Escavaes subterrneas II1 ESCAVAES SUBTERRNEAS II Lisoarte Gomes Carlos Galiza Antnio Vieira Escavaes subterrneas II2 1 SUSTIMENTO Sustimentonomaisdoqueumconjuntodaaces,comrecursoa elementosestruturais,quevenhamagarantiraestabilidadedeescavao, durante o tempo em que ele vai ser utilizada. Este conceito baseia-se na aceitao dos seguintes princpios: Sempre que se realiza uma escavao, o macio envolvente ir deformar-se,sendoasdeformaesverificadasemcadacaso,paraqueseverifique estabilidade, compatveis com o fim a que se destina a escavao. Operododetempoduranteoqualseirverificarasuautilizao,ir condicionarasexignciasdecaractersticasdosustimento,supondo-sequeao longo desse tempo de utilizao, o macio se ir degradar essencialmente devido a efeitos ambientais. Muitasrochas manifestameste fenmenodedegradaoem espaosde tempo relativamente curtos. O dimensionamento do sustimento depende essencialmente: - Da qualidade das rochas que constituem o macio rochoso. - Do estado de fracturao do mesmo. - Das dimenses de escavao. - Do estado de tenso existente antes do incio da escavao. 1.1 Campo natural de tenses. 1.1.1TensesgeostticasResultantesdepesodosterrenos subjacentes escavao. Admite-sequeomaiorvalortemadirecovertical(gravidade), componente vertical, e que as componentes horizontais, ortogonais entre si, tm o mesmo valor. Nestas condies, o estado de tenso inicial ser: v Tenso vertical = H h Tenso horizontal = K H Sendo: = Peso especfico mdio dos terrenos. H = Profundidade a que se encontra a escavao. Escavaes subterrneas II3K=Coeficientederepartiodetenses,cujovalormdioemmeios homogneos e isotrpicos e sem existncia de tenses residuais, resultantes de fenmenos tectnicos ou eroso profunda, : 1vKv= Sendo

v- Coeficiente de Poisson. Este valor de K, segundo Cook, depender da profundidade e da posio do ponto de observao, relativamente a eventuais falhas prximas. Assim: Nas proximidades de uma falha normal: K < 1 Nas proximidades de uma falha inversa: K > 1 Para seces circulares: Se K > 3, aparecem traces nos pontos de arranque da abbada. Se K < 3, podem aparecer traces na abbada e soleira da escavao. Nosmeioscomestratificaohorizontal,ovalordeKserdadopela expresso 1vKv= Sendonormalemcasosdeescavaesdegrandedimenso,quandodo dimensionamentodosustimento,proceder-sedeterminaodoestadode tenso prvio. Nasuafalta,deverrealizar-seestudoparamtricomantendoosdados caractersticos e variando o valor de K. Todaaescavaosubterrneaprovocaumdesequilbriodoestadode tenso inicial. Omaciorochosoirprocurarencontrarumnovoequilbriopelo ajustamento das tenses e deformaes resultantes. Seascaractersticasgeomecnicasdomacioemcausanoforem capazes de por si s permitir o restabelecimento do equilbrio, s um sustimento aplicado atempadamente,poder,pelainteracodestecomo maciorochoso, evitar a rotura deste e o colapso da escavao. Asclassificaesgeomecnicaspermitem-nosdemaneiraemprica, quantificar a capacidade que o macio rochoso possui para se adaptar s novas Escavaes subterrneas II4condiesprovocadaspelaescavaoesugerirdeterminadotipodesustimento a aplicar. Noentanto,outrosfactoresnocontempladosdirectamentenas classificaesgeomecnicasusualmenteutilizadas,poderocontribuirparao desenvolvimentodocampodetensespreexistentes,ousurgirquandoda escavaoporempolamentodarochapostaemcontactocomaatmosfera,ou ainda pelo fluxo de gua posta em movimento pela prpria escavao ou mesmo efeitosdinmicosprovenientesdetremoresdeterraouvibraesprovocadas pelo prprio desmonte com explosivos. Osvaloresdastensesinsitu,pedemserdeterminadasporensaiode campo, o que pressupe acesso ao macio rochoso cota do projecto. Agrandezaeadirecoeadirecoentreelas,juntamentecomo conhecimento das propriedades mecnicas do macio rochoso, permitem prever a ocorrncia de golpes do terreno (rotura brusca), associada ao desenvolvimento da prpria escavao. Ocomportamentodomaciorochosoenvolvente,estemgrandeparte relacionado com as tenses in situ. Quandoaescavaosedesenvolve,ocampodetensesoriginal afectadonumareaenvolvente,cujoraioaproximadamente1,5vezeso dimetro de escavao. 1.2 Redistribuiodetensesnomacioenvolventeauma escavao subterrnea. Comosedisse,aorealizarumaescavaosubterrnea,modifica-seo estado de tenso preexistente desenvolvendo-se picos de tenso. assim importante conhecer, por razes de garantia de estabilidade com recurso a sustimento adequado, a redistribuio de tenses. Se pelo contrrio, no for capaz de suportar o pico de tenses, ir romper-se, passando o macio ao regime plstico. Nestecaso,paragarantiraestabilidadedaescavao,sernecessrio recorrer ao sustimento. A determinao analtica da redistribuio de tenses no contorno de uma escavao,temsidoobjectodepreocupaodemuitosautores,tendosido apenasencontradassoluesparaescavaesdegeometriasimples(crculos, rectngulos e elipses), considerando um terreno com comportamento homogneo e isotrpico. Escavaes subterrneas II5Hoje,astcnicasdisponveisdeclculonumrico,comosejamomtodo doselementosfinitosediferenasfinitas,permitemaresoluodestes problemas. 1.3 Redistribuio de tenses envolventes a uma escavao circular em meio elstico. Considerando um campo uniforme, em que K = 1, as tenses podero ser calculadas pelas expresses: 221 rRr0 = 221Rr 0 = + Em que: 0 - Tenso inicial. - Tenso tangencial. r - Tenso radial. Fig. 1 Desenvolvimento de tenses. Escavaes subterrneas II6Nafigura1podeobservar-sequeopicodepressoiguala2vezesa tensoinicial,sendoatensoradialnula,aquecorrespondeumatenso tangencialmxima.Estavaidiminuindomedidaquenosafastamosdo contorno, com correspondente aumento da tenso radial. A uma distncia cerca de 3 vezes o raio da escavao, a partir do centro, os valores de r e aproximam-se. 1.4 Redistribuiodetensesnaenvolventedeumaescavao circular em meio elstico-plstico. Se o macio rochoso no capaz de resistir ao pico de tenso tangencial, arochapassaraodomnioplstico,sendovisveisroturasnopermetrode escavao. medida que se avana no macio rochoso, a tenso radial ir aumentar e com ela o efeito de confinamento, que se traduzir no aumento de resistncia darocha,ataopontoemquesetornacapazdesuportaropicodetenso tangencial. Nesse ponto a rocha passa a comportar-se elasticamente. Raio de plastificao a distncia do centro de escavao ao ponto em que a rocha passa do domnio plstico ao domnio elstico. Fig. 2 Distribuio das tenses em meio elstico-plstico. Escavaes subterrneas II7Nestascondies,paraevitaraquedaderochaplastificadaquerodeiaa escavao,terquerecorrer-seaumaoperaodesustimentoqueirinstalar uma presso radial no contorno. Oproblemadodimensionamentodoreferidosustimento,serdeterminar qual dever ser a presso radial aplicada pelo mesmo. necessrioterpresentequequandosecolocaosustimento,esteno ficar,nageneralidade,imediatamentecarregado,massimapsoprocessode deformao do prprio terreno. Onveldetensesqueactuarosobreosustimento,dependerda deformaoqueoterrenovenhaasofrerdepoisdasuacolocao,sendo necessrio quando o seu dimensionamento atender interaco entre o terreno e o prprio sustimento. O mtodo actualmente utilizado para o dimensionamento do sustimento, como veremos no prximo captulo, o das curvas caractersticas.Os valores de tenso in situ, pedem ser determinados por ensaios in situ, o que pressupe acesso ao macio cota do projecto. A experincia obtida em minas profundas em rochas duras, mostraram que na vizinhana da escavao ser inevitvel a fracturao intensa. Para o controlo do movimento da rocha fracturada, se as grandes tenses se mantiverem,sernecessrio orecurso a umsuporte elsticoque custada sua deformao ir absorver e degradar tenses existentes. Umavezprovadoquearochafracturadapossasermantidanasua posio, haver pequenos riscos da zona fracturada se desenvolver at ao ponto de colapso. Osmaciosrochososcomfracturaoinicial,preenchidacommateriais comtendnciaaempolaremcontactocomagua,criamproblemascorrentes emescavaessubterrneas,nosendofcilquantificarovalordastenses resultantes daquele fenmeno de empolamento. Ocomportamentoplsticodomacioenvolventeaumaescavaoao longodeumtempomaisoumenosdilatado,criatensesquemuitasvezes ultrapassam as tenses de rotura do macio. Oprincpioquedeverregerodimensionamentodosuporteaplicvel nestescasos,depermitirqueaescavaosedeformesemcolocaode revestimento at que as deformaes atinjam valores de 5 a 10% do dimetro da escavao. Oproblemaresidenaavaliaodegrandezadadeformaopossvel, antes da tenso de rotura ser atingida. Escavaes subterrneas II8Paraevitaroempolamentoresultantedocontactodomaterialde preenchimento da fracturao inicial, dever ser colocado, imediatamente aps a escavao, beto projectado. Asrochascomtendnciaaempolaroucomcomportamentoplsticotm normalmentebaixaresistncia,razopelaqualnorecomendado,como veremos mais tarde, a pregagem com fixao mecnica. Um completo sistema de suporte em terrenos deste tipo dever inclui uma camadainicialdebetoprojectado,seguidadepregagemtensionada,apster sido permitida alguma deformao. Porestefacto,naturalquenapartedobetoprojectadoapaream fracturas, ocorrendo mesmo a possibilidade da queda de pequenos fragmento de rocha. Acolocaodeumarede(malhasol),fixadaporpregoseancoradapor pontos intermdios, poder evitar que isso acontea. Uma camada de beto projectado cobrindo a rede completa o suporte. 