Previsão Da Bacia de Recalques de Túneis1

5/25/2018 Previs o Da Bacia de Recalques de T neis1

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PREVISO DA BACIA DE RECALQUES DE TNEIS EM SOLOS POROSOS. COLAPSVEIS

A.S.N. Teixeira, Eng. CivilUniversidade de Brasilia, Brasilia/DFA.P. Assis, Ph

Universidade de Brasilia, Brasilia/DF

Resumo: A construo de wn tnel est associada com wna variao no estado de tenses domacio e correspondentes deformaes e deslocamentos do mesmo. Por causa disto, umacondio de recalque ser sempre esperada na superficie e subsuperficie do terrenosobrejacente escavao, onde a previso racional destes deslocamentos ocorridos no macioescavado toma-se uma providncia indispensvel para o sucesso de tais obras de EngenhariaGeotcnica. Utilizando medies de campo de 14 sees do trecho PP3 Nort e do tnel da AsaSul do Metr do Distrito Federal (Metr/DF) foi feito um estudo do comportamentoobservado no macio de solo antes, durante e aps a concluso da obra. Com base nesteestudo, alguns parmetros empricos adotados em diversos modelos disponveis para previsoda deformada de recalques superficiais originada pela escavao de tneis em solos foramcalibrados os solos porosos e colapsveis caractersticos do Distrito Federal (DF).

1. INTRODUOA urgente necessidade de solucionar o problema de transporte coletivo no DF,melhorando a ligao das Cidades-Satlites concentradas a oeste (Taguatinga, Ceilndia,

Samambaia e Guar) com o Plano Piloto (Braslia), foi o fator decisivo para a construo doMetr na Capital do pas, oferecendo ao usurio final do sistema um servio de transporteconfivel, seguro, eficiente e confortvel.

O trecho da Asa Sul do Metr do Distrito Federal est compreendido entre o emboquesul do tnel (VCA - Vala a Cu Aberto) at a estao Central (Rodoviria). O tnel foiconstrudo utilizando a filosofia NATM ( New Austrian Tunnelling Method ), ou tambmconhecido como mtodo austraco. Este trecho, totalmente subterrneo, tem cerca de 7,2 kmde extenso, com seo escavada em tomo de 70 m2O eixo do tnel do metr desenvolve-se no canteiro central existente entre o EixoRodovirio Sul (Eixo) e o Eixo Rodovirio Sul-Oeste (Eixo W), contando com nove estaesPPl a PP7, Galeria dos Estados e Rodoviria) e um shaft para fins construtivos.Na regio compreendida entre o emboque sul do tnel (VCA) e a estao PP7 foiconstrudo um pos i de acesso ( shaft ) do qual partiriam duas frentes de escavao com ointuito de reduzir a extenso construtiva do referido trecho (1.050 m) e, consequentemente,seu prazo de execuo.Os emboques para a construo dos tneis foram concebidos a partir das extremidadesdas estaes, as quais foram construdas utilizando a escavao a cu aberto (vala escorada),

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com a conteno vertical efetuada em lamelas, formando paredes diafragma pr-moldadas. Aextenso construti va d tnel entre estaes de cerca de 800 m.No Metr/DF so utilizadas, como suporte durante a fase construtiva, cambotasmetlicas treliadas no teto e nas paredes laterais, com um espaamento variando em tomo de0,60 a 1,00 m. O revestimento de l fase constitudo de concreto projetado com espessura de

21 cm e o revestimento de 2 fase constitudo de concreto projetado, associado a telametlica do tipo Telcok , com espessura de 19 cm. Em ambos os revestimentos, o concretoprojetado apresenta um f k de 18 MPa.Nos emboques dos tneis nas estaes foram utilizadas tcnicas de tratamento domacio de solo com a execuo de fileiras de Jet Grouting , secantes entre si, a fim de

melhorar as propriedades geotcnicas do macio nesta regio muito propensa a instabilidades.Logo, aproximadamente, os 5,0 metros iniciais d os emboques apresentam este tipo depr-revestimento. Tambm foi utilizada uma outra tcnica de reforo do solo atravs doempregado de enfilagens metlicas injetadas, sendo as mesmas executadas com tuboS.chedule 40 com comprimento de 12 m, com manchetes a cada 1,0 m e com uma pressode injeo de 500 kPa.Ao longo do traado do tnel ocorreram mudanas de entrevias com o objetivo deotimizar a seo do tnel.

2. ASPECTOS GEOLGICOS E GEOTCNICOS DO TRECHO PP3 NORTEA escolha por este trecho ~ i feita devido ser o mesmo representativo de um dosdomnios geolgicos atravessados pela escavao do tnel. A geologia neste trecho seenquadra no domnio poroso, ou seja, so solos predominantemente finos, argilo-arenosos,com porosidade alta, ndice de SPT ( Standard Penetrat ion Test ) bastante baixo (inferior a 10golpes), e um elevado grau de colapsividade. Este solo pode ser classificado como uma argila

arenosa, eventualmente siltosa, marrom avermelhada porosa, de consistncia variando demuito mole a rija, cujos parmetros geotcnicos encontram-se resumidos na Tab.1, os quaisforam obtidos a partir de um amplo estudo de ensaios de laboratrio realizado pelaUniversidade de Braslia para a caracterizao do macio, a fim destes parmetros seremutilizados pelo Metr/DF. Neste trecho, no foi detectado pelas investigaes de campo oaparecimento de gua subterrnea dentro da rea de influncia da escavao do tnel. O toporochoso neste trecho est a aproximadamente a 20 m de profundidade.

