos de rocha, justapostos e articulados. O material que forma os blocos constitui a
matriz do maciço rochoso, também denominada rocha intacta, e as superfícies que os limitam,
as descontinuidades. Os maciços rochosos são essencialmente heterogéneos, anisotrópicos e
descontínuos, e a sua complexidade resulta da evolução geológica a que foram submetidos. É
a escala da porção do maciço analisado, em relação à obra considerada, que define a validade
de se admitir o meio homogéneo ou heterogéneo, isotrópico ou anisotrópico, contínuo ou
descontínuo, no âmbito de um estudo qualquer (ABGE, 1998).
É importante que um mesmo maciço rochoso possa reagir de maneira diferenciada, conforme
as solicitações que lhe são impostas. Estas, por sua vez, dependem do tipo, das dimensões e
particularidades da obra. Assim, para a previsão do comportamento do maciço, deve-se
avaliar as suas características em função da obra a ser implantada.
Como a natureza das características do maciço difere de local para local, função da história
geológica da região considerada, é necessário evidenciar os atributos do meio rochoso que,
isolada ou conjuntamente, condicionam o seu comportamento ante as solicitações impostas
pela obra em questão. Tal procedimento denomina-se caracterização geológico-geotécnica ou
geológico-geomecânica do maciço rochoso. A caracterização objetiva, portanto, a priorização
das características de uma realidade local para sua posterior classificação.
O ato de hierarquizar aquelas características organizá-las individualmente, em grupos ou
classes, às quais se possam associar comportamentos diferenciados do meio rochoso, para as
condições de solicitação consideradas, denomina-se classificação geomecânica do maciço.
O planejamento e a execução dos estudos geológico-geotécnicos, destinados ao projeto e à
construção de obras civis, integram-se com as fases do empreendimento. As investigações,
elemento essencial na aquisição dos dados para os estudos de caracterização, proporcionam
54
dados em níveis de progressivo detalhe. Assim, o tratamento dos dados sofre aprimoramento
constante e cuidadoso, (ABGE, 1998).
De um modo geral, as características mais visadas no estudo do comportamento dos meios
rochosos dizem respeito à deformabilidade, à resistência, à permeabilidade (em especial, no
caso de obras hidráulicas e certas obras de escavação), e ao estado de tensões naturais
(sobretudo, no caso de obras subterrâneas profundas). Tais características compreendem as
feições geológicas e os parâmetros geotécnicos - obtidos através da caracterização geológico-
geotécnica do maciço rochoso – e os índices e propriedades físicas – determinados por meio
de ensaios in situ e laboratoriais.
5.2 CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE EM MACIÇOS ROCHOSOS
Durante anos, vários autores têm desenvolvido critérios de classificação dos maciços rochosos
em função da sua escavabilidade. Estes critérios baseiam-se em diversos parâmetros de
avaliação, existindo alguns de concepção simples e outros que incorporam um largo conjunto
de características dos materiais e de equipamentos propostos (BASTOS, 1998).
A escavação de maciços depende maioritariamente de duas características principais do
maciço: a capacidade de resistência da rocha e as características de fraturação existentes. Os
parâmetros utilizados pelos diversos autores tendem a refletir estas duas características do
maciço, incorporando fatores como a resistência à compressão uniaxial, resistência à carga
pontual, resistência à tração, número de Schmidt, velocidade das ondas sísmicas, dureza, grau
de alteração, grau de abrasividade, espaçamento de diaclases, RQD (Rock Quality
Designation), RMR (Rock Mass Rating), parâmetros do sistema de classificação Q de Barton,
continuidade, orientação e preenchimento de diaclases, possança média dos estratos, tamanho
de blocos.
Segundo BASTOS19 (1997 apud LÓPEZ e DÍAZ, 1997), os critérios mais utilizados e
importantes são: o método de Franklin et al (1971), o método de Weaver (1975), o método de
19 LÓPEZ, C. e DÍAZ , B. (1997). “Classificación de los terrenos según su excavabilidad”. Manual de
túneles y obras subterráneas. Ed. C. López Jimeno. Entorno Grafico, S. L. Madrid. pp. 183-210.
55
Atkinson (1977), o método de Romana (1981), o método de Kirsten (1982), o método de
Abdullatif e Cruden (1983), o método de Scoble e Muftuoglu (1984), o método de
Hadjigiorgiou e Scoble (1988) e o método de Singh et al (1989).
Tabela 5.1 – Principais critérios de escavabilidade e parâmetros associados
Fonte: BASTOS, 1998
5.3 MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO EM MACIÇOS ROCHOSOS
5.3.1 ASPECTOS GERAIS
Os parâmetros de classificação do maciço rochoso segundo a sua escavabilidade destinam-se
a avaliar a capacidade da rocha de ser desagregada conforme método e/ou equipamento. Estes
critérios não contemplam os restantes fatores que podem limitar o emprego das técnicas
selecionadas, como os fatores ambientais, econômicos, geográficos, estruturais, de risco, ou
mesmo a geometria das cavidades, (BASTOS, 1998).
56
A escavabilidade dos maciços, classificada segundo qualquer dos critérios expostos, baseia-se
na capacidade e potência dos equipamentos existentes e sua eficiência no período de
elaboração do critério. Desta forma, a não execução dos serviços dentro do cronograma
definido pode tornar obsoleta a respectiva metodologia, devido às evoluções tecnológicas.
Neste contexto, são de realçar as evoluções em termos mecânicos, designadamente dos
equipamentos hidráulicos e tuneladoras, que aumentaram significativamente as suas
potencialidades e também o desenvolvimento dos recentes tipos de explosivos, como as
emulsões, e respectivos métodos de utilização.
.
A seção do túnel, geralmente definida pelo Projetista, de acordo com o objetivo da
infraestrutura, é outro dos condicionalismos com que se debate a escolha da técnica de
escavação e/ou desmonte, uma vez que pode limitar a gama de equipamentos a operar no
espaço disponível e a eficiência destes. Sendo assim, para seleção do tipo de sistema de
desmonte a aplicar (mecânico ou com explosivos), é importante observar aspectos como a
altura do nível freático acima da soleira do túnel, a profundidade de recobrimento, a distância
do eixo do túnel às estruturas existentes (construções, rios, etc.), a sensibilidade das estruturas
superficiais, bem como os parâmetros mecânicos característicos do maciço a escavar.
Para além das prerrogativas anteriores, o mapeamento da frente de escavação é imprescindível
para a estimativa do suporte a utilizar para cada área estudada, não dispensando, contudo,
análises mais detalhadas quando se julgar necessário. Este mapeamento pode ser utilizado de
maneira mais abrangente, principalmente para minimizar os efeitos relativos aos métodos de
escavação, equipamentos a utilizar, tempos despendidos, entre outros.
Os métodos de escavação, tanto por explosivos como mecânicos, podem ser faseados de
acordo com as características da obra e do maciço rochoso. Em túneis de grande seção, é
geralmente utilizada a técnica de desmonte sucessivo de seções parciais, de forma a minorar a
instabilidade das frentes, dos tetos e das paredes, bem como reduzir as convergências no
túnel. Este método é preferencialmente utilizado em túneis em maciços rochosos muito
brandos (ou maciços terrosos), com pequeno recobrimento.
Em relação aos métodos de escavação, em seção parcial, podemos observar os seguintes
métodos mais importantes:
57
Figura 5.1 – Métodos de escavação em seções parciais, BASTOS, 1998
Figura 5.2 – Escavação em seções parciais – Tunel Barragem Norte, 2014
A escolha do método de escavação apropriado reflete sempre na qualidade da obra, bem como
nos custos e prazos inerentes à sua realização.
58
5.4 MECANISMOS DE RUPTURA EM MACIÇOS ROCHOSOS
O conhecimento dos mecanismos de colapso e dos seus efeitos na escavação de um túnel não
deve ser utilizado apenas para evitar os acidentes, mas sim para elaborar e aperfeiçoar os
projetos, executar obras mais econômicas e realizar intervenções que melhorem o
desempenho do túnel.
No momento das escavações, as principais causas de instabilidade referem-se à presença de
falhas e descontinuidades em rochas competentes que, pela sua atitude, podem individualizar
volumes de rocha. Nestes casos, e sempre que as condicionantes de serviço o permitam, as
condições de estabilidade podem ser melhoradas através da reorientação do traçado do túnel,
bem como pela aplicação de pregagens e ancoragens.
A elevada magnitude das tensões in situ são geralmente características de rochas duras, de
elevadas profundidades ou de cavidades de grande dimensão. Uma forma de mitigar os efeitos
nefastos assim provocados consiste em ajustar a orientação e a forma da seção do túnel de
acordo com o estado de tensão existente ou, se tal não for possível, promover um substancial
reforço do suporte.
A instabilidade devido à expansão ou decomposição da rocha por ação da água ou ar ocorre
geralmente em maciços rochosos brandos ou em camadas e filões intercalados em rochas
duras. Nestes casos, as medidas preventivas a adotar consistem em isolar estes locais através
de revestimentos que impeçam a exposição da rocha ao ar e à água.
As instabilidades devidas à pressão ou percolação de água podem ocorrer em praticamente
qualquer tipo de maciço rochoso. Os efeitos nefastos devidos a estas circunstâncias só
atingem proporções significativas quando associadas a um ou mais dos pontos anteriores.
Nestes casos, as medidas a adotar passam pela drenagem e/ou revestimento do túnel de forma
a reduzir a pressão e reencaminhar o fluxo de água.
A presença de dois ou mais dos fenômenos acima descritos, aliados às condicionantes
geológicas e de serviço do túnel, pode motivar da parte dos técnicos envolvidos, a adoção de
soluções de compromisso, com vista a integrar todos os aspectos identificados,
inclusivamente os aspectos intangíveis, (HOEK e BROWN 1980).
59
A capacidade de previsão do comportamento dos maciços e no maciço através de modelos
matemáticos antes do início das obras é de grande importância para que sejam detectados com
antecedência os pontos ou regiões com solicitações de esforços e deformações máximas.
Dessa forma, podem-se monitorar tais regiões com maior detalhe, permitindo a antecipação
de possíveis intervenções na obra, face ao aparecimento dos primeiros sintomas.
60
Tabela 5.2 – Tipos de ruptura que ocorrem em diferentes maciços rochosos sob
diferentes níveis de tensão in situ
NÍVEIS DE TENSÕES BAIXOS NÍVEIS DE TENSÕES ELEVADOS
ROCHA
MACIÇA
Maciço rochoso com tensão in situ baixa.
Resposta linear elástica praticamente sem
rotura
Maciço rochoso com tensão in situ elevada. Nos limites
da abertura, em pontos de concentração de tensões,
iniciam-se fenómenos de lascamento, desplacamento e
esmagamento que se propagam ao maciço circundante.
ROCHA
FRATURADA Maciço rochoso fraturado com tensão in situ
baixa. Os blocos ou cunhas formados pela
interseção de diaclases com diferentes
orientações, soltam-se e escorregam devido à
ação da gravidade.
Maciço rochoso fraturado com tensão in situ elevada. A
ruptura ocorre como resultado do deslizamento segundo
as superfícies das diaclases e também pelo esmagamento
e fendilhamento dos blocos rochosos.
ROCHA MUITO
FRATURADA
Maciço rochoso muito fracturado com tensão
in situ baixa. A superfície da abertura rompe
como resultado do emaranhado de pequenos
blocos ou cunhas, formados pela quantidade
de descontinuidades que omaciço apresenta.
A ruptura pode propagar-se facilmente, se
não for controlada.
Maciço rochoso muito fraturado com tensão in situ
elevada. O maciço circundante à abertura rompe por
deslizamento nas superfícies das descontinuidades e por
esmagamento de pequenos blocos de rocha. Este tipo de
ruptura tende a provocar o levantamento da soleira e
forte convergência das paredes laterais.
Fonte: HOEK et al, 1995, modificado
61
Tabela 5.3 – Problemas, parâmetros, métodos de análise e critérios de
aceitabilidade em escavações subterrâneas
EST
RU
TUR
AS
Túneis em pressão em
projetos hidroelétricos
Túneis em rocha branda
Túneis pouco profundos em
rocha fraturada
PRO
BLE
MA
S
TÍP
ICO
S
Escoamento excessivo a partir de túneis sem
revestimento ou revestidos em concreto.
Ruptura ou deformação do revestimento em
aço devido a deformação da rocha ou pressões
externas.
Ruptura do maciço rochoso onde a
resistência é excedida pelas tensões
induzidas. Dão-se fenómenos de
expansividade, retração ou convergência
excessiva se o suporte for inadequado.
Quedas por gravidade ou deslizamento
de cunhas ou blocos definidos pela
interseção de fraturas. Quedas do
material da superfície suportado
inadequadamente.
PAR
ÂM
ETR
OS
CR
ÍTIC
OS
• Relação entre a máxima pressão
hidráulica no túnel e a tensão principal
mínima da rocha circundante;
• Comprimento do revestimento em
aço e a eficiência do grouting;
• Nível de água no maciço rochoso.
• Resistência do maciço rochoso e das
descontinuidades estruturais;
• Potencial de expansividade, em
particular das rochas sedimentares;
• Método e sequência de escavação
• Capacidade e sequência de
instalação do sistema de suporte.
• Orientação, inclinação e resistência
ao cisalhamento das descontinuidades
estruturais do maciço rochoso;
• Forma e orientação da escavação
• Qualidade da perfuração e detonação
durante a escavação;
• Capacidade e sequência.
MÉT
OD
OS
DE
AN
ÁL
ISE Determinação do recobrimento mínimo ao
longo do traçado do túnel a partir de
topografia pormenorizada. Análise de tensões
de secções transversais e longitudinais ao eixo
do túnel. Comparação entre a tensão principal
mínima e a pressão hidráulica máxima para
determinar o comprimento de revestimento
em aço.
Análise de tensões usando métodos
numéricos de modo a determinar a
extensão das zonas de rotura e o
deslocamento do maciço rochoso.
