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ELIESER ANTONIO ZANELATO

ESCAVAO DE TNEIS - MTODOS CONSTRUTIVOS

Trabalho de Concluso de Curso apresentado Universidade Anhembi Morumbi no mbito do Curso de Engenharia Civil com nfase Ambiental.

SO PAULO 2003

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ELIESER ANTONIO ZANELATO

ESCAVAO DE TNEIS - MTODOS CONSTRUTIVOS

Trabalho de Concluso de Curso apresentado Universidade Anhembi Morumbi no mbito do Curso de Engenharia Civil com nfase Ambiental. Orientador: Prof. Ms Jos Luis Ridente

SO PAULO 2003

iii

SUMRIO

RESUMO.......................................................................................................VI

ABSTRACT..................................................................................................VII

LISTA DE FIGURAS...................................................................................VIII

LISTA DE FOTOGRAFIAS ...........................................................................IX

1 INTRODUO........................................................................................1

2 OBJETIVOS............................................................................................2

2.1 Objetivo Geral ....................................................................................2

2.2 Objetivo Especfico ...........................................................................2

3 METODOLOGIA DA PESQUISA............................................................3

4 JUSTIFICATIVA......................................................................................4

5 CONDICIONANTES GEOLGICOS ......................................................6

5.1 Caracterizao Geomecnica dos Macios Rochosos ..................7

5.2 Classificaes Geomecnicas dos Macios Rochosos.................8

6 ETAPAS DO EMPREENDIMENTO ......................................................10

6.1 Investigaes Prvias .....................................................................10

6.2 Estudo...............................................................................................12

6.3 Projeto ..............................................................................................12

iv

6.4 Dimensionamento............................................................................12

6.5 Previso de Desempenho de Tneis em Projeto ..........................15

7 EFEITO ARCO......................................................................................17

7.1 O Ncleo de Avano como Instrumento de Pr-Conteno e de

Estabilizao do Tnel...............................................................................22

8 ESCAVAES .....................................................................................29

9 MTODOS CONSTRUTIVOS...............................................................30

9.1 Novo Mtodo Austraco NATM ....................................................30

9.1.1 Avano com Concreto Projetado com ou sem Armadura. ...37

9.1.2 Avano com Projetado e Cambotas Metlicas.......................38

9.1.3 Avano com Projetado, Cambotas e Tirantes........................40

9.1.4 Avano com Chapas, Cambotas e Projetado.........................40

9.1.5 Stand-Up-Time.......................................................................41

9.1.6 Forma Geomtrica da Seo Transversal ..............................42

9.1.7 Sequncia de Escavao.........................................................45

9.1.8 Revestimento ............................................................................50

9.2 TBM Tunnel Boring Machines .....................................................52

9.2.1 Mtodo da Couraa com Ar Comprimido ...............................57

9.2.2 Couraa com Escavao Manual ou Couraa Aberta ...........59

9.2.3 Couraas Parcialmente Mecanizadas.....................................60

9.2.4 Couraas Totalmente Mecanizadas ........................................60

9.2.5 Revestimento ............................................................................61

10 ESTUDO DE CASO - "APLICAO DO MTODO NATM NA OBRA

DO PROLONGAMENTO NORTE - METR SP" ........................................65

10.1 Introduo ........................................................................................65

v

10.2 Aspectos Geolgicos e Geotcnicos.............................................67

10.2.1 Aspectos Geolgicos...............................................................67

10.2.2 Aspectos Geotcnicos e gua subterrnea...........................68

10.3 Execuo e Parcializao da Frente ..............................................69

10.4 Consideraes Finais......................................................................71

11 CONCLUSES .................................................................................73

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................75

vi

RESUMO

Este trabalho analisa, descreve e compara uma das mais ousadas aes no

terreno da Engenharia Civil: Abertura de Tneis.

Escavar aberturas no subterrneo, por mais que sejam conhecidas as

caractersticas geolgicas do terreno, sempre deparar-se- com o

desconhecido, sendo fundamental o exerccio contnuo do empirismo e a

reavaliao dos conceitos.

Sero relatados os principais mtodos de abertura de galerias em reas

urbanas e os efeitos de uma ao artificial na estrutura natural do terreno,

que pode e deve ser, o mximo possvel monitorada e que possa

transformar essas aes e deformaes em novos aspectos naturais

colaboradores da estabilidade da obra.

O trabalho descreve os conceitos, a experincia e a tecnologia dos Mtodos

Construtivos de Escavao de Tneis NATM e TBM, analisados no contexto

histrico e as interfaces com os diversos solos e rochas, fundamentais para

o sucesso de suas aplicaes.

No Estudo de Caso, so ressaltados os principais aspectos tcnicos da

aplicao do Mtodo NATM na Obra do Prolongamento Norte do Metr de

So Paulo, relacionados s condies de escolha e solues de projeto ao

longo do perodo de execuo da obra.

Finalizando, so apontadas as ocorrncias que implicaram na reformulao

desses conceitos de projeto que acabaram por alterar de forma constante as

solues pr-indicadas, corroborando para a realizao das condies de

aplicao do mtodo.

Palavras-chave: Escavao de tneis

vii

ABSTRACT

This work analyzes, describes and compares one of the boldest actions in

the land of Civil Engineering: Opening of Tunnels.

To excavate openings in the subterranean, no matter how hard the

characteristics geologic of the land are known, will always come across with

the stranger, being basic the continuous exercise of the empiricism and the

reevaluation of the concepts.

To the main methods of opening of galleries in urban areas and the effect of

an artificial action in the natural structure of the land will be told, that can and

must be, the monitored possible maximum and that it can transform these

actions and deformations into new collaborating natural aspects of the

stability of the workmanship.

The work describes the concepts, the experience and the technology of the

Constructive Methods of Hollowing of Tunnels NATM and TBM, analyzed in

the historical context and the interfaces with diverse ground and rocks, basic

for the success of its applications.

In the Study of Case, the main aspects are salient technician of the

application of Method NATM in the Workmanship of the Prolongation North of

the Subway of So Paulo city, related to the conditions of choice and

solutions of project to the long one of the period of execution of the

workmanship.

Finishing, the occurrences are pointed that had implied in the

reformularization of these concepts of project that they had finished for

modifying of constant form the daily pay-indicated solutions, corroborating for

the accomplishment of the conditions of application of the method.

Key words: hollowing of tunnels

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 7.1 Efeito Arco - Lunardi P. ABMS,1985 ...........................................18

Figura 7.2 Intervenes de Sustentao / Conteno - Lunardi . ABMS......20

Figura 7.3 Manifestaes de Instabilidade do Macio - Lunardi, ABMS.......24

Figura 7.4 Ncleo de Avano - Lunardi P. ABMS, 1985...............................26

Figura 7.5 Deformabilidade do Ncleo - Lunardi P. ABMS, 1985.................27

Figura 9.1 Avano com Projetado sem Armadura - NC03/80 Metr SP.......37

Figura 9.2 Avano com Projetado e Cambotas - NC03/80 Metr SP...........39

Figura 9.3 Avano Chapas, Cambotas e Projetado - NC03/80 Metr SP ....40

Figura 9.4 Escavao em Calota e Bancada - NC03/80 Metr SP ..............46

Figura 9.5 Escavao com Galerias Laterais - NC03/80 Metr SP..............48

Figura 9.6 Anel de Concreto Pr-Moldado Expansvel - Revista IBRACON 64

Figura 10.1Parcializao da Frente e Seqncia de Avano - Cruz,H.J.V...70

ix

LISTA DE FOTOGRAFIAS

Foto 9.1 Tnel Central Estao Trianon - Metr SP....................................46

Foto 9.2 Tnel Ga-Jacipor, Sumar V.Madalena - Matr SP ..................47

Foto 9.3 Tnel Oeste V.Madalena, Sumar V.Madalena - Metr SP ..........48

Foto 9.4 Tnel Ga-Jacipor, Sumar-V.Madalena - Metr SP ..................49

Foto 9.5 Tnel Ga-Sumar, Sumar V.Madalena - Metr SP ...................49

Foto 9.6 Tnel Ga-Sumar, 1 Fase Projetado - Metr SP .......................51

Foto 9.7 Shield Linha Norte-Sul do Metr de So Paulo - Metr SP...........53

Foto 9.8 Shield frente aberta, Linha 2 do Metr So Paulo - Metr SP.......59

Foto 9.9 Shield Semi-Mecanizado - Metr Madrid.......................................60

Foto 9.10 Shield com Suporte Mecnico Frontal (1) - Metr Madrid ...........61

Foto 9.11 Shield com Suporte Mecnico Frontal (2) - Metr Madrid ...........61

Foto 9.12 Anis Pr-Fabricados de Ferro Fundido - Metr SP ..................62

Foto 9.13 Anis Pr-Fabricados de Concreto Armado - Metr Madrid.......62

1

1 INTRODUO

Os tneis, um dos mais antigos tipos de construo exercidos pelo homem,

so passagens abertas artificialmente em formao rochosas ou sob o solo

visando oferecer entre tantas o escoamento de gua, o acesso de minas, a

predominar nas reas urbanas a funo de comunicao mais gil entre o

relevo topogrfico.

A tcnica utilizada para perfurao subterrnea evoluiu desde a construo

do tnel sob o rio Eufrates, na longnqua Babilnia ( 2200 a.C.), mas ainda

permaneceu at a dcada de 50 baseado nas tcnicas de minerao para

explorao e, por isso, no j superado conceito de escoramento,

fundamentado nas operaes de escavao seguidas, a cada passo, por

um pesado escoramento, em geral de madeira e, a curta distncia, pela

execuo de um revestimento de pedra de cantaria ou tijolos, concebido

para suportar todas as cargas que pudessem desenvolver-se no decorrer

das obras.

A impropriedade desses conceitos impediu, durante longo tempo, a

utilizao do concreto como material de revestimento de tneis. Isto s veio

a acontecer quando surgiram os suportes metlicos, superando ento o

conceito do passado e, a tornar escoramento e revestimento uma etapa

nica.