1.5 gua no solo. Aabundnciadeguanosubsoloaonveldeescavaopodecriar problemas. difcilpreverocaudalqueafluiaumtnel,quandoesteescavado atravs de formaes geolgicas diferentes. Aquelecaudaltemparticularsignificadonaanlisedeestabilidadeda escavao e tambm no sustimento a utilizar. Adrenagemdezonasprximasdasuperfciedevesersepossvel considerada,sendoaconselhvelareduodapressohidrostticasobreo revestimento, criando drenagem conveniente (captulo seguinte). Injecesdecimentosoalgumasvezesusadasparareduzira permeabilidade do macio e aumentar a sua resistncia. Quando so previstos grandes caudais antes da escavao ser iniciada importantssimoumesquemadeinvestigaodaszonasondeofenmenose desenvolvacommaiorintensidade,tomando-seantecipadasprecauesquanto tcnica de escavao a utilizar. Escavaes subterrneas II91.6 Efeitos dinmicos. Efeitosdinmicosresultantesdetremoresdeterra,desmontecom explosivosouchoqueshidrulicosemtneis,poderoter,emcertas circunstncias, influncia no comportamento do sustimento aplicado. Osdeslocamentosresultantesdaquelasaces,sogeralmente pequenos, mas algumas vezes os efeitos progressivos resultantes das vibraes, produzidas nos sucessivosrebentamentos no desmonte com explosivos, podem provocar alguma fracturao.O efeito daquelas, nas pregagens de fixao mecnica no pode deixar de ser considerado. Paraqueseassegureatensodeamarraodapregagemporfixao, esta no deve ser aplicada a distncia inferior a 10 m da frente de desmonte Ensaiosdearrancamento deancoragens porcabosseladoscom cimento emrochadura,mostraramqueasuacapacidadedesuportenofoiafectada pelas vibraes resultantes do rebentamento de explosivos, quando a velocidade de vibrao no excedeu 500 mm/s junto do cabo. 1.7 Rebentamento suave. Umadasregrasessenciaisaobservarparaobterumbomsustimento, reduzir a sobre quebra, adoptando as tcnicas de rebentamento suave. A correcta execuo do diagrama de fogo com perfurao satisfazendo os parmetrosgeomtricosprevistos(reduo dedesvios),ecargas reduzidasnos tiros de contorno fundamental para o sucesso. O rebentamento suave envolve a realizao de uma furaco paralela muito prximaaolongodocontornodaescavaoeorecursoaorebentamento simultneo de cargas explosivas com baixas concentraes. Escavaes subterrneas II102 Estabilizao da escavao subterrnea. usualconsiderarestedomniotecnolgicodivididoemdoisconceitos distintos: Sustimentoprovisrioaaplicarduranteafasedeescavaooumesmo entes desta, sustimento antecipado. Sustimentodefinitivoquecomoonomeindica,tercarcterpermanente durante a vida til da obra. Serdifcildefinirumafronteiraentreestesdoisconceitos,poisa qualidadedaobra,asuavidaprevistaeaseguranaexigida,sofactoresa considerar, podendo o sustimento provisrio ter a eficincia necessria durante a vida da obra. Oconceito modernodesuportebaseia-se napreocupaodeconferirao macio rochoso capacidade autoportante, complementando-o com outras aces, queporrazodemaiorseguranaexigidaemfunodasuautilizao,vida longa ou eficincia, venham a ser recomendadas. Podemos assim distinguir: Reforo do macio rochoso. Instalaonomaciorochosodepregagenseancoragensnosentidode reforar o macio rochoso e utilizar a prpria resistncia da rocha que constitui o modo de torn-lo autoportante. Oreforautilizadoinstaladonointeriordoprpriomacio,passandoa ser parte integrante dele. Suporte. Aplicao de revestimento em beto, betonado in situ ou pr-fabricado, de perfismetlicos,betoprojectado,revestimentometlico,etc.,comfunode minimizar os movimentos da rocha, sempre actuando exteriormente ao macio. Pr-esforo. Instalao de um reforo antes do incio da escavao. - Injeco de cimento. - Ancoragem a partir da superfcie. - Gelificao da gua de percolao. Escavaes subterrneas II11 2.1 Diferentes tipos de reforo. 2.1.1 - Pregagem. Comodissemos,oprincipalobjectivodumsistemadereforo,criar condiesaomacioparaquesesuporte.Apregagemmobilizaas caractersticas mecnicas do prprio macio.H varias razes justificativas do incremento do suo deste sistema: -Versatilidadepodeserutilizadoemescavaesdamaisvariada geometria. - Instalao simples. - Baixo custo relativo. - Facilidade de aplicao mecanizada. A possibilidade da sua aplicao logo aps a escavao, extremamente importante sob o ponto de vista da geomecnica. Usandopregagem,modificando-seoespaamentoentrepregoseoseu comprimento,facilmentesepoderrespondersexignciasimpostaspelas caractersticas do macio rochoso e pela geometria de escavao. Apregagempodefacilmentesercombinadacomsistemasdesuporte adicionais: - Rede. - Beto projectado. - Revestimento em beto cofrado ou pr-fabricado. Sistemas tpicos de pregagem. grandeadiversidadedetiposdepregagemutilizadosactualmente, apresentando algumas diferenas no seu desenho, baseado no mesmo conceito. Podemos agrup-los de acordo com as tcnicas de fixao: - Ancoragens mecnicas. - Selagem com calda de cimento. - Selagem com resina. - Fixao por atrito. Escavaes subterrneas II122.1.1.1 Ancoragem mecnica. Diferindo apenas no sistema, a ancoragem garantida por um sistema de expanso,asseguradopelomovimentoderotaoquesecomunicaaoprego, umacunharoscadanoextremointeriordopregoobriga,quandodomovimento derotaodotirante,expansodeumabuchaquesevaicravandonas paredes do furo previamente aberto. Seforutilizadocomaspectopermanente,otirantedeverser posteriormente envolvido por uma calda que o proteger contra a corroso. A rocha no dever ser muito dura de modo a permitir a sua deformao resultante da tenso aplicada pela expanso da cabea. Fig.3 Ancoragem mecnica. Caractersticas: Tabela 1 Caractersticas de uma ancoragem mecnica. Escavaes subterrneas II13 Vantagens: - Baixo preo. - Actua imediatamente aps instalao. - Possibilidade de tensionamento por rotao da cabea aps colocao. - Fcil aplicao de sistemas para avaliar o tensionamento. Desvantagens: - Uso limitado a rochas duras (no muito). -Asvibraesprovocadasporrebentamentospodemproduzirperdade fixao. 2.1.1.2 Tirantes selados com calda de cimento ou resina. deaplicaomaiscorrente.Soconstitudosporverodeao nervurado. Dadootempomuitocurtonecessrioselagemdomresina,estetipo pode ser imediatamente tensionado (ao fim de alguns minutos de aplicao). Osdoissistemaspodemserusadoscomfimtemporriooupermanente nas mais variadas caractersticas do macio rochoso. Dado o elevado preo da resina, a sua aplicao menos frequente. Nestecasoaselagemnocompleta.Faz-seapenasnobolbode amarrao. Caractersticas: Tabela 2 Caractersticas do ao para ancoragens com calda. Escavaes subterrneas II14 Fig. 4 Tipos de varo para ancoragens com calda de cimento ou resina. Vantagens da ancoragem Rebar: - Rpida entrada em aco quando selado com resina. -Seforutilizadaumaresinadepresarpidaapenasparaselagemdo bolbo, h possibilidade de tensionamento imediato. - Muito boa resistncia corroso em aplicao de carcter permanente. Desvantagens: - Dificuldades no armazenamento e manuseamento da resina. Vantagens da ancoragem Dywidag: -Quandobeminstaladasasseguramumreforoduradouroedealta qualidade. - Suportam cargas elevadas nas mais diversas condies. - Muito boa resistncia corroso. Desvantagens: - Elevado preo. - O tensionamento s possvel com uma tcnica de selagem especial de modoadeixarlivreparatensionamentopartesignificativadocomprimentodo varo. Escavaes subterrneas II15Self Drilling Anchoring Fig.5 Self Drilling Anchoring Aprincipalvantagemdosistemaresidena possibilidadedeexecutarancoragensemsoloserocha brandaemuitodiaclasada,ondedifcilmanterofuro aberto para colocao de qualquer sistema de pregagem. Quandoaplicadoemsolosarenosos,ofuro aberto por jacto de gua atravs do bit. Emsolosargilososecomfuroscurtos,possvel utilizar ar comprimido para executar a perfurao. Ainjecodecaldadeselagemrealizadaaps colocao do tirante. Emrochasbrandasediaclasadas,utiliza-seo sistemadeperfuraorotopercutivaparainstalaoda ancoragem ao mesmo tempo que se realiza a injeco da calda de selagem. Estemtodopermitequeacaldapreencha completamente todo o espao criado pela perfurao. Os tirantes podem ser fornecidos em comprimentos variveis at 6 metros. Comoacoplamentodevriostirantesfcilatingir12ou15metrosde ancoragem rapidamente. Estetipodepregagemmuitoutilizadonacriaodesustimentoprvio sobre o tecto de uma escavao. Fig.6 Colocao de diferentes tipos de ancoragens. Escavaes subterrneas II16 CT-Bolt. Trata-sedeumtipodeancoragemmecnica,comaparticularidadede possuirumfurointeriorporondepossvelrealizarainjecodecaldade cimento. Quando comparado com o sistema Rebar ou Diwidag, a grande vantagem residenapossibilidadedainjecodecaldadecimentoaolongodetodaa ancoragem imediatamente aps aplicao e tensionamento. Fig.7 Ancoragem CT-Bolt. 2.1.1.3 Cabos selados com cimento. correnteousodecabosnotensionados,seladoscomcimento,no reforo de estruturas em rocha, com fim temporrio na actividade mineira. Nasobraspblicas,comcarcterpermanente,correnteopr-tensionamentodoscabos,seguidodeselagemcomcaldadecimentoatodoo comprimento. Otipomaiscorrenteemminasocabode15,2mmdedimetrocom betas de 7 arames, normalmente aplicados aos pares em cada furo. Escavaes subterrneas II17Dadaasuaflexibilidade,ocabopodeseraplicadoemsubstituiodos vares, facilitando o seu uso em espaos confinados. Flexirope Fig.8 Cabos selados com cimento Caractersticas: Tabela 3 Caractersticas do flexirope. Escavaes subterrneas II18Vantagens: - Baixo preo. - Muito eficiente quando bem aplicado. - Pode ser instalado com grandes comprimentos em espaos confinados. - Suporta cargas muito elevadas. - Bom comportamento contra a corroso. Desvantagens: - Tensionamento com condies especiais de instalao. - O uso de cimento standard para a selagem do cabo exige vrios dias de presa antes da entrada em carga. 