Os valores do mdulo de Young, ou mdulo secante (E), do macio no foramapresentados na Tab. l pois estes dependem do nivel de tenses impos ta no ensaio,confirmando que o solo estudado apresenta um comportamento no-linear. Em toda a extenso deste trecho foi adotado para a construo do tnel o mtodo deescavao da face em seo plena (mtodo A), com sequncia de parcializao em calota ebancada e revestindo a calota prxima a parede de escavao e f e h ~ d o o Arco InvertidoDefinitivo (AID) a uma distncia de 4,8 (minimo) a 7,2 m (mximo) atrs da frente deescavao.

3. CONTROLE DE DEFORMAES/DESLOCAMENTOS EM TNEIS RASOSA escavao de tneis provoca deformaes no macio de solo devido quebra doequilbrio existente no macio antes dele ser escavado, o que gera uma variao no estado detenses do macio na vizinhana da abertura e, consequentemente, de deformaes, gerandodeslocamentos das paredes e da frente de escavao do tnel.

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Parmetro Smbolo Unidade Faixa de VariaoPeso s p e ~ c o d kN/m3 9,7 - 16,8

Seco Nh)rallodice de Vazios eo - 0 96- 2,01NaturalLimite de W 25,1 - 78,0LiquidezLimite de p 18,1 - 58,5Plasticidadelodice de IP 4 4-43 3PlasticidadeCoeso Efetiva c' kPa 9,0 - 19,0Angulo de Atrito qr - o 9 6-28 9Efetivo

colapso i 0-11 6Coeficiente de - 0,55EmpuxonoRepousoCoeficiente de K20 m/s 7,0xl0-8 - 8,5x105PermeabilidadeCoeficiente de Cv m2/s l,5xl0-7 - 5 5xl0-7VariaoVolumtricalodice de Cc - 0,17 - 0,61Compresso

Tabela 1 - Parmetros geotcnicos representativos do macio em estudo (modificado,Brasmetr, 1992).Em virtude disto, h a necessidade iminente de haver um controle e umacompanhamento da execuo de obras subterrneas mediante a utilizao de programas deinstrumentao com o intuito de observar o desenvolvimento dos recalques superficiaisinduzidos pela escavao a fim de tentar minimiz-los para que os mesmos no venham a serexcessivos a ponto de vir causar danos ou prejuzos s estruturas, redes de abastecimento

pblicas (telefonia, esgoto sanitrio, energia eltrica, gs, gua) e malhas virias existentessob a rea de influncia do tnel.De uma maneira geral, tem-se observado que a defoi;mada de recalques, originadapelos deslocamentos e perdas de solo oriundas da escavao de um tnel em solo, mais oumenos simtrica sobre o eixo vertial do tnel. Em decorrncia disto, a maior parte dosmtodos empricos assumem como hiptese bsica que a distribuio destes recalquessuperficiais, transversais seo do tnel, ocorrem segundo a curVa de distribuio de erros(curva de Gauss), sendo feitas as devidas substituies da mdia e desvio padro pelo recalquesuperficial mximo sobre o eixo do tnel SMAx) e a distncia do eixo ao ponto de inflexo (i),respectivamente. Deste modo, a funo-normal de probabilidade considerada como a melhmferramenta para ajustar perfis de recalques medidos, tal como ilustra a fig. 1.

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o Superflcie do terreno 2i

Ponto de mxima curvatura

. .Dimetro do tnelD= .a)*Z = Prcifundidade do eixo do tnel .

(0,22 ~ W < .

* A relao i C: funo de Z/(2.a e do tipo de solo. \/olurne de recalques: v=2.5 .i SMAX

Figura 1 - Curva de recalques proposta pelo modelo de Peck (modificado - Peck, 1969).Para o caso de um tnel circular de raio a, cujo eixo se situa a uma profundidade Z, os_valores dos recalques superficiais so calculados segundo o estado-da-arte definido por Peck(1969 e 1984), ou seja:

S X)= SMAx.exp(-X2/2i2) (1)onde S(X) o recalque superficial medido a uma distncia transversal X a partir do eixo dotnel, SMAx o mximo recalque que ocorre acima do eixo do tnel (quando X= O) e i adistncia transversal do eixo do tnel ao ponto de inflexo da curva de depresso de recalques,ou tambm chamado de desvio padro da curva. O valor do mximo recalque, por sua vez, definido como sendo:

(2)ou,

(3)onde V s o volume de r ecalques superfic iais. O volume da subsidncia na superficie (Vs) expresso em volume por unidade de comprimento de tnel ou como uma porcentagem dovolume do tnel,_ ou seja:

(4)onde VT o volume de escavao da seo do tnel, dado em m3/m de tnel.