Análise da interação rocha-suporte
usando métodos numéricos para
determinar a capacidade e sequência
de instalação do suporte e para
estimar deslocamentos no maciço
rochoso.
Técnicas de projeção esférica ou
métodos analíticos são usados para
determinação e visualização das cunhas
do maciço rochoso circundante ao túnel.
Análise de equilíbrio limite das cunhas
críticas é usada para estudos
paramétricos do modo de ruptura,
fator de segurança e necessidade
de suporte.
CR
ITÉ
RIO
S D
E
AC
EIT
ABI
LID
AD
E
Requer revestimento em aço onde a
tensão principal mínima no maciço
rochoso é menor que 1,3 vezes a
carga estática máxima das operações
hidroelétricas ou 1,15 para operações com
pressões dinâmicas muito baixas. São
necessários testes de pressão hidráulicas em
furos de sondagens para confirmar os
pressupostos de projeto.
A capacidade de suporte instalado
deve ser suficiente para estabilizar o
maciço rochoso e limitar as convergências
até um nível aceitável. As tuneladoras e as
estruturas internas devem ser projetadas
tendo em conta a
convergência do túnel como resultado da
expansividade e da deformação ao longo
do tempo. A monitorização é um aspecto
importante do controlo de construção.
O fator de segurança, incluindo os
efeitos de reforço, deverão ser excedidos
1,5 para o deslizamento e 2,0 para a
queda de cunhas e blocos. A sequência
de instalação do suporte é crítica e as
cunhas e blocos devem ser identificados
e suportados antes de serem totalmente
expostos pela escavação. A
monitorização dos deslocamentos terá
pouco valor.
Fonte: HOEK et al, 1995, modificado
62
Assim, os sistemas de suporte a utilizar têm de possuir características de forma e resistência
adequadas para o tipo de maciço existente e para as condições geomecânicas do local.
A partir do mapeamento das frentes de escavação, são aplicados imediatamente e no menor
espaço de tempo possível, os sistemas de suporte. O objetivo deste tipo de suporte é garantir a
estabilidade da cavidade escavada, propiciando a segurança de trabalhos futuros e a geometria
projetada.
Após os primeiros trabalhos de implantação da frente de escavação, é aplicado o suporte
secundário ou definitivo, garantindo a estabilidade em longo prazo e instituindo as condições
de serviços de infraestrutura. Contudo, com a ocorrência de alterações nos estados de tensões
internas do maciço, sem a implantação correta dos sistemas de suporte, corre-se o risco de
rupturas internas.
Os mecanismos de ruptura dos maciços se formam devido à alteração do seu estado de tensão,
geralmente originado pelo processo de escavação ou pelas condições do lençol freático. Tais
mecanismos se manifestam, na maioria das vezes, na abóbada da escavação e na frente de
avanço do túnel. Uma vez executado o revestimento, os mecanismos de ruptura no maciço
ocorrem somente se a estrutura não oferecer resistência adequada e entrar, ela própria, em
colapso.
Figura 5.3 – Desabamento de frente / topo na escavação de túneis, BASTOS, 1998
As ocorrências de ruptura em maciços rochosos são originadas pelas condições do maciço,
sendo frequente a sua incidência nas zonas pouco resistentes, de infiltrações abundantes de
água e de sobrecargas do suporte pelo maciço.
63
5.5 TIPOS DE RUPTURAS NA ESCAVAÇÃO DE MACIÇOS
5.5.1 ASPECTOS GERAIS
Nos maciços rochosos, os mecanismos de ruptura podem ser classificados como locais ou
globais, dependendo da abrangência dos seus efeitos. Os mecanismos globais podem ser
verificados quando o equilíbrio dos mecanismos, influenciado pelo estado de tensão, afeta
volumes do maciço localizados longe da face (frente) da escavação, enquanto os mecanismos
locais são aqueles em que a estabilidade depende apenas do comportamento local nas
proximidades da abertura.
Os mecanismos globais interessam por causa das massas de terreno localizadas acima da
geratriz superior do túnel, em volumes superiores à porção de terreno retirada da escavação,
mobilizando uma grande massa de terreno que poderá atingir a superfície. Como os
mecanismos globais envolvem massas de terreno extremamente grandes, são difíceis de serem
contidos.
Mecanismos locais são aqueles em que a estabilidade depende apenas das tensões do maciço
nas proximidades da abertura. São mecanismos que ocorrem devidos apenas à ação do peso
do solo da porção que se destaca do maciço. Os mecanismos locais envolvem pequenos
volumes de solo e ocorrem somente até a pequenas distâncias da face de escavação, sendo por
este motivo possíveis de serem controlados por intervenções da obra, através de tratamentos
localizados ou não, ou por redução da superfície escavada exposta. Muitas vezes, podem ser
contidos mesmo após a sua formação, através da aplicação de concreto projetado ou de
aterros, (MAFFEI; MURAKAMI, 2011).
Tais mecanismos podem-se originar já como globais e, também, podem se originar pelo
desenvolvimento de mecanismos locais, os quais causam a perda de apoio de uma área muito
grande do maciço. Com a dificuldade de estabilizar mecanismos globais após a sua formação,
a execução de túneis em maciços favoráveis à ocorrência de tais instabilidades normalmente é
realizada com a tomada de algum tipo de providência, como: adotar frentes parcializadas com
a redução da área exposta; executar tratamentos para melhorar características de resistência do
maciço, tornando-o suficientemente competente.
64
Na Figura abaixo, verifica-se, idealizadamente, a diferença entre mecanismo global e local.
Figura 5.4 – Mecanismos de ruptura local e global, MAFFEI; MURAKAMI, 2011
5.5.2 MECANISMOS DE RUPTURA GLOBAL G1
A Figura 5.5 apresenta exemplos típicos de mecanismos globais, chamados aqui como
Mecanismos do tipo G1.
Figura 5.5 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G1, MAFFEI; MURAKAMI, 2011
Segundo MAFFEI; MURAKAMI, (2011), os mecanismos de ruptura Tipo G1 ocorrem
quando se executa um túnel com pequena cobertura de solo competente sob um substrato de
solo mole de pouca capacidade de arqueamento e baixa resistência ao cisalhamento,
geralmente devido a não detecção da perda de cobertura.
65
Os casos G1A e G1B são verificados quando existe um maciço mais competente no núcleo à
frente subjacente a um estrato de solo mole. No caso G1B, o núcleo à frente fica instável e
desliza no plano EF devido à sobrecarga provocada pela transferência de carga do prisma
ABCD, o qual tende a deslizar e pelo efeito do alívio provocado pela escavação.
A perda da frente aumenta o vão não suportado do maciço e, consequentemente, a massa de
solo envolvida no mecanismo aumenta, mobilizando o prisma AFGD. O caso G1C é um
mecanismo global provocado pela instabilização local do teto ou da frente quando blocos
acima ou à frente do avanço podem se romper, provocando a formação do mecanismo global
e permitindo que o solo mole invada o túnel.
O caso G1D mostra o mecanismo de um túnel em maciço de solo extrusivo, onde o núcleo à
frente da escavação sofre a solicitação da sobrecarga do maciço e do alívio provocado pela
escavação. Tais solicitações fazem com que o núcleo de solo extrusivo se deforme
indefinidamente, mesmo com carregamento constante.
5.5.3 MECANISMOS DE RUPTURA GLOBAL G2
Os mecanismos G2 podem ocorrer tanto em maciços competentes como em maciços pouco
competentes. A causa destes mecanismos é a presença inesperada de bolsões, lentes ou
estratificações de materiais corrediços, fluentes ou extrusivos. Nos casos G2A, G2B e G2C, a
perda de material faz com que grandes massas de solo fiquem sem apoio, solicitando o
maciço ao cisalhamento ao longo das superfícies de deslizamento. A transferência de carga
por cisalhamento provoca sobrecargas nas vizinhanças do bloco que tende a descer, inclusive
sobre o suporte já executado. Se a resistência do maciço ou do suporte não for suficiente para
manter o equilíbrio do sistema, colapsos de grandes proporções podem ocorrer, dependendo
da área afetada pela perda de material.
O mecanismo G2C é similar ao G1C, onde o solo frágil desliza e o solo de bolsões ou
estratificações invade o túnel. Em maciços estratificados, como aqueles com lentes de areia, o
efeito do arqueamento é prejudicado. As camadas argilosas rijas trabalham como lajes à
flexão sob a ação da carga das lentes de areia. O caso G2D ocorre quando o maciço tem uma
certa resistência inicial, porém, quando exposto por muito tempo após a escavação se degrada,
passando a se comportar como solo desplacante rápido ou fluente, devido aos efeitos da água,
( MAFFEI; MURAKAMI, 2011).
66
Figura 5.6 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G2, MAFFEI; MURAKAMI, 2011
5.5.4 MECANISMOS DE RUPTURAS GLOBAIS G3
Estes mecanismos ocorrem quando os túneis têm baixa cobertura em relação ao seu diâmetro,
ou seja, com a relação C/D pequena (menor do que 1,5 a 2,0), condição esta em que o
arqueamento do maciço é prejudicado pela geometria desfavorável.
Figura 5.7 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G3, MAFFEI; MURAKAMI, 2011
67
5.5.5 MECANISMOS DE SOLO DESPLACANTE
Este grupo é representado pelos mecanismos dos casos L1 a L4. É um mecanismo
caracterizado como local, pois, placas de solo se destacam pelo teto ou pela frente
progressivamente com o tempo, ou seja, o mecanismo ocorre devido ao peso da placa de solo
que não foi suportado.
Se o suporte for instalado após a ocorrência dos desplacamentos e os vazios não forem
preenchidos, a instabilização continua até que todos os vazios estejam preenchidos com os
fragmentos. Portanto, a porosidade do solo desplacado deve ser maior do que a do solo em
seu estado original.
Figura 5.8 – Mecanismos de rupturas de solo desplacante, MAFFEI; MURAKAMI, 2011
5.5.6 MECANISMOS DE SOLO CORREDIÇO
Este mecanismo é o representado pelo caso L5. A instabilização em solo corrediço é um
escorregamento de solo que para quando o talude formado pelo material atinge o seu ângulo
de atrito, sendo, portanto, um mecanismo local. Prova disto é o tamanho do núcleo de areia
necessário para equilibrar o mecanismo que independe da altura da cobertura, mostrando que
as tensões distantes da face não a influenciam.
68
Figura 5.9 – Mecanismos de rupturas de solo corrediço, MAFFEI; MURAKAMI, 2011
5.6 MONITORAMENTO E CONTROLE
5.6.1 ASPECTOS GERAIS
Segundo o US Army Corps of Engineers (1978), os objetivos da instrumentação de um túnel
prendem-se com: a detecção antecipada das condições que possam motivar a instabilidade do
túnel em construção; a determinação do desempenho a longo prazo dos elementos de
sustentação após a construção; a obtenção de informação que permita uma análise detalhada
do maciço e do comportamento do sistema de suporte.
Segundo QUIRALTE (1997), os objetivos do controle da obra são:
Antes da construção: obter a informação necessária à elaboração do projeto, em
termos de escavação e suporte;
Durante a construção: observar o comportamento das estruturas de forma a confirmar
os cálculos anteriores ou adquirir dados para alterá-los.
Após a construção: controlar a evolução das cargas e deformações para prevenção de
possíveis anomalias.
Para CUNHA; FERNANDES (1980), o estabelecimento de um plano de instrumentação
apropriado deve atender aos seguintes aspectos:
Natureza, tipo e localização da obra: a natureza da obra influencia o tipo e robustez
dos equipamentos, que irão operar à distância e por longos períodos; o tipo de obra e
os métodos construtivos que condicionam os equipamentos, que se deverão adaptar ao
método de suporte e espaço disponível; a localização da obra, relativamente à
69
profundidade e ao meio em que se insere (urbano, rural, etc.), pode induzir
concentração de sistemas de controle superficiais e a instalação de instrumentação ao
nível do eixo do túnel a partir da superfície;
Características geotécnicas: a litologia, a hidrogeologia, o grau de alteração, os
acidentes tectónicos, fraturas, entre outros, condicionam a malha de observação, o tipo
de instrumentação e a frequência de leituras.
Métodos construtivos e ritmo da construção: o plano de observação estabelecido em
fase de projeto permite ao empreiteiro a sua inclusão no planejamento geral dos
trabalhos, minimizando os atrasos na construção. Deste modo, é possível obter mais
segurança e adequabilidade dos sistemas de suporte, compensando os eventuais
atrasos devidos à observação.
Diante disso, podemos hierarquizar a instrumentação dos trabalhos, aplicando métodos mais
precisos, e consequentemente mais onerosos, em áreas mais sensíveis ou onde tenham sido
detectadas anomalias que careçam de estudos detalhados. Para tal, é necessário definir
cenários de aplicação destes meios, estabelecendo e quantificando os limites de intervenção.
Segundo BASTOS20, (1998) apud LANE in HOEK e BROWN, (1980), as deficiências mais
comuns praticadas nas atividades de observação e monitorização de obras subterrâneas
são:
Deficiências no mapeamento: relativamente ao tipo de informação necessária,
variáveis de controle, verificação das condições geológicas, controle de métodos de
escavação;
Indefinição das condições iniciais de referência: instalação dos equipamentos
tardiamente, ou deficiências na periodicidade das leituras, desconhecendo-se os
movimentos anteriores à instrumentação;
Inexperiência dos operadores dos equipamentos: imperfeição na instalação dos
equipamentos ou na detecção do seu mau funcionamento, lacunas na identificação dos
sinais de instabilidade;
20 HOEK, E. e BROWN, E. (1980a). Empirical Strength Criterion for Rock Masses. Journal of the Geotechnical
Engineering Division, ASCE, 106(GT9): 1013–1035. HOEK, E. e BROWN, E.T. (1980b). Underground
Excavation in Rock. Institution of Mining and Metallurgy, London, UK, 527
70
Atrasos na avaliação e interpretação: incapacidade de tratar a informação em obra,
com a subsequente necessidade de envio da informação para outras entidades que
desconhecem a obra, implicando a perda de oportunidade de intervenção corretiva
imediata;
Indefinição das responsabilidades do Empreiteiro: relativamente à colaboração e ao
pagamento destas atividades, resultando incompreensão e falta de apoio;
Equipamentos inadequados: relativamente à aplicabilidade, robustez e complexidade;
Diminuição da observação por limitações orçamentais: a tentativa de redução de
custos implica uma restrição do número de observações nos equipamentos existentes,
não instalação de outros instrumentos e deficiências na análise e tratamento dos dados.