2.1.1.4 Fixao por atrito. Estesistemarepresentaomaisrecentedesenvolvimentonoreforodo macio rochoso. No mercado esto disponveis dois tipos: - Split-set - Swellex Nos dois tipos, o atrito entre a rocha e o ao criado por uma tenso radial contra as paredes do furo ao longo do seu comprimento. Tal como a fixao mecnica, a fixao por atrito, no prejudicada pelo fluxo de gua nos furos. Noentanto,acorrosoprovocadapelaguapodereduzirlargamentea sua aplicabilidade em obras de carcter permanente. Escavaes subterrneas II19A - Split set. Fig. 9 Spli set. Caractersticas: Tabela 4 Caractersticas do split set. Vantagens: - Fcil instalao. - Pode entrar em servio logo aps a instalao. - Interessante na fixao de rede. - Dispensa qualquer ferramenta especial de aplicao. - Usa-se o martelo de impacto para introduzir o tirante. Escavaes subterrneas II20Desvantagens: - Preo comparativo elevado. - O correcto dimetro do furo fundamental para a eficincia deste tipo de pregagem. - Algumas dificuldades na instalao dos pregos de maior comprimento. - Facilmente atacados pelos agentes corrosivos. B - Swellex. Fig.10 Swellex. Caractersticas: Tabela 5 Caractersticas do Swellex Standard. Escavaes subterrneas II21Paraalmdotipodeswellexcorrente,existemnomercadodiferentes opes: Swellex com mangans (srie Mn16 e Mn 24). - 160 e 240 kN. Swellex acopolvel. (srie Mn 24C e 24H). Swellex protegido contra a corroso. Swellex plastificado. Vantagens: - Fcil instalao. - Capacidade em servio logo aps a instalao. - Adaptvel s mais diversas caractersticas do terreno. -Oprocessodeinstalaocausaretracolongitudinaldopregoe consequente efectiva tenso sobre a rocha. Desvantagens: - Custo elevado. -Necessidadedeutilizaodotipoespecial(protecoanticorrosivase estiver previsto o seu funcionamento durante tempo dilatado). -Exigeferramentaespecialparaasuainstalao(bombahidrulicapara assegurar a presso necessria deformao radial do tubo). 2.1.1.5 Acessrios de pregagem. Placas de apoio. Sodesenhadasdemodoadistribuiracargaaxialdopregosobrea superfcie da rocha. Para se poder assegurar a elasticidade desejvel do sistema, fundamental a escolha do tipo de placa. Placa plana. Deve ser usada se a face da rocha plana (regular) e se o eixo do prego perpendicular face. Placa cncava. Neste caso o prego poder ter uma direco oblqua superfcie, sem que naquela se introduzam esforos desfavorveis. Placas triangulares cncavas. Conferem ao sistema grande flexibilidade. Escavaes subterrneas II22 Fig.11 Tipos de placas. Aplacaplana,quandosubmetidaapequenascargas,apoia-sesem alguns pontos da rocha, que ser esmagada se a tenso aumentar. Umacednciadeumoudoismilmetrospoderreduzir20%a70%a tenso do tirante. O tirante dever ser novamente tensionado. No caso dos tirantes tensionados aps colocao e selagem posterior com umacaldadecimento,atensomantidaenodependermaisdaacoda placa. Agrandemaioriadospregosseladoscomcimentoemtodooseu comprimento, no se aplica com placa. 2.2 Aplicao da rede. Paraevitaraquedadepequenosblocosdestacadosdoespaoentre pregos,usualaaplicaodeumaredemetlicafixadapelosprpriospregos com placa. A rede poder vir a servir de reforo a uma camada de beto projectado. Escavaes subterrneas II23 habitual o uso de dois tipos de rede: - De malha entrelaada. - Malha soldada (malha sol). Dependendodoespaoentrepontosdesuporte,aredepoderser responsvel pela segurana, evitando a queda de pequenos blocos. Fig.12 Fixao de rede com a chapa do parafuso. 2.3 - Chapas de ao. Emcertospontosderochamuitofracturada,recomendvelousode chapasdeaode6mmdeespessuraecomumalargurade100mm aproximadamente,fixadasporpregoscontguoseajustando-serochaentre aqueles. 2.4 - Vares de ao. O uso de 2 vares de ao de 6 mm de espessura colocados paralelamente e espaados cerca de 10 cm, soldados entre si por pequenas tiras de ferro, pode ser um bom elemento de auxlio no suporte entre dois parafusos contguos. Osvaresdeferrotmasvantagensdeseremfacilmenteajustveis rochaepossibilitaremapenetraodobetoprojectadopelointerior,formando por isso uma excelente armadura. Escavaes subterrneas II24 2.5 Revestimento em beto recorrendo a chapas Bernold. Quandoaobraimpeacolocaoderevestimentocontnuoembeto imediatamente a seguir escavao, ser interessante considerar o emprego de chapasBernoldcomoelementosimultneodecofragemearmaduradoprprio beto. Nosendopossvelrealizarsimultaneamenteasduasoperaes interessar, em condies de instabilidade, reduzir o tempo que medeia entre as duasoperaes,demodoaqueasdeformaestenhamaindavalorespouco significativos. Em qualquer tipo de rocha, com excepo das rochas expansivas onde a pressodotipohidrostticodesempenhaumafunoimportante,acavidade escavada pode permanecer sem suporte durante um maior ou menor perodo de tempo,perodoesseduranteoqualnoserpossvelacolocaodeum revestimentoembetosemqueeste,enquantofresco,sejasolicitadopelas tenses radiais. A colocao do referido revestimento impede o desenvolvimento de fenmenos de descompresso. Adeformaoplsticadasrochasnocomeaimediatamenteapsa escavao,massimdepoisdedecorridocertotempoemquesevaiverificara descompressodomacio,sesepudercolocarumrevestimentodebetode espessuraadequadaduranteesseperodoserpossvelobtertemposmais reduzidos para a execuo da obra. OsistemaBernoldpermitemuitasvezesatingiresteobjectivoutilizando um tipo de chapas nervuradas usadas simultaneamente como cofragem e como armadura de beto. Dados tcnicos: Dimenses standard 1200 1,080 mm Espessura1 / 2 / 3 / 4 / 5 mm As chapas so facilmente curvadas de modo a adaptar-se ao contorno da escavao. Sofixadascompernosqueasligamentresiassegurandoumarpida montagem. Escavaes subterrneas II25 Tabela 6 Caractersticas da chapa Bernold. Comocofragem, aschapasperfuradas e moldadas, possuemo momento deinrciasuficienteparaassegurarrigidezsuficienteparasuportaropesodo beto no permitindo no entanto a fuga do beto com consistncia plstica. Normalmente usa-se beto com a seguinte composio: - Granulometria do agregado 0 a 30 mm. - 250 a 300 kg de cimento por m. - Relao gua/cimento 0,4 a 0,5. O beto deve ser vibrado com vibrador de imerso no beto. As mesmas chapas podem tambm ser utilizadas como armadura quando do seu uso com beto projectado. Presso do terreno. Emtermosprticospoderdizer-sequeconformeapropostade classificaodasrochasapresentadoporBernoldpoderestimar-separaos diferentes tipos, o tempo em que se admite a estabilidade de macio circundante escavao.Estetempopermitir,emfunodoritmodaescavao,definira distncia entre a frente e o ltimo anel betonado. Tabela 7 Tempo possvel antes do revestimento. Escavaes subterrneas II26 2.6 Beto projectado. usualaaplicaoemzonasdemaiorinstabilidadedeumaouduas camadas de beto projectado, como reforo conferido pela pregagem. importanteasuaaplicao,comodissemos,comoprotecocontraa humidadeambiente,nocasodeexistirargilaounocasodecomportamento plstico. Como regra, a projeco de beto dever ser executada to cedo quanto possvel aps a escavao. H fundamentalmente duas tcnicas para aplicao de beto projectado: Via seca. Amisturadeinerteecimentofeitasemadiodegua,sendoesta adicionada mistura por injeco junto da boca do monitor de projeco. Via hmida. Amisturadecimento,inerteeguaprojectadaapstersido homogeneizada numa betoneira. Estasoluotemoinconvenientedeexigirumalimpezacuidadado equipamento(bomba,tubagememonitor),semprequesepraaoperaopor algum tempo. A qualidade do beto projectado depende dos materiais usados e muito do processo de homogeneizao da mistura. Atcnicadeprojecotemtambmelevadaimportncia,nosna qualidadedoservioexecutado,mastambmnorendimentodomaterial utilizado. Um incorrecto ngulo de incidncia do jacto relativamente superfcie a revestir, provoca elevadas perdas de material que por reflexo, acabam por cair no cho. Composio