2

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Descrever os principais mtodos construtivos de escavao de tneis, em

solos e rochas, transmitir conhecimentos sobre o comportamento tpico dos

macios, apresentar e discutir as solues de engenharia civil para a

realizao de obras que interferem com os macios, notadamente obras

subterrneas.

2.2 Objetivo Especfico

Compilar as normas de execuo dos principais mtodos construtivos

empregando processos de escavao subterrnea denominados NATM e

Shield. Ambos utilizados em reas urbanas j de aplicao no Brasil,

especificamente na cidade de So Paulo pela Cia do Metr.

Ressaltar a importncia dos estudos geolgico-geotcnicos desde as

primeiras fases de discusso da futura obra, otimizando e racionalizando os

recursos, bem como acompanhar todo processo de execuo e manuteno

da construo.

Relacionar as metodologias construtivas com os condicionantes do meio

fsico, definindo a metodologia de planejamento e projeto que melhor possa

assegurar as metas traadas como diminuio e at total controle sobre os

riscos.

3

3 METODOLOGIA DA PESQUISA

A base de estruturao dessa pesquisa se deu no ambiente de trabalho,

dado que cotidianamente o aluno convive com os desafios tcnicos dos

projetos e obras do Metr da cidade de So Paulo, tendo acesso aos

principais agentes de deciso aos problemas de rotina, com isso, pode-se

relacionar questes e dvidas envolvendo a teoria e a prtica no

desenvolvimento de tneis.

Inicialmente, foram levantadas as informaes impressas relacionadas ao

assunto, desde revistas e catlogos tcnicos, teses, livros, apostilas, e

normas tcnicas. Essa pesquisa bibliogrfica foi realizada na cidade de So

Paulo aos institutos e empresas de maior expresso e correlao ao

assunto.

Quando possvel nesses locais foi realizado entrevista, previamente

estruturada, com tcnicos especializados e de pleno conhecimento das

tcnicas construtivas de tneis atualmente empregadas.

Foi tambm de fundamental importncia a pesquisa via internet dado ser o

assunto de emprego mundial.

4

4 JUSTIFICATIVA

Nos ltimos 40 anos tem ocorrido um aumento na realizao de tneis e

obras subterrneas em todo mundo.

O tnel comea com a necessidade de superar um obstculo natural,

geralmente macio montanhoso. Mas alm das montanhas existem outras

barreiras que podem ser vencidas mediante tneis, como os cursos dgua

fluviais e marinhos, e nas zonas urbanas densamente edificadas.

Entre os usos mais freqentes podem enumerar-se os tneis para diferentes

meios de transporte como a construo de vias rpidas que cruzam reas de

montanha e redes de ferrovias urbanas e trens rpidos (metrs); para obras

hidrulicas como abastecimento de gua e saneamento; passagem de

pedestres; comunicao e dutos de ventilao; armazenamento, aduo,

gerao, transmisso de energia e redes de distribuio; galerias de

servios e o desenvolvimento do espao subterrneo industrial e urbano em

cidades cada vez mais congestionadas.

Atualmente, os tneis respondem por mais de 90% do volume de

escavaes subterrneas civis em todo mundo. Nas ltimas dcadas, os

tneis totalizaram de 500 a 1000 Km perfurados por ano, correspondentes a

20.000 a 40.000 m de volume escavado (ABGE, 1998).

O espao subterrneo tem tido cada vez mais importncia nas obras civis,

devido a vrios fatores como menor custo e rapidez dos mtodos executivos;

maior segurana devido a mtodos mais adequados de reforo e tratamento

de macios; mtodos de anlises mais precisos e com modelos mais

representativos. No caso de reas urbanas, acrescente-se tambm o custo

mais elevado do espao superficial e o seu congestionamento j atingido

com outras obras.

5

Estas realizaes tem sido possveis uma vez exigido o desenvolvimento da

mecnica de solos e rochas, e da geologia aplicada a engenharia, utilizando

tambm diversas tcnicas originalmente desenvolvidas para a engenharia de

minas, em uma conjuno simbitica de engenheiros civis, de minas e

gelogos.

Em definitivo, trata-se de um tipo de obra elaborada por uma equipe

pluridisciplinar de profissionais que contribuir a melhorar a engenharia do

espao subterrneo.

6

5 CONDICIONANTES GEOLGICOS

O Manual de Tneles y Obras Subterrneas (1997), descreve que as

escavaes subterrneas construdas para qualquer uso civil tem como

condio principal manter sua forma e propriedade ao longo do tempo. Nos

projetos de tneis podem aparecer diferentes tipos de problemas, desde os

de tipo mecnico que aparecem quando se atravessam, por exemplo, rochas

muito fraturadas, que podem ocorrer desplacamentos do macio; at

problemas do tipo qumico, que se apresentam em zonas com rochas

capazes de reagir quimicamente com o cimento do concreto, provocando

perda de resistncia mecnica.

Os estudos geolgicos servem para definir os macios de solos e rochas

que se vo atravessar e as peculiaridades lito-estratigrficas e

hidrogeolgicas relacionadas com a estabilidade mecnica. Estes estudos

devem detectar, quando possvel, as zonas menos fraturadas e alteradas, e,

portanto mais adequadas para escavar os tneis. Todas estas investigaes

tem como objetivo conhecer melhor as caractersticas geolgico-

geotcnicas das formaes rochosas, com a finalidade de dispor de dados

bsicos para projetos dos tneis; a seleo de mtodos construtivos e

dimensionamento do revestimento, podendo antecipar e evitar os problemas

que podero aparecer.

Entre os aspectos mais importantes de informaes necessrias sobre a

geologia e geotecnia esto:

Descrio geolgica detalhada dos materiais do local;

Situao e orientao de descontinuidade, juntas, falhas e planos de

estratificao das rochas;

Tenses nos macios rochosos;

Propriedades geomecnicas dos materiais; e

Nvel do lenol fretico e previso de volumes de gua de infiltrao.

7

Qualquer atuao tem que estar encaminhada com reconhecimento

completo e objetivo dos macios em que atravessar a escavao,

avaliando as tcnicas construtivas empregadas e os mtodos aplicados no

tratamento e sustentao dos macios.

5.1 Caracterizao Geomecnica dos Macios Rochosos

Segundo Fernandez, 1997, uma obra subterrnea supe-se, normalmente,

um ponto singular no que se refere a sua investigao geolgica e

geotcnica.

Sua investigao somente pode ser abordada mediante: interpretao de

dados de superfcie, medidas indiretas e medidas pontuais.

Os primeiros dados procedem de afloramentos que na maior parte dos

casos se apresentam descontnuos, recobertos por solos, depsitos edficos

ou quaternrios. Este fato impe investigao a necessidade de

recompor a estrutura do macio rochoso mediante tcnicas de cartografia

geolgica, que se baseiam em numerosas disciplinas geolgicas.

As medidas indiretas, basicamente devido a tcnicas geofsicas, so de

grande ajuda, porm no se pode esquecer que se tratam de medidas de

parmetros fsicos, ao longo do subsolo, que requerem um grande esforo

rigoroso de interpretao e, posteriormente, de tratamento dos dados

obtidos.

Pelo que se refere a caracterizao mecnica de um macio rochoso, a

quantificao dos parmetros resistentes as deformaes, que governam o

comportamento tenso-deformacional de qualquer escavao, um dos

principais problemas que se prope a mecnica das rochas. Sem dvida um

macio rochoso meio heterogneo e descontnuo cujas propriedades

8

resistentes as deformaes no podem ser medidas diretamente no

laboratrio, existindo uma diferena muito aprecivel entre os valores que se

obtm nos ensaios de laboratrio e os que se obtm mediante medidas in

situ, que afetam no ensaio, a um volume de solo / rocha maior.

Por tudo isso, no reconhecimento geolgico de um tnel ou escavao

subterrnea sempre existir um certo grau de incerteza que deve ser

minimizado de acordo com a fase de estudo do projeto e das caractersticas

da obra.

Portanto, o engenheiro projetista deve conhecer as limitaes intrnsecas a

qualquer estudo geolgico e geotcnico, assim como ser capaz de

interpretar a linguagem geolgico-geotcnica.

As incertezas do solo devem ser determinadas com a apropriada

flexibilidade e sensibilidade para obter projetos construtivos que evitem

conseqncias economicamente vultuosas devido as surpresas geolgicas.

5.2 Classificaes Geomecnicas dos Macios Rochosos

Classificaes geomecnicas so sistemas desenvolvidos com base em

determinadas caractersticas de macios rochosos previamente

selecionados, de modo definir diferentes classes de macio com a

finalidade fundamental de subsidiar decises de engenharia. Elas so

elaboradas pela disposio hierrquica das caractersticas do macio,

organizadas individualmente em categorias. Tal concepo conduz

caracterizao semi-quantitativa de um macio rochoso, implicando na

previso de suas aptides e seu comportamento geomecnico, em face de

uma utilizao especfica de engenharia. A previso do comportamento de

macios rochosos em escavaes constitui o principal objetivo das

classificaes geomecnicas (Serra, 1998).

9

A classificao geomecnica, aplicada genericamente durante as etapas de

estudo e projeto, posteriormente corrigida e detalhada durante a obra,

qualifica o macio recm-escavado, nas frentes de escavao, para permitir

o dimensionamento emprico e explcito de seu suporte estrutural.

Estimar a auto-sustentao dos macios, os sistemas de suporte

adequados, alm da geometria das sees de escavao e da seqncia de

desmonte constituem os maiores benefcios do emprego da classificao

geomecnica. Funes mais elementares, porm de extrema importncia,

so as representadas pela minimizao da subjetividade nas descries

macio muito competente ou bastante fragmentado ou moderadamente

decomposto e outras que no necessariamente traduzem o quadro real

compreendido pelos tcnicos envolvidos numa mesma obra, mesmo porque

cada um pode ter uma percepo diferente dos seus significados (Serra Jr,

1998).

As classificaes construtivas regem os critrios de medio e pagamento

dos servios a serem executados e fazem parte dos termos contratuais.

Podem ser desenvolvidas especificamente para a obra em questo ou se

apoiar em mtodos de uso universal. Durante as escavaes, a obra

mapeada e setorizada, em funo das classes de macio encontradas e os

tipos de suporte e ou reforo aplicados, tanto para garantir a segurana

executiva, como para atender as condies operacionais.