5.6.2 INSTRUMENTAÇÃO
A colocação de equipamentos de monitoramento antes do início da escavação, que
permanecem em atividade no decorrer da obra, constitui uma metodologia eficaz na
caracterização da situação de referência e do seu evoluir ao longo do período de trabalhos.
É o caso de medidores de deformações (extensômetros e inclinômetros em furos de sondagem
e marcas topográficas) e de níveis piezométricos no interior de furos de sondagem,
(OLIVEIRA, 1994).
Segundo TRABADA (1997), as medições e os equipamentos de instrumentação de uma obra
subterrânea envolvem:
Movimentos verticais: à superfície e em estruturas existentes, através da utilização de
nivelamento topográfico e em profundidade mediante a instalação de extensômetros
(de barras) em seções de controle;
Movimentos horizontais: em profundidade através da instalação de inclinômetros em
seções de controle; medição de convergências no túnel com equipamentos de precisão;
Pressões: através de células instaladas no interior do túnel, caracterizando a
sustentação provisória;
Níveis piezométricos: nas camadas permeáveis ao longo do traçado do túnel, através
de tubos piezométricos instalados em furos verticais desde a superfície.
71
Os principais instrumentos utilizados para medir estados de deformação e deslocamentos que
podem levar a mecanismos de colapso, são:
Convergências no interior do túnel por variação da medida de cordas estabelecidas em
pontos fixos na parede do túnel (Figura 5.10 por C12, C13, C23, C14, C15 e C45);
Extensômetros colocados no interior do túnel por diferença de níveis em marcas de
referência ou da variação do comprimento de uma grandeza geométrica estabelecida
no contorno interior do túnel (Figura 5.10 por EM1, EM2, EM3, EM4 e EM5);
Figura 5.10 – Instrumentação no interior do túnel, GOMES, 2012
Marcos topográficos à superfície de forma a medirem os assentamentos (Figura 5.11
por M1, M2, M3, M4 e M5);
Extensômetros colocados à superfície em furos de sondagens por diferença de níveis
em marcas de referência seladas no interior do terreno (Figura 5.11 por E1 e E2);
Inclinômetros instalados no terreno no interior de furos de sondagens (Figura 5.11 por
I1).
72
Figura 5.11 – Implantação de marcos topográfico, extensômetros e inclinômetros na
seção de um túnel, GOMES, 2012
73
6 FERRAMENTAS SISTÊMICAS DE GERENCIAMENTO DE RISCOS
6.1 ASPECTOS GERAIS
As ferramentas de análise de riscos foram criadas com o objetivo de subsidiar a tomada de
decisões acerca do levantamento da gravidade e da severidade dos riscos, a fim de evitar o seu
impacto negativo sobre pessoas, instalações, equipamentos ou processos, (ESPÓSITO e
CALDEIRA, 2009).
Inserido neste contexto ressalta-se a importância da aplicação de métodos de análises de
riscos como forma de prever eventuais colapsos e perda de vidas humanas. Neste sentido,
justifica-se a aplicação de metodologias de análises de riscos especificamente em obras
subterrâneas, pois, através dessas análises, pode-se obter um melhor entendimento do
comportamento dos mecanismos de colapsos em relação à sua segurança e às consequências
relacionadas com as possíveis rupturas.
Embora não haja ainda uma cultura de aplicação destas técnicas às obras subterrâneas,
entende-se a relevância destas ferramentas, principalmente na avaliação da segurança destes
empreendimentos.
Neste contexto, os juízos e entendimentos sobre os riscos durante o planejamento e nas
diferentes fases de desenvolvimento de obras subterrâneas requerem o uso de ferramentas
apropriadas. As ferramentas de avaliação dos riscos permitem resolver problemas
relacionados com a identificação, a descrição, a estimativa e a apreciação dos riscos, face aos
critérios pré-estabelecidos, e a sua cadeia de eventos. As ferramentas existentes não são
específicas das obras subterrâneas, pois possuem um caráter genérico, mas é neste âmbito que
se pretende contribuir com a propagação no âmbito da engenharia geotécnica.
6.2 ANÁLISE DE ÁRVORES DE EVENTOS
A descrição do desenvolvimento de um processo a partir de um evento inicial, contemplando
as possíveis consequências até um estado final, pode ser feita usando uma análise de árvore de
eventos. Esta análise está intimamente ligada à análise de árvore de falhas, pois a última é
74
frequentemente utilizada para quantificar os eventos do sistema que fazem parte da sequência
da árvore de eventos.
A análise de árvores de falhas permite a obtenção das medidas de confiabilidade, referindo-se
aos eventos indesejáveis ligados aos sistemas. Como ponto principal às árvores de falhas
postula um provável evento indesejável do sistema, chamado de evento topo da árvore, e
representa todas as combinações de eventos causadores do mesmo, através de regras de
álgebra booleana. Entre estes eventos causadores têm-se falhas de subsistemas ou
componentes, que em um maior nível de detalhamento são representados por eventos básicos,
os quais são fenômenos observáveis que quando ocorridos contribuem para a falha dos
subsistemas que os expõem, (FIRMINO, 2006).
A utilização de árvores de falhas para a documentação de causalidades em sistemas, com o
seu respectivo tratamento probabilístico, é uma abordagem já bastante difundida na literatura
da engenharia de confiabilidade e análise de risco, sendo em muitos casos parâmetros de
entrada para outros métodos cujo nível de detalhamento de informações é mais genérico.
Citem-se como exemplos as análises de árvores de eventos e de diagramas de sequência de
eventos, que tratam do comportamento dinâmico do sistema, detalhado em árvores de falhas
dos eventos referentes aos seus componentes. Recomenda-se para maiores detalhes sobre
árvores de eventos (MODARRES et al., 1999) e sobre diagramas de sequências de eventos
(SWAMINATHAN; SMIDTS, 1999).
Segundo (FIRMINO, 2006), podem-se destacar duas preocupações na análise de árvores de
falhas. A primeira consiste em como medir a probabilidade de ocorrência de falha do sistema.
A segunda direciona-se em como obter e quantificar os cortes mínimos da árvore (sequências
de eventos sem ordenação cronológica que quando ocorridas levam à falha do sistema, sem a
necessidade de ocorrência de qualquer evento adicional).
Métodos de cálculo exato para o primeiro caso são, em geral, limitados pela complexidade da
árvore (HEGER et al., 1995) ou requerem algoritmos complexos que podem comprometer a
eficiência computacional ou dedutiva durante sua aplicação. Assim, com o intuito de
simplificar os cálculos, são adotados métodos de aproximação, tais como o do evento raro
(MODARRES et al., 1999), cuja deficiência está na possibilidade de inferências distantes do
valor exato.
75
Nas aplicações de análise de riscos, o evento inicial da árvore de eventos é, em geral, a falha
de um componente ou subsistema, sendo os eventos subsequentes determinados pelas
características do sistema.
Para o traçado da árvore de eventos, são seguidas as seguintes etapas básicas:
Definir o evento inicial que pode conduzir ao acidente;
Definir os sistemas de segurança (ações) que podem amortecer o efeito do evento inicial;
Combinar numa árvore lógica de decisões as várias sequências de acontecimentos que
podem surgir a partir do evento inicial;
Uma vez construída a árvore de eventos, calcular as probabilidades associadas a cada ramo
do sistema que conduza a um acidente.
Tal como a análise de árvore de falhas, a análise de árvore de eventos também pode ser
utilizada em sistemas grandes e complexos, tais como a construção de um túnel. Estas são
especialmente direcionadas para representar e analisar mecanismos de redundância.
6.3 SIMULAÇÃO DE MONTECARLO
A simulação é um instrumento de análise quantitativa utilizada para gerar e analisar
alternativas antes de sua implementação. De acordo com ANDRADE (1989): “A simulação
pode ser usada para experiências com novas situações, sobre as quais se tem pouca ou mesmo
nenhuma informação, com o intuito de preparar a administração para o que possa acontecer.”
Assim, a simulação pode representar um fator positivo na tomada de decisões, incluindo sua
aplicação nos processos de decisão, uma vez que permite a realização de inferências, por meio
de experimentos, sobre o comportamento das variáveis envolvidas na decisão.
Proporciona à direção a possibilidade de examinar e avaliar diversos planos muito antes de
acatar projetos importantes. Uma vez determinado o plano mais conveniente, aquele que
contém o máximo de vantagens e o mínimo de desvantagens, pode-se por em prática na
situação real (ESCUDERO, 1973).
76
O método de Monte-Carlo foi reconhecidamente utilizado pela primeira vez como ferramenta
de pesquisa nos estudos da bomba atômica, durante a II Segunda Guerra Mundial (M.COX, et
al 2003). Nessa pesquisa, o método foi utilizado em simulações diretas de problemas
probabilísticos, com o intuito de estudar a difusão aleatória de nêutrons em material instável.
Segundo MAIA (2007), o método de Monte-Carlo basicamente utiliza as distribuições
estatísticas de variáveis, ditas estatísticas, para a obtenção da distribuição probabilística de
uma variável, dita probabilística, dependente dessas variáveis estatísticas. A obtenção da
distribuição probabilística é feita a partir de numerosas combinações de valores, sorteados
aleatoriamente, das distribuições de probabilidade das variáveis estatísticas, como visto na
Figura 6.1, os quais inseridos em uma equação ou função resultarão na distribuição
probabilística desejada, cuja forma é desconhecida.
Figura 6.1 – Método de Monte-Carlo, MAIA, 2007
As estimativas que se encontram nas obras subterrâneas incluem frequentemente equações
com diversas variáveis estocásticas. As soluções analíticas para este tipo de problemas podem
ser muito complicadas, mesmo quando é possível estabelecer uma expressão analítica, pois
sem esta metodologia tais soluções não são obviamente possíveis. Através da simulação de
Monte Carlo podemos obter soluções aproximadas.
As etapas do processo de simulação:
77
Desenvolvimento conceitual do modelo do sistema ou do problema a ser estudado;
Construção do modelo de simulação: inclui o desenvolvimento de fórmulas e equações
apropriadas, a coleta de dados necessários, a determinação das distribuições de
probabilidades associadas às variáveis de entrada e, finalmente, a construção ou
definição de uma forma para registrar os dados;
Verificação e validação do modelo: a verificação se refere ao processo de conferir se
o modelo está livre de erros de lógica, ou seja, se o modelo faz aquilo que deveria
fazer. Já a validação tem por objetivo avaliar se o modelo construído é uma
representação razoavelmente crível do sistema ou problema estudado;
Desenho de experimentos com a utilização do modelo: tal etapa envolve a
determinação de questões a serem respondidas pelo modelo com o intuito de auxiliar o
decisor a alcançar o seu objetivo;
Realização dos experimentos e análise dos resultados: finalmente, nessa última etapa,
com base no desenho de experimento feito, as simulações são realizadas para que se
obtenha o conjunto de informações especificado, que pode ser transmitido aos
tomadores de decisão em forma de relatórios pré-definidos em conjunto com os
mesmos.
6.4 ANÁLISE DE MODO DE FALHA EFEITO E CRITICALIDADE
(FMEA/FMECA)
6.4.1 ASPECTOS GERAIS
Diariamente tomamos decisões que envolvem riscos, os quais muitas das vezes são admitidos
como não relevantes por apresentarem uma baixa probabilidade de acontecer. No entanto, por
mais baixa que seja a probabilidade é necessário identificá-los e preveni-los para que as
tarefas sejam desempenhadas de forma segura e eficiente. Uma das formas de fazê-lo passa
pela utilização/aplicação de técnicas que permitam diagnosticar potenciais falhas logo na fase
de projeto, tais como o FMEA e/ou o FMECA.
Na Engenharia, a construção de túneis apresenta desafios e complexidade, sendo essencial
atingir-se elevados níveis de segurança, em todas as fases da construção, para se prevenir a
ocorrência de falhas que possam originar incidentes ou acidentes.
78
Antes de se proceder à definição propriamente dita do FMEA, é fundamental fazer um
enquadramento histórico do mesmo. O FMEA foi desenvolvido em Novembro de 1949 para
uso militar das Forças Armadas dos Estados Unidos da América, no processo militar MIL-P-
1629, para classificar as falhas, de acordo com o impacto que as mesmas teriam nas diversas
missões e na segurança dos militares e equipamentos (FMEA, 2009).
Mais tarde, foi utilizado na indústria aeroespacial pela NASA (National Aeronautics and
Space Administration), no desenvolvimento do programa espacial Apollo, com o objetivo de
eliminar falhas em equipamentos que ficariam impossibilitados de ser reparados após
lançamento (FMEA, 2009).
A indústria automobilística foi também uma precursora deste método, implementado no final
da década de setenta pela Ford Motor Company, onde serviu para quantificar e ordenar os
defeitos potenciais ainda na fase de projeto, impedindo que essas falhas chegassem ao cliente
final (FMEA, 2009).
Segundo ESPÓSITO (2009), a metodologia FMEA consiste na identificação dos modos de
falhas (rupturas) e dos seus efeitos. A aplicação da metodologia FMECA produz a ordenação
dos modos de falhas (rupturas) de acordo com a combinação da probabilidade de ocorrência
dos modos de ruptura e da sua severidade.
Esta dimensão da qualidade e confiabilidade tem se tornado cada vez mais importante para os
empreendedores, pois, a falha em uma obra, mesmo que prontamente reparada pelo serviço de
acompanhamento técnico e totalmente coberta por termos de garantia, causa, no mínimo, uma
insatisfação ao cliente ao acarretar alteração de prazos e custos. Além disso, cada vez mais
são lançados empreendimentos em que determinados tipos de falhas podem ter consequências
drásticas para o mesmo.