O parmetro i indica a extenso da curva de depresso de recalques superficiais.Cording e Hansmire, em 1975, propuseram em seu modelo que o valor da semi-largura da

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.

cava de depresso de recalques (W) fosse dada como sendo igual a, aproximadamente, 2,5.i.J Attewell, em 1977, considerou este valor de W como sendo igual a 3,0.L

Para aplicar este modelo para o clculo de recalques superficiais necessrio estimaros valqres de Ys e i. Peck (1969) cita que o valor do parmetro i pode ser obtido atravs deuma relao emprica que leva em conta a profundidade do eixo do tnel (Z), o seu raio (a) e otipo de solo escavado. Schmidt, em 1969, citado em Foutoura e Barbosa (1982), sugeriu quepara solos coesivos, ou mais particularmente para argilas normalmente adensadas, .seutilizasse a seguinte equao:i/a = k, .[Z/ 2.a))TJ (5)onde k, e T so parmetros empricos adimensionais. Attewell props que para os solosargilosos, os valores de k, e T seriam, os dois, iguais a 1,0. J Schmidt recomendou a adoodos seguintes valores pa ra estes parmetros: k, = 1,0 e T = 0,8.

Do mesmo modo, O'Reilly e New (1982) propuseram uma relao linear para oclculo do parmetro i com base em medidas de instrumentao de tneis escavados liasargilas de Londres. Esta relao assim expressa:i = 0,43 z + 1,1 (6)onde i e Z so dados em metros.

No entanto, para fins prticos, comum assumir a relao:i=K.Z (7)onde K uma constante emprica de proporcionalidade. Rankin, em 1988, citado em Mair etai. (1993), com base em dados de campo de diversos tneis escavados em todo o mundo,concluiu que adotar o valor de K como sendo igual a 0,5, para solos coesivos, pode serconsiderado como um valor aceitvel para a maior parte dos casos por ele estudados.

Para o clculo de Vs, Attewell, em 1977, citado em Fontoura e Barbosa (1982),apresentou uma relao emprica obtida atravs de dados de instrumentao de inmerostneis escavados em diferentes tipos de maci.os e executados com diferentes geometrias esequncia construtiva. Esta relao assim definida:

8)onde V s da do em m3/m e SMX dado em metros._

Atkinson e Potts, 1977, citados em Assis (1991), sugeriram uma relao emprica quecorrelaciona os recalques originados na superficie e no teto do tnel como uma funo do raiodo tnel (a) e da profundidade do seu eixo (Z). Esta relao assim definida:SslSc = 1,0 n (Z - a).[1/(2.a)] 9)onde Ss e Se so, respectivamente, os recalques superficial total no eixo do tnel e no teto do.tnel aps a sua completa estabilizao, e n .um parmetro emprico adimensional. Osautores sugerem o valor de n = 0,13 para o c aso de tneis escavados em argilas normalmenteadensadas.

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Peck et al. (1972) propuseram que o parmetro qualidade da construo fosseincorporado quantitativamente aos mtodos de previso de recalques na superficie do terreno,tendo em vista que a qualidade da construo de um tnel influencia nos deslocamentosinduzidos no macio. ~ ~ ~ d o nestas sugestes de Peck et ai. (1972), Negro Jr. (1981)apresenta, de forma grfi, a variao do volume de recalques superficiais (V s) em funo,no s do volume de escavao total do tnel (VT) conio tambm da qualidade da construo,propondo trs nveis de qualidade, a saber: construo extremamente cuidadosa, construocuidadosa e construo pouco cuidadosa. Negro Jr. (1981) indica tambm nesta figura, umacurva que corresponde a Vs = 0,40 V T onde, de a cordo com Peck et ai. (1972), acima dela nomais existem ocorrncias registradas pois, tratam-se das construes que sofreram rupturascatastrficas. Em virtude disto, esta curva chamada de curva limite superior de recalques.Teixeira (1994) plotou este grfico (Fig. 2) para duas sees instrumentadas do trecho PP3Norte do Metr/DF e verificou que os pontos ficaram um pouco acima da terceira curva, querepresenta uma construo executada.com poucos cuidados (Vs = 0,03.VT), no condizendo,portanto, com a realidade opservada in situ . Este resultado ocorreu devido ao fato dosvalores de V s obtidos serem muito altos, o que elevou a posio dos pontos na referida figura.

100l - - --- -- c - - -- VS= 0,40- -

o ~ J- i i ..,... . I.s/) 1 / _. - --> 1 / /0.111 / /1 /

0.01 1o 10 20

-

30

- -- - ____ . --

40 50 60Vt (m3/m)70

\ / =0.03.Vl_ys = o.01 .v1Vs =0,005.Vt

60 90 100

Figura 2 - Relao entre volume de recalque superficial, volume de escavao do tnel equalidade da construo (modificado - Negro Jr., 1981 ).

