túneis

CAPÍTULO 11 – TÚNEIS
TÚNEIS
Histórico
2000 AC – Babilônia – Túnel sob o Rio Eufrates, com 1 km de extensão e seção de 3.6m a
4.5 m. Construção a céu aberto, com desvio do rio.
200 DC – Túneis dos aquedutos romanos construídos há 1800 anos, reconstruídos em 1925
e ainda em uso.
No Brasil – Túnel de Santa Cecília, em Barra do Piraí (RJ), construído pela Light em 1948.
Objetivos
A construção de túneis é realizada com os mais variados objetivos:
- Túneis para transportes (ferroviário, rodoviário, metrô);
- Obtenção de energia (barragens, geotermia);
- Abastecimento de água;
- Mineração.
TÚNEIS
Definições
Emboque
TÚNEIS
Definições
Chão (“invert”), coroamento
(teto)
e
paredes
(Fonte:
Normetro, 2001).
TÚNEIS
Geologia no Projeto e Construção de Túneis
Objetivos da Exploração Geológica
A exploração geológica tem por objetivo:
- Determinação dos tipos de rochas e suas estruturas;
- Determinação das propriedades físicas, químicas e mecânicas das rochas;
- Determinação do tipo de cobertura do maciço e sua espessura;
- Determinação das condições hidrogeológicas.
Na abertura de um túnel, as tensões manifestam-se por deformações elásticas e plásticas,
causadas por tensões estáticas e dinâmicas.
As pressões estáticas devem-se ao peso da massa de material (solo + rocha) sobrejacente,
sendo dada por:
σV = ɣ . z, em que z é a profundidade e ɣ é o peso específico;
σH = 10 a 25% da tensão vertical (σV)
As pressões dinâmicas, por sua vez, são as tensões devido à tectônica, de tensões
cisalhamento, de expansão de rochas argilosas ou de recalques à pouca profundidade.
TÚNEIS
Fatores Geológicos Típicos e suas Influências
Estratificação da Rocha
Exemplos de interferências da estratificação em uma escavação de túnel (Fonte: Cabral, 1987).
TÚNEIS
Dobras (Anticlinais e Sinclinais)
Nos anticlinais há uma tendência ao relaxamento da tensão vertical no revestimento e a água
tende a fluir para fora da escavação. Nos sinclinais ocorre o inverso.
Exemplo da influência de dobras na escavação de túneis (Fonte: Cabral, 1987).
TÚNEIS
Dobras (Anticlinais e Sinclinais)
TÚNEIS
Túneis em Zonas Falhadas
Além da importância da determinação da presença de falhas. Outro aspecto importante é a
determinação se as mesmas são ativas e recentes.
TÚNEIS
Túneis em Encostas
Os túneis localizados em regiões muito próximas à encosta obrigam à realização de análises
de estabilidade.
TÚNEIS
Água em Túneis
A construção de um túnel pode mudar o regime hidráulico, ou seja a posição do nível d’água
no maciço rochoso e a direção e a velocidade do movimento da água. Um túnel funciona
como um dreno, em que a água pode entrar na escavação pelo teto ou pelas paredes, com
ou sem pressão, com elevada ou baixa intensidade. Além disso a percolação de água pode
ser prejudicial ao revestimento de concreto, através da lixiviação do cálcio.
TÚNEIS
Projeto e Escolha do Traçado
A realização de estudos geológicos, geomorfológicos e hidrogeológicos são imprescindíveis
na escolha do melhor traçado. Exemplos:
- Evitar rochas expansivas argilosas;
- Evitar camadas decompostas ou muito alteradas (impossível nos emboques);
- Não passar muito próximo ao fundo de talvegues (vales);
- Evitar zonas de falhas;
- Etc.