tpica de uma mistura seca: Cimento 15 a 20 % Gravilha 30 a 40 % Areia40 a 50% Acelerador de presa 2 a 5% A relao gua/cimento (em peso), para misturas secas, de 0,3 a 0,5% e ajustada pelo operador s condies de trabalho. Aadiodefibrasdeaode0,4a0,8mmdedimetroecomprimentos variveis,confereaorevestimentoumamaiorresistnciaflexoeaocorte, reduzindo a formao de pequenas fracturas. Escavaes subterrneas II27 Quandoseimpeaaplicaodeumacamadaespessadebeto projectado, este deve ser aplicado por camadas sucessivas de cerca de 50 mm, sendo entre elas colocadas uma malha de ao. Fig.13 Fases de aplicao de beto projectado em duas camadas. Asmodernastcnicasdeexecuodetneis,nomeadamenteomtodo NATM,utilizamrevestimentoprovisriooudefinitivoexecutadocombeto projectado, combinado ou no com outros sistemas de sustimento. Osantigosmtodosderevestimento,colocadosgeralmenteapsa descompressodomacio,pelassuascaractersticas,vinhamacausar problemas na medida que envelheciam. No revestimento dos tneis em maonaria, as cavidades entre a rocha e o sustimentoerampreenchidascomrochadesagregadaenemsempreera convenientemente compactada. Com o tempo, o macio escavado deformava-se e surgiam sobrecargas na abbada do revestimento que podiam por em causa a sua estabilidade. O uso de beto no era habitual pelo receio que existia no seu comportamento quando submetido a esforos assimtricos. Posteriormente,comaintroduodosarcosmetlicos,observam-se importantes alteraes na tcnica de construo de tneis. Escavaes subterrneas II28Osuportecomarcosmetlicospermiteaescavaoemsecototalna maiorpartedascondiesgeotcnicas,aomesmotempoquepossibilitaa utilizaodebetocomorevestimentodefinitivo,usandoosarcoscomo armadura. Recentemente, a introduo do uso de parafusos e beto projectado, veio facilitaraescavaodetneis,principalmenteemcondiesgeotcnicas desfavorveis. AideiapropostanoNATM,consisteemcriarcondiesdesuporte temporrioimediatamenteapsorebentamento,demodoa,impossibilitandoa queda deblocosea descompresso descontroladado macio,utilizaroprprio macio para a criao de um arco de suporte.Obetoprojectado,paraalmdascaractersticasderesistncia, impermeabiliza a superfcie rochosa, protegendo-a da degradao pelos agentes externos (gua e ar). Quando aplicado numa superfcie rochosa, o beto projectado penetra nas fissuras e cavidades da rocha escavada. Esta interaco entre o beto e a rocha, crianovascondiesdeestabilidade,aindaquepermitindoalgumadeformao da rocha, sem que contudo se verifique o colapso, enquanto o beto projectado endurece. Emtermostericos, uma finacamadade3 cmdeespessuraaplicada no tectodeumagaleria,terumaconsidervelcapacidadedesuporteede preveno da queda de blocos. 2.6.1 - Dimensionamento do beto projectado. Podemos apontar dois mtodos principais: - Dimensionamento com base em medies. - Dimensionamento com base na classificao geotcnica. Noprimeirocaso,ousodeinstrumentosdemedioecontrolodos deslocamentosaxiaisedeclulasparadeterminaodapresso,permiteo dimensionamento do sustimento necessrio em cada caso. Este mtodo mais usual em terrenos com elevada presso, onde o erro nodimensionamentodosustimentopodecausargravesproblemasecustos elevados. Escavaes subterrneas II29Dimensionamento com base na classificao geotcnica. Deentreosdiferentesmtodosexistentes,apenasvamosreferiro proposto por Barton, Lien e Lunde, que utilizam o ndice Q (Rock Mass Quality), para definirem diferentes esquemas de sustimento em funo do referido ndice. Trata-se de um mtodo emprico para a previso de sustimento que pode incluir beto projectado, rede electro-soldada, parafusos, arcos metlicos, beto, etc,. Ogrficoapresentadonafigura14apenasconsideraaespessurade beto projectado e a necessidade ou no de aplicao de rede. Obetoprojectadousa-senoscomorevestimentoprovisrio,mas tambm como revestimento definitivo. O ndice Q obtm-se pelo clculo da seguinte expresso: RQD Jr JwQ = Jn Ja SRF Em que: RQD Rock quality designation. Jn ndice do nmero de famlia de fracturas. Jr ndice relativo rugosidade das fracturas. Ja ndice relativo alterao e grandeza das fracturas. Jw ndice relativo presena de gua nas fracturas. SRF ndice relativo presena de reas pouco competentes. Fig.14Estimativaparaousodebetoprojectadoereforocommalha electro-soldada usando o a classificao geotcnica e ndice Q. Escavaes subterrneas II30 Tabela 8 Factor de modificao da largura da escavao em funo do tipo de utilizao da escavao. 2.6.2 - Comparao entre a aplicao de beto projectado por via seca e por via hmida. 2.6.2.1 - Mtodo por via seca: Vantagens: -Maisadaptvelacondiesvariveisdosolo,particularmentenoque respeita quantidade de gua. - O equipamento de mistura a seco mais barato. -Asmquinasparamisturaasecosomaispequenaseportantomais adaptveis a tneis com espao limitado. - Os materiais podem ser conduzidos a grande distncia nas tubagens. Desvantagens: - Provoca elevada quantidade de poeira na galeria. -Aquantidadedereflexesgrande(30%nosagregadose50%nas fibras de ao). -Aqualidadepodesermuitoinfluenciadapelaregulaodeguado operador. - Pequena capacidade. Escavaes subterrneas II312.6.2.2 - Mtodo por via hmida: Vantagens: - Menores reflexes (10%).. - Menor produo de poeira. - Melhor visibilidade nas operaes. -Ocontrolodequalidademaisfcilpoisamisturarealizadaem unidades de produo idnticas s do beto convencional. - A qualidade do beto projectado menos sensvel percia do operador, uma vez que no tem de regular o caudal de gua. - O operrio controla directamente a velocidade de impacto das partculas e portanto a compactao ao regular o caudal de ar introduzido na embocadura. - Mais fcil de limpar. - Custos de conservao mais baixos. - Nveis de produo mais elevados. - Mais fcil a aplicao de fibras. Desvantagens: - O sistema exige uma instalao de mistura. - Geralmente necessrio usar aditivos para manter as caractersticas do beto at aplicao. -Necessitademaiorquantidadedecimentoparaamesmaresistncia quando comparado com o beto projectado por via seca. - O tempo entre a mistura e a aplicao reduzido quando no se utilizam retardadores de presa. 2.6.3 - Preparao da mistura. Oprocessodeestudodamisturalongoecomplicado,sendoparte integrantedoestabelecimentodetodaaoperaoaselecodosmateriais,do equipamento e a formao dos operadores. Qualquer alterao neste processo resulta numa alterao da qualidade do produto final. Omtodogeraldeabordaroproblemadacomposiodamistura idntica tanto para o processo de mistura seca como para a mistura hmida, mas algumas diferenas de detalhe importantes que dependem do processo usado. Escavaes subterrneas II32Para qualquer dos processos a composio da mistura deve obedecer aos seguintes critrios: 1.CaractersticasdeaptidoparaprojecoDevesercolocado na vertical com um mnimo de reflexo. 2.ResistnciaacurtoprazoDevesersuficientemente fortepara fornecer suporte ao terreno ao fim de menos de 4 a 8 horas. 3.ResistnciaalongoprazoDeveatingirumaresistncia especificadaaofimde20dias,comadosagemdeaditivo necessria para permitir projeco e resistncia a curto prazo. 4.DurabilidadeResistnciaalongoprazoacodomeio ambiente. 5.EconomiaBaixocustodosmateriaiseummnimodeperdas devidas a reflexo. 2.6.4 - Seleco de materiais. 2.6.4.1 - Cimento. Aescolhadotipodecimentodeveterematenoascondiesdolocal de aplicao. Geralmenteusa-seocimentoPortland(tipoI)associadoaaditivos,por serem os materiais mais correntemente disposio e devido flexibilidade que se pode conseguir com pequenas variaes da mistura. No entanto necessrio verificar a compatibilidade dos aditivos com o cimento usados nas aplicaes do beto projectado, uma vezque o comportamento do beto tanto a curto como a longoprazo,podeserinfluenciadopelamisturadecomponentesno compatveis. Ousodecimentocomcaractersticasespeciaisimpe-sequandoas condies locais assim o exigem: Resistncia a sulfatos, maior resistncia a curto prazo. 2.6.4.2 - Agregados. Sodepreferirinertesnaturaispedrabritadadevidosuamelhor aptido para bombagem das partculas arredondadas. Osagregadosdevemserlimpos,duros,resistentesedurveisecom menos de 2% de passados no peneiro 200 (0,075mm). Oagregadonodevecontergrandequantidadedesilte,materialfrivel, substnciasprejudiciaisematriaorgnica.Devemserevitadosagregadosque reajam com substncias alcalinas. Escavaes subterrneas II33O agregado deve possuir curva granulomtrica contnua, evitando por isso aexistnciadevaziosqueparaalmdeaumentaremaporosidadedobeto obrigam ao consumo de maior quantidade de cimento. Na tabela seguinte vo indicadas curvas tpicas de agregados para beto projectado: Tabela 9 Curvas granulomtricas de agregados para beto projectado. Acurvadoagregadocrticaparaoestudodamisturaeaptidode bombagem atravs das tubagens, hidratao na sada do tubo aderncia com a rea a cobrir, densidade e economia do produto final. Umaumentonapercentagemdegrossosresultarnumamelhor compactao,maiordensidade,menornecessidadedeguaecimento,menor contraco e maior resistncia traco e flexo. Poroutrolado,ousodeagregadogrossolevaaqueobetosejamais difcil de bombear e aumente a % de reflexo. Uma mistura tpica de beto projectado contm as seguintes percentagens de componentes secos: Cimento15 20 % Agregado grosso30 40 % Agregado fino 40 50 % Escavaes subterrneas II342.6.4.3 - gua. A gua usada para beto projectado deve satisfazer os mesmos requisitos da usada em beto normal. Deve ser isenta de leos, gorduras, sais, substncias alcalinas e matria orgnica. A razo gua - cimento em beto projectado de mistura seca fica ente 0,3 e 0,5 e ajustada pelo operador de acordo com as condies do local. Interessasalientarqueoteoremguaimportantenosparaa qualidadefinaldoproduto,mastambminfluinapercentagemdematerial reflectido. Elevado teor em gua ou mistura seca produzem maior reflexo. Parabetoprojectadoemmisturahmida,arelaoguacimentofica entre 0,4 e 0,6. 