10

6 ETAPAS DO EMPREENDIMENTO

6.1 Investigaes Prvias

O conhecimento adequado dos macios nos quais se escavar e construir

um tnel fundamental para que as previses de comportamento, o

dimensionamento dos tratamentos e do revestimento final, e a definio da

metodologia executiva a ser empregada sejam discutidas em tempo hbil, e

as decises a elas relacionadas sejam implementadas sem que passam a

ser responsabilizadas por desvios nos custos e no cronograma da obra

(Mello, 2003).

Para tanto se pressupe que o macio no qual se construir determinado

tnel bastante conhecido na fase de projeto, e que dados coletados

durante o incio dos servios da obra, com a execuo de novas sondagens,

instalao de instrumentao ou furos tticos de avano do prprio tnel, se

encaixaro no modelo e compartimentao geomecnica pr-estabelecidos,

detalhando-o sem gerar a necessidade de rev-lo. Uma das premissas para

a validao do Mtodo Observacional, segundo Nicholson (1999), a de que

no se pode utilizar tal sistemtica de projeto/construo de um tnel caso

no esteja disponvel uma investigao de campo intensa e de alta

qualidade.

Segundo Murakami, 1969, o projeto baseia-se em toda e qualquer

informao que se possa conseguir e avaliam-se os dados com todas as

possveis diferenas entre as hipteses e a realidade. Atravs desta anlise

selecionam-se algumas variveis que devem ser coletadas em campo, com

isso, gradualmente completam-se as lacunas das informaes que faltavam

e reavaliam-se as hiptese iniciais.

11

Um grande nmero de artigos tcnicos discute as tcnicas de investigao

disponveis localmente para bem caracterizar e classificar um macio de solo

ou rocha (ABGE, 1998), com seus detalhes, problemas, solues

particularizadas. Outra srie de artigos (Mello, 1998; Maffei, 1995) discute

que as investigaes de campo no podem ser realizadas burocraticamente,

devendo ser coordenadas por pessoal experiente em problemas prticos de

tneis, para poder otimizar o programa, durante o prprio andamento das

investigaes, delineando regies com necessidade de detalhamento

diferenciado.

Em situaes de contexto geolgico sedimentar pr-adensado, como o

caso da bacia Terciria de So Paulo (Mello, 2003), a validade generalizada

do raciocnio bsico de homogeneidade tem sido sistematicamente usada.

Mas, em alguns casos, principalmente nas proximidades a crregos, eroses

em fortes declives, com suas posteriores re-deposies e novas eroses,

podem ter gerado grande variao de caractersticas destes sedimentos pr-

adensados, at com a apario de superfcies polidas de cisalhamentos

antigos.

Outro detalhe importante a ser considerado quando do planejamento de

campanha de investigaes em meio urbano o que diz respeito ao fato que

muitos locais podem ter sido objetos de servios de terraplanagem anterior,

terraplanagem esta sempre feita em aterros de ponta, nunca compactados,

ou at de lanamento de material de entulhos ou bota-foras de maiores

alturas. O mapeamento criterioso destes locais, potencialmente com

espessuras variveis de material simplesmente lanado, fundamental para

que o projeto possa contemplar situaes extremas, nas quais parte do

material de cobertura da abbada do tnel deve ser considerada somente

como carregamento (Mello, 2003).

A perfurao de sondagens permite a avaliao dos graus de faturamento e

de alterao da rocha do macio, alm dos tipos de rocha presentes. Uma

12

das dificuldades restituir a orientao das fraturas, cuja anlise

fundamental para se estudar a eventual formao de cunhas instveis

durante a escavao.

6.2 Estudo

Durante a etapa de estudos, normalmente subdivididas em projeto

convencional, anteprojeto e projeto bsico, so analisadas vrias

alternativas de solues de engenharia para o traado, seo corrente,

emboques, reforo estrutural, etc. Diversos aspectos das alternativas de

projeto so condicionados por fatores de ordem geolgica e geomorfolgica:

seus prs e contras so avaliados, tcnica e economicamente, at culminar

com a eleio da melhor soluo.(Francis, 1998).

6.3 Projeto

Qualquer escavao subterrnea constitui, do ponto de vista da estrutura,

um sistema hiperesttico complexo, cujo material de construo constitui o

prprio macio. Qualquer macio escavado, do ponto de vista geolgico,

constitui um sistema natural descontnuo, desigualmente intemperizado,

assinalado por heterogeneidades e anisotropias variveis.

6.4 Dimensionamento

As propriedades e feies singulares do macio, antes das escavaes, so

analisadas, como em qualquer projeto de engenharia, com o auxlio de

investigaes e ensaios

13

Inmeros autores tem discutido que o desenvolvimento de projetos de

tneis baseia-se em equilbrio entre a experincia das equipes, e clculos,

dentre os quais predominam as simulaes numricas (Mello, 2003).

Estas simulaes numricas so importantes para o dimensionamento

estrutural do revestimento de um tnel e para antecipar seu comportamento

durante a construo, permitindo a realizao de anlises de sensibilidade

em relao aos principais parmetros intervenientes/condicionantes. So

necessrios para o planejamento e controle do processo construtivo de um

tnel, e para avaliao de eventuais impactos em terceiros (Negro, 1999),

assim como para a proposio prvia de diferentes alternativas de projeto

para os distintos cenrios possveis de serem encontrados.

Deve-se reconhecer que uma parcela importante das definies relativas ao

projeto de um tnel, dos tratamentos necessrios para aumentar o auto-

suporte do macio que ser escavado, permitindo sua escavao com maior

segurana, definida com base na experincia das equipes envolvidas.

Para que essa experincia fosse melhor compartilhada seria muito til que

os trabalhos tcnicos fossem mais abrangentes; de Mello V. (1998a) ressalta

que praticamente nenhum relato tcnico publica:

as bases de clculo pelas quais tenham sido comparados os

comportamentos previsveis com e sem um(vrios) reforo(s)

preconizado(s);

as eventuais alternativas para soluo do mesmo problema;

a comparao admitida dos custos (relativos) e benefcios das condies

com e sem o reforo definido.

Conforme Mello, 2003, a dificuldade de quantificao dos riscos de cada

alternativa postulvel existe, mas no deveria impedir a realizao de

estudos enfocando as 3 etapas acima colocadas.

14

Em contrapartida, o desenvolvimento de tcnicas para tratamento do macio

a ser escavado foi bastante acelerado, com a disponibilidade de um grande

leque de produtos e mtodos executivos, cuja quantificao projetual

determinstica ainda no tem reconhecimento amplo, mas tem contribuio

conceitual indiscutivelmente reconhecida.

O uso de simulaes numricas, atravs de programas que utilizam a

tcnica de modelagem de meio contnuo (Mtodo dos Elementos Finitos,

Mtodo das Diferenas Finitas, Mtodo dos Elementos de Fronteira, etc.),

tem sido cada vez mais comum no meio tcnico, tendo como objetivo o

dimensionamento de revestimentos e a previso de deslocamentos, seja no

macio, seja do prprio revestimento.

A aplicao de formulaes analticas e ou empricas, antes da ampla

utilizao de computadores, a nica forma de clculo disponvel para o

projeto de tneis, seja para o dimensionamento do revestimento, seja para a

previso de deslocamentos, cada vez mais rara e, s vezes, at

considerada obsoleta. Exceo a esta regra tem sido as anlises de

estabilidade das frentes de escavao, nas quais muitas vezes se

empregam solues do tipo limite inferior, conforme Negro (1994), ou

Mtodo de Equilbrio Limite.

Dentro desta tendncia, uma quantidade elevada de programas, modelos

reolgicos e tcnicas de modelagem vem sendo desenvolvidos. Mair &

Taylor (1997) apresentam uma srie destas tcnicas, tendo sempre como

pano de fundo o fato de no ser vivel utilizar modelos tridimensionais,

restringindo as simulaes a modelos bidimensionais, que tem como

inconvenientes no permitirem simular de forma realista a fase mais crtica

da construo de um tnel: a escavao, instalao do revestimento e as

primeiras horas de interao entre o macio e o revestimento, servindo-se

de artifcio de simulao.

15

Obviamente a capacidade de previso do comportamento futuro de uma

obra em sua fase de projeto fundamental. Negro (1999) discute este

importante aspecto, partindo da discusso dos processos de simulao

numrica utilizados, e levantando comparaes entre os deslocamentos

verticais, os deslocamentos horizontais e os carregamentos no revestimento

de tneis previstos em projeto e os valores obtidos no campo por

monitorao.

Outra importante observao relativa capacidade de previso de

deformaes e suas conseqncias no comportamento de estruturas

prximas ao alinhamento de tneis diz respeito ao fato de que uma previso

realista de deslocamento deveria poder utilizar a variao de mdulo de

deformabilidade com o nvel de deslocamentos, uma vez que se reconhece

esta interdependncia; alm disso, deve ser reconhecido que danos em

estruturas lindeiras esto associados tambm aos deslocamentos

horizontais (absolutos, relativos e especficos) associados s escavaes,

deslocamentos estes limites de aceitabilidade no so conhecidos.

6.5 Previso de Desempenho de Tneis em Projeto

A necessidade de se prever, em projetos, o comportamento de tneis, pode

ser justificada pela necessidade de se avaliar a conformidade das

construes com projetos. Esta previso permite por sua vez, correes no

projeto ou na construo, logo no incio do processo.

Uma parte substancial do projeto de uma estrutura a previso de seu

desempenho e do seu impacto ao meio ambiente, durante e aps sua

execuo. A previso completa do desempenho de tneis transcende

aspectos geotcnicos e estruturais: inclui avaliao de rudos, vibraes,

temperaturas e mudanas na qualidade do ar, induzidas pela estrutura

subterrnea.