Com este objetivo deve-se utilizar todas as investigações de superfície e de subsuperfície
disponíveis, tais como:
- Interpretação de fotos aéreas – viabilidade técnico-econômica do projeto;
- Mapeamento geológico regional – definição do traçado;
- Mapeamento de detalhe – projeto básico e seleção de alternativas;
- Mapeamento das paredes – durante a construção;
- Sondagens rotativas – amostragem do maciço e instalação de piezômetros para estudo do
comportamento da água subterrânea, inclusive com execução de furos inclinados para uma
correta avaliação do grau de fraturamento;
- Poços e trincheiras – emboque e túneis em solo;
- Galerias-piloto – em regiões de geologia complexa;
- Geofísica (sísmica) – definição do contato solo-rocha nos emboques.
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Assistência na Escavação
Durante os trabalhos de escavação o geólogo ou o engenheiro geotécnico devem vistoriar as
frentes de detonação e seus arredores, de maneira à verificar a presença de materiais e
estruturas geológicas não previstas durante as investigações.
Desta forma devem ser realizadas durante estas vistorias:
- Caracterização litológica;
- Descrição de estruturas – atitude, preenchimento, tipo, etc.;
- Presença de água – verificar surgências d’água e sua influência na alteração e na pressão
hidrostática;
- Grau de fraturamento;
- Grau de alteração;
- Pressão de “over-break” – geológica (devido à presença de estruturas) e técnica (por erros
na execução do plano de fogo);
- Classificação geomecânica.
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Classificação do Maciço Rochoso
A classificação do maciço rochoso é realizada em duas fases:
-
De Projeto – destina-se à previsão dos volumes e quantidades de serviços a serem
executados e baseiam-se na interpretação geológica antes da escavação. Seu sucesso
depende de investimentos em investigação.
-
De Construção (Execução) – destina-se à indicação do suporte temporário e do
revestimento definitivo, baseando-se em dados finais do mapeamento geológico das
paredes e acompanhamento da frente de escavação.
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Métodos de Escavação
Em Rocha
Podem ser de três tipos: tradicional, por galerias e mecanizada.
Método Tradicional
A escavação é realizada em duas frentes, sendo composta das seguintes operações:
- Avanço:
• perfuração da frente de escavação com marteletes;
• carregamento dos furos com explosivos;
• detonação;
• ventilação e remoção dos detritos.
- Outras operações (se necessário):
• remoção da água de infiltração;
• escoramento do teto e das paredes;
• colocação do revestimento.
Os métodos de avanço podem ser escavação total (seção plena), por galeria frontal e
bancada. Na escavação total, toda a frente do túnel é perfurada e dinamitada. Na escavação
por galeria frontal e bancada, também chamada “Frente e Rebaixo”, o avanço é feito na parte
superior e, a partir desta, dinamita-se a porção inferior, conforme a figura a seguir.
TÚNEIS
Métodos de Escavação
Em Rocha
TÚNEIS
Métodos de Escavação
Em Rocha
Escavação por Galerias
Em túneis largos pode-se desenvolver uma galeria antes da escavação total de frente. A
galeria pode ser de teto, de fundo, central ou lateral. Dentre as vantagens e desvantagens
deste método destacam-se:
Vantagens:
- toda a zona desfavorável ou com excesso de água determinada com antecedência;
- a quantidade de explosivos pode diminuir em função do material existente à frente da
escavação;
- os lados da galeria facilitam a instalação de suportes, especialmente em rochas
quebradiças.
Desvantagens:
- Atraso no avanço do túnel até o término da galeria;
- Custo elevado por serem desenvolvidas manualmente.
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Métodos de Escavação
Em Rocha
Escavação Mecânica
As vantagens em relação aos métodos convencionais são evidentes:
- Segurança – a abertura de paredes arredondadas (mais resistentes) implicam em um
menor perigo de queda de blocos e suporte pequeno, se necessário.
- “Overbreak” – não existe, o que implica em uma economia de concreto;
- Menor número de trabalhadores;
- Avanço rápido;
- Danos resultantes de explosões são inexistentes.
Entre as desvantagens destacam-se:
- Alto investimento no equipamento, o que o torna inviável em túneis curtos;
- Sistema de ventilação deve ser mais eficiente e completo;
- Controle de direção e greide rigoroso;
- Método mais adequado em rochas com resistência de 125 a 140 MPa.