2.6.4.4 - Aditivos. 2.6.4.4.1 - Aceleradores de presa. Osucessodobetoprojectadonorevestimentodeumagaleriadepende muitas vezes da sua capacidade de suporte nas primeiras horas aps aplicao. Porestemotivo,eparapermitirusadasfinascamadas,sousados aceleradores de presa. Saliente-sequeousodeaceleradoresdepresa,principalmenteemp, diminui a resistncia do beto. Algunsaceleradoresdepresaemp,podemmesmocausargraves problemasaobetoprojectado,principalmentequandoexistemparagensna aplicao e o acelerador j se encontra na mistura a provocar reaco qumica. Autilizaodeumaceleradornoestadolquido,comoestes adicionadonobicodeprojeconoinstantedeaplicao,noprovocaaquele tipo de problemas. O uso de aceleradores de presa apenas se justifica na primeira camada de beto projectado e quando aplicado nos hasteais e tecto das escavaes. Recentemente,aspreocupaesdesadeeecolgicas,tornaram-se dominantesnatecnologiadobetoprojectado,eosutilizadorestornaram-se relutantes no uso de produtos agressivos. Aceleradores de presa no alcalinos vieram substituir os antigos produtos. Escavaes subterrneas II35 Fig.15 Efeito dos aceleradores de presa na resistncia do beto projectado. 1.Sem acelerador. 2.Com acelerador em p (5% do peso do cimento). 3.Acelerador lquido em quantidade normal. 4.Acelerador lquido com quantidade ligeiramente aumentada. 2.6.4.4.2 - Plastificantes. O uso de plastificantes tem a vantagem de permitir aumentar a disperso daspartculasfinassobreosagregadosdemaiordimensoactuandocomoum lubrificanteepossibilitandoopreenchimentodosvaziospelaspartculasmais finas sem que estas se acumulem em grandes concentraes. 2.6.4.4.3 - Agentes arejadores. Poucoouraramenteutilizados,estesagentesaumentam a mobilidadedo betoaomesmotempoqueaumentamaresistnciaaocongelamento.Tal consegue-sepeladiminuiodatensosuperficialdaguapelaintroduode umgrandenmerodebolhasdearnoprocessodemistura.Estasbolhasso estveis e no tm tendncia a juntar-se formando bolhas maiores. O uso deste tipo de agentes tambm pode aumentar a impermeabilizao. 2.6.4.4.4 - Micro slica. Aadiodemicroslica(partculasentre0,05e0,5mm)nobeto projectado,porreacocomohidrxidodeclcioegua,produzslicas.Estes produtos aumentam a resistncia e reduzem a porosidade. A micro slica tambm aumenta a viscosidade, aumentando a eficincia da bombagem do beto, reduz o ricochete e aumenta a adeso com a rocha. Escavaes subterrneas II362.6.5 - Reforo do beto projectado com fibras. Umadasdesvantagensdobetoprojectadonormalasuabaixa resistncia traco e no raro observar-se beto altamente fissurado devido a movimentos da massa rochosa. A colocao de armaduras de rede de arame soldado pode ser usada para ultrapassar este problema, mas a colocao da rede uma operao demorada. Ousodefibrasdeaoaumentaaresistnciatracodobeto projectado,aomesmotempoquepermiteumagrandeflexibilidadeduranteas primeirashorasapsaplicao,quandoseverificamdescompressoe movimentos no macio rochoso. Fig.16 Efeito de diferentes tipos de fibras na resistncia flexo. Paraalmdeevitarousodebetoprojectadoextraparacobrirarede metlica,pode permitirdiminuiraespessurafinaldacamadadevidos maiores resistncias obtidas (Traco, flexo e mesmo compresso). Embora o custo das fibra seja elevado, este relativamente compensado pelamenornecessidadedemodeobraparaacolocaoderedeemaior tempo disponvel na frente de escavao para outras operaes. Oteoremfibrasvariaente3%e6%empeso,tendo-severificadoque acimadestevalorexistemdificuldadesnaoperaodemisturaaaplicao,por seformaremconcentraesdefibrasqueemalgunscasosprovocaramperdas por reflexo dos ordem dos 60%. 2.6.6 - Outros produtos. Paraalmdosprodutosmencionados,aindasousadoscorantes, polmeros, cinzas vulcnicas e retardadores de presa. Escavaes subterrneas II372.7 - Propriedades do beto que interessam engenharia. Umcertonmerodepropriedadestminfluncianobetoprojectado quando aplicado no suporte de escavao subterrneas. Estas incluem a resistncia compresso, resistncia flexo, resistncia tracoemdulodeelasticidade.Umadiscussocompletadosignificadode todasestaspropriedadespodeserencontradaemShotcretepraticein underground construction. Na discusso que se segue, s a resistncia compresso e o mdulo de elasticidade sero considerados. Um crescimento rpido do tempo da resistncia compresso essencial para que o beto projectado cumpra o seu papel de elemento de suporte efectivo de solo de m qualidade. Apresentam-se a seguir os valores tpicos da resistncia compresso do beto projectado. Tabela10Valorestpicosdaresistnciacompressodobeto projectado. Estes valores so indicados unicamente para uma orientao geral e no devem ser usados como substitutos de testes realmente feitos em obra. Os autores consideram os valores de resistncia a curto prazo para beto projectadodepresareguladabastanteoptimistas,masforamincludospor indicarematquepontoapesquisasobrecimentosecombinaes cimento/acelerador,podemmelhorarascaractersticasderesistnciaacurto prazo. Omdulodeelasticidadedobetoprojectadoestrelacionadomuito directamentecomaresistnciacompressoecomoseriadeesperar, Escavaes subterrneas II38apresentacrescimentoscomotempomuito semelhantesaosverificadosparaa resistncia compresso. De modo a fornecer ao leitor um ponto de partida na escolha da mistura de betoprojectado,compilou-seumalistaqueapresentadanatabelaseguinte, das misturas habituais de beto projectado com as resistncias compresso e mdulos de elasticidade respectivos. Escavaes subterrneas II39 Tabela 11 - Propriedades tpicas do beto projectado. Escavaes subterrneas II402.8 - Aplicao de beto projectado. Aqualidadedobetoprojectadoemobra,dependedacomposioda misturaedosmateriaisusados,mastambmgrandementedomtodode aplicao. Obetoprojectadopodeseraplicadomanualmente,ouseja,ooperador, protegido por equipamentos adequados, segura a tubo de projectar, apontando-o para a parede a uma distncia relativamente curta. Levantam-se por isso alguns problemas: Ooperador,senoestiverdevidamenteequipadocomequipamentode proteco,refugia-sedosricochetesdosagregados,aumentandoadistncia entreobicoaplicadoreaparedearevestir.Comestamedida,avelocidadede chegada diminui e consequentemente a compactao. Para que a compactao seja regular, necessrio que o bico de projectar chegue com facilidade a todos os locais, obrigando o operador a dispor de uma plataforma de trabalho. Aproximidadedooperadorcomobicodeprojectareportantocomos ricochetes e as poeiras, muitas das quais provenientes dos aditivos includos na mistura,levantamumproblemadesadequenecessrioacautelar devidamente com o uso de bom equipamento de proteco. Autilizaodemeiosmecanizadosdeverser,semprequepossvel,o mtodo escolhido para a aplicao de beto projectado. Fig.17 Aplicao de beto projectado por via seca. Escavaes subterrneas II41Para alm de protegerem o operador, possibilitam a colocao do tubo de projeco nos diferentes locais, pela utilizao de um brao telescpico. Com o sistema mecanizado, o operador, para alm de se encontrar numa cabine com tecto, trabalho debaixo de uma zona da escavao j protegida. Fig.18 Sistema mecanizado para aplicao de beto projectado. Apreparaodasuperfcieaserrecobertaconstituiparteessencialda operao. Osaneamentoimportanteparaaseguranadooperadormastambm parareduzirahiptesedeaparecimentodebetocomocosprovocadospela projeco sobre rocha solta. Obviamente que se a rocha for de muito m qualidade, o saneamento no possvel,sendoprovavelmentenecessrioaplicarobetoprojectadode imediato. Assuperfciespararecobrircombetoprojectadodevemestarlimpasde qualquermaterialsoltoouestranhosuperfcieparaqueseobtenhaboa aderncia. O p dos rebentamentos depositado na superfcie a projectar e as fissuras expostas devem ser convenientemente lavadas. Uma vez limpa a superfcie pode iniciar-se a projeco. O operador selecciona a presso do ar e a velocidade de fornecimento de material.Uma velocidade demasiado baixa resulta na sada do material aos soluos e no em fluxo contnuo. Uma alimentao demasiado rpida causa o entupimento