16

Comparaes com o desempenho permitem deteco de no conformidades

em termos de estimativas inadequadas das caractersticas do subsolo, de

projetos incorretos, de procedimentos de simulao imperfeitos ou de

desvios da construo em relao ao projeto. Embora seja reconhecido que

o ltimo aspecto seja a causa principal de desempenhos inadequados e o

primeiro seja cada vez menos responsvel por acidentes na construo de

tneis, o papel das deficincias na simulao de tneis em acidentes ainda

no foi avaliado.

17

7 EFEITO ARCO

Segundo premissa (Lunardi, 1995), durante a realizao de um tnel, as

tenses pr-existentes no macio, uma vez desviadas pela abertura da

cavidade, se canalizam ao longo do seu contorno, determinando zonas

super solicitadas nas paredes da escavao. A canalizao desse fluxo de

tenses no contorno da cavidade definida como efeito arco e

exatamente devido ao desencadeamento desse fenmeno que possvel

criar cavidades no subsolo com garantia de preservao e durabilidade no

tempo

O efeito arco pode ser produzido de acordo com a magnitude dos estados

tensionais pr-existentes no macio e com as caractersticas de resistncia e

deformabilidade do mesmo, dos seguintes modos (figura 7.1):

Nas proximidades do perfil da escavao: ocorre quando o solo, no

contorno da escavao, suporta bem o fluxo das tenses desviadas,

respondendo elasticamente em termos de resistncia e deformabilidade;

Longe do perfil da escavao: ocorre quando o solo no contorno da

escavao, no estando em condies de suportar o fluxo das tenses

desviadas, responde inelasticamente, plasticando-se e deformando-se

proporcionalmente ao volume de solo envolvido pelo fenmeno de

plastificao. Este modo, que inclusive provoca aumento do volume do solo

envolvido provoca ao se propagar radialmente, o desvio da canalizao

das tenses para dentro do macio, at que o estado triaxial de tenses se

torne compatvel com as caractersticas de resistncia do solo. Nesta

situao o "efeito arco forma-se longe das paredes da escavao e o solo

do contorno, j rompido, poder colaborar na esttica final da escavao

apenas com a resistncia residual dando lugar ao fenmeno de deformaes

de notveis grandezas como convergncias, etc;

18

No acontecer: ocorre quando o terreno no contorno da escavao, no

sendo absolutamente capaz de suportar o fluxo das tenses desviadas,

responde no campo de ruptura, provocando o colapso da cavidade.

Figura 7.1 Efeito Arco - Lunardi P. ABMS,1985

Pode-se observar que o efeito arco por via natural, produz-se apenas no

primeiro caso. No segundo caso, o efeito arco se produz por via natural

apenas se o macio for ajudado por meio de intervenes estabilizadoras.

No terceiro caso, o efeito arco, no podendo se produzir por via natural,

dever ser produzido por via artificial, intervindo-se adequadamente no

prprio macio antes da escavao.

19

O objetivo mais importante do projetista de tneis, deve ser o de analisar se

e como o efeito arco poder se desenvolver no ato de escavar o tnel - uma

vez tendo compreendido que ajudar o macio significa dispor de

instrumentos para reconduzir o segundo e o terceiro caso para o primeiro,

deve estabelecer definitivamente e de maneira inequvoca, se ele vai querer

enfrentar o projeto (que no outra coisa se no a definio da ajuda que

ele pretende dar ao macio para controle do efeito arco) segundo a "filosofia

de sustentar" ou a "filosofia de conter" a cavidade.

Ao analisar o que se entende por sustentar, ou seja, pr-suporte, e por

conter, ou seja, pr-conteno, aparecer qual deve ser o enfoque de

projeto mais adequado para um projetista de tneis (figura 7.2).

Se o projetista resolver enfrentar a escavao com "intervenes de

sustentao", dever estar convencido que:

sustentando o macio ele produz uma ao passiva.

esta posio significa aceitar a relaxao do macio e que a reao em

termos de deformao do mesmo possa evoluir de modo praticamente

descontrolado, deixando que o efeito arco se afaste sem controle em relao

ao contorno da escavao.

operando desse modo, ele resolve o problema da estabilidade da cavidade

com critrios trazidos da engenharia de minerao que, tendo objetivos

diferentes da engenharia de tneis, obviamente no se preocupa em impedir

a relaxao do macio no contorno da cavidade; nem de reduzir ao mnimo

os deslocamentos em relao ao perfil terico da escavao; nem mesmo

de salvaguardar a integridade das propriedades geomecnicas do macio e

muito menos garantir a manuteno da cavidade projetada a longo prazo.

Se, pelo contrrio, o projetista decidir enfrentar a escavao com

"interveno de conteno", ele deve estar ciente que:

contendo o macio ele produz uma ao ativa.

20

contendo o macio ele controla sua relaxao e a consequente resposta

em termos da deformao.

conservando e melhorando as caractersticas do macio o mesmo pode

colaborar eficazmente com a estabilidade final da escavao: valoriza-se

deste modo o macio como material de construo, assegurando-se a

formao do efeito arco no muito longe do perfil da cavidade.

poder recorrer a "interveno de sustentao" somente em casos de

emergncia para limitar eventuais danos provenientes de um erro de projeto

ou construo.

Figura 7.2 Intervenes de Sustentao / Conteno - Lunardi . ABMS

Destas consideraes conclui-se que se o projetista de tneis quiser projetar

e executar corretamente a sua obra subterrnea, tomando portanto em

considerao to somente, e, exclusivamente, aquelas "ajudas" ao terreno

(intervenes de consolidao) que produzem efeito arco, no ter outra

escolha se no aquela da "filosofia de conteno", excluindo de seu

21

vocabulrio a palavra "sustentar", e todos os seus derivados como

"sustentao" e "pr-sustentao".

Tratando-se de projeto e construo de tneis, deve-se ento falar em

conteno, um termo que se aplica melhor ao conceito de ao ativa, capaz

de produzir e controlar o efeito arco no contorno da cavidade. Por

consequncia deve-se falar de pr-conteno para referir-se quelas aes

ativas que produzem efeito arco por via natural e por via artificial a montante

da face de escavao.

A propsito disto, nestes ltimos anos apareceram na rea de execuo de

tneis novas tecnologias de avano, capazes de desenvolver aes de pr-

conteno que, superando a limitao das tradicionais (injees,

congelamentos, etc), permitem finalmente, de um lado, realizar obras em

qualquer tipo de terreno, com a mesma segurana com que se enfrentam

outras obras de engenharia civil e, de outro lado, assegurar um ritmo de

avano tambm nos terrenos mais difceis e deste modo industrializar a

escavao.

A possibilidade do projetista em dispor do "novo instrumento de pr-

conteno", alm daquele tradicional de "conteno", abre uma nova pgina

na estria dos tneis pois permite enfrentar o problema de projeto e de

construo de um tnel com as mesmas possibilidades de sucesso,

independentemente da natureza dos macios, oferecendo a possibilidade de

aperfeioar um mtodo de projeto, classificao e construo, aplicvel e

operativo em qualquer situao geolgica, geomecnica e estado de tenso.

Um mtodo que permita, finalmente, o planejamento de um tnel, em termos

de tempo e custo, analogamente s outras obras de engenharia.

22

7.1 O Ncleo de Avano como Instrumento de Pr-Conteno e

de Estabilizao do Tnel

No contexto apresentado por Lunardi, 1995 - premissa, a construo de uma

obra no subsolo, de fato, ocorre pela retirada de materiais de um meio, cujas

caractersticas no so facilmente avaliveis (estando j submetidos pela

natureza a estado de tenses que as aes de escavao e de construo

modificam de forma irreversvel) dando incio as reaes onde a estabilidade

da obra depende do seu controle. Assim sendo, quem se prope projetar e

construir uma obra no subsolo no pode se eximir dos seguintes

conhecimentos:

do meio em que deve operar. o elemento bsico de construo do

projetista de tneis, constitudo de materiais extremamente anmalos se

comparados com os tradicionais da engenharia civil: descontnuo, no

homogneo e anisotrpico. Apresenta, na superfcie, caracterstica muito

variada que depende exclusivamente da sua natureza intrnseca (sua

condio natural) condicionada pela geologia da crosta terrestre, enquanto

que em profundidade apresenta caracterstica mutvel tambm em funo

do estado tensional que o solicita (consistncia adquirida), determinando o

seu comportamento na escavao.

da ao resultante executando a escavao. Manifesta-se com a

penetrao da frente no interior do meio. , portanto, um fenmeno

claramente dinmico: pode-se imaginar o avano de um tnel como um

disco (a frente) que avana com uma certa velocidade para dentro do

macio, deixando atrs de si o vazio. Ele produz uma perturbao no meio,

seja vertical como horizontalmente, o que altera o estado das tenses pr-

existentes. A grandeza destas solicitaes incrementais determina para

cada tipo de macio a amplitude da regio perturbada (no interior dessa

regio o solo sofre uma perda das caractersticas geomecnicas com

consequente aumento de volume). A amplitude da zona perturbada nas

23

proximidades da montante definida pelo raio de influncia da montante de

avano, que por sua vez define o espao sobre o qual o projetista deve

concentrar a sua ateno e dentro do qual ocorre a evoluo de um estado

de tenso triaxial para um biaxial plano (zona da montante de avano ou de

transio).

da reao esperada como efeito da escavao. uma resposta em

termos de deformao do meio ao da escavao. Ela gerada a

montante da face de escavao na regio da zona perturbada, em

consequncia das sobre-tenses geradas no macio no contorno da

escavao, e depende da resistncia do meio e da forma em que se realiza

o avano da montante (a ao).

A resposta em termos de deformao da face e da cavidade, dependendo

da consistncia adquirida do macio e da ao exercida, se manifesta das

seguintes formas (figura 7.3):

extruso da face;

pr-convergncia (entendido como convergncia do perfil terico a

montante da face de escavao);

convergncia.

24

Figura 7.3 Manifestaes de Instabilidade do Macio - Lunardi, ABMS

Tais fenmenos por sua vez podem produzir algumas manifestaes de

instabilidade (considera-se instabilidade toda ocorrncia que produz intruso

de solo na cavidade alm do perfil terico de escavao), a saber:

desplacamentos por gravidade e colapso da face, no conjunto face-ncleo

de avano;

desplacamentos por gravidade e colapso da cavidade na regio do

contorno.

