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obras subterrâneasProf. Dr. Alexandre Marques Buttler
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OBRAS SUBTERRÂNEAS
• Túneis: são passagens artificialmente abertas, em formações rochosas ou sob osolo, para permitir:
Passagem de redes de utilidade pública (água, gás, eletricidade ou dados)Acesso a minasObras de infraestrutura de transporte (túneis rodoviários e ferroviários)Garagens subterrâneas
Liberação do solo urbano para fins maisnobres, tais como, moradia, trabalho, lazere entretenimento
Evitam a desvalorização imobiliária de áreasvizinhas
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ESTA DO DA ARTE
• Utilizados desde o antigo Egito: cerca de 150 m de comprimento.Sua técnica consistia em realizar escavações, simultaneamente, nos doisextremos, encontrando-se no meio da montanha
• Os gregos abriram, em 532 a.C, uma galeria de 100 m para captar a água defontes existentes entre as rochas
• Romanos utilizaram para ligar as suas redes de aquedutos. Aplicavam calor paraprovocar a fissuração das rochas e facilitar o processo de escavação
• Monte Cenis entre França e Itália (1857 a 1871): introduziu-se perfurações nasrochas e utilização de dinamites
• Londres (1869): foi desenvolvido um aparato que escorava as paredes do túnelconforme o mesmo ia sendo aberto (túnel sob o Rio Tâmisa)
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MÉTODOS CONSTRUTIVOS
Aspectos que podem condicionar a escolha do método na fase de projeto econstrução (baseado em aspectos geotécnicos e geológicos):
• Espessura reduzida de recobrimento de solo e rocha• Nível de lençol freático e pressões elevadas• Tensões naturais instaladas no maciço• Maciços constituídos por materiais heterogêneos, com propriedades mecânicas
variadas• Maciços constituídos por rochas facilmente deterioráveis e expansivas• Estruturas geológicas (dobras, estratificações, etc)
Maciço Rochoso
Maciços de solos
escavação por meio de explosivos
TBM (Tunnel Boring Machines)
escavação sequencial (New Austrian
Tunneling Method )
TBM (Tunnel Boring Machines)
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NATM – New Austrian Tunneling Method
• Foi desenvolvido por Ladislau Rabcewicz (evolução significativa na Europa entreo final da década de 50 e a primeira metade da década seguinte)• Logo após a escavação parcial do maciço é instalada a estrutura de suporte. Estaestrutura é feita por concreto projetado e, complementada, quando necessária,por tirantes e combotas
Conceitos do NATM:
• Mobilização das tensões de resistência domaciço: maciço que circunda o túnel, queinicialmente atua como elemento de carga, passa ase constituir como elemento de escoramento.
Devido a mobilização de suas tensões deresistência
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NATM – New Austrian Tunneling Method
Conceitos do NATM:
•
Manutenção da qualidade do maciço pela limitação do avanço e aplicação imediata do revestimento: aacomodação excessiva do solo faz com que o maciço perca sua capacidade portante e passe a exerceresforço sobre a estrutura
Aplicação imediata do revestimento de concreto projetado impede essa acomodação
Evita a formação de vazios na junção estrutura-maciço
• Avanço e parcialização da seção de escavação, fechamento provisório e utilização do suporte adequadono momento certo: são função do comportamento do maciçoQuando maior o número de etapas e menor a área de escavação – recalques menores
Influem na forma de parcialização: equipamentosdisponíveis, prazo de execução e custo
Na colocação do suporte deve ser considerado: suaprópria deformabilidade e o momento da aplicação
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NATM – New Austrian Tunneling Method
Análise de variação de pressões atuantes no revestimento
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NATM – New Austrian Tunneling Method
Conceitos do NATM:
• Utilização de enfilagem, tirante e cambota
São elementos estruturais adicionados ao
concreto projetado para melhorar as condiçõesde sustentação (quando necessário)Cambotas ou treliças metálicas embutidas noconcretoEnfilagens com o objetivo de estabilizarpreviamente trechos a serem escavados(cravados ou injetados)
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NATM – New Austrian Tunneling Method
Conceitos do NATM:
• Geometria mínima da seção escavadas e, preferencialmente, arredondada
Evitar geometrias com cantos vivos, eliminando locais com concentração de tensões
• Drenagem do maciço
Colocação de drenos entre a estrutura e o solo para alívio destas pressões sobre a superfície de suporte
do túnel
• Caracterização geológico-geotécnica doMaciço, instrumentação e interpretação dasLeituras de campo