Por conseguinte, deve-se advertir que para outros trechos do Metr/DF, a relaoVsNT atingiu nveis muito superiores ao limite mximo estipulado de 0,40, no sendoobservada nenhuma ruptura do macio. Este fato ocorreu devido ser o solo de Brasliabastante poroso e, portanto, colapsvel. Logo, para fazer uso de certas relaes deve-se, aprincpio, certificar-se que o macio em estudo apresenta um comportamento semelhantequele onde as relaes foram extradas, no sendo, portanto, conveniente a sua generalizaopara todos os tip os de macios.A estimativa dos recalques adiante d face requer o conhecimento da pefda de solopela face que os produzem. Deste modo, define-se perda de solo ( loss of ground ) comosendo a somatria dos deslocamentos do solo, normais ao perimetro. do tnel, ao longo de umcomprimento unitrio deste, onde o seu valor expresso em m3/m. Por consegtp.nte, a penla

de solo comparada com a depresso de recalques medida na superficie, ou seja, a rea (emm2) d curva dos recalques da seo transversal de um tnel, ajustados pela funo inversa deGauss com as medidas obtidas da instrumentao.Segundo Negro Jr. (1981) e Heinz Jr. (1984 e 1988), Cording e Hansmireexpressaram, em 1975, a perda de solo como sendo :

(1 O)onde Vp o volume de perda de solo (m3/m), Sv o recalque de um ponto situado na verticalpassando pelo eixo do tnel e y a distncia do teto do tnel ao ponto desejado .Cording e Hansmire, em 1975, citados em Heinz Jr. (1984 e 1988), definiram tambmuma equao para calcular a porcentagem de perda de solo, como sendo:Vp ( ) =Vp/VT (11)onde Vp ( ) a porcentagem de perda de solo e VT o volume de escavao da seo dotnel.

Com base nos estudos sobre os movimentos do solo que ocorrem ao redor dos tneis,Hansmire, em 1975, citado em Branco Jr. (1981), chegou a uma equao que assimdefinida:(12)

onde / ;.V a variao de volume do solo acima do tnel que ocorre devido s variaes detenses e deformaes no macio de solo oriundas da escavao. Assim, conhecendo osvolumes de perda de solo (Vp) e de recalque superficial (V s), pode-se estimar a variaovolumtrica do macio de solo acima do tnel (/ ;.V), resultante da construo deste, comosendo a diferena entre eles, dada pela equao acima. Esta relao pode ser representadagraficamente, tal com o ilustra a Fig. 3, onde Hansmire, em 1975, citado em Heinz Jr. (1984),apresentou dados de variao volumtrica para tneis escavados com o uso de shield e dafilosofia NATM. Neste mesma figura, encontram-se plotados os pontos obtidos dos dados dainstrumentao do Metr/DF.

Observa-se nesta figura acima que os dados do Metr/DF encontram-se na regio ondeo valor d variao volumtrica negativa (/ ;.V < O ::::> VP < V s). Neste caso, diz-se que o solosofreu compresso ou diminuio do seu volume. Estes solos so chamados de soloscontrcteis e, so exemplos deste tipo as areias fofas e os solos colapsveis. Logo, para estetipo de solo, dito compressvel, o mtodo de construtivo adotado deve ser tal que minimize osrecalques superficiais a fim de obter mnimas variaes volumtricas.

A determinao d perda de solo (Vp) a partir de dados de campo proveniente dasmedidas das deformaes das paredes do tnel, as quais podem ser estimadas atravs dosresultados dos recalques profundos, obtidos por meio de tassmetros.4. DADOS E RESULTADOS OBTIDOS DA INSTRUMENTAO

Foi feito um estudo completo dos dados obtidos de 14 sees instrumentadas do trechoPP3 Norte do Metr do Distrito Federal. Dentre todas as sees instrumentad_as, apenas duasdelas (S4104 e S4294) so consideradas como sendo completas, pois apresentam cincomarcos superficiais, dois tassmetros e pinos de convergncia. A seo S4087 possue os pin os

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de convergncia e trs marcos superficiais (M 1, Mi e M3) e as demais sees apresentamapenas um marco superficial M1) e pinos de convergncia. Os dados gerais das seesestudadas encontram-se descritos nas Tabs. 2 e 3. -

Vp ( )o 3 4 5 6 7 8

SOLOS DILATANTES

a

SOLOS ' .) =Vt 1CONTRCTEIS ~ _ 1- - - - [lados obtidos por Hansmire, em 1975 - _ Dados obtidos do MetrOJDF (definio). . . Dados obtidos do Metr/DF (frmula) ... -- - J

Figura 3 - Diagrama para o clculo da variao volumtrica proposto por Hansmire, em 1975modificado- Heinz Jr., 1984).