Como aplicação em obras geotécnicas, podemos dizer que esta ferramenta consistirá na
identificação dos modos de falhas (rupturas) e de seus efeitos. Neste sentido, o método prevê
uma análise em que se considera, além da matriz de criticalidade, a sequência dos modos de
ruptura, com suas causas iniciadoras, assim como efeitos imediatos, próximos e finais,
(ESPÓSITO, 2009).
79
6.4.2 TIPOS DE FMEA
Segundo TEIXEIRA (2009), existem diversos tipos de FMEA, dos quais se destacam:
a) FMEA de Sistema
O FMEA de Sistema, também denominado FMEA, tem por objetivo avaliar falhas em
sistemas e subsistemas nas fases iniciais de definição do conceito e do projeto. O FMEA de
Sistema tem por base a identificação das potenciais falhas do sistema em relação à execução
das funcionalidades, procurando atender às necessidades e percepção dos clientes em relação
ao sistema.
b) FMEA de Produto ou DFMEA (Design Failure Mode and Effects Analysis)
O FMEA de Produto tem por base avaliar as possíveis falhas em produtos antes da sua
introdução no processo de fabricação, devendo o produto ser analisado durante toda a sua vida
útil. Este tipo de FMEA focaliza-se na análise das falhas potenciais do projeto, em relação ao
cumprimento dos objetivos definidos para cada uma das suas características, encontrando-se
diretamente ligado à capacidade do projeto em atender os objetivos definidos.
c) FMEA de Processo ou PFMEA (Process Failure Mode and Effects Analysis)
O FMEA de Processo tem por base avaliar falhas em processos antes da introdução do
produto para produção em série. Este tipo de FMEA centra-se na identificação das falhas
potenciais do processo em relação ao cumprimento dos objetivos definidos para cada uma de
suas características, encontrando-se diretamente ligada à capacidade do processo em cumprir
os objetivos definidos para o mesmo.
d) FMEA de Serviço
O FMEA de Serviço apresenta diversas aplicações, nomeadamente para execução de FMEA
específico, para avaliar as etapas de desenvolvimento de um sistema, de forma semelhante a
um produto.
As etapas de execução do FMEA de serviço são as seguintes:
1 - Sistema de Serviço (FMEA de Sistema),
2 - Produto do Serviço (FMEA de Produto),
3 - Processo de execução do Serviço (FMEA de Processo).
80
No caso do FMEA de Serviço ser executado englobando todas as características desde o
sistema de serviço até ao processo em si, então neste caso é usado para avaliar falhas nos
serviços antes do seu início, mas, deve ser revisto enquanto os serviços estiverem ativos.
O FMEA de Serviço evidencia as falhas do serviço face às necessidades do cliente e ao
cumprimento dos objetivos definidos para cada uma das suas características e processos, e
define a necessidade de alterações no serviço, estabelecendo também as prioridades para
ações de melhoria.
81
7 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA DE GERENCIAMENTO DE RISCOS
7.1 CONCEITOS
Nesta etapa inicial, três tópicos chaves, são observados:
Tabela 7.1 – Estrutura da metodologia probabilística de gerenciamento de riscos
Metodologia Probabilística de Gerenciamento de Riscos
Conceitos Teóricos Caso-Estudo Ferramentas de Gestão de
Riscos
Mecânica das Rochas Revisão histórica Análise por árvore de
eventos
Obras Subterrâneas Geologia regional
Análise dos modos de
ruptura, seus efeitos e sua
criticalidade
Método de classificação Campo de tensões Sistema de monte carlo
Maciço como elemento
estrutural Sistema de suporte
Sistema de suporte e
monitoramento
Ferramenta de gerenciamento de
riscos
Metodologia probabilística
de previsão
Desta maneira acredita-se que será compreendida a importância dos projetistas e executores
estarem familiarizados com os conceitos que abrangem as obras subterrâneas em meios
rochosos, bem como com os métodos e ferramentas de gestão de riscos em obras geotécnicas.
82
7.1.1 MECÂNICA DAS ROCHAS
Através dos anos, a necessidade de estimativa dos parâmetros geomecânicos de maciços
rochosos tem ganhado importância rapidamente. Esta necessidade é resultado do crescente
número de escavações subterrâneas, decorrente de soluções cada vez mais robustas, para uso
mais abrangente do espaço urbano.
Contudo, a estimativa de tais parâmetros é ainda difícil de ser realizada, não pela falta de
pessoal técnico, equipamento ou procedimentos qualificados, mas sobretudo, devido às
condicionantes técnicas impostas pelo fator de escala dos ensaios frente ao maciço rochoso.
Estas dificuldades são decorrentes das dimensões e do volume de equipamentos necessários
para que uma campanha de ensaios de campo apresente resultados satisfatórios e
representativo do maciço rochoso.
Felizmente, numerosos autores vêm concentrando esforços na busca de ferramentas
matemáticas que auxiliem na estimativa dos parâmetros geomecânicos do maciço rochoso.
Desses esforços, surgiram os conhecidos critérios de ruptura, que relacionam o estado de
tensões ao estado de ruptura de um material (solo, rocha e outros).
Dentre o vasto número de critérios de ruptura, pode ser dado especial destaque ao critério de
ruptura generalizado de Hoek-Brown (Hoek & Brown, 1980a e Hoek & Brown, 1980b).
Neste sentido, o critério de ruptura de Hoek-Brown tem gradualmente evoluído (Hoek 1983;
Hoek 1994; Hoek & Brown 1997; Hoek et al. 2002; entre outros) em função das necessidades
dos projetistas e construtores, que o tem aplicado a diversos casos não contemplados pela
versão original de 1980.
Assim, a aplicabilidade das equações empíricas e semi-empíricas dos vários critérios de
ruptura existentes apresenta resultados bastante satisfatórios, quando respeitadas as restrições
conceituais impostas por seus autores.
Igualmente importante, o módulo de deformabilidade se encontra entre os parâmetros que
melhor descrevem o comportamento mecânico de fragmentos de rocha e do maciço rochoso,
sendo fundamental nas análises de obras subterrâneas. Razão pela qual a maioria das análises
83
de elementos finitos e elementos de contorno, para o estudo de tensões e deslocamentos ao
redor das escavações subterrâneas, serem baseadas nesse parâmetro.
7.1.2 OBRAS SUBTERRÂNEAS
O objetivo de um processo de escavação é retirar material de um maciço rochoso, produzindo
uma abertura, cuja forma depende de critérios operacionais. É importante ressaltar que
existem dois objetivos potenciais quando se trata de remoção de rocha: criar uma abertura e
extrair material com valor de interesse econômico.
Há projetos em que algumas etapas dos trabalhos envolvem aberturas permanentes e outras
aberturas temporárias, como: mina com acesso através de shafts e túneis em escavações
permanentes.
Desde as primeiras teorias até as modernas ferramentas computacionais tridimensionais,
engenheiros e pesquisadores têm dedicado esforços pessoais no entendimento do
comportamento das obras subterrâneas escavadas em diversos meios e condições.
Graças a esses esforços, diversos autores (Hoek 1981, Hoek et al 1995 e outros) convergem
para um mesmo pensamento, no qual os projetos das obras subterrâneas devem
frequentemente considerar dois modos de ruptura. O primeiro originado dos processos de
instabilidades estruturalmente controladas por descontinuidades. O segundo decorrente do
estado de tensões induzido pela escavação da estrutura subterrânea, cujas tensões poderão
igualar a própria resistência do maciço rochoso.
A Tabela 7.2, a seguir, tenta representar graficamente de forma generalizada esses modos de
ruptura.
84
Tabela 7.2 - Influência das condições estruturais do maciço rochoso e do estado de tensões no
modo de ruptura
Maciço rochoso intacto Maciço rochoso moderadamente
fraturado
Maciço rochoso
amplamente fraturado
Bai
xo n
ívei
s de
tens
ões
Estável
Queda de blocos e cunhas
Desagregação da parede
Mod
erad
o ní
vel d
e
tens
ões
Ruptura localizada ao redor da
escavação
Ruptura localizada ao redor da
escavação e movimento de blocos
Ocorrência de ruptura
localizada e desagregação da
parede
Ele
vado
nív
el d
e
tens
ões
Ruptura generalizada ao redor da
escavação
Ruptura generalizada ao redor da
escavação e movimento de blocos
Desenvolvimento do processo
de “squeezing”
Fonte: HOEK et al,1995
Finalmente, todas as obras subterrâneas de forma e tamanho qualquer, predispostas ao
surgimento dos problemas de instabilidade, irão apresentar três estágios evolutivos do
processo de instabilidade:
Iniciação do processo de instabilidade;
Propagação do processo e surgimento de problemas;
Mitigação dos problemas.
Neste sentido, inerente às obras subterrâneas, é necessária a estabilização do maciço rochoso,
considerando duas opções em termos da relação tensão x deformação: manter o maciço na
região pós-pico ou permitir que o maciço ultrapasse a região do pós-pico e utilize sua
resistência residual.
85
Os dois métodos de estabilização fundamentais são o reforço e o suporte. Para cada caso, o
comportamento dos maciços rochosos contínuos ou descontínuos deve ser discutido
separadamente.
Os dados abaixo visam dar uma ideia das dimensões das maiores obras subterrâneas e suas
respectivas utilizações:
Túnel Metroviário - linha do Metrô de Moscou, de Medvedkovo até o Parque Bittsevsky,
com 37,9 km de extensão (em operação desde 1990).
Túnel Ferroviário - túnel Seikan, ligando as ilhas Honshu e Hokkaido no arquipélago
japonês, com 53,9 km de extensão, escavado 240 m abaixo do nível do mar e 100 m abaixo
da superfície do fundo do mar (construção de 1972 a 1988). Também merecem destaque os
túneis gêmeos do Canal da Mancha, entre França e Grã-Bretanha, com 49,9 km de
extensão e 7,6 m de diâmetro (construção de 1987 a 1994 e custo de US$ 16 bilhões). O
novo túnel de São Gotthard, nos Alpes suíços, terá cerca de 57 km (em construção).
Túnel Rodoviário - túnel de São Gotthard, com duas faixas de rolamento, nos Alpes suíços,
com 16,3 km (construção de 1969 a 1980 e custo de US$ 280 milhões). O túnel rodoviário
de maior seção transversal encontra-se em S. Francisco, EUA, com 24 m de largura e 17 m
de altura.
Túnel Hidroviário - túnel Rove no canal de Marselha, França, com 7,1 km de extensão e
seção transversal de 22 x 11 m2 (operação desde 1927, interrompida por acidente em
1963).
Túnel para Adução de Água - túnel Nova Iorque / Delaware, com 169 km de extensão e
4,1 m de diâmetro (construção de 1937 a 1944). Também vale incluir o túnel mais longo
sem suporte, túnel Three Rivers em Atlanta, EUA, com 9,4 km de extensão e 3,2 m de
diâmetro (construção de 1980 a 1982).
Túnel Hidrelétrico - túnel dos Rios Orange e Fish, na África do Sul, com 82,9 km de
extensão e 5,4 m de diâmetro (construção de 1967 a 1973 e custo de US$ 96 milhões).
Existe também um projeto no Peru, a barragem de Majes, que envolverá 98 km de túneis
para fins hidrelétricos de suprimento de água.
Túnel para Adução de Esgoto - o sistema de esgoto de Chicago, EUA, quando completo,
terá 211 km de túneis. Hoje existem já 121 km em operação e 29 km em construção, com
diâmetros variando de 2,7 a 10,0 m. O sistema também inclui para uma segunda fase
86
cavernas para controle de poluição e cheias. O custo estimado do projeto é de US$ 3,6
bilhões.
Cavernas para Armazenamento de Resíduos - caverna Henriksdal, em Estocolmo, Suécia,
com 1 milhão de m3 de volume (construção de 1941 a 1971 e no momento em expansão).
7.1.3 METODO DE CLASSIFICAÇÃO
Devido à complexidade do maciço rochoso, são necessárias ferramentas teóricas que
permitam analisar o controle de seu comportamento. Para resolver este problema são
idealizados modelos teóricos que só conseguem analisar um determinado processo num tempo
e espaço determinado, onde o bom senso e a experiência prática são partes importantes.
Como na maioria das vezes, trabalha-se com conhecimento limitado das áreas em estudo,
optando pela alternativa dos sistemas de classificação geomecânica, que nos permite
relacionar a situação atual com as situações encontradas por outros, ou seja, as classificações
geomecânicas são uma forma sistemática de catalogar experiências obtidas em outros lugares
e relacioná-las com a situação ora encontrada.
Neste caso, optou-se por uma das classificações mais usadas, a de Bieniawski (1973, 1976 e
1989) com o índice RMR (Rock Mass Rating) ou índices do Maciço Rochoso sem desmerecer
outras classificações que foram esquecidas ou não tiveram grande demanda de uso, mas que
serviram como fundamento no processo de melhor compreensão do comportamento do
maciço rochoso.
Deve-se considerar a origem do desenvolvimento dos diferentes sistemas de classificação para
ter segurança na sua aplicação para diferentes problemas da engenharia. A primeira referência
do uso de classificação do maciço rochoso foi feita por Terzaghi em 1946, citado em Hoek &
Brown (1980), onde a carga do maciço rochoso em túneis ferroviários, com seção ferradura, é
sustentada por cambotas metálicas. Nesta classificação, o maciço rochoso é dividido em nove
categorias de comportamento através de uma descrição qualitativa, que se faz do mesmo
através de definições claras e concisas.
LAUFFER (1958) propôs um sistema baseado no tempo de auto-sustentação para um certo
vão de escavação livre (não sustentado) relacionando-o com a qualidade do maciço rochoso
do espaço escavado. Posteriormente, o conceito de Lauffer foi introduzido no método de
87
escavação NATM (New Austrian Tunnelling Method). Esta técnica é mais aplicada à rocha
branda ou rocha que apresenta expansão lateral ("swelling"), e não aplicável a rocha dura, que
segue outro comportamento de ruptura.