Uma vez definido como ncleo de avano, o prisma de terreno a montante

da face de escavao cujas dimenses transversal e longitudinal so da

ordem de grandeza do dimetro do tnel (figura 7.4) pode-se afirmar com

base nas experincias adquiridas que todas as citadas formas de

instabilidade dependem direta ou indiretamente da rigidez do ncleo.

Podem ocorrer trs situaes bsicas (figuras 7.4 e 7.5):

25

Se, na fase de avano de um tnel, ao passar do estado de compresso

de tipo triaxial a um tipo de plano, com o anulamento do estado de

compresso na face produz sobre o ncleo de avano solicitaes no campo

elstico, a parede aberta (face da escavao) se mantm estvel com

deformaes limitadas ou absolutamente desprezveis. Neste caso a

canalizao das tenses no contorno da cavidade (efeito arco) se produz por

via natural prxima ao perfil de escavao.

Se, ao contrrio, o anulamento do estado de compresso na face produz

no ncleo de avano solicitaes no campo elasto-plstico, a reao

tambm importante e a parede aberta do ncleo (face da escavao)

deformando-se elastoplasticamente para dentro da cavidade (extruso), d

lugar a uma situao de estabilidade a curto prazo. Tem incio, assim, na

ausncia de intervenes, um fenmeno de plastificao que, ao se

propagar longitudinalmente e radialmente a partir do contorno da cavidade,

produz o deslocamento do efeito arco mais para dentro do macio.

Somente operando com intervenes de conteno e ou de pr-conteno

adequadas pode-se controlar tal afastamento.

Se, por fim, o anulamento do estado de compresso na face produz no

ncleo de avano solicitaes no campo de ruptura, a resposta em termos

de deformao inaceitvel e ocorre uma situao de instabilidade do

ncleo que torna impossvel a formao do efeito arco. o caso de

macios incoerentes ou fracos, em que o efeito arco no conseguindo se

formar por via natural, deve ser produzido artificialmente.

26

Figura 7.4 Ncleo de Avano - Lunardi P. ABMS, 1985

27

Figura 7.5 Deformabilidade do Ncleo - Lunardi P. ABMS, 1985

A conseqncia disto que as caractersticas de resistncia e

deformabilidade do ncleo de avano tem um papel predominante no incio e

na evoluo dos fenmenos de deformao da cavidade.

28

Tais fenmenos de deformao so conseqncias diretas dos fenmenos

de deformao j produzidas a montante da face de escavao, e

dependem das escolhas do projeto e de como controlar a resposta em

termos de deformao e do mtodo construtivo adotado (figura 7.5).

Garantir a rigidez do ncleo de avano significa, ento, evitar os fenmenos

de instabilidade da face e, conseqentemente, controlar o surgimento da

resposta em termos de deformao a montante da face da escavao e,

portanto, tambm a sua evoluo a jusante da face.

29

8 ESCAVAES

Escavao o processo empregado para romper a compacidade do solo ou

da rocha, por meio de ferramentas e processos convenientes, tornando

possvel a sua remoo (Redaelli,1998).

As escavaes so divididas em dois tipos:

escavaes a cu aberto: escavaes em solo a cu aberto podem

envolver pequenos servios executados por ps e picaretas escavaes

maiores que requerem equipamentos de maior porte e atividades

especficas. Cerca de 30% da crosta terrestre formada por solos,

folhelhos, argilitos e outras rochas (ABGE, 1998) que podem ser escavados

sem o uso de explosivos. Adicionalmente, a capacidade e o poder de

escavao dos equipamentos esto presentemente competindo com os

mtodos de desmontes por explosivos, sendo por vezes mais rpido,

eficiente e de menor custo.

Escavaes subterrneas: escavaes subterrneas em material pouco

consolidado geralmente requerem algum tipo de sustentao, que pode ser

feita por diferentes mtodos; sua aplicao normalmente representa um

custo significativo na execuo da obra. Assim as escavaes

subterrneas necessitam de uma investigao geolgico-geotcnica

preliminar o mais detalhada possvel para evitar-se situaes imprevistas,

que podem alterar tanto o custo quanto o cronograma da obra, justificando

investigaes detalhadas. O tipo de material a escavar tambm afeta o

custo, o prazo de escavao e, ainda, a metodologia a ser adotada.

30

9 MTODOS CONSTRUTIVOS

9.1 Novo Mtodo Austraco NATM

O primeiro uso do termo em ingls de NEW AUSTRIAN TUNNELLING

METHOD" (NATM), apareceu em uma srie de trs artigos escritos pelo

professor Rabcewicz publicado na revista Water Power em novembro e

dezembro de 1964 e janeiro de 1965 (Rabcewicz, 1964). Estes artigos

descrevem o uso de revestimento de concreto projetado para estabilizar

tneis escavados em rocha. Tambm conhecido como tnel mineiro por ser

originrio na explorao de minas, caracteriza-se como um processo de

escavao subterrnea que, utilizando o concreto projetado como

revestimento, busca a estabilizao das deformaes do terreno atravs do

alvio controlado das tenses atuantes, exigindo para isso instrumentao de

campo adequada e a monitorao constante das condies de escavao,

para que os resultados esperados sejam alcanados na prtica (Ferrari,

1993).

O NATM um mtodo em que, basicamente, logo aps a escavao da face

e ocorrncia de alvio parcial das tenses iniciais do macio, colocado o

suporte. O suporte do tnel constitudo de concreto projetado associado a

cambotas metlicas, com tirantes, chumbadores e enfilagens conforme

necessrio. Para tneis em solo, o revestimento usualmente constitudo de

concreto projetado e cambotas metlicas. Para tneis em rocha, utiliza-se

concreto projetado, tirantes e chumbadores, e em alguns casos prescinde-se

das cambotas. Nesta metodologia, que parece simples, esto embutidos

muitos conceitos fundamentais que exploram meros aspectos de projeto e

clculo. O sucesso do NATM depende fundamentalmente destes conceitos

e da experincia das pessoas nele envolvidas (Ribeiro, 1999).

31

Buono, 2003, em manual tcnico Solotrat descreve os conceitos principais

que definem a tecnologia para o uso do NATM:

Mobilizao das tenses de resistncia do macio: O macio

circundante ao tnel, que inicialmente atua como elemento de carregamento,

deve passar a se constituir em elemento de escoramento, isto se deve

mobilizao de suas tenses de resistncia. o princpio da estabilizao

pelo alvio de tenses por deformaes controladas.

Manuteno da qualidade do macio pela limitao do avano e

aplicao imediata do revestimento: A acomodao excessiva do solo faz

com que o macio perca sua capacidade de auto-suporte e passe a exercer

um esforo sobre a estrutura. A aplicao imediata do revestimento de

concreto projetado impede esta acomodao, bem como a formao de

vazios na interface estrutura-macio, mantendo sua qualidade. Esta

aplicao de concreto projetado possibilita que o suporte aja em toda a

superfcie escavada, melhorando a interao com o macio. Mtodos

antigos, como o madeiramento, tem atuao pontual. Por mais cuidadoso

que se fosse o encunhamento de fixao, estes processos causavam vazios

na interface, oferecendo condies para o incio do desagregamento do

material e contribuindo para a perda da capacidade de auto-suporte do

macio.

Avano e parcializao de seo de escavao, fechamento

provisrio e utilizao do suporte adequado no momento certo: O

avano e a parcializao adequada da frente de escavao se do em

funo do comportamento do macio, que se traduz no tempo de auto-

sustentao e deformabilidade do material. Quanto maior o nmero de

etapas, menor a rea unitria de escavao, maior o tempo de auto-suporte

da abertura no escorada e menores os recalques. Tambm influem na

forma de parcializao os equipamentos disponveis, prazo para execuo

da obra e custos. Em geral, procurada uma soluo que resulte numa

32

maior velocidade de execuo. O suporte do tnel trabalha como um anel

contnuo, que deve ser concludo o mais breve possvel. Por questes de

organizao construtiva, quando previsto o avano pronunciado da

abbada do tnel, muitas vezes colocado fechamento provisrio do anel,

para estabilizar aquela rea do macio enquanto as demais reas vo sendo

escavadas. Quando a escavao finalizada, esse piso retirado, para

construo do piso definitivo. Duas questes so importantes para a

colocao do suporte: a deformabilidade dele prprio e o momento de

aplicao. Quando o suporte aplicado muito cedo, ou para aqueles com

pouca deformabilidade, sua capacidade de resistncia deve ser superior

quela realmente necessria para o caso timo, pois ele precisar trabalhar

com nveis de tenses mais elevados, uma vez que o macio ainda pode

sofrer um alvio e, portanto, a aplicao de menor carga. O comportamento

da interao macio-estrutura, recebe fortes influncias dos seguintes

fatores: deformabilidade do macio e do suporte; tamanho da abertura da

escavao; defasagem entre a escavao e a aplicao do suporte;

espessura do suporte; mtodo de avano da escavao.

Utilizao de enfilagem, tirante e cambota: Quando necessrio, e para

melhorar as condies de sustentao, so aplicados elementos estruturais

adicionais ao concreto projetado, como cambotas metlicas embutidas no

concreto, e ancoragem no macio do tipo tirante ou chumbador e enfilagem.

A colocao sistemtica da ancoragem permite a mobilizao da capacidade

portante do macio, impondo que as tenses confinantes ao redor da

abertura se mantenham em nveis compatveis, limitando as deformaes.

Para estabilizao prvia de trechos a serem escavados, ou nos emboques,

so utilizadas as enfilagens cravadas ou injetadas.

Drenagem do macio: Sempre que houver a ocorrncia de gua, a

colocao de drenos entre a estrutura e o solo permite o alvio destas

presses sobre a superfcie do suporte do tnel, melhorando as condies

de segurana da obra e facilitando a escavao. Tambm com este

33

objetivo, a aplicao de rebaixamento induzido do lenol fretico muito

eficiente.