Sees Cobertura Dimetro Raio ProfundidadEstudadas de Solo-H Equivalente Equivalente e do Eixo do

m) -D m) a m) Tnel-Z m)S4087 8,60 9,56 4,78 13,38S4094 8,70 9,56 4,78 13,48S4104 8,80 9,56 4,78 13,58S4124 8,70 9,56 4,78 13,48S4134 8,70 9,56 4,78 13,48S4154 9,00 9,56 4,78 13 ,78S4214 9,70 9,46 4,73 14,43S4234 10,00 9,46 4,73 14,73S4274 10,90 9,22 4,61 15,51S4294 11,30 9,22 4,61 15,91S4314 11,00 9,22 4,61 15,61S4334 9,20 9,22 4,61 13,81S4350 7,60 9,22 4,61 12,21S4379 7,80 9,22 4,61 12,41

Tabela 2 - Dados gerais das 14 sees estudadas.H - Cobertura de solo sobre o teto do tnelD - Dimetro equivalente do tnela - Raio equivalente do tnel

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Entreviam)

4,354,354,354,354,354,354,114,113,873,873,873,873,873,87

: f..1

Z - Profundidade do eixo do tnel Z = a + H)Sees Comprimento Comprimento Espaamento RelaoEstudadas do Tnel m) do Balano - L de Cambotas H/D

m) m)S4087 4,80 9, IO 1,00 0,90S4094 11,90 6,00 1,00 0,91S4104 22,00 8,10 1,00 0,92S4124 42,155 . 9,655 1,00 0,91S4134 51,8IO 7,345 0,80 0,91S4154 71,705 9,00 1,10 0,94S4214 131,955 7,IO 1,00 1,03S4234 152,ll5 8,00 1,00 1,06S4274 191,415 7,04 l,IO 1,18S4294 211,535 7,05 1,00 1,23S4314 231,665 9,00 1,00 1,19S4334 251,815 3,00 1,00 1,00S4350 267,855 7,10 1,00 0,82S4379 297,155 6,00 1,00 0,85

Tabela 3 - Dados gerais das 14 sees estudadas.L - Comprimento do balanoH/D - Profundidade relativa da geratriz superior do tnelZI - Profuildidade relativa do eixo do tnelL/D - Atraso relativo na ativao do suporte

Relao RelaoZID L/D1,40 0,951 41 0,631,42 0,851 41 1,011 41 0,771,44 0,941,53 0,751,56 0,851,68 0,761,73 0,761,69 0,981,50 0,331,32 0,771,35 0,65

Para o acompanhamento dos recalques superficiais foram instalados marcostopogrficos a fim de permitir avaliar a influncia da escavao na superficie sobrejacente aotnel.Para o acompanhamento dos deslocamentos no interior do macio a diversasprofundidades, com o intuito de obter os gradientes de deformao, foram instaladostassmetros, ou tambm chamados de medidores de recalques profundos.O controle de deslocamentos do macio no interior do tnel foi feito por medidas deconvergncia atravs da instalao de pinos de convergncia. Estas medidas de convergncia

so extremamentes importantes para detectar a estabilizao das deformaes , sendo umelemento bsico do mtodo NATM.A Fig. 4 ilustra uma seo tpica de instrumentao adotada no M etr/DF, onde foraminstaladas seis 6) bases de medio, as quais esto representadas pelas letras A, B, C, D, E e

F, bem com o a posio dos pinos de convergncia, representados pela nilmerao de 1 a 7. Domesmo modo, os tassmetros e os marcos superficiais esto esquematizados, sendo osmesmos simbolizados por T1 e Ti e M1, Mi M3, M4 e M5, respectivamente.Os tassmetros, em geral, apresentam leituras de recalques superiores s dos marcossuperficiais, em virtude destes estarem mais prximos escavao e, portanto, serem maisafetados pelo alvio de tenses, ao contrrio dos marcos que esto mais distantes da zonaafetada. Contudo, isto no foi verificado no Metr/DF, tal como ilustra a Fig. 5, onde severifica um aumento dos nveis de recalques desde o teto do tnel obtido pelas medidas dedeslocamentos dos pinos de convergncia) at superficie do terreno dado pelas leituras dosmarcos superficiais). Isto um forte indcio que mostra que no trecho compreendido entre oltimo tassmetro Ti) e o pino de convergncia P1 ocorreu colapso do solo para as duas

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sees analizadas. Nesta mesma figura encontram-se plotadas as .respectivas deformaesespecficas versus a profundidade em que se encontra o instrumento de leitura para as duasnicas sees onde foram instalados os tassmetros.

1 Eim 1 4m t 4m r 6m 1MS4 ' M2 M1 M3T1 H-2)

H -

T22m

A

(H - 2)/2

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7Figura 4 - Localizao dos pinos de convergncia, marcos superficiais e tassmetros numaseo instrumentada do trecho PP3 Norte do Metr do Distrito Federal .

Recalque (mm)o 50 100 150 200o -1 ~ ~ : 1 o : : : : : : ~ : ; : ~ - ~ - ~ ~ ~ ~ 7 ~ M ; n ' - ' ~2 - , Seo 4104..; . ' ~ i n

1 l 16\\ -., - T2 1\ . . J1: i _ P1 _ -- . / ~ 2 \

P1 , . ...... Recalque12 J --- seao.4104j -- ' Seao 429414 6 r 2 3 4 s ~ - - - ~ - 1 1 -Detormao especfica ( )

Figura 5 - Recalques e deformaes especficas obtidas para as sees 84104 e 84294 emfuno da profundidade em que se encontra o instrumento de leitura.A Tab.4 apresenta os valores dos recalques estabilizados na superficie e no teto dotnel, bem como os valores dos recalques superficiais quando da passagem da frente deescavao pela seo instrumentada e no fechamento do AID sob a mesma . Esta tabela mostraainda.a relao 8sl8c e os valores do parmetro n de Atkinson e Potts retro-analizados para

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todas as sees. Assim, observando a Tab. 4, pode-se notar que para todas as seesestudadas, os valores de n obtidos foram negativos e bastantes distintos daquele propostopelos autores acima citados. Logo, para as argilas porosas laterticas de Braslia, estacorrelao no se aplica visto que ?S recalques superficiais so muito superiores quelesocorridos no teto do tnel, devido ter este solo um comportamento colapsivo.