da mquina. A velocidade tambm tem influncia nas reflexes. Escavaes subterrneas II42 Fig.19 Efeito da velocidade da projeco nas perdas de material. Adistncia ptimaentreotubodesada e aparededevesercercade1 metro. A quantidade de material que no adere significativamente influenciada por esta distncia conforme se pode observar pelo grfico seguinte: Fig.20 Efeito da distncia do bico na quantidade de reflexes. Areflexotambminfluenciadapelongulofeitoentreotubodesada com a horizontal. Escavaes subterrneas II43 Fig.21 Efeito do ngulo com a horizontal do tubo de sada. Quer o tubo de sada seja operado manualmente ou por uma mquina, ele deve ser mantido em movimento seguindo um percurso definido medida que o beto vai sendo projectado. Onocumprimentodestepreceitoresultaembetoprojectadono uniforme de espessura e capacidade varivel. Quandootubodesadaoperadomanualmenterecomenda-sequeo betosejaaplicadoemsriescontnuasdeaniscircularesouelpticos sobrepondo-se parcialmente como se v na figura seguinte. Fig.22Movimentorecomendadonaaplicaomanualdebeto projectado. Ao aplicar-se beto sobre uma armadura de malha de rede soldada, deve-se ter cuidado em garantir que no se formem vazios na parte posterior da rede. Aproximarmaisotubodaredeumadastcnicaspossveis.Outra tcnica, particularmente bem sucedida quando se usam mquinas de projectar, Escavaes subterrneas II44a variao do ngulo do tubo de sada com a superfcie. Muitas vezes mesmo necessrio cortar fraces do arame para facilitar o enchimento dos vazios. Aespessuradeumacamadadebetoprojectadohabitualmente estimadaapartirdovolumetotaldematerialcolocadodescontandoasperdas por reflexo. Ao recobrir superfcies muito irregulares quase impossvel conseguir uma espessurauniformeepodesernecessrioaplicarmaisbetodoqueo inicialmente planeado de modo a garantir a cobertura de toda a superfcie. Fig.23 Influncia da espessura na quantidade de perdas por reflexo. 2.9 - Drenagem com beto projectado. Aguageralmenteimpeditivadaadesividadedobetoprojectado.Por outrolado,emlocaismuitofrios,apresenadaguaeoseucongelamento, podemcriarcondiesparaaroturadobetoporaumentodevolumedagua congelada. Adrenagemtemporriadaguanopressurizada,porisso,uma operao fundamental em qualquer das situaes. Escavaes subterrneas II45Antesdaaplicaodobetoprojectado,procede-secaptaodamaior quantidadedeguapossvelatravsdepequenostubosresistentesaochoque pela projeco do beto, que so ligados e canalizados para a base da galeria. Ostubossofixadossparedesdagaleriacomsistemaprpriode pregagem ou usando um cimento de presa rpida. Paraalmdetubossoaindausadosmembranasgeotextileprodutos impermeabilizantes projectados. Escavaes subterrneas II463 SUSTIMENTO COM ANIS INTERIORES. Entre os diferentes tipos de sustimento includos nesta categoria, os mais frequentemente utilizados so os arcos metlicos e as aduelas pr-fabricadas. 3.1 Arcos metlicos Os arcos metlicos constituem uma estrutura em forma de arco ou prtico, colocadaespaadamentesegundoasecotransversaldagaleria,sendo constitudo por perfis metlicos tipo I. Modernamenteedeproduoespecfica,utiliza-seumperfilemU(TH) que assegura, com um deslizamento dos diferentes elementos que constituem o arco, a flexibilidade pretendida. Adegradaodasacesdoterrenosobreosustimentoassegurada pela cedncia por deslizamento nas ligaes. Oatritoconvenienteasseguradopeloapertoproporcionadopor braadeiras especiais, aplicadas nas ligaes dos diferentes elementos. Para que este tipo de suporte entre a trabalhar, imediatamente aps a sua colocaoenosquandodadeformaodoterrenoenvolvente,devero espaoirregularcompreendidoentreoarcoeoterrenoserpreenchido,ser preenchido com madeira rolia. Nocasodestesustimentoviraserincludomaistardenobetode revestimento definitivo, dever ser usada sucata de ferro para enchimento. Dadaaacodescontnuadestetipodesustimento,eleaparecemuitas vezes associado colocao de beto projectado que contribua no s para uma melhor fixao da sucata de enchimento, mas tambm confere maior estabilidade ao terreno entre os apoios. Em terrenos muito maus aplicam-se chapas metlicas que apoiando-se em dois arcos contguos evitaro a queda de blocos de pequena dimenso. O espaamento entre arcos varia geralmente entre 0,8 e 1,5 m, funo da sua capacidade resistente e do valor dos impulsos do terreno. No entanto, o espaamento ser tambm condicionado pelo comprimento da abbada que se poder manter sem apoio quando do avano da frente. normal a classificao deste tipo de arcos em ligeiros e pesados. Escavaes subterrneas II47 Fig.24 Mtodo de ligao do perfil TH. Osarcosmetlicosligeiros,demenorpesopormetro,aapresentando uma capacidade de suporte reduzida, tm a vantagem de serem de fcil e rpida aplicao, permitindo um sustimento provisrio, embora precrio, complementado com pregagem e beto projectado. Osarcosmetlicospesadosquandocorrectamenteapoiados,dadoo momento de inrcia do seu perfil, asseguram um bom apoio. Oarcoouprticoconstitudoporvrioselementosemfunodo permetrodagaleria,sendoocomprimentodesseselementosmuitasvezes condicionados pelas condies de transporte e colocao em obra. Attuloindicativo,osperfismaisutilizadosemfunododimetroda galeria so os seguintes: Tabela12 Caractersticas do perfil HEB Escavaes subterrneas II48 O espaamento entre os arcos condicionado pela qualidade do terreno e pela sua capacidade de auto suporte durante um ciclo completo de uma pega. Porestarazo,osarcosconsideradospesados,soraramenteutilizados em escavaes subterrneas com dimetros superiores a 12 metros. 3.1.1 - Dimensionamento do suporte. No clculo da entivao necessria admitem-se as seguintes hipteses: a) O quadro metlico comporta-se como uma estrutura articulada nos dois apoios. b)Ascargasactuantessobreoquadrosupem-severticaise uniformemente distribudas. c) O ajustamento do quadro produz-se por flexo. Desprezam-se os efeitos de flexo composta. O quadro metlico deslizante antes de se ajustar por flexo ter que deslizar por esforo axial. d) A mxima tenso admissvel no material do quadro igual tenso de rotura do ao empregue. e)Oquadrodeversermontadocorrectamentedeacordocomas instrues de montagem. OsbacosseguintesparaosperfisTH165,TH21eTH29defcil utilizao,permitem,entrandonoeixodasabcissas,comoraiodoquadroou com metade da largura da galeria expressos em metros e no eixo das abcissas, com a carga vertical estimada em t/m, obter o valor do espaamento entre arcos. Escavaes subterrneas II49 baco 1 Escavaes subterrneas II50 baco 2 Escavaes subterrneas II51 baco 3 Escavaes subterrneas II52 3.1.2 - Instrues para montagem. O quadro mais comum constitudo por 3 elementos: - Um arco abbada. - Dois ps direitos. Oarcoabbadaencaixadonospsdireitosefixadoaestepor abraadeiras,sendopossvelodeslizamentodaspartessobrepostasquandoa presso do terreno ultrapassa determinado valor. Devecomprovar-sequeasecodagaleriaestdeacordocomas dimenses do plano de montagem. A sobreposio dos perfis deve ser aproximadamente a prevista no plano de montagem. Oapertodospernosdasabraadeirasdeveserconseguidocomuma chavedetuboemT.Deprefernciadeveusar-seumachavedeaperto dinamomtrica que garanta o aperto suficiente. Quandoadeformaodoterrenoexerapressosobreoquadrodever proceder-se a um reaperto dos parafusos das abraadeiras. Para evitar que os ps direitos, pela presso a que acabem de ser sujeitos penetrem na soleira, h que atender resistncia compresso da rocha. Nocasodesoleirabranda,hqueentreporumapeadeaooude madeira para aumentar a superfcie de contacto. Fig.25 Apoio dos ps direitos para aumentar a superfcie de contacto. Aresistnciaaodeslizamentoentreelementosnodeveultrapassara resistnciapenetraodospsdireitosnoterreno,nemaresistncia deformaodoprprioquadro.Osquadrosdevemsolidarizar-seentresi aplicando tirantes entre eles. Escavaes subterrneas II53 Fig.26 -Mtodo para aplicao dos tirantes entre perfis. Recomenda-seaaplicaodecincotirantesentrequadroscolocadosda seguinte maneira: - Dois de cada lado a cinquenta cm do solo. - Um na coroa. - Dois equidistantes nos ps colocados. Deverentender-sequeasuaposionodeverdificultaropossvel deslizamento entre elementos, pelo que devem situar-se a alguma distncia das unies entre elementos do quadro. importantequeostirantessejamcolocadosmesma altura paraevitar esforos de toroouflexonoperfil, provocados pelosimpulsos daspegasde fogo. Dadaairregularidadedocontornodeescavaoficaroespaosentrea rochaeosquadros,quedeveroserpreenchidoscompedraoumadeirade modo a garantir o perfeito ajustamento. Fig.27 Preenchimento das cavidades com pedra ou madeira. Escavaes subterrneas II54Quandosejanecessrioproceder protecodegaleria, podemcolocar-se chapas metlicas entre os quadros. Os quadros no devem ser parcialmente fixados ou fora do paralelismo do perfil. Quandoafixaonoserealizaconvenientemente,podedar-sea abertura dos quadros. Fig.28 Fixao deficiente dos perfis de um quadro metlico