Em casos de rocha muito dura onde o comportamento está dominado pelas cunhas instáveis, o
tempo de auto sustentação é nulo e o suporte terá que ser colocado logo após a escavação, ou
antes de liberar a cunha em sua totalidade.
Outra diferença é que a mudança do campo de tensões ao redor da escavação no caso de
maciços com alta tensão in-situ, a ruptura pode acontecer repentinamente em forma de
explosão da rocha (rockburst). Neste caso o projeto de suporte deve considerar a mudança do
campo de tensões ao invés do tempo de auto-sustentação.
7.1.3.1 Sistema de Classificação RMR
Bieniawski em 1974 propôs o sistema empírico de classificação geomecânica RMR, derivado
principalmente para a aplicação em projetos de túneis. No decorrer do tempo maiores
registros de dados foram adicionados à classificação, originando significativas mudanças nos
pesos dos diferentes parâmetros de classificação, e sua expansão para aplicações em obras de
superfície como fundações e taludes. A última versão do sistema foi apresentada por
Bieniawski (1989). O sistema RMR utiliza seis parâmetros para classificar o maciço rochoso:
Resistência uniaxial do material de rocha
Índice RQD
Espaçamento das descontinuidades
Padrão das descontinuidades
Ação da água subterrânea
Orientação das descontinuidades
Na aplicação desta classificação, o maciço é dividido em regiões e cada uma classificada
separadamente. Estas regiões são divididas por características estruturais maiores como falhas
abertas, mudanças de tipo de rocha, mudanças grandes do espaçamento das descontinuidades.
88
O sistema RMR é apresentado através de tabelas, que atribui pesos para os seis parâmetros
acima listados. Estes valores são somados para obter o valor de RMR (máximo de 100
pontos).
Os parâmetros do sistema são simples e claros, podendo ser obtidos rapidamente com um
custo relativamente baixo e englobando características de abertura, persistência, rugosidade e
alteração das paredes das descontinuidades. O espaçamento é individualizado em um dos seis
parâmetros e a orientação das descontinuidades é considerada à parte, como um parâmetro de
ajuste que depende da orientação das descontinuidades em relação à escavação e ao tipo de
obra.
Nas Tabelas 7.3 e 7.4 são apresentados os pontos referentes a cada parâmetro do sistema
RMR. A classificação do maciço é obtida com a somatória dos pontos dos parâmetros
selecionados para cada tipo de maciço.
O RMR é um valor de referência que serve para deduzir parâmetros preliminares de
deformabilidade, resistência e tempo de auto-sustenteção do maciço, assim como estabelecer
correlações para outras grandezas e definir sistemas de suporte de maciços rochosos.
89
Tabela 7.3 - Sistema de classificação geomecânica RMR
Fonte:Bieniawski 1989, modificado
90
Tabela 7.4 - Correções e guias auxiliares para o sistema de classificação RMR
Fonte: Bieniawski 1989, modificado
91
Após ter sido feita a classificação do maciço rochoso, é então recomendada à solução de
suporte para cada tipo de obra de engenharia. Bieniawski (1989) publicou na sua classificação
uma série de guias de escolha do suporte para túneis em rocha conforme o valor de RMR
(Tabela 7.5), a qual foi desenvolvida para túneis cuja geometria era em forma de ferradura,
escavados a fogo, num maciço sujeito a tensão vertical maior a 25 MPa (profundidade
aproximada de 900 m).
Tabela 7.5 - Guia para escavação e suporte para túneis com 10 m de largura de acordo com o
sistema RMR
Tipo de Maciço
Rochoso
Método de escavação Tirantes (diâmetro de
20 mm, com calda de
cimento)
Concreto projetado Cambotas metálicas
I Excelente
RMR: 81-100
Face completa, avanço de
3 m.
Geralmente não precisa suporte exceto tirantes localizados curtos.
II Bom
RMR: 61-80
Face completa, avanço de
1 a 1,5 m, e suporte pronto
a 20 m da face.
Tirantes localizados
no teto de 3 m de
comprimento e
espaçados 2,5 m,
malha de aço
opcional.
Espessura de 50 mm
no teto, onde
necessitar.
Nulo
III Regular
RMR: 41-60
Frente de escavação em
bancadas (berma), avanço
de 1,5 a 3 m na calota,
instalação do suporte após
cada escavação a fogo, e
suporte pronto a 10 m da
face.
Tirantes espaçados
1,5 a 2 m, de 4 m de
comprimento, no teto
e paredes, com malha
de aço no teto.
Espessura de 50 a
100 mm no teto e 30
mm nas paredes.
Nulo
IV Ruim
RMR: 21-41
Frente de escavações em
camadas, avanço da calota
de 1 a 1,5 m, instalação do
suporte paralelo com a
escavação, a 10 m da
frente.
Tirantes espaçados 1
a 1,5 m, de 4 a 5 m
de comprimento, teto
e paredes, com malha
de aço.
Espessura de 100 a
150 mm no teto e 100
mm nas paredes.
Cambotas metálicas
leves a médias,
espaçadas de 1,5 m,
onde precisar.
V Péssimo
RMR: < 20
Múltiplas frentes, avanço
da calota de 0,5 a 1,5 m,
instalação do suporte
paralelo com a escavação,
e concreto projetado logo
que possível após a
escavação fogo.
Tirantes espaçados 1
a 1,5 m, de 5 a 6 m
de comprimento teto
e paredes com malha
de aço, e arco
invertido atirantado.
Espessura de 150 a
200 mm no teto e 150
mm nas paredes, e 50
mm na face.
Cambotas metálicas
médias a pesadas,
espaçadas de 0,75 m,
com aduelas de aço, e
arco invertido.
Fonte: Bieniawski 1989, modificado
92
7.1.3.2 Sistema GSI
A fim de validar o sistema de classificação SMR, propõe-se também a utilização do sistema
de classificação GSI. Este sistema, proposto por Hoek (1994) definiu o índice de resistência
geológica, ou simplesmente índice GSI, que de fato é uma forma de fusão dos sistemas RMR
e Q, para fins de obtenção de parâmetros geomecânicos de maciços rochosos. Os sistemas
RMR e Q visam recomendar soluções para problemas de engenharia, por exemplo, o suporte
necessário para um túnel, escavado num maciço rochoso a uma certa profundidade. Já o GSI
visa apenas os parâmetros do maciço rochoso. Assim, Hoek sugere que os índices RMR e Q
sejam corrigidos eliminando os parâmetros que incorporam agentes externos à qualidade do
maciço rochoso.
Para o cálculo de GSI padronizou-se o uso do RMR, versão 1976, ou o RMR de 1989 menos
5 pontos. O índice GSI é calculado em função de RMR, mas considerando o maciço seco e
não fazendo a correção devido à orientação da descontinuidade, já que a pressão de água e a
orientação de descontinuidade são considerados no projeto, e portanto não devem afetar os
parâmetros do maciço. Assim para RMR76 > 18 ou RMR89 > 23, tem-se que:
76RMRGSI
589RMRGSI
Quando os valores de RMR forem inferiores a 18 (versão 76) ou 23 (versão 89), deve-se
utilizar o sistema Q de Barton. Para a utilização do sistema de Barton não se considerará SRF
nem o efeito da água subterrânea Jw na determinação do critério de ruptura, já que estes
fatores são considerados no projeto. Então o valor modificado de Barton será:
QRQD
JnJrJa
'
A seguir o valor de GSI será:
44'ln9 QGSI
93
Em função dos valores de GSI, HOEK (1995 e 2002) apresenta correlações para estimar
parâmetros de resistência e deformabilidade do maciço rochoso, como será visto nos
respectivos capítulos.
Atualmente o GSI é calculado fazendo uso de ábacos, sendo este valor determinado conforme
as avaliações visuais das condições do maciço rochoso.
94
Tabela 7.6 - Ábacos do GSI em maciços rochosos homogeneamente fraturados
Con
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Estrutura Diminuição na Qualidade da Superfície
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80
70
60
50
40
30
20
10
A estimativa do GSI se dará pela avaliação visual de características das descontinuidades: litológia, estrutura e condições da superfície. Essa estimativa deve ser precisa, ou seja, um valor entre 33 e 37 será mais realista do que 35. Este ábaco não se aplica aos casos controlados estruturalmente, onde os planos de fraqueza em relação a escavação dominarem a estabilidade da obra. A resistência ao cisalhamento de rochas sujeita ao intemperismo químico será reduzida na presença de água. Uma superfície estimada entre moderada e muito pobre será depreciada na presença de água, ou seja, uma superfície moderada será classificada como pobre. Análises de tensão efetiva serão realizadas quando a poropressão se fizer presente.
GSI para Maciços Rochosos Homogeneamente Fraturados.
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ento
s.FRATURADA/PERTUBADA/POBRE:Dobrada com blocos angulares formado pela múltipla interseção de várias descontinuidades. Persistência de planos de acamamento ou xistosidade.
Maciço parcialmente perturbado com blocos angulares formados por um conjunto de quatro ou mais famílias de descontinuidades.
MUITO FRATURADA:
Maciço rochoso não-perturbado com estrutura bem intertravada, que consiste de blocos cúbicos formados por um conjunto de três famílias de descontinuidades.
FRATURADA:
Corpos de prova de rocha intacta ou maciça "in situ" com poucas descontinuidades amplamente espaçadas.
INTACTA ou MACIÇA:
Pobremente intertravada, maciço rochosos pesadamente fraturado com intrusão de partículas rochosas angulares e arredondadas.
DESINTEGRADA:
Ausência de blocos decorrente do pequeno espaçamento entre planos de cisalhamento ou fracas xistosidade.
LAMINADA ou CISALHADA:Não
Aplicável
Fonte: MARINOS & HOEK, 2000
95
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E:
Condições da Superfície da Descontinuidade
Recente e muito rugosa (não-intemperizada).
Rugosa, levemente intemperizada.
MUITO BOA:
BOA:
Uniforme, moderadamente intemperizada e alterada.
Muito uniforme, ocasionalmente polida, com camadas compactas ou preenchidas por fragmentos angulares.
Muito uniforme, polida ou altamente intemperizada com camadas de argila mole ou preenchimentos.
POBRE:
MODERADA:
MUITO POBRE:
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96
7.1.4 MACIÇO COMO ELEMENTO ESTRUTURAL
As principais características que regem este princípio são:
Para ser o principal elemento estrutural, a qualidade do maciço deve ser preservada;
O maciço deve-se deformar para redistribuir tensões, mobilizar o efeito arco, levando a
uma carga de suporte menor;
Esta deformação não pode ser excessiva, a ponto de fraturar o maciço, podendo causar um
acréscimo na carga de suporte;
Em certos casos, pode-se optar por um processo de melhoria de qualidade do maciço.
Ao longo de todas as etapas de execução do túnel deve-se visar à conservação ou até mesmo a
melhoria da qualidade do maciço. A observação deste preceito promove uma redução nas
dimensões da estrutura de suporte com uma consequente diminuição dos custos. Além disso,
pode-se ressaltar um incremento da qualidade e da segurança da obra.
A definição da geometria da seção do túnel é de fundamental importância para a manutenção
da qualidade do maciço. Para tal, deve-se observar a finalidade da estrutura bem como as
características geológico-geotécnicas do maciço circundante.
A geometria da seção deve minimizar ou eliminar zonas de concentração de tensões e, ainda,
contribuir para a formação do efeito arco em uma região mais próxima da periferia da
cavidade. O efeito arco consiste na mobilização da capacidade de carga do maciço através de
uma redistribuição de tensões atuantes na região adjacente à escavação pelo incremento das
tensões cisalhantes. Tal redistribuição, denominada princípio da estabilização pelo alívio
controlado de tensões, é consequencia de deformações resultantes da abertura da cavidade. No
entanto, deve-se evitar deformações excessivas pois, com isto, ocorreria a perda da
capacidade de auto-suporte do maciço.
Também, deve-se estipular, previamente, uma seqüência de escavação da face com base em
experiências anteriores. Através da análise de dados obtidos da instrumentação do túnel, a
seqüência poderá ser otimizada, até que se alcance o nível de deformações desejado.
97
Quando os deslocamentos durante a escavação forem julgados excessivos, pode-se proceder à
melhoria da qualidade do maciço. Esta é obtida através de medidas de ordem estrutural, tais
como enfilagem, injeção de nata de cimento ou resina, grauteamento etc.
Os tirantes passivos (chumbadores) promovem uma melhoria na coesão do maciço, sem
causar quaisquer modificações em seu ângulo de atrito. Sua capacidade somente é mobilizada
com as deformações sofridas pelo maciço circundante. Constituem-se em um sistema simples,
barato e de fácil aplicação utilizados na estabilização localizada no contorno da escavação.
Devem ser instalados em espaçamentos regulares em direção radial.
No intuito de tornar as escavações mais competitivas foi concebida a utilização do "jet
grouting" em calda de cimento, para a estabilização com a finalidade de torná-lo competitivo
em obras civis. É resultante da ação dinâmica de um ou mais jatos de calda de cimento
providos de elevada velocidade (700 a 1000 km/h) que saem de pequenos bicos injetores (1,8
a 4 mm) dispostos na extremidade de uma composição de perfuração com movimento de
rotação e/ou translação. A energia cinética dos jatos desagrega o maciço devido ao impacto
estabelecendo a mistura íntima deste com a calda de cimento.
Esta técnica de melhoria da qualidade do maciço é aplicável a quaisquer tipos de solo e,
quando utilizada corretamente cria um arco de solo-cimento de alta resistência mecânica e
impermeável atuando como pré-revestimento da cavidade antes mesmo de sua abertura.
Possibilita ainda a minimização das deformações internas e na superfície do terreno, fator de
grande importância nas obras realizadas em zonas urbanas.