Sees Recalque Recalque Recalque Recalque Relao ParmetroEstudadas Final ua Final no na no Ss Sc n deSuperfcie Teto -Se Passagem Rebaixo Atkinsou e

-Ss mm) (mm) da Face (mm) Pottsmm)

84087 -80,90 -30,20 -3,80 -40,30 2,68 -1,8784094 -123,40 -62,10 -29,10 -63,20 1,99 -1,0984104 -152,00 -59,50 -16,80 -82,40 2,55 -1,6884124 -226,50 -120,00 -72,00 -150,40 1,89 -0,9884134 -220,00 -83,00 -82,70 -153,80 2,65 -1,8184154 -151,40 -42,30 -1,20 -59,80 3,58 -2,7484214 -186,30 -18,40 -4,60 -61,90 10,13 -8,9084234 -185,70 -41,10 -2,70 -60,90 4,52 -3,3384274 -165,20 -38,50 -40,00 -72,80 4,29 -2,7884294 -168,40 -41,90 -36,30 -92,80 4,02 -2,4684314 -135,20 -35,70 -20,80 -88,50 3,79 -2,3484334 -71,70 -14,80 -14,70 -33,00 4,84 -3,8584350 -38,60 -9,60 -8,10 -25,50 4,02 -3,6684379 -52,30 -31,00 -1,50 -28,60 1,69 -0,82

Tabela 4 - Valores dos recalques superficiais, finais e durante a fase construtiva do tnel, efinais no teto do tnel obtidos nas sees e valores do parmetro n calculado pela equao deAtkinson e Potts de 1977.

Com base apenas nos dados das duas sees completas (84104 e 84294) foi feita umaretro-anlise dos parmetros empricos adotados nos modelos de previso da bacia derecalques superficiais abordados no item 3 deste trabalho. O resultado deste feed-back est_esquematizado na Tab. 5. Observa-se que os valores de esto prximos com aquele adotadopor 8chmidt e que os valores de k. diferem muito da unidade. Os valores da relao i/Z estoprximos de 0,5, valor este definido por Rankin, em 1988. Os valores_ dos parmetros i e Vsobtidos pelas relaes empricas de O'Reilly e New (1982) e Attewell, 1977, respectivamente,diferem dos valores obtidos pelo ajuste feito a partir da curva de Gauss, os quais estoapresentados na Fig.5, atravs de suas equaes.

A Tab. 5 apresenta ainda os volumes de perda de solo Vp) para as sees empregandoas duas maneiras disponveis para obter o seu valor: clculo pela definio e utilizando a Eq.10. O clculo de Vp, foi feito a partir da definio de perda de solo e o clculo de Vp2 foirealizado atravs da aplicao da Eq. 10, adotando-se para 8v os valores das leituras efetuadas pelos tassmetros situados a 2,0 metros do teto do tnel das respectivas sees (T 2) e para y ovalor igual a 2,0 m. Do mesmo modo, ilustra-se as respectivas porcentagem de perda de solo.

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Sees Estudadas S4104 S4294Area da Seo Transversal - A 71,80 66,82(m2/m)

Volunie de Escavao da S e o - 7 1, 80 6 6, 82VT(ml/m)

Relao V s VT ( ) 3,12 4,58Volume de Perda de Solo - V p1 1,25 0,65(m3/m)Volume de Perda de Solo - Vp, 1,83 1,96(ml/m)

Relao Vp IVT( ) 1,74 0,97Relao Vp fVT( ) 2,55 2,93Relao i/Z 0,48 0,47Relao SMX/Z ( ) 1,01 1,03Parmetro Emprico de Schmidt 0,89 0,89

- T\Parmetro Emprico de Schmidt 0,81 0,88- k .Valor do Parmetro i Calculado 6,94 7,94pela Relao Emprica deO'Reilly e New (m)Valor deV s Calculado pela 1,54 1,79Relao Emprica de Attewell(m3/m)Tabela 5 - Dados gerais e clculo de alguns parmetros empricos, utilizando as equaescitadas no item 3 deste trabalho, para as sees S4104 e S4294.