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Métodos de Escavação
Em Rocha
A perfuração de rochas pode ser efetuada por uma série de equipamentos disponíveis no
mercado cuja seleção depende da natureza topográfica do terreno, da profundidade dos
furos, da dureza da rocha, do grau de fraturamento, das dimensões da obra, da
disponibilidade de água, etc. Na figura abaixo pode-se observar alguns dos diversos padrões
de perfuração para desmonte comumente empregados.
Exemplo de esquema de perfuração usados em escavações subterrâneas (Fonte: Luis de Sousa, arquivo particular).
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Métodos de Escavação
Em Solo
No caso dos solos a escavação também pode ser efetuada através de três tipos distintos,
conforme apresentado a seguir.
A Céu Aberto
Também conhecido como “Cut-And-Cover”. Apresentam seção, em geral retangular. Os
diversos métodos distinguem-se pelo tipo de escoramento ou método construtivo.
Com Taludes Inclinados
É o mais rápido, mais simples e mais econômico, se a escavação não for muito profunda. A
escavação não necessita de escoramento, posto que a estabilidade das paredes é função da
inclinação das mesmas. Só é possível em áreas com muito espaço e sem tráfego, devido ao
volume a ser escavado. É pouco utilizado em cidades.
Método de Berlim e Método de Hamburgo
Estes métodos tem em comum a seqüência de execução: escavação escoramento,
concretagem e reaterro, sem que o escoramento venha a fazer parte da estrutura do túnel.
Na “Parede de Berlim” o escoramento utilizado são perfis metálicos, cravados com 1.5 a
2.5m de espaçamento, entre os quais são cunhados pranchões de madeira, até 1.5m abaixo
da base da escavação. As estacas são arrancadas depois do reaterro. A Figura a seguir,
exemplifica o processo.
TÚNEIS
Procedimentos para execução de uma escavação pelo método de Berlim (Fonte: Cabral, 1987).
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No Método de Hamburgo, por sua
vez, os perfis utilizados são os de
aba larga e entre a parede do túnel
e da escavação, fica um espaço
livre com 0.80m (câmara de
trabalho).
Método de Milão
Neste método, são produzidas
paredes de injeção através de furos
de sondagens, segundo o esquema
abaixo:
Procedimentos para execução de uma escavação pelo método de Milão (Fonte: Cabral, 1987).
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Método das Couraças (“Shields”)
Na verdade existem vários métodos, todos eles baseados no conceito de escoramento
pesado, em geral de madeira ou perfis metálicos a curtas distâncias. É o que método que
causa menor interferência no tráfego e menores remoções. É aplicável a quase todos os
tipos de solos, moles a muito rígido, acima e abaixo do nível d’água. É necessário uma altura
mínima de cobertura de solo acima do túnel. Os tipos podem variar de acordo com a
seqüência de escavação (Figura 9.14), ou de acordo com o tipo de escavação realizado
(Figuras 9.15 a 9.17).
Métodos de Escavação
Em relação ao tipo de escavação, os métodos podem ser manuais (Figura 9.15), em que
plataformas de trabalho e escoramento avançam empurradas por macacos hidráulicos; semimecanizados (Figura 9.16), em que os serviços são racionalizados e acelerados com
máquinas adequadas, operadas individualmente, tais como pás carregadeiras; ou,
mecanizados (Figura 9.17), em que são utilizados fresadoras rotativas, correias
transportadoras ou vagonetes, podendo ser sem escoramento (um sentido de rotação) ou
com escoramento (dois sentidos de rotação).
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Método das Couraças (“Shields”)
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Método das Couraças (“Shields”)
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Método NATM
Baseia-se em uma seqüência de escavação parcial e escoramento, a fim de escavar toda a
seção projetada. Para cada escavação parcial é construído um sistema de suporte ou
escoramento provisório que pode ou não vir a fazer parte do sistema definitivo.
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Método NATM
TÚNEIS
Método NATM
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Método NATM
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