7.1.5 SISTEMA DE SUPORTE
A instalação do suporte se faz necessária apenas quando o maciço é incompetente, ou seja,
não possui capacidade de auto-sustentação depois de efetuada a escavação, ou ainda quando
certos níveis de deformações não são tolerados pelas estruturas circunvizinhas, (MAIA,
2007). Três princípios dominam o sistema de suporte:
Tempo de instalação, que na verdade constitui o tempo de fechamento do anel;
Rigidez e resistência tal que o sistema de suporte funcione como um cilindro de paredes
finas, minimizando cortantes e momentos;
98
Na necessidade de um suporte de alta capacidade, que teria paredes grossas, é preferível
manter as paredes finas e reforçar com tirantes.
O suporte deve possuir rigidez para acompanhar as deformações esperadas no maciço. Caso o
mesmo possua uma alta rigidez, passa a restringir as distorções devidas à pressão diferenciada
no maciço, impedindo assim o alívio de tensões. Deve ainda apresentar resistência suficiente
para suprir as deficiências estruturais do maciço, absorvendo esforços e evitando deformações
excessivas.
Além da rigidez e da resistência, o sistema de suporte deverá ser instalado num tempo ótimo,
menor que o tempo de auto-sustentação, com o intuito de interceptar a curva característica do
maciço num certo deslocamento admissível.
7.1.6 MONITORAMENTO
O monitoramento visa acompanhar o comportamento, tanto do maciço, quanto do suporte
durante todo o processo de execução da obra, constituindo-se num elo de ligação entre o
projeto e a execução do mesmo. Deve fornecer dados referentes a deformações e ao estado de
tensões do maciço, de forma a verificar a eficácia do procedimento utilizado bem como a
segurança da escavação. Podem ser instalados em diversos pontos, de acordo com as
informações necessárias, quais sejam: recalques superficiais e subsuperficiais, convergência,
carga no suporte, etc.
Caso o comportamento não seja o previsto pode-se alterar o projeto ou os procedimentos
construtivos até que se obtenham resultados satisfatórios. Isto confere ao NATM um caráter
observacional.
7.2 METODOLOGIA PROBABILÍSTICA DE PREVISÃO
A palavra estatística é comumente associada à ideia “conjunto de dados”. Recentemente, a
estatística tem se transformado em um poderoso instrumento associado às ciências cujos
fenômenos são ligados às leis do acaso. Assim, o estudo estatístico se torna fundamental na
análise de dados provenientes de quaisquer processos onde exista uma variabilidade natural
de seus parâmetros, propriedades e índices.
99
Segundo MAIA (2007), podemos observar na área da Geotecnia, já há bastante tempo, o
reconhecimento de que as propriedades dos materiais do solo são inerentemente heterogêneas,
visto que depósitos naturais de solo são caracterizados por camadas irregulares de vários tipos
de materiais (argilas, siltes, areias, pedregulhos etc.); com diversas faixas de densidades;
oriundos de misturas diversas e possuidores de outras propriedades que afetam a resistência e
a compressibilidade do depósito.
Também maciços rochosos são freqüentemente caracterizados por sistemas geológicos
constituídos por descontinuidades do próprio maciço, que afetam significativamente a
capacidade de carga e suporte da rocha, assim como sua estabilidade.
Além disso, é conhecido que carregamentos e parâmetros podem apresentar variações em
torno de seus valores adotados, o que poderá conduzir a uma inevitável convivência com
riscos de rupturas de obras geotécnicas.
Conforme MAIA (2007), esse fato pode ser exemplificado por meio da metodologia de
trabalho proposta por Peck em 1969, conhecida como método observacional, que prevê
ajustes dos processos construtivos das obras subterrâneas durante sua escavação, isso em
função de variações no comportamento da escavação. No entanto, quando não é possível
aguardar até a execução para tais decisões, o projeto deverá assumir certo nível de risco. Isso
é usualmente feito de forma arbitrária por meio da incorporação de um valor conhecido, ou
seja, por meio da incorporação de um fator de segurança. Neste sentido, para estudos onde
exista uma variabilidade natural em seus dados, tais como a observado na área em estudo e
transcrita na Tabela 7.8, os métodos estatísticos e probabilísticos se apresentam como uma
alternativa sistemática de incorporação dessa variabilidade natural ao projeto e então calcular
seu risco de ruptura e sua confiabilidade.
100
Tabela 7.8 – Parâmetros dos materiais modelo
Parâmetro Classe
II
Classe
III
Classe
IV Saprolito
Solo saprolitico
Talus
Coluvio
E (MPa) 5.500 2.500 1.500 1.000 100 10 10
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,2 0,25
(kN/ m³) 26 24 22 20 19 17 17
C (kPa) 500 250 100 50 20 10 10
Ø (0) 450 400 350 270 280 220 250
Fonte: ENGECORPS, 2011
E = Módulo de Elasticidade
= Coeficiente de Poisson
= Peso Especifico
c = Coesão
Ø = Ângulo de Atrito
101
8 APLICAÇÃO DO MÉTODO A UM CASO DE ESTUDO
8.1 ÁREA DE ESTUDO
Diversos aspectos importantes do gerenciamento de riscos em obras subterrâneas são
abordados neste trabalho, como a importância de um projeto correto e detalhado, abrangendo
inclusive medidas de contingência, antes do inicio das obras, com a identificação de
anomalias e riscos geológicos, e o correto diagnóstico, redução e eliminação de riscos
geotécnicos.
O grande número de acidentes em obras subterrâneas, em execução no mundo, chama
atenção, e para evitá-los ou minimizar seus impactos é necessário analisar os problemas
geotécnicos de forma mais estruturada. Para isso, utiliza-se de uma análise formal,
minimizando os riscos.
Na análise de riscos em túneis, as decisões deixam de ser intuitivas e empíricas e passam a ser
mais estruturadas, evitando-se correr o risco sem a análise de suas conseguências, sabendo
quais os riscos estão intrisicamente relacionados à sua operação.
Porém, cada túnel demanda uma análise diferente, de modo a sanar uma expectativa
operacional distinta, pois, nenhum túnel é igual ao outro. Para o estudo de obras subterrâneas,
optou-se pelos túneis executados em “New Austrian Tunnelling Method” (NATM), pois os
mesmos requerem o desenvolvimento de considerável habilidade e cuidado em sua
investigação, planejamento, projeto, construção e monitoração para serem implantados com
segurança.
O presente caso de estudo permite enquadrar de uma maneira mais específica o
empreendimento a ser avaliado, verificando assim, o aprendizado gerado por esta implantação
e por estar o mesmo sujeito à influência de fatores intrísecos, abrangidos neste trabalho, onde
foram criadas condições adequadas à apreciação de um sistema de gerenciamento de riscos, e
pela sua capacidade de assinalar as diferenças observadas.
102
As razões que levaram à seleção do local, bem como do empreendimento a ser avaliado,
prendem-se a critérios da aplicabilidade dos risco gerados ao mesmo, neste caso por razões de
caráter estrutural, como a existência de apoio técnico e logístico.
Como área de estudo e de aplicação, foi selecionado o Túnel de Adução de Rejeitos do
complexo da Barragem Norte, na Mina de Brucutu, no Município de São Gonçalo do Rio
Abaixo, no Estado de Minas Gerais.
Na abordagem da área caracterizada, estudou-se a análise e o gerenciamento dos riscos, tendo
em consideração as ferramentas de gestão que poderão dar resposta ao impacto sofrido pela
implantação do empreendimento. Como forma de avaliar os riscos gerados na execução do
Túnel Laranjeiras em Brucutu, será utilizada a ferramenta FMEA/FMECA.
Figura 8.1 – Imagem aérea do local de implantação – eixo de implantação do tunel, 2013
8.2 ARRANJO GERAL DO TÚNEL
As estruturas do túnel de adução de rejeito - Mina Brucutu serão implantadas em túnel
escavado em rocha, saprolito e coluvio entre as elevações 814,50 m e 835,50 m, sendo o
emboque em saprolito de itabirito, e o desemboque em coluvio/talus.
O início das escavações se dará em avanços que se processarão com fogo cuidadoso, em
seção parcializada a partir da escavação da abóbada. As parcializações da seção, adotadas no
103
respectivo método construtivo, foram definidas a partir de condicionantes de natureza
construtiva, limitando a altura da seção em 5,4 m para a seção S1 e 5,15m para a seção S2.
Figura 8.2 – Seção S1 típica, implantada em maciço classe III/IV, ENGECORPS, 2009
Figura 8.3 – Seção S2 típica, implantada em maciço classe II, ENGECORPS, 2009
104
Entre as seções S1 e S2 existe uma zona de transição em que não há mais necessidade de
enfilagens, portanto, a seção deverá ser escavada como a seção S2, sem necessidade de
enfilagens e com espessura de 15cm com aplicação de tirantes de acordo com a fiscalização
de campo e um pequeno ajuste da geometria para se passar da seção S1 para a seção S2,
(ENGECORPS, 2011).
Em função das características geomecânicas do maciço rochoso atravessado pelo túnel, foram
definidas três seções típicas:
Seção S1: corresponde ao trecho inicial (próxima ao emboque – entre estacas (0+0 e 14+7,40)
do túnel e também entre as estacas (23+9,85 e 29+10,45), com tratamento do maciço através
de enfilagens injetadas a serem instaladas ao redor da abóbada. O revestimento interno será
executado em concreto, de espessura mínima de 0,40m na abóbada e nas paredes, sendo que
na abóbada serão implantadas cambotas treliçadas e uma sapata de apoio com 1,34 m de
largura . O invert será executado com espessura de 0,4m de espessura, com drenagem interna
inferior.
Seção S2: corresponde ao trecho entre estacas (14+17,40 e 22+19,85), com tratamento do
maciço através de tirantes radiais instalados na abóbada. O revestimento interno será
executado em concreto, de espessura mínima de 0,15m na abóbada e nas paredes. O piso da
seção será plano e revestido em concreto com 0,20m de espessura.
Seção S3 (túnel falso): corresponde ao trecho de pior qualidade (colúvio), situado entre as
estacas (29+10,45 e 30+12,80), com o tratamento do maciço através de enfilagens injetadas, a
serem instaladas ao redor da abóbada e com invert no fundo da seção escavada do túnel.
Instalação de cambotas externas no túnel falso com perfil H W200 x 35,9 : o revestimento
primário, em concreto moldado “in loco” com aplicação de forma e telas de aço externa e
interna Q785 , com espessura mínima de 0,40m na abóbada e nas paredes, e uma sapata de
apoio com 1,34m de largura. O invert será executado com espessura de 0,4m de espessura,
com drenagem interna inferior, (ENGECORPS, 2011).
105
8.3 ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS
8.3.1 ASPECTOS GERAIS
O traçado do túnel de adução de rejeito situa-se na sua parte montante, sobre formação
ferrífera, atravessando as partes de itabiritos duros e moles até atingir na sua porção de jusante
a zona de contato entre estes e os gnaisses do embasamento. Neste trecho, o túnel atravessa
uma mistura tectônica dúctil de litotipos que pode incluir xistos, quartzitos, gnaisses e
itabiritos. A espessura desta mistura é irregular ao longo da serra, mas pode atingir dezenas de
metros ou mais.
É possível notar uma vertente de alta declividade, que apresenta inclinação média da ordem
de 70º na porção norte do vale e mais suave na porção sul, voltada para mina, com inclinação
média em torno de 20º.
As vertentes encontram-se encobertas por uma mata com representantes da vegetação de
cerrado. Ocorrem desde os tipos inferiores até matas pouco densas, com árvores de pequeno a
médio porte, esparsamente de grande porte, conforme foto 8.4.
Figura 8.4 – Vista da Sela e respectiva falha, local do embocamento do túnel, ENGECORPS, 2011
106
Figura 8.5 – Geologia mapeada: 1 - Itabirito Cauê; 2 - Dolomitos ferruginosos Gandarela; 3 – Filitos Prateados Piracicaba, ENGECORPS, 2011
Os afloramentos encontrados na linha do eixo são basicamente de Itabiritos da Formação
Cauê que podem estar capeados por um depósito terciário de argilas arenosas muito
laterizadas. Nas imediações do emboque de montante foi localizado o contato das Formações
Cauê e Gandarela e do Grupo Piracicaba.
Verifica-se, ainda, que o traçado do túnel está muito próximo de uma sela topográfica que se
relaciona com uma persistente zona de fratura de alto ângulo de mergulho.
As atitudes da foliação são diferenciadas em cada face da serra e em cada domínio geológico.
A foliação nos itabiritos situa-se em N80E com mergulhos suaves a moderados para sul. Já
nos gnaisses a foliação tem atitude aproximadamente N-S com mergulhos fortes a moderados
para leste.
3 2
1
107
8.3.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS
Foram realizados 9 furos de sondagens mistas com ensaio SPT em solo e recuperação de
testemunhos em rocha, além de ensaios de infiltração (EI) e ensaios de perda d’água sob
pressão (EPA). Os furos de SM-01A a SM-04A foram efetuados entre maio e junho de 2008,
e os demais, entre março e abril de 2009. Os ensaios de infiltração foram executados em
trechos de 1 m a cada 3 m, e os ensaios de perda d’água em trechos de 3 m consecutivos,
(ENGECORPS, 2011).
Das 9 sondagens, 5 foram executadas na vertical, 3 inclinadas a 30º em relação à vertical e
uma inclinada de 20o, conforme tabela abaixo:
Tabela 8.1 – Relação das sondagens executadas e os respectivos quantitativos das perfurações e
dos ensaios executados
Fonte: ENGECORPS, 2011
As sondagens SM-04A e a SM-05A foram efetuadas na direção aproximadamente ortogonal
ao túnel para verificar a ocorrência e as características de um fraturamento subvertical,
paralelo ao eixo da obra, previsto no mapeamento geológico-geotécnico . Os furos SM-06A e
o SM-09A foram executados inclinados, mas na direção paralela ao eixo do túnel, uma vez
que visavam identificar e determinar a natureza e as propriedades de possíveis contatos
geológicos, (ENGECORPS, 2011).