5. DISCUSSO DOS RESULTADOSA Fig. 6 apresenta os perfis transversais de recalques, ou comumente chamados de

bacias de recalques, dos dados obtidos pela instrumentao, os quais foram ajustados pelacurva de Gauss invertida para as sees S4087, S4104 e S4294, respectivamente. Devido execuo de quatro linhas de colunas secantes de "Jet Grouting", verticais partir dasuperfcie, realizadas nos emboques, a seo S4087 apresentou nveis de recalques pequenoscomparados s demais, em virtude de tal medida de condicionamento ter melhorado spropriedades mecnicas do macio. Assim, esta seo no foi considerada nos demaisestudos, por apresentar o solo desta regio um comportamento distinto do restante do trecho.Por sua vez, a Fig. 7 apresenta duas bacias de recalques: a primeira obtida com os dados dassees S4104 e S4294, e a segunda a partir das leituras estabilizadas dos marcos de apenas 8das 11 sees restantes (lembrando que a seo S4087 j foi eliminada). A excluso dos dadosdos marcos superficiais das sees instrumentadas S4334, S4350 e S4379 ocorreu devido asmesmas apresentarem pequenas deformaes em virtude dos maiores cuidados tomados, talcomo reduo no comprimento do balano, por estarem estas sees abaixo das passagensinferiores (trevos) para automveis que fazem a ligao L-W e possibilitam o acesso dosmesmos aos setores comerciais das Super Quadras. Como se pode observar por esta ltima

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f i g ~ a as ~ a c i a s de recalques so quase que aproximadas, onde os. valores obtidos dosparametros 1 e Vs esto nela apresentados atravs de suas respectivas equaes. o

-50E.-100

~ ~ ~ ~ ; \ ~ ~ : : J~ . \ \ " / // s ~ 4294\ \ / /

CI>::JCJri -150CI>o::-200

-250 '-30 -25

\ \ \ 1 /

; _ '. 7\ _ .''i 4087 . S(X) = 0,90. exp(-X2J2x4.452) 1

: 54104 S{X)= 136.95.exp(-X2/2x6.532)J 54294 ... S(X)::: 163.35.ep(-X212x7,S02)' 1 r-20 -15 -10 -5 o 5 10 15 20 25 30DisMncia ao eixo do tnel (m)

Figura 6 - Deformadas de recalques obtidas atravs do ajuste pela curva de Gauss para assees instrumentadas S4087, S4104 e S4294.

- - - ~ ~ - . 1 1 ~ : ~ : ~ : ~-5

0 1 / - . / ~ : o 4 2 9 4 l- J 1-1 1 OO / \ :-' I ' ': / 1 : ~ m a i s Se_s\ -, / /-150J

Ci i( . )Q) -200O..

-250

\ t 1J 1?\ J= /1

I ~1[ 1) -S(X) = 149.57.exp(-X 212.6.96')j(2) -S(X) = 162.47.exp(-X212.6.67'}-300 . . . . . i-30 -25 -20 -15 -10 -5 o 5 10 15 20 25 30Distncia ao eixo do tnel (m)

Figura 7 - Bacia de recalques para os dados das sees S4104/S4294 e para o arranjo feitopela combinao dos dados de todas as sees instrumentadas, excluindo as sees S4087,S4334, S4350 e S4379.

A Fig. 8 apresenta trs perfis longitudinais de recalques superficiais: um na passagemda frente de escavao sob a seo instrumentada, outro quando ocorre o fechamento do AIDsob a referida seo, e um ltimo aps a estabilizao completa dos recalques.

329


8/9

. . . - -------- - - - - --,

No incio da construo, os recalques apresentaram valores aceitveis, apesar de seremmuito mais altos d o que os eventualmente esperados, e foram progressivamente aumentando medida que a cobertura de solo tambm aumentava. Quando o nvel de recalque atingiu acimade 226 mm, o espaamento da cambota (passo de avano da frente) foi reduzido para 0, 80 m,do mesmo modo que foi reduZido o comprimento do balano. Como resultado, na seoseguinte (S4134), houve uma queda dos nveis de recalques induzidos.A Fig. 9 apresenta os perfis longitudinais de recalques estabilizados na superfcie,dado pela curva Ss, e no teto do tnel, dado pela curva Se Verifica-se, desta forma, que osrecalques prximos ao teto do tnel so cerca de duas a trs vezes menores do que osrecalques superficiais totais.

Q):JOC.)Q)o::::

240 i220 1

- ------- - - 1

200118011601'140120 -100

t ~ -- Recalque mximo na superficie/ \ - ~ ~ - Recalque final no teto do Une ./ ~ . ."

./ , --\urvaSsi/\ \0 i ", \\curva e0 i J

40 ri / ~ - - \--_ .-----20 1 -.< / , , / ') . . . - - ~ - / /'

i

o ;o 100 200 300Comprimento do tnel {m)Figura 9 - Perfis longitUdinais de recalques estabilizados obtidos n superfcie e no teto do

tnel.

330

:

' ~ \' '

Apesar dos recalques induzidos serem significativos, eles podem ser consideradoscomo baixos para os padres dos solos de Braslia, visto que na regio prxima ao shaft osrecalques chegaram a atingir nveis de 400 mm devido presena de um lenol de guasurgente na rea a ser esc;Wada, tal como afirmam Ortigo e Macedo (1993). Ao mesmotempo, estes recalques no'so preocupantes pois no geram maiores consequncias devido ainexistncia neste trecho de estruturas sensveis na superfcie do terreno.