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NATM – New Austrian Tunneling Method
Técnicas para a impermeabilização:
• Injeção de silicatos, espuma de poliuretano ou gel acrílico quando identificados pontos de infiltraçãona estrutura
• Membrana elástica projetada (utilizada na hidrelétrica de Machadinho em RS)
• Geomembranas de PVC: perda da monoliticidade da estrutura – espessuras maiores de revestimento
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VANTAGENS E DESVANTAGENS DO NATM
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LINHA VERDE DO METRÔ (2009)
Fonte: www.solotrat.com.br
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TRINCHEIRAS/VCA (Valas a Céu Aberto)
Características:
• Também conhecido como método destrutivo devido à sua interferência na superfície• Aplica-se onde não há interferência com o sistema viário ou onde seja possível desviar o tráfego semgrandes transtornos• Vantajoso para recobrimentos de até 20 m
Procedimentos de execução:
• Abertura de valas de grandes dimensões
• Paredes laterais de contenção, escoradas ou em talude• Rebaixamento de lençol freático• Construção das estruturas definitivas, como paredes, lajes e pilares• Reaterro
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TRINCHEIRAS/VCA (Valas a Céu Aberto)
Vantagens:
• Aplicação em qualquer tipo de terreno• Permite a execução do túnel com pequenos recobrimentos de terreno
• Custos e prazos conhecidos
• Dispensa mão-de-obra especializada
• Maior segurança aos operários
• Permite a abertura de várias frentes de trabalho
Desvantagens:
• Lençol freático
• Maior incômodo para a população• Regiões intensamente urbanizadas
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Escavação com uso de explosivos
• Utilizada quando a área a escavar é constituída basicamente de rochas• Após a detonação dos explosivos, a cavidade aberta é estabilizada com a utilização de concreto
projetado
Vantagens:
• Versatilidade quanto ao tipo de rochas
• Flexibilidade para escavar qualquer geometria
• Baixos investimentos iniciais• Mobilidade da equipe
• Facilidade para remoção e transporte das rochas
Desvantagens:
• Irregularidade na seção escavada
• Vibrações geradas pela detonação podem colocar em risco a integridade das edificações
• Ruído, gás e poeira e a deterioração do maciço remanescente
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Mecanizado ou por máquinas tuneladoras (TBM – TunnelBoring Machines)
• Construção mecanizada
•
Escavação é realizada por um equipamento metálico de forma cilíndrica com bordos cortantes–tuneladora)
• Imediatamente após a perfuração, é montado o revestimento segmentado, em aduelas pré-moldadasde concreto, encaixadas umas nas outras
• Esta técnica devido seu elevado custo, deve ser empregada para túneis com extensão superior a 1000m
• A frente de escavação pode ser aberta ou fechada, dependendo das condições do maciço
Shield manual (Frente aberta): quando os fluxos de água são praticamente inexistentes e quandoa frente de escavação não precisa de suporte. Sujeito apenas à pressão atmosférica
Frente fechada: utilizada quando fluxos de água podem provocar a instabilidade do maciço –
Técnicas de confinamento:
Shield com suporte mecânico frontal
Shield manual com ar comprimido
Shield bentonítica (Slurry shield)
Suporte por pressão de terra balanceada (EPBS)
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Mecanizado ou por máquinas tuneladoras (TBM – TunnelBoring Machines)
Vantagens:
• Rapidez na execução (rendimento das tuneladoras)• Automatização dos processos
• Dispensa mão de obra especializada
• Controle da estabilização do terreno
• Segurança para os trabalhadores
Desvantagens:
• Investimento inicial elevado
• Dificuldades no transporte
• Existência de apenas uma frente de trabalho• Dificuldades na análise do material escavado
• Necessidade de ocupação de grandes espaços para armazenamento das aduelas
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BIBLIOGRAFIA:
GOMES, C. F. G. (2008) Túnel Ferroviário do Rossio – Acompanhamento e Análise das obras dereabilitação. Dissertação. Universidade de Lisboa, Instituto Superior Técnico
SANCHEZ, A. L et al. (1977). Tuneles y Obras Subterraneas. Editores Técnicos Associados, Barcelona,Espanha
VIEIRA, F. A. M. (2003). Execução de Túneis em N.A.T.M (New Austrian Tunnel Method) para obras desaneamento. Trabalho de conclusão de curso. Universidade Morumbi, São Paulo
http://www.metro.sp.gov.br/tecnologia/construcao/subterraneo/tesubterraneo.shtml
EL DEBS, M. K. (2000). Concreto Pré-moldado: Fundamentos e aplicações. Escola de Engenharia de SãoCarlos, USP
www.tavbrasil.gov.br