Caracterizao geolgico-geotecnica do macio, instrumentao e

interpretao de leituras de campo: A realizao de ensaios de campo e

de laboratrio, somadas s investigaes de prospeco geolgica e anlise

de deformaes do tnel, permitem a caracterizao e determinao de

parmetros de resistncia, deformabilidade e permeabilidade do macio. No

NATM os dados oriundos das instrumentaes de campo permitem medir o

desenvolvimento das deformaes, o alvio de tenses e,

conseqentemente, a interao do suporte com o macio circundante alm

de: alertar para situaes no previstas para que seja possvel a rpida

tomada de decises; fornecer subsdios para aferio das hipteses iniciais

de projeto, permitindo adaptaes e correes do mtodo construtivo,

ajustando o espaamento de cambotas e os tratamentos previstos; promover

condies para melhorar o desempenho da obra quanto produtividade,

segurana, economia e qualidade, atravs da interpretao das leituras dos

instrumentos associada aos eventos observados na obra.

O novo mtodo austraco favorece deliberadamente a deformao do

macio, adjacente ao contorno escavado, para redistribuir e, ao mesmo

tempo, reduzir as tenses mximas induzidas, sem permitir sua

desagregao e conseqente perda de coerncia. Para assegurar tais

objetivos, preconiza a adoo de medidas e providncias que possibilitem:

aproveitar ao mximo a capacidade autoportante do macio, adjacente ao

contorno escavado;

escavar uma seo arredondada, preferencialmente plena, e parcializando,

quando sua estabilidade exigir;

34

aplicar suporte flexvel em todo contorno escavado, exceto no piso, quando

horizontal e suficientemente resistente, antes da desagregao da zona

potencialmente plastificvel;

dimensionar o revestimento final durante a obra, em funo do

comportamento mecnico da frente de escavao;

controlar e corrigir o desempenho do macio e respectivo suporte, com

base nos resultados do monitoramento dos deslocamentos do contorno

escavado e, eventualmente, da superfcie, durante o processo de escavao

O NATM tem como marca registrada, a sua grande versatilidade com a

capacidade de adaptao em cada situao, quer seja a geometria do tnel,

forma de ataque da frente com ou sem parcializao, disponibilidade ou no

de equipamentos mecanizados de escavao , existncia ou no de

dispositivos desenvolvidos para aplicao de revestimentos (Ferrari,1993)

No entanto se adotado para escavar tneis extensos em macios

homogneos ou sob condies geotcnicas desfavorveis, evidenciadas por

exguos tempos de auto-sustentao ou afluxos de gua na frente de

escavao, sua produtividade inferior das escavaes mecanizadas, sob

couraa adequadamente dimensionada (Francis, 1998)

Para execuo do NATM a rigor no h necessidade do uso de

equipamentos especiais, mas inegvel que a mecanizao das vrias

fases do processo, com o uso intensivo de equipamentos apropriados, bem

como a viabilizao de vrias frentes simultneas de servio, pode acelerar

consideravelmente a produo almejada, permitindo adaptar assim o ritmo

de trabalho s necessidades de cronograma da obra (Ferrari, 1993).

Cruz ,1980, apresenta os procedimentos a serem adotados na elaborao

de projeto, conforme normas tcnicas complementares. Embora as

condicionantes bsicas do NATM, o perfeito conhecimento terico e toda

35

potencialidade do mtodo devam ser do domnio do projetista, apresentam-

se alguns princpios essenciais:

Ao ser aberto, no solo, um espao vazio, ocorre nesse solo um fenmeno

de alvio e no de carregamento.

Do fenmeno de alvio resulta uma redistribuio de tenses no macio,

que necessariamente corresponde a uma deformao do solo na vizinhana

do espao vazio, pois sem deformao no h alterao das tenses.

O suporte do espao vazio deve ser formado de tal modo que, como

critrio de ruptura, este rompa por cisalhamento e no por flexo. Isto

significa contato pleno do revestimento com o intradorso e um

comportamento elstico desse revestimento na deformao, que, conforme

a necessidade, pode ser levado imediatamente ou por etapas sua

resistncia final.

Da redistribuio de tenses resulta um aproveitamento da capacidade de

carga do solo na vizinhana do espao vazio, predeterminada pela sua

resistncia ou obtida atravs da criao de um anel de suporte do terreno.

O efeito estabilizante obtido pela interao do solo com o revestimento

flexvel.

As possibilidades de escavao na frente de trabalho dependem do tempo

de estabilidade do solo que predetermina as dimenses da rea a ser

escavada no intervalo de tempo que decorre entre o incio da escavao at

atuao do revestimento.

A abertura de um espao vazio em terreno natural provoca alteraes no

estado inicial de tenses nas adjacncias do espao vazio. Para se alcanar

o equilbrio constante, necessrio criar uma determinada resistncia contra

o desmoronamento, a no ser, devido resistncia do solo existente, a

36

estabilidade do espao vazio seja conservada de modo natural. Na prtica,

o equilbrio constante criado atravs da escolha de um suporte de

delimitao do espao vazio, funo da tenso aplicada.

O intervalo de tempo em que se realiza este equilbrio influenciado em

propores limitadas, pelo tipo, volume e seqncia das providncias de

suporte, sendo que o estado inicial de tenses e as caractersticas

geomecnicas do solo desempenham papel decisivo.

A soluo a ser adotada tem, tambm, que levar em conta as possibilidades

de controle, as operaes nos trabalhos de escavao e de proteo e os

aspectos econmicos.

Na construo de tneis urbanos deve-se ter sempre presente que os

recalques na superfcie devem ser os menores possveis, o que implica na

rpida instalao do suporte escolhido e no fechamento do fundo to

rapidamente quanto, possvel.

Para a criao da necessria resistncia contra o desmoronamento, podem

se aplicados, em princpio, os tipos de suporte:

Concreto projetado, com ou sem armadura.

Cambotas metlicas e projetado.

Tirantes de ancoragem, cambotas e projetado.

Chapas, cambotas e projetado.

Alem desses tipos de suporte, poder ser necessrio, em solos moles, a

execuo de uma proteo prvia escavao, conseguida atravs de

enfilagens longas.

Pode-se, tambm, aumentar a capacidade de carga do terreno atravs da

aplicao prvia de injees ou congelamento do solo na vizinhana do

37

espao vazio, de tal forma que a resistncia necessria contra o

desmoronamento seja alcanada.

Assim, uma vez preservados os conceitos bsicos que norteiam o NATM, a

versatilidade descrita no sentido de tirar o melhor proveito das condies

locais, permitindo as adaptaes necessrias e trabalhando conforme

disponibilidade real ou no de execuo mecanizada , sem dvida,

apontada como uma grande vantagem deste mtodo quando cotejado com

outras solues possveis (Ferrari O.A.,1993).

9.1.1 Avano com Concreto Projetado com ou sem Armadura.

Na execuo de tneis urbanos, em solo, o concreto projetado desempenha

o papel predominante no suporte do espao vazio, devido as suas

caractersticas de alta resistncia inicial, facilidade de aplicao e

adaptabilidade superfcie da escavao (figura 9.1).

Figura 9.1 Avano com Projetado sem Armadura - NC03/80 Metr SP

Esse tipo de suporte deve ser empregado preferivelmente. No entanto,

somente pode ser aplicado se o "stand-up-time" (tempo que decorre entre a

abertura da escavao at o incio do processo de desintegrao do solo) for

suficientemente grande para permitir a aplicao do suporte, assim como

permitir que o projetado adquira resistncia. Naturalmente, a qualificao do

tempo depende do tamanho da abertura e do ciclo de escavao, para cada

38

tipo de solo. Alm disso, o projetado somente funciona bem trabalhado

compresso. Portanto, a seo tpica somente com projetado deve ser

empregada quando no houver possibilidade de ocorrncia de flexo, devido

a alvios relativos a escavaes vizinhas, assimetria geomtrica ou de

carregamento, ou por condies de emboque. Deve ser usada sempre que

houver possibilidade de deformao da casca constituda de projetado no

sentido de "buscar" a linha de presses.

A tela metlica, devido dificuldade de colocao nos lugares ideais para

resistncia a momentos fletores que tracionam ambas as faces, tem

eficincia muito pequena em tneis em solo, embora seja til para o

combate ao cisalhamento. Por outro lado, o projetado resiste muito bem

compresso.

Recomenda-se a colocao de tela metlica quando o revestimento for

tambm constitudo de projetado, pois, nesse caso, as telas do suporte e do

revestimento conferiro ao conjunto uma razovel resistncia a momentos

fletores. Por esse motivo, a tela deve ser colocada o mais externamente

possvel no suporte e o mais internamente possvel no revestimento.

9.1.2 Avano com Projetado e Cambotas Metlicas.

A aplicao de cambotas metlicas tem por finalidade servir de apoio

montagem das malhas de ao e do gabarito para o limite interno do concreto

projetado. Dependendo do tipo de solo e do estado de corte no espao

vazio recentemente escavado, as cambotas tambm preenchem a finalidade

de proteger a equipe de trabalho.

39

Figura 9.2 Avano com Projetado e Cambotas - NC03/80 Metr SP

Esse tipo de seo utilizado no caso de terreno com stand-up-time

suficiente para a instalao das cambotas e aplicao do projetado, mas

insuficiente para que o concreto projetado adquira resistncia. At que o

concreto projetado adquira resistncia, o stand-up-time do terreno deve ser

suficiente para que o mesmo seja autoportante no vo entre cambotas.

Sob o ponto de vista esttico, a cambota s comea a atuar quando a

mesma passa a ficar totalmente encostada ao terreno, ou seja, somente

aps o preenchimento completo com projetado do espao entre a cambota e

o terreno.

Com o crescente endurecimento do projetado, ao atingir resistncia

compresso de cerca de 20 a 30 kgf/cm, o prprio concreto tem

capacidade, por si s, de assumir a funo de suporte do espao vazio.

Para a maioria dos casos, completamente suficiente o tempo de durao

do efeito de suporte espacial do solo (stand-up-time), tendo em vista que o

concreto projetado atinge, normalmente, a resistncia citada, aps cinco a

seis horas de sua aplicao.