As Figs. 1Oe 11 apresentam os recalques superficiais observados durante a passagemda frente de escavao do tnel par a as sees S4104 e S4294, respectivamente. Podecse notarque uma deterrnnada seo comea a ser sensibilizada quando a frente de ataque daescavao est a uma distncia inferior a 2 dimetros do tnel e seu efeito cessa 3 dimetrosaps o fechamento do AlD.

Distncia face do tnel(dimetros)-3 -2 -1 o 1 2 3 4 5 6 7 81 ~ : ; ~ - t - ~ - ' - ' - - ' - ~ ~ - - - L ~ L . . . . . L . . . L . ~2 'h :i:--40 : \\. : \ : : : - - 1 ' \ \ \ ' - E 60 1 'E 1 \ ~ ,, \t ~ \80 1 > \ ... . ,.2 100:1 1 \ . _ ~i \

arco M' ' '- Marco M2> > MarcoM' . .- _ . Marco M4 ~ - ~ - Marco MS

ai 120 1 - ..O.. ' \ - .. .. 11401 1

1 .NIYJ;L. E&TAl)JLl;w)Q .. _ 1160 l' FACE: 1AID180 . -- - -- -------. - -- -- - - .. . . . ~ e i l ( ) ~ 1 ~

Figura l O - Recalque superficial x distncia face do tnel para a seo S4 04.Distncia face do tnel

(dimetros)-14 -10 -6 -2 2 6 10 14__ L_. 1 -r- 1 ; ---L . . -L .

2040

" - - ' - ~ Marco M1. _ . _ ~ M a r c o M2

~ . . i . . . U : . 2 Marco M3' . . . : ~ ~ a r c o M4~ M a t c o M S

Figura 11 - Recalque superficial x distncia face do tnel para a seo S4294.

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9/9

6. CONCLUSESApesar do macio em estudo apresentar condies favorveis sua escavao, osrecalques oriundos foram bastante significativos devido a sua alta porosidade. Do mesmomodo, em virtude das argilas porosas laterticas tenderem a se comportar de maneira nodilatante, ou seja, por apresentarem um comportamento contrctil, os tneis construdos nestetipo de solo tropical provavelmente vo apresentar problemas de controle de solo acima daabbada da cavidade e excessivos -recalques. Assim, importante ressaltar que quando uma

escavao subterrnea se processar em solos porosos laterticos tropicais frequentementeocorrero recalques apreciveis, por mais eficazes e eficientes que sejam o controle do macioaser escavado. Apesar de haver empenhos para avaliar os recalques de escavaes subterrneasatravs de modelos matemticos, a tendncia continua sendo ainda usar mtodos empricos declculo. Ao utilizar este tipo de enfoque, admite-se contudo os riscos naturais de tais mtodos,visto que o desempenho da abertura da escavao e do prprio sistema de suporte empregadoso raramente caracterizados nestas anlises.Para o caso do Metr/DF, escavado em argila porosa colapsvel, foram obervadosnveis de recalques nun ca antes verificado em outras obras subterrnea5 deste porte no pas,onde os volumes de recalques superficiais 01s) obtidos nas sees instrumentadas foramsempre superiores aos volumes de perda de solo 01p devido ser o solo de Braslia bastanteporoso e, por causa disto, colapsvel.AGRADECIMENTOSOs autores agradecem ao CNPq pela ajuda financeira, sem a qual no seria possvel arealizao desta pesquisa, ao Gelogo Wadir Brando (Metr/DF) pelo apoio e ao Metr/DFpela autorizao na publicao dos dados.REFERNCIAS BIBLIOGRFICASAssis, A.P.; 1991. Notas de aula do curso de ps-graduao de obras subterrneas.Mestradoem Geotecnia, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Braslia, DF.Branco Jr., P.; 1981. Behaviour of a Shal/ow Tunnel in Til/ M.Sc. Thesis, Department ofCivil Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada, 351 p .Brasmetr; 1992. Estudos de Alternativas de Execuo dos Trechos Subterrneos doMetr/DF na sa Sul do Plano Piloto. Consrcio Brasmetr/Metr/DF, Braslia, DF, 45 p.Fontoura, S.A.B. Barbosa, M.C.; 1982. Recalques superficiais causados pela escavao detneis em solos. Anais do lQ Simpsio sobre Escavaes Subterrneas, ABGE/ENGEFER,Rio de Janeiro, RJ, 1: 587-623.Heinz Jr., H.K.; 1984. Applications of he New Austrian Tunnel ing Metho d in Urban Areas.M.Sc. Thesis, Departrnent of Civil Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta,Canada, 323 p.Heinz Jr., H.K.; 1988. Large Cross Section Tunnels in Soft Ground. Ph.D. Thesis, Departrnentof Civil Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada, 348 p.Mair, R.J.; Taylor, R.N . Bracegirdle, A.; 1993. Subsurface settlement pro.files abovetunnels in c/ays. Gotecnique, XLIII(2): 315-320.Negro Jr., A.; 1981. Tneis em solo: procedimentos construtivos e deslocamentos nomacio.Revista de Engenharia F AAP, So Paulo, SP, pp. 14 -22.

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Previsão Da Bacia de Recalques de Túneis1

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