Sondagem Comprimento (m) Inclinação (º) EI EPA
SM-01A 15,18 Vertical 5 0
SM-02A 33,06 Vertical 7 0
SM-03A 43,02 Vertical 9 3
SM-04A 104,00 20º 0 11
SM-05A 57,21 30º 0 12
SM-06A 46,00 30º 0 8
SM-07A 20,00 Vertical 0 2
SM-08A 15,45 Vertical 0 0
SM-09A 62,00 30º 0 5
108
De acordo com os dados das investigações na área do túnel de adução de rejeito, a região
apresenta uma cobertura de solo muito heterogênea, condicionada por um contraste de
resistência ao intemperismo químico dos litotipos existentes. Este contraste de alterabilidade é
o fator preponderante no desenvolvimento do perfil de alteração, sendo que possíveis
condicionantes estruturais (zonas de fraturamento) não se mostraram influentes no modelo
geológico-geotécnico elaborado, (ENGECORPS, 2011).
O itabirito (rocha bandada, com níveis milimétricos a centimétricos de hematita alternados
com níveis de quartzo) apresentou-se como uma rocha muito susceptível aos agentes
ambientais e, com isso, desenvolve perfis profundos de intemperismo. Seu produto de
alteração é uma areia fina, composta essencialmente por especularita (hematita lamelar) e,
subordinadamente, quartzo. Já o clorita-muscovita xisto ou seu equivalente de granulação
mais grossa e mais fina (gnaisse e filito, respectivamente) apresenta maior resistência à
alteração, sustentando o relevo e, consequentemente, o topo rochoso, de forma mais eficiente
que o itabirito. Seu produto de alteração é um material areno-siltoso, cuja baixa coesão é
indicada pela total desagregação à pressão manual, (ENGECORPS, 2011).
Em relação aos depósitos superficiais, observa-se uma espessa camada de tálus na escarpa de
jusante que grada para colúvio na porção mais distal. Este tálus foi identificado
essencialmente com base em observações de superfície em etapa de campo. As principais
evidências da presença deste horizonte é a morfologia do terreno em anfiteatro, a ocorrência
de blocos de rocha com até 1 metro de diâmetro e de uma provável cicatriz de
escorregamento, caracterizada por uma parede de rocha ou de saprolito com
aproximadamente 6 metros de altura. Esta parede se localiza entre as sondagens SM-04A e a
SM-05A, entretanto devido ao levantamento topográfico apresentar curvas de nível a cada 5
m, não pôde ser representado cartograficamente, (ENGECORPS, 2011).
A escarpa de montante apresenta morfologia de relevo mais suave. Com isso, seu depósito
superficial associado é uma camada de colúvio com até 6 metros de espessura, que se
adelgaça da parte alta para a parte baixa do morro. A composição tanto do colúvio quanto do
tálus, caracterizada a partir das sondagens, consiste em fragmentos de rocha envoltos em
matriz argilosa e com consistência plástica, sendo que no tálus os fragmentos são mais
angulosos do que no colúvio. A resistência do colúvio e do tálus, dada pelo índice SPT, é de
10 a 15 golpes, enquanto o solo saprolítico, independentemente do litotipo que gerou este
109
horizonte, apresenta SPT entre 10 e 30 golpes, predominando entre 15 e 25 golpes,
(ENGECORPS, 2011).
O saprolito foi caracterizado como o material que apresenta na sondagem a percussão índices
de SPT acima de 40, ou então, quando perfurados a rotação, apresentam recuperação dos
testemunhos abaixo de 80%. O topo rochoso foi identificado quando a recuperação dos
testemunhos indica a ocorrência de material rochoso com razoável coerência e alteração e
com 80% de recuperação mínima, desde que haja a continuidade de alguns metros deste
material. A foliação apresenta orientação WNW-ESE e mergulho moderado (45º) para SW.
Ao longo da foliação se desenvolve o principal sistema de fraturamento. Além disso, ocorrem
fraturas sub-verticais e com 60º de inclinação subordinadas.
Nos testemunhos de sondagem, estas fraturas subverticais, bem como alguns trechos de rocha
em fragmentos, podem ser correlacionadas à zona de fratura coincidente com o traçado do
túnel, sugerido no mapeamento geológico-geotécnico. Apesar disso, sua pequena
expressividade no relevo e nos testemunhos de sondagem indica que este lineamento não é tão
significativo. Assim, a cela topográfica presente no local da SM-05A, identificada como
potencial para problemas geotécnicos, não deve apresentar condições desfavoráveis à
escavação, (ENGECORPS, 2011).
110
Figura 8.6 – Perfil longitudinal geológico, ENGECORPS, 2009
111
8.3.3 MODELO GEOMECÂNICO
Conforme o traçado do túnel de adução de rejeitos e o perfil geológico-geotécnico elaborado,
deverá ocorrer escavação tanto em rocha quanto em saprolito. Os primeiros 60 m a montante
seriam escavados em saprolito de itabirito, cuja principal propriedade é a baixa coesão e o
SPT elevado. Os 10 m seguintes devem ser escavados em itabirito alterado até se atingir uma
camada de filito com espessura aparente de 20 m. Os próximos 55 m foram escavados em
itabirito pouco alterado até que o túnel intercepte um grande aprofundamento do topo
rochoso, quando se passe a escavar no saprolito desta rocha por 60 m. Atingindo-se o contato
com o filito, estima-se que o topo rochoso volte a se elevar e em 15 m volte a encontrar a
rocha.
Os 280 metros seguintes foram escavados em xistos, filitos e gnaisses compostos
mineralogicamente por quartzo, clorita e muscovita em diferentes teores, até que se atinge o
contato com o quartzito. Esta rocha – ou seus produtos de alteração - deve prevalecer até o
desemboque do túnel. Assim, após o contato geológico, escavou-se 40 metros em quartzito e
os 60 metros finais em solo saprolítico de quartzito.
Desta forma, o maciço se compartimenta em 2 segmentos: o de montante, com 260 m de
extensão, caracterizado por um profundo horizonte de alteração, que implica em escavação
essencialmente em saprolito de itabirito e, subordinadamente, filito. O de jusante, com 340 m
de extensão, consiste em rocha de boa qualidade, exceto nos 60 metros finais, cuja escavação
deve-se proceder em solo saprolítico de quartzito.
8.3.4 CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS
As classes de maciços que constam do perfil geológico-geotécnico foram determinadas a
partir da tabela “Rock Mass Rating System” (Bieniawski, 1989), que segue reproduzida na
tabela 8.2.
112
Tabela 8.2 – Sistema de classificação de maciços rochosos
Fonte: BIENIAWSKI, 1989
113
Para as litologias mais importantes e que ocupam maior extensão do túnel, respectivamente, o
saprolito de filito e o xisto pouco alterado, foram verificadas a classificação geomecânica
segundo as tabelas de Bieniawski e as tabelas do software RockLab de Hoek–Brown,
(ENGECORPS, 2011).
Saprolito de filito:
Critério Bieniawski:
resistência à compressão = 1 a 5 MPa 1 pto
RQD. =0% 3 ptos
espaçamento das descontinuidades <0,06m ................................................... 5 ptos
orientação das descontinuidades ................................................................... -5 ptos
água subterrânea ..................................................................................... 4 a 7 ptos
total ........................................................................... 14 a 17 ptos CLASSE V
Critério Hoek–Brown:
sigci ............................................................................................................. 3 MPa
GSI .................................................................................................................... 23
mi ........................................................................................................................ 7
D ...................................................................................................................... 0,0
MR .................................................................................................................. 400
Resulta em:
ângulo de atrito = 29º
coesão = 0,033 MPa
resistência global = 0,22 MPa
módulo deformabilidade = 64,8 MPa
Xisto pouco alterado:
Critério Bieniawski:
resistência à compressão = 10 a 50 MPa .............................................. 7 a 12 ptos
RQD. = 80% .............................................................................................. 17 ptos
espaçamento das descontinuidades 0,6 a 0,2 m .......................................... 10 ptos
114
orientação das descontinuidades ........................................................................ -5
condições das descontinuidades ........................................................................ 25
água subterrânea .................................................................................. 7 a 10 ptos
total .................................................................................. 61 a 69 CLASSE II
Critério Hoek–Brown:
sigci .......................................................................................................... 70 MPa
GSI ................................................................................................................... 65
mi ....................................................................................................................... 8
D ..................................................................................................................... 0,2
MR ................................................................................................................. 700
Resulta em:
ângulo de atrito = 54º
coesão = 1,3 MPa
resistência global = 14,5 MPa
módulo deformabilidade = 25.030 MPa
Para as demais litologias, de menor expressão no traçado do túnel, foi calculado apenas o
índice da tabela Bieniawski.
Itabirito:
Critério Bieniawski:
resistência à compressão = 50 a 100 MPa .................................................... 7 ptos
RQD. = 25 a 50% ........................................................................................ 8 ptos
espaçamento das descontinuidades 0,6 a 0,2 m .......................................... 10 ptos
orientação das descontinuidades ........................................................................ -5
condições das descontinuidades ........................................................................ 10
água subterrânea .......................................................................................... 7 ptos
total ................................................................................. 37 ptos CLASSE IV
115
Saprolito de itabirito:
Critério Bieniawski:
resistência à compressão = 1 a 5 MPa .......................................................... 1 ptos
RQD. < 25% ................................................................................................ 3 ptos
espaçamento das descontinuidades <0,06 m ................................................. 5 ptos
orientação das descontinuidades ........................................................................ -2
condições das descontinuidades .......................................................................... 0
água subterrânea .......................................................................................... 7 ptos
total .................................................................................. 14 ptos CLASSE V
Quartzito:
Critério Bieniawski:
resistência à compressão = 50 a 100 MPa .................................................... 7 ptos
R.Q.D. = 80% ............................................................................................ 17 ptos
espaçamento das descontinuidades 0,6 a 0,2 m .......................................... 12 ptos
orientação das descontinuidades ................................................................. -5 ptos
condições das descontinuidades ................................................................. 25 ptos
água subterrânea .......................................................................................... 7 ptos
total .................................................................................. 63 ptos CLASSE II
Quando da execução da obra, verificou-se que, pela foliação das rochas metamórficas e pelo
caimento do túnel de montante para jusante, o avanço do túnel a partir do desemboque será
bem mais favorável, tanto pela maior estabilidade dada pelo mergulho da foliação para
montante como pelo escoamento das águas de infiltração.
116
8.4 MODELO FMEA/FMECA
8.4.1 FASES DO DESENVOLVIMENTO DO FMEA/FMECA
As fases de desenvolvimento do FMEA são tipicamente as seguintes (SILVA et al, 2006):
1. Análise e hierarquização do sistema;
2. Seleção do subsistema a analisar;
3. Estudo funcional e seleção de um estado de funcionamento;
4. Identificação de um modo potencial de falha;
5. Identificação dos efeitos possíveis do modo de falha;
6. Identificação das respectivas causas;
7. Identificação dos métodos de detecção e de prevenção.
Para a realização de uma análise através do FMECA, é necessário proceder às seguintes fases
adicionais (SILVA et al, 2006)
8. Estimar a gravidade do modo de falha em estudo (S);
9. Estimar a probabilidade de ocorrência do modo de falha (O);
10. Estimar a probabilidade de detecção do modo de falha (D);
11. Análise de criticidade.
Na construção do respectivo modo de falha, apresenta-se uma descrição das várias fases
(SILVA et al, 2006):
Análise e hierarquização do sistema
Nesta fase de análise, deve-se proceder à identificação dos vários sub-sistemas e sua
hierarquização, recorrendo-se a diagramas simples para representação do sistema de modo a
realçar as funções essenciais do mesmo. Nesta primeira fase é fundamental definir o limite do
sistema através da sua interação com outros sistemas, definir o nível de análise que se
pretende obter e definir critérios a utilizar.
Análise funcional
Nesta fase, deve-se efetuar uma listagem de funções que o elemento em estudo vai
desempenhar, tendo em atenção as exigências e expectativas do cliente, de forma a definir e
implementar medidas preventivas.
117
Identificação dos modos potenciais de falha
Após o conhecimento das funções, procede-se a um levantamento dos modos potenciais de
falha, identificando a forma como vão se manifestar a(s) falha(s), detalhando as fases de
divisão do sistema e a sua análise funcional. Uma ajuda para se proceder à identificação das
falhas, passa pela análise de casos de estudo documentados, experiências ou testes
laboratoriais, experiências em campo ou a opinião de peritos especializados na área.
Efeitos dos modos potenciais de falha
Nesta fase, para cada modo potencial de falha procede-se ao levantamento das suas
consequências ou efeitos negativos, podendo a análise ser efetuada de uma forma local
(subsistema) ou global a nível de efeitos finais.
Métodos de detecção e prevenção
Em cada modo de falha é importante entender como estas são detectadas e com que meios se
obtém essa detecção. O método de detecção também deve agir como um sistema que
minimize a ocorrência dos modos de falha.
Estimar a gravidade do modo de falha em estudo - S
O índice de severidade (S) permite avaliar a gravidade dos efeitos causados por um modo de
falha sobre o sistema em análise.
Determinação da ocorrência - O
O índice de ocorrência (O) define a frequência ou probabilidade com que pode ocorrer um
determinado modo de falha e a respectiva causa.
Classificação da probabilidade de detecção - D
O índice de detecção (D) é a probabilidade de detecção de um modo de falha, podendo
ocorrer através de revisões de projeto, testes, medidas de controle de qualidade, ou até mesmo
pelo uso indevido do produto já por parte do utilizador.
118
Análise de criticidade
A determinação quantitativa da criticidade consiste no cálculo do índice de risco de cada
modo de falha (IR) também denominado criticidade (C).
Segundo MOHR (1994), a diferença entre FMEA e FMECA da seguinte maneira:
FMECA = FMEA + C, onde:
C = Criticalidade = IR = (Ocorrência) x (Severidade) x (detecção)
O índice Ocorrência é usado para avaliar as chances (probabilidade) de a falha ocorrer,
enquanto que a Severidade avalia o impacto dos efeitos da falha, a gravidade dos efeitos.