TH. 3.2 Aduelas pr-fabricadas. As aduelas pr-fabricadas so elementos constitudos por anis circulares, funcionando no s como sustimento provisrio, mas tambm como revestimento definitivo. Oseuempregocorrenteverifica-seemtneisescavadoscommquinas de ataque por seco inteira em rochas brandas ou mesmo em solos. Escavaes subterrneas II55Orevestimentoassimconstitudofuncionatambmcomoelementode apoiohidrulicoretaguarda,de modo aasseguraraaplicaodoimpulso dos cilindros hidrulicos, que permitem o avano da mquina. Asaduelassocolocadasporfasessucessivasaoabrigodoescudetee na fase posterior recuperao do sistema de avano da mquina. O espao anelar compreendido entre a face exterior das aduelas e o perfil da escavao preenchido por injeco de calda de cimento, feita o mais cedo possvel,logoapsapassagemdoextremodoescudetepeloltimoanel aplicado. Os anis so constitudos por vrios elementos (aduelas), sendo o ltimo a colocar(achave)odaabbada,cujaformaemcunhapermiteeblocagemdo conjunto. Construdosembetoarmadoouferrofundido,osanissofixadosuns aosoutrosporparafusos,quenocasodesernecessriaaestanquecidadedo revestimento, permitem o esmagamento necessrio de juntas de material flexvel (neoprene) colocado entre dois anis consecutivos. Fig.29 Colocao de aduelas de beto. Escavaes subterrneas II56Quando o traado se desenvolve acima do nvel fretico onde se levantam problemasdeestanquecidade,usam-seelementoscujoarcoqueconstituem pressionadocontraoterrenoporacodoajustamentodeumelementochave emformadecunhaqueobrigaosdiferenteselementosdomesmoanela adaptar-se ao terreno envolvente. Osdiferenteselementosdoconjuntosoposicionadossucessivamente desdeasoleiraatchavepormeiodeequipamento(braohidrulico)que constitui parte integrante da mquina. Para que tal seja possvel, os diferentes elementos tm furos prprios para aplicaodasgarrasconcebidasparaamovimentaodasdiferentespeas constituintes do anel. Paraalmdestesfuroscriadosquandodamoldagemdoselementos, outros permitem a aplicao de furos que garantem o alinhamento dos diferentes anis. Emgaleriasdestinadasaotransportedeguaeondeseexigeamenor perturbaopossvelnomovimentodofludo,orevestimentodescrito funcionando como sustimento posteriormente completado com a betonagem de um revestimento definitivo em beto. Quandoexignciasdeestanquecidadeselevantamincludaentreos dois sistemas uma membrana impermevel. Nocasodeaplicaodosustimentocomanisemterrenocuja deformabilidade no permite o ajustamento do revestimento ao terreno, procede-seainjecesdacaldadecimentoatravsdefuroscriadospreviamentenos elementosconstitudospelosanisdemodoapreencheroseventuaisespaos deixados entre terreno e revestimento. Aspeaspr-fabricadas,moldadascombetonormalmentearmadoso dimensionadasnospararesistiraosesforosaplicadospeloprprioterreno, normalmentepequenos,dadoseremtiposdetrabalhosdesenvolvidosa pequenasprofundidades,masfundamentalmentepararesistiremaosesforos quandodotransporteemontagemeproporcionamposteriormenteapoiosaos cilindros hidrulicos que asseguram o avano da mquina. Obetorecomendadoparaofabricodoselementosconstituintesdos anis devem assegurar resistncias compresso simples superiores a 41 MPa aos 28 dias. Escavaes subterrneas II57 Fig.30 Mtodo de fecho das aduelas em beto. Escavaes subterrneas II58 4 Revestimento definitivo betonado in situ. Aplicadonagrandemaioriadostneisrodovirios,maisporrazes psicolgicasdosutentes,conectadascompreocupaesdesegurana,doque parafuncionarcomosuporte,estetipoderevestimentorealizadogeralmente aps concluir a escavao. Emcaosemquenecessrioreduzirotempoderealizaodaobra, encara-se apossibilidade decolocaosimultneadeste tipo de revestimento medidaqueavanaaescavao,havendocontudoumaconsiderveldistncia entre as duas frentes de trabalho. Porrazesdeatravancamentoprovocadopelosistemaquesuportaa cofragemficamprejudicadasascondiesdemovimentaodeequipamento utilizadonaescavaopropriamenteditaeprincipalmentedoequipamentode remoo do escombro. Estas razes defendem a tendncia de realizar s no final a betonagem do revestimentoutilizandoumaestruturamvelquepermitaamovimentaode cofragem necessria. So vrios os tipos de revestimento praticados: - Beto no armado. - Beto armado com armadura simples ou dupla. - Betonado ou no sobre uma membrana estanque. 4.1 Revestimento definitivo em beto. Este tipo de revestimento dever ser definido atendendo interaco com omaciorochosoeregimehidrolgico,semdescurarproblemasligadossua prpria realizao e economia. Aespessuradorevestimentoembetoestmaisdependentedas limitaesdoprocessoconstrutivodoquedasexignciasestruturais.Somente emtneisprofundossujeitosacargashidrostticasexternaselevadas,oua tensesnouniformesprovocandodistores,orevestimentodeverser dimensionado de modo a suportar tais solicitaes. Amnimaespessuraimpostapelosprocessosconstrutivosdecercade 230 mm, sendo no entanto frequente 300 mm. Caractersticas do beto utilizado: - Carga de rotura compresso aos 28 dias = 21 Mpa. - Relao gua/cimento (em peso) = 0,45. Escavaes subterrneas II59 Maiorescargasderoturacompresso,at35MPa,sojustificadas quando se pretendem menores espessuras ou resistncias abraso. Normalmente o beto colocado durante o dia ganhando presa durante a noitedemodoapermitiradescofragemnoturnoseguinte,sendoassim fundamentalqueobetotenhaatingidoaresistnciasuficienteparasemanter sem suporte. O beto transportado muitas vezes em longas distncias dentro do tnel at ao local de betonagem por bombagem. Assim,acomposio damisturadeversertalquepermitaa bombagem paraointeriordacofragem.Deversatisfazerumslump100a125mm90 minutos aps a mistura. frequente o uso de aditivos a aceleradores de presa. Estes ltimos so adicionados apenas no momento da betonagem. 4.2 - Reforo em ao para controlo da fracturao. Duranteoprocessodecurodesenvolvem-sedeformaesqueatingem valores da ordem dos 15/100. Adicionalmente,deformaesportracopodemsurgirporexposioao ambiente atmosfrico e variaes considerveis de temperatura. Asfracturasocorremempontosdiscretos,dependentesdavariaoda espessuradobetoresultantedasobrequebradaescavaodarocha envolvente,oupelapresenadearcosmetlicosdeixadospontualmentecomo suporte inicial. Asjuntasdeexpansotmpoucoefeitonaformaooucontroloda fracturao. O beto deve ser colocado sem juntas de expanso, assegurando-se que o ao de reforo tenha continuidade para l de uma junta de construo. Adensidadedoaodereforonormalmentedaordemdos0,28%da rea da seco transversal do beto. Quandodeumaescavaocomexplosivosresultaumasobrequebra elevada,aespessuradorevestimentodeverserateoricamentedeterminada, acrescida de metade da estimada por sobre quebra. Oreforodoaodorevestimentodemalhasimplesdeversercolocado prximo da face interna. Estetipoderevestimento(betoarmado)resistesemdanosadistores at0,5(relaoentreavariaododimetrodotneleodimetrodo revestimento). Escavaes subterrneas II60Ummaiornmerodemalhasdereforopodesernecessriodevidoa grandespresseshidrostticasinternasouporempolamentodarocha encaixante. Em rochas com cavidades responsveis por cargas no uniformes poder ser necessrio tal reforo. 4.3 - Revestimento sujeito a presso hidrosttica externa. Osrevestimentoscolocadossemdrenagemprviadevemser dimensionados atendendo mxima presso hidrosttica actuando sobre aquela. Se a espessura do revestimento for menor do que 1/10 do raio do tnel, a tenso no beto calculada segundo a expresso: pRFct= Em que: Fc = Tenso no beto p = Presso hidrosttica R= Raio medido em relao linha mdia do revestimento t = Espessura do revestimento. Seaespessuradorevestimentoformaiorque1/10doraiodotnel,a tenso Fc medida na face inferior ser: 22 222 12( )pRFcR R= Em que: R1 = Raio interior R2 = Raio exterior Escavaes subterrneas II614.4 - Revestimento sujeito a flexo ou toro. Namaioriadoscasosomaciorochosoestestabilizadoantesda colocaoderevestimentoeas pressesqueactuamsobreorevestimentoso do tipo hidrosttico. Contudo, o uso de beto armado pode ser recomendado para fazer face flexo e toro. As causas mais frequentes deste fenmeno so: -Deficientesuporteprimrioprovocadoporumafinacamadaderocha commenormdulodedeformabilidadedoquearochaenvolvente,ouvazios deixados antes do revestimento. -Cargacausadaporvolumesderochafracturadaapsaconstruoou presso de gua localizada. - Deslocamento por empolamento. - Cargas provocadas durante o processo construtivo, por exemplo, presso no uniforme na aplicao de injeces. Avaliao das cargas possveis. 1 - Carga mnima. Cargas horizontais distribudas sobre a largura do tnel, - 0,3 da altura da rocha sobrejacente. 2 Rocha muito fragmentada. PreviamenteestabilizadaCargaverticalde0,6aalturadarocha sobrejacente. 3 Rocha fluente. Cargaiguala1a2vezesaprofundidadedotnel,dependendocontudo dodeslocamentoelibertaodetensespermitidasantesdacolocaodo revestimento. 4 Para os casos 1, 2 e 3, as presses laterais so metade das presses verticais. Quando da escavao com explosivos aumenta 30%. 