As cambotas metlicas tambm no so geralmente consideradas nos

clculos, visto que a sua ligao com o concreto projetado no totalmente

perfeita., a no ser com medidas adicionais. A experincia mostra que, no

estado de ruptura, as cambotas so os primeiros elementos a serem

projetados para fora da ligao, o que demonstra uma incorporao

insuficiente cambota / concreto projetado.

40

9.1.3 Avano com Projetado, Cambotas e Tirantes.

Na construo de tneis urbanos, em solo, e principalmente para os tneis

de via singela, a experincia tem demonstrado ser possvel deixar de aplicar

tirantes de ancoragem, porquanto o efeito colaborante deste tirante tem-se

verificado como nulo ou de insuficiente valor. Desta forma, deve-se admitir

mais o efeito natural colaborante do macio do que a criao de um anel de

suporte do terreno criado pelo conjunto de tirantes. Assim, em princpio, a

aplicao dos tirantes fica reservada construo de tneis em rocha. No

entanto, em tneis em solo, de grandes presses laterais, pode-se admitir a

aplicao de tirantes na base da cambota metlica, se esta soluo se

revelar mais econmica que o fechamento do arco.

9.1.4 Avano com Chapas, Cambotas e Projetado.

Esse tipo de suporte se aplica em solos arenosos, especialmente friveis ou

de argilas moles, sempre que o stand-up-time no suficientemente longo

para permitir a instalao de cambotas ou mesmo quando o solo no for

autoportante para vencer o vo entre cambotas antes que o concreto

projetado adquira a resistncia necessria, que depende do vo, das

dimenses da abertura, da parcializao as seo, do ciclo e do tipo de solo.

Figura 9.3 Avano Chapas, Cambotas e Projetado - NC03/80 Metr SP

41

O comprimento das chapas depende do tipo de solo, das dimenses da

abertura e da estabilidade da frente, qual se deve dispensar especial

ateno.

9.1.5 Stand-Up-Time

A abertura de um espao vazio horizontal em solos de moderada coeso,

friveis ou fissurados, faz com que esses solos se deformem gradualmente

at ao desprendimento de fragmentos, sendo que, com o decorrer do tempo,

aumenta a quantidade do material desprendido do teto sem suporte,

deixando uma cavidade de dimenses crescentes. O tempo que decorre

entre a abertura da escavao at ao incio do processo de desintegrao,

denominado stand-up-time do solo.

Os solos mais comuns sujeitos a este processo de desintegrao, so as

areias finas midas, as misturas de areia, mdias e grossas, contendo silte

ou argilas com aglomerante e as argilas fissuradas. O fissuramento das

argilas pode existir antes da escavao ou pode ocorrer aps a escavao,

devido a tenses excessivas, secagem da superfcie ou ainda devido a

argilas expansivas.

As areias midas apresentam coeso aparente devido tenso superficial

da pelcula de gua que envolve os seus gros. Quando os gros se

deslocam, afastando-se entre si, a coeso aparente cessa e o solo corre, de

maneira semelhante ao material sem coeso. Condies semelhantes so

apresentadas em areias contendo baixos teores de silte ou argilas.

Em solos coesivos (mistura de areias e argilas), a abertura do espao vazio

provoca alvio de tenses e as argilas passam a absorver mais umidade com

diminuio da sua resistncia. Se o solo estiver intacto poder manter as

suas caractersticas de solo firme, mas se contiver fissuras ou se estas

42

aparecerem aps a exposio ao ar, o solo comea o processo de

deformao at desintegrao.

Em escavaes acima do lenol fretico, o solo em contato com o ar, seca

superficialmente e, em areias compactas e siltosas, esta secagem aumenta

a coeso aparente e retrata o processo de desintegrao. Em argilas

fissuradas, a secagem superficial aumenta a abertura das fissuras e acelera

o processo de desintegrao.

Se a escavao se processar abaixo do lenol fretico, a gua corre para

dentro da rea escavada preenchendo os vazios crescentes do solo

adjacente e aumentando a sua presso, devido ao aumento do teor de gua

no solo, provocando, desta forma, a sua rpida desintegrao.

Os solos no coesivos, como as areias puras, podem correr ou fluir para

dentro da rea escavada. Se a escavao se processar abaixo do lenol

fretico, o solo correr para dentro da escavao se o lenol for drenado, se

no ele fluir. Esta diferena de comportamento importante, pois, no caso

de correr, o processo se interrompe quando o material deslocado para

dentro da escavao apresentar um talude cuja inclinao corresponde,

aproximadamente, ao prprio ngulo de atrito interno do material. No

entanto, se o material fluir, este invadir o tnel completamente, provocando

o solapamento das bases das cambotas metlicas, podendo ocorrer o

soterramento total da rea.

9.1.6 Forma Geomtrica da Seo Transversal

A forma geomtrica da seo transversal do tnel deve atender ao gabarito

de livre passagem mais o adicional relativo tolerncia de construo. No

entanto, essa forma geomtrica deve tambm procurar que a redistribuio

de tenses no macio e a interao macio / revestimento se processe nas

43

condies mais favorveis possveis, no s na situao final do tnel

terminado, mas tambm nas suas etapas intermedirias de execuo.

Assim, se nos pontos crticos de concentrao de cargas, no contorno da

escavao, as tenses no solo alcanarem valores inadmissveis, deve se

procurar alterar a forma geomtrica para uma condio mais favorvel. As

variaes de forma da seo transversal alteram pouco as tenses

tangenciais e radiais no fecho, mas provocam grandes variaes nas

tenses tangenciais laterais no p da calota. Apesar da pequena variao

das tenses do solo no fecho decorrente das variaes da forma da seo

transversal, necessrio levar em conta que formas elpticas pouco

abauladas provocam tenses de trao no fecho, plastificando e fissurando

o solo, o que implica numa perda local do efeito colaborante do mesmo.

Assim em princpio, as zonas de plastificao do solo devem somente

ocorrer, se necessrio, no p da calota (devido s elevadas tenses

tangenciais nestes locais), mas desde que sejam em zonas restritas e no

provoquem a ruptura do revestimento de suporte.

Na prtica, a forma geomtrica da seo transversal obtida pela

combinao de arcos de crculos.

Na maioria dos casos, a forma geomtrica final deve permitir a parcializao

da frente, criando uma seqncia ordenada de etapas de escavao. Cada

uma dessas etapas constitui uma escavao que tem de ser considerada em

si mesma e na interferncia que provoca com as anteriores j realizadas.

A parcializao da seo depende basicamente:

dos tipos de equipamentos;

do tempo necessrio para instalar as cambotas;

do tempo necessrio para o concreto projetado adquirir a resistncia

necessria;

do stand-up-time do solo, que depende tambm das dimenses da

abertura.

44

A maior ou menor parcializao da seo funo de custos e da

viabilidade tcnica.

As dimenses da abertura, para efeito de estabilidade da mesma dependem

do tipo de solo e de seus parmetros.

Em se tratando de areias, a parcializao depende da extenso horizontal

do talude que pode ser conseguido ou do tipo escolhido para escoramento

de frente. Neste caso, prefervel adotar-se formas e dimenses de

parcializao que favoream o uso do projetado como um arco que garanta

a estabilidade da frente.

No caso de areia argilosa, o fator mais importante, que indica a estabilidade

da frente, o stand-up-time. Atravs do teste que pode ser realizado em

terreno semelhante quele que ser escavado, com iguais condies (lenol

fretico, permeabilidade, profundidade), pode-se estimar o stand-up-time

na frente, na lateral e no teto em funo do vo escavado e levar em conta,

inclusive, o efeito estabilizador da frente.

No caso de argilas, existe um modelo simples que consiste em supor um

bloco frente da escavao, sujeito ao peso de um prisma reduzido por

tenses de cisalhamento que se supem mobilizadas. Esse peso

comparado com a resistncia compresso simples. Apesar de o indicador

da estabilidade da frente ser obtido atravs de um modelo grosseiro, os

valores so bons indicadores da estabilidade da frente. Pode-se utilizar o

mesmo modelo, com as devidas modificaes, no caso de terreno

heterogneo, permitindo-se homogeneizar algumas camadas em uma s.

Deve-se, portanto, dar preferncia a utilizar as maiores aberturas possveis,

mantendo os recalques em nveis compatveis. Se os recalques devem ser

limitados, a seo deve ser suficientemente parcializada no sentido de criar

regies pouco deformveis que sirvam de apoio aos suportes das aberturas

45

subseqentes. Se no houver esse cuidado, a parcializao pode ser

prejudicial, pois se a deformao do suporte for a mesma, parcializando ou

no a seo, o fato de se escavar em vrias etapas poder aumentar os

recalques .

Outro fator importante na parcializao da seo reside na execuo do

invert provisrio que a prtica recomenda ser absolutamente necessrio

quando a frente distar mais de 10m da seo completa. Se a tal distncia

for menor que 4m, certamente no haver necessidade do invert

provisrio, desde que o efeito da casca do projetado esteja garantido. Entre

4 e 10m, a execuo do invert provisrio depende de cada caso, conforme

o arranjo do ciclo e do tipo de solo.

Na sequncia de escavao at ao final do tnel pronto, pode-se distinguir

dois tipos de situaes, ou seja, uma em que o equilbrio obtido

temporrio, ou seja, depende do stand-up-time do solo e outra em que o

equilbrio praticamente permanente. A primeira situao ocorre em todas

as frentes de escavao nas diversas etapas, enquanto no atua o suporte e

a segunda situao corresponde ao revestimento atuante, no s na

situao final mas, tambm, nas etapas intermedirias. Assim, o ciclo de

produo tem que levar em conta que a primeira situao deve ser resolvida

o mais rapidamente possvel, enquanto que a segunda poder aguardar o

tempo que for mais conveniente execuo.

9.1.7 Sequncia de Escavao.

A subdiviso da seo transversal, no avano, no est sujeita a nenhum

esquema predeterminado. Em princpio, o Novo Mtodo Austraco permite

qualquer subdiviso desde que obedea critrios bsicos do processo. No

entanto, algumas dessas subdivises j se tornaram tradicionais.