A decisão de como se apresentam os métodos no FMEA/FMECA, os resultados dos efeitos
dos modos potenciais de ruptura cabem aos responsáveis pela análise. Quanto maiores forem
os detalhes na apresentação dos resultados, mais completa será a análise, porém, mais difícil e
demorada sua execução.
A descrição do modo como os efeitos de uma componente básica são propagados a outras
componentes de outros subsistemas de níveis inferiores têm uma importância significativa,
uma vez que o FMEA/FMECA inclui na análise as medidas de detecção e de controle dos
modos de ruptura, combinado a sua probabilidade de ocorrência.
8.4.2 DEFINIÇÃO DE ESCALAS DE FMECA PARA APLICAÇÃO AO CASO DE ESTUDO
Na aplicação da metodologia, observou-se que as escalas relativas à probabilidade de
ocorrência (O) e detecção (D), se baseiam em valores probabilísticos. Com isso, para o caso
em análise não foram encontrados estudos probabilísticos relativos à metodologia aplicada,
dos quais se possam retirar os valores relativos às probabilidades de ocorrências, bem como à
fiabilidade dos sistemas de detecção de falhas, necessários para aplicação das escalas que
constam na bibliografia.
Segundo TEIXEIRA (2009), pode-se recorrer a escalas modificadas de modo a se conseguir
aplicar a respectiva ferramenta em estudos de reabilitação de túneis. Assim, efetuou-se a
aplicação do FMECA recorrendo-se a utilização apenas de escalas de gravidade (G) e de
probabilidade de ocorrência (O), passando o índice de risco a definir-se através da associação
destes dois dígitos (GO).
119
Com isso propõe-se a matriz de priorização do risco frente a probabilidade de ocorrência
(Figura 8.7), caracterizando de maneira representativa a abrangência da criticidade para o
caso em estudo. Nesta definição de criticidade, propõe-se ainda, um range escalando os riscos
observados no caso em estudo, formando assim a escala de risco.
Desta forma, a escala de índice de risco varia num espectro de valores de 5 (correspondente
ao risco mínimo) a 100 (correspondente ao risco máximo).
Figura 8.7 – Escala de índice de risco - modificado TEIXEIRA, 2009
Conforme experiência na inplantação do referido túnel, propõe-se uma escala de gravidade
estabelecida em cinco níveis de classificação, numerados de 1 a 5, por ordem crescente de
gravidade do risco. Estes níveis apresentam-se qualificados na Tabela 8.3.
120
Tabela 8.3 – Escala de gravidade, referente ao Dano (Si)
Em conformidade com a escala de gravidade, propõe-se a escala de frequência de ocorrência,
refletindo as probabilidades de ocorrência estudadas na implantação do referido túnel. Sendo
assim, a tabela 8.4 estabelece cinco níveis de classificação, numeradas de 1 a 5, em ordem
crescente de probabilidade de ocorrência.
Tabela 8.4 – Escala de controle de ocorrência, referente à frequencia (Oi)
Fonte: adaptado, TEIXEIRA, 2009
121
Apesar de não se encontrarem estudos probabilísticos relativos à metodologia aplicada, bem
como à fiabilidade das escalas que constam na bibliografia especializada em túneis, baseou-se
o estudo de caso em questão, nas experiências construtivas em dois túneis: Túnel Laranjeiras,
na Mina de Brucutu ( concluído em 30/08/14) e Túnel Forquilha IV (concluído em 30/04/14),
na Mina de Fábrica.
Assim, apresenta-se abaixo a escala de probabilidade e controle, onde são estabelecidos cinco
níveis de probabilidade, numerados de 1 a 5, em ordem crescente de probabilidade e controle.
Estes níveis apresentam-se qualificados na Tabela 8.5.
Tabela 8.5 – Escala de probabilidade, referente ao controle (Di)
Fonte: adaptado, TEIXEIRA, 2009
122
Tabela 8.6 – Aplicação da Ferramenta FMEA/FMECA no caso em estudo
123
8.4.3 ANÁLISE DE DADOS
Após análise detalhada das tabelas de FMECA referente ao método de estabilização de
maciços em túneis, foi possível elaborar a matriz da Figura 8.8 e sua respectiva Tabela 8.7, de
forma a auxiliar a interpretação dos dados obtidos, que sintetizam os resultados do índice de
risco, referente ao método em estudo.
Figura 8.8 – Percentagem de valores referentes a cada área de risco
Analisando os resultados de acordo com a área de risco em que se situam, pode-se concluir
que os riscos associados à zona de risco elevado representam 46% da totalidade dos riscos
associados ao método em análise. No entanto, verifica-se que a zona de risco médio-baixo e
muito elevado representam cada uma 27% dos riscos, associados ao método em análise.
Tabela 8.7 – Análise de dados de valores máximos e mínimos de índice de risco
Risco médio/baixo Risco elevado Risco muito elevado Total
Valor mínimo de índice de risco 12 24 75 12Valor máximo de índice de risco 16 48 80 80
124
A partir dos ranges, definidos para este trabalho, conclui-se que pelo fato da maior
percentagem de riscos se encontrar na zona de risco elevado, significa que os riscos são
preocupantes.
O método apresenta índices de risco num range de valores entre 12 (valor mínimo) e 80 (valor
máximo). Referente à zona de risco médio/baixo, os valores variam entre 12 (valor mínimo) e
16 (valor máximo). Estes valores indicam que as falhas subjacentes a estes riscos são
consideradas aceitáveis, no entanto devem manter-se as ações preventivas e a eficácia das
medidas de controle, recorrendo a verificações permanentes.
Quanto à zona de risco elevado, os valores variam entre 24 (valor mínimo) e 48 (valor
máximo). Estes valores encontram-se num patamar intermédiário entre a probabilidade de
ocorrência e a gravidade. Desta forma verifica-se que dentro desta área de risco elevado,
predominam riscos que são prováveis de acontecer e com falhas com ocorrência possível. As
falhas que proporcionam estes riscos devem ser reduzidas quer ao nível da probabilidade quer
da gravidade, sendo implementadas medidas para reduzir o risco num período determinado.
Na área de risco muito elevado, os valores variam entre 75 (valor mínimo) e 80 (valor
máximo). Estes valores encontram-se num patamar de gravidade muito elevada e
probabilidade de ocorrência média-baixa. Desta forma, verifica-se que dentro desta área de
risco muito elevado, predominam riscos prováveis de acontecer e que implicam uma ou várias
mortes.
As falhas que causam estes riscos devem ser totalmente eliminadas. Não se deve iniciar ou
continuar o trabalho até que se tenha reduzido o nível de risco. Verifica-se que na execução
desta operação, as tarefas que apresentam índices de risco mais elevados são: alteração do
passo de avano da cambota e/ou bancada; alteração do espaçamento entre cambotas; falta de
definição do processo executivo de tratamento do maciço e falta de instrução / treinamento
nos procedimentos de riscos do projeto.
125
9 SÍNTESE, CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS
9.1 SÍNTESE E CONCLUSÕES
No decorrer do trabalhos desenvolvido, verifica-se que muito se pode fazer no sentido de
contribuir para minimizar e reduzir os riscos gerados no processo construtivo de túneis.
As experiências deste trabalho e as estratégia metodológicas adotadas permitiram obter os
seguintes produtos: um referencial teórico amplo sobre os modelos metodológicos existentes
para a escolha da melhor ferramenta de análise de riscos, bem como a sua aplicação na
construtibilidade de túneis; um conhecimento atual sobre a gestão de riscos geotécnicos em
obras suterrâneas e sua aplicabilidade diante dos mecanismos de ruptura em maciços
rochosos.
Neste cenário, destacou-se a relevância da utilização de três ferramentas sistêmicas de
gerenciamento de riscos, que poderiam ser aplicadas no estudo de caso em questão, e os
instrumentos que proporcionam às diversas instâncias decisórias uma percepção sistemática e
integrada da realidade existente na área em estudo.
Neste sentido, foi elaborada tabela de avaliação de riscos, com base no método de Análise dos
Modos de Falha, Efeitos e Criticidade - FMECA, aplicada às categorias mais representativas
de riscos, permitindo assim sistematizar as possíveis falhas e riscos de cada método, de forma
a chegar aos valores dos respectivos índices de risco.
Com base nestes índices, foi possível identificar e mapear os respectivos riscos, e
seguidamente proceder uma análise conjunta de todos eles. Com isso, propõe-se uma possível
hierarquização dos vários riscos relativamente à segurança.
É apresentado a seguir, um resumo dos principais aspectos do trabalho desenvolvido,
destacando-se os principais resultados e trabalhos a desenvolver futuramente.
126
9.2 IMPORTÂNCIA DO TRABALHO
A ferramenta elaborada foi testada, permitindo mapear a frequencia de ocorrência de um
determinado evento, definindo a probabilidade do risco para a obra. Foram geradas, ainda, as
categorias de riscos mais comuns em obras subterrâneas, particularmente em túneis tipo
NATM.
Com isso, foi possível expor as características principais de cada evento, contemplando os
potenciais causadores de não conformidades e geradores de riscos. Foi mostrado, ainda, que
estes eventos podem resultar em danos relevantes e graves, e até mesmo em colapsos parciais
do empreendimento. Ressalta-se, também, que a respectiva caracterização é hipotética,
devendo ser adequada à especificidade de cada obra subterrânea, para aplicação em situações
reais.
Contudo, a execução de uma avaliação de riscos, implica uma análise muito detalhada do
tema a tratar, sendo necessário um estudo aprofundado das ferramentas de gestão de riscos e
seu impacto no empreendimento.
Nesta avaliação, cada um dos métodos analisados apresenta grande incidência de valores de
índice de risco em zona de risco elevado. No entanto, pode-se verificar que a zona de riscos
muito elevados representa em todos os métodos uma percentagem muito significativa dos
valores de índice de risco, o que os torna inaceitáveis.
A hierarquização dos métodos foi dificultada pela semelhança dos modos de falha existentes
entre os métodos de reforço e estabilização estudados, e consequente semelhança dos níveis
de risco atribuídos. Não obstante, analisando de forma global os índices de riscos, verifica-se
que é possível efetuar uma hierarquização das várias metodologias de redução dos riscos,
trazendo ambientes cada vez mais seguros.
Numa análise das dificuldades encontradas, ressalta-se a aplicação das escalas do método,
pela falta de metodologia na aplicação das escalas existentes. Isto, pela falta de estudos e
informação probabilística sobre a temática em estudo. De forma a fazer face a este problema
houve a necessidade de se adaptarem as escalas referentes ao método.
127
Com este trabalho conclui-se que a execução de um túnel é um dos desafios mais complexos
no campo da engenharia, mostrando operações que aplicam diversas tecnologias com níveis
de risco elevados. Associada à complexidade e diversidade das operações que este tipo de
obra engloba, a garantia de níveis de segurança elevados é prioritária.
9.3 TRABALHOS FUTUROS
Com este trabalho pretendeu-se iniciar o estudo para o gerenciamento de riscos em obras
subterrâneas de túneis, mostrando uma ferramenta que avalie, de maneira simples e sucinta,
os riscos oriundos da implantação de empreendimentos.
Sendo este um primeiro estudo, tomaram-se alguns pressupostos que poderão ser
questionáveis e algumas questões que ficarão sem respostas.
Com o objetivo de estender este trabalho tornando-o numa ferramenta de apoio à decisão,
quando da definição das classes de riscos, aforam dmitidos os valores conforme as
consequências observadas.
Em trabalhos futuros, torna-se necessário proceder o recolhimento de todo tipo de informação
referente a acidentes e incidentes ocorridos em obras de implantação de túneis, sendo eles de
maior ou menor gravidade, de modo a constituir uma base de dados extensa, que permita
melhorar as avaliações de riscos referentes à temática dos túneis do ponto de vista da
segurança.
Outro ponto importante é a utilização de outras ferramentas de gerenciamento de riscos,
procedendo uma avaliação detalhada dos pontos positivos e negativos das mesmas. Neste
sentido, pode-se determinar maior fiabilidade ao método de avaliação mais indicado.
Com este procedimento, pode-se evitar possíveis resultados distorcidos, advindos de uma
extrema repulsividade (ou, contrariamente, uma extrema atratividade) por parte do decisor.
Pode-se, ainda, proceder à formulação de novas metodologias, que permitam avaliar os riscos
gerados.
128
Nesta premissa, pode-se avaliar os procedimentos necessários para o gerenciamento dos
riscos gerados na implantação do túnel Laranjeiras, procedendo assim como uma primeira
aproximação a esta complexa questão.
Finalmente, acredita-se que este trabalho tenha sido um passo no longo caminho de se dotar o
país de instrumentos que orientem no gerenciamento de riscos geotécnicos na implantação
destes empreendimentos, conferindo assim, maior legitimidade a elas.
Com este trabalho conclui-se que a execução de um túnel é um dos desafios mais complexos
no campo da engenharia, mostrando operações que aplicam diversas tecnologias com níveis
de risco elevados. Associada à complexidade e diversidade das operações que este tipo de
obra engloba, a garantia de níveis de segurança elevados é prioritária.
129
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135
ANEXO I – FOTOS DOS TESTEMUNHOS
SM-01A - CAIXAS 1 E 2
SM-02A - CAIXAS 1 E 2
136
SM-02A - CAIXAS 3 E 4
SM-02A - CAIXAS 1 E 2
137
SM-02A - CAIXAS 3 E 4
SM-04A - CAIXAS 1 E 2
138
SM-04A - CAIXAS 3 E 4
SM-04A - CAIXAS 5 E 6
139
SM-04A - CAIXAS 7 E 8
SM-04A - CAIXAS 9 E 10
140
SM-04A - CAIXAS 11 E 12
SM-04A - CAIXAS 13 E 14
141
SM-04A - CAIXAS 15 E 16
SM-04A - CAIXAS 17 E 18
142
SM-04A - CAIXAS 19 E 20
SM-04A - CAIXAS 21 E 22
143
SM-04A - CAIXAS 23 E 24
SM-04A - CAIXAS 25 E 26
144
ANEXO II – TABELA FMECA