Arsenio Negro

Bureau de Projetos e Consultoria

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Impacto das Condições Geo-Ambientais em Projetos de Obras

Subterrâneas

III Congresso Internacional de Meio Ambiente Subterrâneo

1 a 3 Outubro de 2013

Conteúdo

1. Introdução

2. Casos Históricos

• Metrô de Caracas

• Metrô de Madri

• Metrô de São Paulo

• Metrô de Londres

• Metrô de New York

3. Conclusões

4. Discussões

As áreas contaminadas impactam projetos de obras subterrâneas:

• aumentando custos e prazos;

• alterando projetos;

• afetando trabalhadores da obra e usuários.

A realização de investigações ambientais antes da obra pode resolver ou mitigar potenciais problemas.

1. Introdução

2. Casos Históricos

2.1 Metrô de Caracas

- linha 1 (Centeno e Centeno, 1998);

- dois túneis circulares paralelos com Ø5.5m;

- TBM de frente aberta;

- revestimento em anel segmentado de concreto armado com juntas de borracha.

Traçado do Metrô de Caracas e limite dos solos aluvionares

- 90% dos túneis passam por vales aluviais ou solos coluviais;

- 10% passam por solos residuais e rochas brandas fraturadas.

Locação das fontes de contaminação por gasolina

- poucos meses após o início da construção, foi encontrado solo contaminado com gasolina.

Seção transversal do revestimento do túnel

- a construção foi paralisada por quase 4 meses para revisão do projeto e da obra.

A TBM de frente aberta não permitia o controle de entrada de água, agravando os riscos.

Na linha 2, uma TBM com EPB foi introduzida com melhora do sistema de ventilação e monitoramento de gás contínuo.

Melhor controle do risco de explosão foi alcançado.

Contudo, eventos de infiltração de gasolina através das juntas de borracha deterioradas entre os segmentos de concreto do túnel foram notados durante os períodos de construção e operação do túnel.

Detalhe da junta do revestimento do túnel e vazamentos

Geologia superficial da Linha 1 do Metrô Caracas Leste

A geologia favoreceu o acúmulo de gasolina em certas áreas.

Paleovales, zonas de antigos debris flow e zonas de falhas formaram importantes canais de grande permeabilidade, por onde a gasolina de várias fontes percolou no subsolo de Caracas.

Quando o túnel é escavado poucos metros abaixo no nível freático, a depressão do lençol pela frente de escavação pode causar a entrada de LNAPL (light non-aqueous phase liquid) para dentro do túnel.

O orçamento inicial da obra teve um acréscimo de 15% devido à contaminação não prevista.

2.2 - Metrô de Madri

- linha 8 (Arnaiz et al, 2000);

- 4 estações e túnel de via dupla com Ø9,38m (8,2km de extensão);

- EPB Shield.

Antes mesmo das investigações de campo, a administração do Aeroporto Internacional de Madrid-Barajas já alertava a presença de uma pequena área contaminada com querosene, que teria vazado de tanques de armazenamento de combustíveis.

A solução adotada, antes do início da obra, foi empregar o método cut-and-cover para execução do túnel dentro da área contaminada.

Extensão real da contaminação

Investigações detalhadas durante a construção provaram que a contaminação atingia uma área maior do que a prevista.

Investigações de campo indicaram a presença de sedimentos Quaternários, incluindo uma camada superior de argila arenosa e uma camada inferior de pedregulhos, sobreposta a depósitos pliocênicos constituídos de argilas arenosas (“toscos”).

Dois níveis freáticos “empoleirados” foram identificados nos sedimentos Quaternários da região: o nível superior encontrado na camada de argila arenosa e o inferior (2m abaixo) encontrado na camada de pedregulhos.

Contaminação por hidrocarbonetos detectada:

- gases e líquidos adsorvidos na zona vadosa na camada superior de argila arenosa;

- LNAPL (6 a 10cm de espessura) e de soluto na zona saturada;

- valores de TPH (total petroleum hydrocarbon) acima dos níveis de intervenção para solos e água subterrânea e valores acima dos níveis de pré-alerta para explosividade.

Face ao cenário de contaminação, optou-se por utilizar um TBM com EPB para minimizar o rebaixamento do lençol freático e o deslocamento da pluma de LNAPL.

A remediação iniciada antes do início da obra envolveu a remoção do LNAPL.

Esquema do tratamento

Remoção do LNAPL envolveu: (1) extração de vapores do solo (ventilação e alto vácuo); (2) injeção de ar; (3) extração de hidrocarbonetos sobrenadantes; (4) depressão do lençol freático e (5) biorremediação.

O sistema de tratamento operou por quase meio ano:

- 106m3 de ar injetado;

- 30 ton de TPH extraído por ventilação;

- 100m3 de querosene bombeados.

A velocidade de avanço do TBM foi ajustada para controlar a entrada direta de vapores pelo interior do túnel.

Detectores de gases foram instalados e monitorados pelo operador dentro do TBM. Caso o nível de alerta de explosividade fosse atingido, todos os motores elétricos seriam automaticamente desligados, exceto os dos sistemas de ventilação, filtragem de ar, iluminação e comunicação, todos estes com motores anti-explosão.

Concentrações de TPH em função do tempo

Esquema de ventilação

2.3 - Metrô de São Paulo

- linha verde 2 (Palermo, 1998);

- túnel de via dupla (70m2 de área de escavação);

- NATM: revestimento em concreto projetado;

- 380m de extensão.

Sedimentos da Formação São Paulo (argilas silto-arenosas médias a rijas) + lentes de areia fina a média.