46

1 - Escavao em calota e bancada para tneis de forma aproximadamente

elptica de eixo maior na vertical:

Figura 9.4 Escavao em Calota e Bancada - NC03/80 Metr SP

Foto 9.1 Tnel Central Estao Trianon - Metr SP

Variantes:

47

Subdiviso da calota:

Foto 9.2 Tnel Ga-Jacipor, Sumar V.Madalena - Matr SP

Subdiviso da bancada:

48

Foto 9.3 Tnel Oeste V.Madalena, Sumar V.Madalena - Metr SP

2 - Escavao com tneis-piloto laterais ("side drifts") para tneis de forma

aproximadamente elptica de eixo maior na horizontal:

Figura 9.5 Escavao com Galerias Laterais - NC03/80 Metr SP

49

Foto 9.4 Tnel Ga-Jacipor, Sumar-V.Madalena - Metr SP

Variantes:

Escavao dos tneis-piloto:

Foto 9.5 Tnel Ga-Sumar, Sumar V.Madalena - Metr SP

50

Subdiviso da calota central:

Os tneis-piloto laterais podem ser executados simultaneamente e eles

atuam como apoios avanados fixos para a grande calota central. A

bancada central garante o fechamento temporrio do fundo, passando os

tneis a atuar, de certa forma, como vigas longitudinais quando se escavar

essa bancada.

Alm da vantagem de criar apoios seguros para a calota, os tneis laterais

realizam uma drenagem avanada que tem um efeito muito positivo no

avano da grande calota central, que a parte mais difcil do conjunto.

Tambm estes tneis laterais representam uma explorao prvia das

condies geolgicas.

9.1.8 Revestimento

O revestimento normalmente utilizado na execuo dos tneis pelo Novo

Mtodo Austraco constitudo por duas camadas, o revestimento da 1a.

fase (suporte) ou casca externa e o revestimento da 2a. fase ou casca

interna (Cruz, 1980).

51

O revestimento de 1a. fase pode ser constitudo por concreto projetado ou

cambotas metlicas e concreto projetado com uma ou duas malhas de ao.

As cambotas metlicas no entram no clculo e as razes da sua aplicao

so de ordem construtiva. Desta forma,as cambotas metlicas so leves,

geralmente, I 4, 6 ou 8, calandradas ou formando uma poligonal que

acompanha a curva de corte e espaadas de 0,70 m a 1,00 m.

Normalmente, no necessrio que a cambota forme um anel fechado,

bastando que seja aplicada na calota e nas laterais da bancada. Em casos

de solos de boa estabilidade, com presses laterais no exageradas, as

cambotas so somente aplicadas na calota. No p da calota, a cambota

apresenta uma sapata para maior segurana na escavao da bancada.

Esta sapata pode ser de chapa de ao ou placa pr-moldada de concreto

armado (Cruz, 1980).

Foto 9.6 Tnel Ga-Sumar, 1 Fase Projetado - Metr SP

O concreto projetado o elemento fundamental de suporte e a sua

execuo deve obedecer a especificaes rigorosas abrangendo todas as

suas etapas, desde o trao at os servios de projeo.

O revestimento de 1a. fase realiza o equilbrio de tenses no s nas etapas

intermedirias de escavao, como tambm na final. No entanto, admite-se,

52

por segurana, que a capacidade de suporte do revestimento de 1a. fase no

se mantm ao longo do tempo e que ocorrer falha desse revestimento,

provocando uma redistribuio de parte das foras cortantes sobre o

revestimento da 2a. fase. Alm disso, a segurana para a vida til da

estrutura deve ser incrementada em relao obra provisria, 1980).

O revestimento de 2a. fase pode ser executado quer em concreto projetado

com malha de ao, quer em concreto armado convencional. Pelas suas

condies mais favorveis de execuo, o revestimento de 2a. fase

apresenta a vantagem adicional de maior garantia de estanqueidade (Cruz,

1980).

9.2 TBM Tunnel Boring Machines

As escavaes mecanizadas so cada vez mais comuns e competem,

econmica e tecnicamente, com as escavaes a fogo tradicional. A grande

velocidade do avano e a eliminao do desconforto ambiental, provocado

pelas detonaes, constituem vantagens adicionais importantes (Francis,

1998).

Equipamentos denominados couraas (em ingls shield) so utilizados para

escavar tneis de dimetros que podem variar de 1m a mais de uma dezena

de metros em materiais sem auto-sustentao, perante as dimenses

exigidas (Francis, 1998).

O primeiro tnel escavado por um shield, de que se tem notcia, foi

executado sob o rio Tmisa mediante avano de uma couraa metlica sob

a qual a escavao e o revestimento podiam ser feitos em segurana. Essa

primeira couraa evoluiu com o tempo e hoje se desdobra em diversos tipos

de mquinas tuneladoras (Tunnel Boring Machines),(metrosp, 2003).

53

A partir de comprimentos mnimos de 1 a 3 km, compatvel com os custos

operacionais e a amortizao do investimento, as autoperfuratrizes de

grande dimetro ou Tunnel Boring Machines TBMs competem,

economicamente com as escavaes a fogo, em alguns casos, mesmo em

rochas duras. O sucesso destes equipamentos depende das caractersticas

e propriedades do macio, pois devem escavar, sem problemas

operacionais, todos os tipos litolgicos e feies estruturais, identificados

durante a fase de investigaes preliminares (Francis, 1998).

O Metr de So Paulo foi o primeiro a utilizar uma mquina tuneladora (foto

9.7) de grande dimetro no Brasil. Esse mtodo construtivo foi aplicado

desde a linha 1 azul, executada nos anos 70, at o novo projeto da linha 4

amarela, que prev a utilizao de duas grandes mquinas para a

escavao dos tneis de via ao longo de 12 km (metrosp, 2003).

Foto 9.7 Shield Linha Norte-Sul do Metr de So Paulo - Metr SP

Em trabalho apresentado, Mackel, 1968, descreve que o sistema couraa

um mtodo, que com o emprego de uma couraa, que assumir a

sustentao temporria do macio no vo aberto, permite o assentamento

dos anis de revestimento do tnel em solos instveis.

54

Alm disso, este sistema permite o uso de elementos pr-fabricados e o

avano contnuo pela aplicao de equipamento mecnico destinado

retirada ininterrupta da terra escavada.

De grande importncia a possibilidade de adaptao do equipamento s

caractersticas e tipos de solos a serem escavados, medida que se vo

apresentando, assim como o seu emprego sob condies variadas do lenol

da gua subterrnea, ao longo do percurso. Estas condies definiro em

princpio, a necessidade de um equipamento semi-automtico ou

completamente automtico. O uso do sistema no s permite a operao a

seco, como tambm dentro do lenol fretico, exigindo, entretanto, nesse

caso, tcnicas de trabalho e equipamentos especiais.

A ferramenta mais importante para a execuo deste sistema a couraa

que tem a forma de um tubo de ao de seo circular, cujo dimetro interno

um pouco maior que o dimetro externo do tnel, salvo poucas excees.

O mtodo da couraa permite o tnel passar sob construes existentes e

possibilita a construo de curvas em grandes raios, que por sua vez,

permitem melhores velocidades no ritmo de execuo das obras.

Por esse motivo, para o metr de Londres, por exemplo, foi escolhido um

raio mnimo de 400 m. Destaca-se que raios inferiores a 200 m no so

aconselhveis, pois surgem problemas quanto orientao do avano da

couraa. A profundidade dos tneis neste caso no interfere, o nvel pode

ser escolhido sem levar em considerao as condies topogrficas dentro

dos declives prescritos, enquanto que pelo sistema a cu aberto a

profundidade limitada por fatores de ordem tcnica e econmica.

No mtodo da couraa forma-se por fora do revestimento do tnel um

espao vazio, em forma de anel, cuja dimenso dada pela espessura da

55

couraa e pelo espao necessrio para orient-lo no avano, ou seja entre o

lado externo do revestimento e o lado interno da parte posterior da couraa.

Para se evitar os assentamentos, este espao preenchido com argamassa,

mas em terrenos de fraca coeso como por exemplo cascalho, nem sempre

se pode preench-lo completamente, pois sempre cai material solto,

principalmente na parte superior. Em terrenos de maior coeso o perigo de

assentamento menor, pois o vo permanece aberto por mais tempo, o que

permite uma boa injeo de argamassa.

Outro problema importante a espessura de cobertura de solo nos tneis,

principalmente na passagem sob edificaes.

Uma pequena altura de cobertura, que seja menor que o dimetro da

couraa, traz consigo o perigo dos assentamentos. Estes porm se tornam

de menor importncia quando se consegue:

preencher o vo que se forma em redor do revestimento do tnel

provocado pela passagem da couraa com massas de composio

consistente;

evitar desmoronamento na frente de trabalho, seja de escavao manual,

seja mecanizado;

manter a deformao produzida pelas cargas verticais dentro dos limites

permitidos.

A espessura do vo em forma de anel que a couraa deixa para trs na sua

passagem, resultante da espessura da chapa da parte posterior da

couraa, que numa couraa com dimetro de 6,00 a 6,70 m de 40 mm

aproximadamente, e do assim chamado jogo entre o lado interno da parte

56

posterior da couraa e lado externo do revestimento do tnel,

aproximadamente 30 mm.

Este jogo necessrio para facilitar o avano da couraa em curvas e

desvi-lo da linha reta rgida formada pelos cilindros do tnel. Este vo no

apresenta uma espessura constante no seu corte transversal.

Um dos cuidados primordiais na execuo pelo mtodo da couraa

justamente extinguir os efeitos deste fenmeno, o que se consegue

mediante preenchimento do vo com massa de baixo ndice de retrao,

como, por exemplo, argamassa misturada com cal, betume ou bentonita,

logo aps os avanos da couraa.

Com o preenchimento do vo consegue-se que os assentamentos que

existiriam no solo, causados pelo avano da couraa, seja, equilibrados e

que as condies do clculo esttico do revestimento sejam preenchidas.

Evita-se, pois, uma deformao do tnel causada por cargas verticais,

deformao esta que ultrapassaria os limites estabelecidos nos clculos e

que nos mtodos de couraa, onde se usa ar comprimido, seja reduzido o

vazamento do mesmo pelas frestas dos anis.

Para se evitar assentamentos na frent