10m de solo de cobertura.

Lençol freático 2m acima da geratriz inferior do túnel.

A construção do túnel foi interrompida por 5 anos apenas com o revestimento primário.

Na retomada da construção, observou-se à proliferação de fungos junto ao revestimento e a deterioração do concreto a espessuras de 5 a 100mm.

A pasta de cimento havia se transformado em uma “gelatina” escura, expondo a armadura do revestimento também deteriorada.

Revestimento primário do túnel do Metrô Vila Madalena com sinais de biodeterioração (biofilme vermelho).

Investigações multidisciplinares indicaram a formação de ambientes específicos que controlaram a biodeterioração.

Bactérias aeróbicas thiobacilus digerem gasolina + bactérias redutoras de sulfato transformam compostos inorgânicos de enxofre em ácido sulfúrico, causando a biodeterioração do concreto.

Remediação:

- remoção do concreto afetado e reconstituição do revestimento primário;

- aplicação de camada de argamassa impermeabilizante (com microssílica e polímero acrílico);

- aplicação do revestimento secundário de concreto projetado;

- atenuação natural monitorada (leituras periódicas das concentrações de VOC no ar + retirada periódica de amostras do revestimento para avaliação da biodeterioração).

Observações nos últimos 10 anos indicaram que a abordagem escolhida foi eficaz.

2.4 - Metrô de Londres

- linha norte (City Track); construído etre 1899 e 1901 (Bracegirdle et al. 1996);

- túnel circular "expandido" para Ø ≈ 3,56 m, com segmentos de ferro fundido;

- 25 metros abaixo da superfície;

- interface entre as argilas Londres e a camada de argila subjacente WRB (Woolwich and Reading Beds), com lentes de areia atravessando a seção do túnel.

Seção geológica

Expansão do revestimento (1922-1924)

No final de 1962, 20 segmentos de ferro do revestimento do túnel foram encontrados trincados com entrada de água.

Água altamente ácida (pH 2 to 3).

Drenagem ácida devido a presença de pirita em lentes de areia, oxidadas pela presença de oxigênio e certas bactérias naturais do solo.

O oxigênio entrava na massa de solo através das juntas do revestimento do túnel (permeável a gases).

O líquido ácido gerado no solo atacava tanto os segmentos de ferro como a argamassa.

A expansão da argamassa foi superior a 30% e causou a flexão e a ruptura do revestimento.

Investigações geo-ambientais foram realizadas.

Locação das sondagens e dos túneis afetados

Superfície sobre a camada de argila WRB

Ensaios de laboratório e análises numéricas indicaram que os momentos de flexão, que causaram danos ao revestimento, foram associados à expansão da argamassa, causada pelo ataque do sulfato à cal da argamassa.

2.5 - Metrô de New York

- East Side Access Project (ESA);

- 1.800m de túnel, extendendo a linha da 63rd Street para conectar o Grand Central Terminal (GCT) com a Long Island Rail Road (LIRR);

- dois túneis com Ø6.55m;

- escavações por NATM e TBM (dependendo das condições geotécnicas e ambientais).

Localização em escala regional

Condições do subsolo variam de solo de rochas gnáissicas e xistosas para aterros, passando por depósitos glaciais.

Investigações prévias, indicaram que os túneis passariam através ou nas proximidades de áreas contaminadas em Sunnyside Yard.

Contaminantes em solo e água subterrânea incluem chumbo, PCB, PAH e VOC.

Diretrizes de projeto focaram em minimizar a migração das plumas durante a construção.

Execução de parede diafragma plástica engastada na rocha para evitar a drenagem de água.

Uso de TBM com EPB para evitar a drenagem de água.

Coleta e tratamento da água subterrânea bombeada e disposição adequada do solo contaminado escavado.

Alinhamento Queens

3. Conclusões

Solo contaminado é uma condição importante a ser controlada em projetos de obras subterrâneos em megacidades.

A realização de investigações geo-ambientais antes da construção é essencial para minimizar problemas.

Derivados de petróleo são os contaminantes mais frequentes em megacidades, embora outros contaminantes também possam controlar projetos de obras subterrâneas.

Para uma gestão bem sucedida de projetos de obras subterrâneas em áreas contaminadas uma detecção prévia é essencial, para evitar custos adicionais de projeto, atrasos na construção e custos com manutenção.

A maioria das diretrizes do túnel não tratam adequadamente o assunto.

Os casos históricos apresentados mostram situações que vão desde a identificação tardia da contaminação com várias consequências (como no caso do Metrô de Caracas) até a detecção precoce e tratamento adequado do problema (como no caso Metrô de New York).

Foi apresentado um processo de detecção precoce, mas com uma abrangência insuficiente (como no caso do Metrô de Madri) e um complexo caso de biodegradação do concreto por digestão da gasolina por bactérias (Metrô SP).

Um caso de drenagem ácida é também incluído como um exemplo de impacto ambiental pela mudança das condições naturais induzidas pela escavação do túnel (o acesso do oxigênio) em um solo naturalmente propenso à drenagem ácida (Metrô de Londres).

4. Discussões

A gestão corrente do problema abordado (túneis em solos contaminados) no Brasil é adequada?

As informações públicas estão adequadamente disponibilizadas?

Cadastrar áreas contaminadas em arquivo texto não dificulta buscas sistemáticas para obras lineares? Não seria mais adequado disponibilizar banco de dados para buscas estruturadas (SQL /GIS)?

A Sociedade Civil precisa ainda ser tutelada neste assunto?

A tutela deverá continuar sendo exercida pelo Governo do Estado?