5 Rocha empolada saturada. O mesmo que em 3. 6 Rocha empolada No saturada com fcil acesso de gua. Presso da gua. Escavaes subterrneas II627 Para seces no circulares (ferradura). Aumentar 50% as cargas verticais. 8 Carga resultante de injeces com presses no uniformes. Considereamximapressodeinjecopermitidaactuandosobreuma rea igual a do dimetro do tnel, no mximo de 1,5 m. Escavaes subterrneas II63 5 Instalao de um reforo. 5.1 Pregagem. Oprogramadeumapregagemdeveserorganizadodemaneiraquea instalaodospregosdeveserintegradanociclodeescavao,conferidoao terreno reforo atempado. Apesar de poderem ser considerados como reforo permanente diferentes tipos de pregagem, ser importante considerar o sistema como fazendo parte de um sistema permanente mais desenvolvido. Assimosistemadepregagemdeveserescolhidotendoematenoo sistema final a empregar. Nageneralidade,ainstalaodepregagemportirantesoucabos, condicionada pela acessibilidade superfcie da rocha que se pretende controlar caso da abbada de galerias de elevada seco. Estodisponveisnomercadojumboscompletamentemecanizados capazesdeassegurarociclocompletodeinstalao:Furaco,introduoda caldaouresina,introduodotiranteeseforcasodisso,tensionamentodo mesmo. Alm da qualidade e rapidez do trabalho executado, o sistema mecanizado garanteumamaiorseguranaaooperadordoquesefossefeitaaaplicao manual. contudo necessrio considerar um programa de pregagem relativamente extenso para ser possvel aceitar o investimento em equipamento para tal fim. Como so muitos os tipos de pregos disponveis, tambm so numerosos os processos de instalao, muitas vezes condicionados pelas condies locais. Em termos de segurana, importante salientar que indispensvel uma cuidadaoperaode saneamentoantes da colocaodapregagem.Avibrao provocadapelaperfuraopodelevarquedadeblocoscomconsequncias possivelmente graves. 5.1.1 Pregagem com fixao mecnica. Odimetrodosfurosumfactorimportantenaeficinciadestetipode prego. Escavaes subterrneas II64Apsaintroduodopregoatqueaplacaseapoienafacedarocha circundantebocadofuro,afmearoscadaatqueotorquerecomendado seja atendido. Estaoperaopodeserefectuadaporumachavepneumticadetorque controlado. Fig.31 Tensionamento de um prego. O torque a aplicar varia entre os 135 e 340 Nm, valor cerca de 50 abaixo da capacidade do tirante. H uma relao linear entre a tenso no tirante e o torque aplicado. P = CT P Tenso do tirante em N. T Torque aplicado em Nm. C Depende do dimetro do tirante:C = 50 para d = 16 mm. C = 40 para d = 19 mm. Aeficinciadestetipodetirantesdependeessencialmentedaamarrao dacabeaafectadanaturalmentepelanaturezadarochaeestadode fragmentao na zona de amarrao. Escavaes subterrneas II65Os tirantes colocados muito prximo (10 a 20 cm) das frentes de desmonte comexplosivospodemserafectadospelasvibraes,recomendando-seoseu retensionamento. Ousodestetipodepregoindependentedaquantidadedeguanos furos.Noentantoseaexignciadevidaforlongarecomenda-seainjecode calda de cimento no furo. Excluindo o tempo necessrio para furaco, podemos considerar que so necessrios cerca de 75 segundos para colocao e tensionamento de um tirante deste tipo com 2 m de comprimento, utilizando uma chave de torque pneumtica. 5.1.2 Pregagem com selagem. Osprocessosdeselagemcomcimentooucomresinasomuito semelhantes: Acaldapodesercolocadanosfurosquerporbombagemqueremforma de cartuchos. Quandousadaabombagemrecomenda-seaintroduodotubode injecoataofundodofuro,sendodepoisretiradomedidaqueofurovai sendopreenchido.Estaoperaodeverserfeitademodoaevitaraformao de bolhas de ar no interior da calda. Terminada esta operao o tirante introduzido no furo. Nos furos verticais ascendentes, a calda tem tendncia a sair do furo. Uma mistura de gua/cimento de 0,3 a 0,35 (em peso) assegura bons resultados. Se se pretende acelerar a presa devem usar-se aditivos. Quandoacaldabombada,odimetrodofuronoumpontocrtico relativamente ao resultado da selagem. Em alternativa, o uso de cartuchos quer de cimento quer de resina, uma soluo mais rpida. Omaiscomumumcartuchocontendocimentoeaditivosenvolvidopor uma camisa porosa que se satura de gua antes de ser introduzida no furo. Nocasodeusoderesinasimpe-seahomogeneizao daresinacomo catalizador,oqueseconsegueimprimindoaovaroummovimentoderotao por meio de um berbequim pneumtico. Nocasodese pretenderaselagema todo ocomprimentoantecedida de tensionamentopodemusar-sesimultaneamentecartuchosdecimentoede resina. Escavaes subterrneas II66Estasparaaamarraoimediataeocimentoparaaselagemcontnua aps tensionamento. Quandoseusamcartuchos,arelaoentreoseudimetroeodimetro do furo importante, pois alm da economia de resina, a homogeneizao pode ser dificultada se o dimetro do furo for maior do que o recomendado. Nocasodostirantestensionados,otensionamentofaz-seporapertoda fmea com chave dinamomtrica manual ou pneumtica com torque regulvel. Os sistemas de tensionamento hidrulico podem tambm ser usados para teste de arrancamento se perfeitamente calibrados. Fig.32Princpiodeinstalaoetensionamentodeumapregagemcom selagem usando um sistema de tensionamento hidrulico. No caso de selagem parcial com resina, os tirantes podem ser tensionados aps 3 a 5 minutos, ao passo que os selados com cimento, mesmo com aditivos, s podero ser tensionados ao fim de algumas horas. Ostirantescompletamenteseladoscomcimentosoasoluomais corrente de pregagem e a mais barata, se o varo for do tipo Rebar standard. Algunsinsucessosdestesistemadevem-seperdadequalidadeda resinaoudoscartuchosdecimentoporarmazenamentoprolongadoou deficiente. Otempodecolocaodestetipodepregossemelhanteaodospregos por fixao mecnica. Escavaes subterrneas II67 Fig.33 Tensor para parafuso. 5.1.3 Instalao de cabos selados com cimento. Cabos curtos (menos de 6 m) podem substituir os vares num sistema de reforo. A instalao semelhante sendo com regra empregue a calda de cimento. Emboraotempodecolocaosejasuperior,umasoluoquandoo comprimentodapregagemsuperiordimensolivredagaleria(excepto quando se usa swellex acoplvel). No caso do reforo do macio rochoso exigir cabos longos, o processo de instalao um pouco diferente. Emfuroshorizontaisedescendentes,otubodeinjecodacalda introduzidoataofundodofuroeretiradolentamentemedidaqueofurofica cheio de calda. Aps o enchimento deste, o cabo introduzido at ao fundo do furo. Para facilidadedeintroduoaextremidadedocaboprotegidacomumaponteira metlica. Escavaes subterrneas II68Nocasodeinstalaoascendente,ocabointroduzidonofuro juntamente com um tubo de plstico (tubo de respiro). Depoisdeseintroduzirotubodeinjecocercade0,5m,ofuro obturadonabocademaneiraabloquearocabocontrariandoatendnciaa deslizar. Seguidamenteintroduzidaacaldadecimentoque,quandotiver preenchidotodooespaodisponvelnofurocomearasairpelotubode respiro. Finalmente o tubo de injeco rolhado de modo a no permitir a sada da calda. A mistura mais conveniente gua/cimento ditada pelas caractersticas do equipamento de injeco. A proporo em peso de 0,4 normalmente satisfeita. Nomercadohequipamentosparaainstalaomecanizadadecabos incluindo a prpria aco de introduo da calda. Fig.34Equipamentodepregagememqualquerdirecopara comprimentos at 50 m. A Jumbo completamente mecanizado. B perfurao combinada com uma unidade de instalao de cabos. Podemosconsiderarquedispondodeumsistemamecnicopara instalao do cabo, sero necessrios cerca de 30 minutos para a instalao de um cabo com cerca de 20 m, num furo inclinado descendente. Escavaes subterrneas II69 Fig. 35 Princpio de instalao de um cabo num furo inclinado. 5.1.4 Instalao de pregos de fixao por atrito. 5.1.4.1 Split set. O prego forado por impacto axial a penetrar no furo de dimetro inferior previamente feito. Aenergiadeimpactodeumstoperoudeummartelocomcoluna normalmente utilizada para a sua colocao. Umdimetrocorrectodofuroarazomaisvulgarparaagarantiade eficincia do processo. Este tipo de prego no pode ser tensionado mas entra imediatamente em servio. Podeserusadonascondiesmaisvariadasdomaciorochoso,no sendo porm recomendado em rochas muito brandas e fracturadas. Escavaes subterrneas II70 Fig.36 Instalao do split set. Tempo de instalao 40 segundos para um tirante de 1,9 m excluindo o tempo de perfurao. 5.1.4.2 Swellex. Apsaexecuodofurootiranteintroduzidomanualmente,sendoem seguidaexpandidopelaforahidrulicadeumabombaqueinjectaguaaalta presso no interior do tirante. Aexpansodotirante,realizadadointeriorparaoexterior,provocaum ligeiroencurtamentodaqueleeconsequenteforadetracoaxialquecriana superfciedecontactodaplacacomarochaumatensodecompresso, entrando imediatamente em servio. A nica precauo exigida ao operador a correcta regulao da presso de injeco da gua. A bomba pra quando essa presso atingida e assim esta assegurada a correcta instalao. Escavaes subterrneas II71 Fig.37 Instalao de swellex. Apressonormaldeinjecode300barpodeserajustadas caractersticas do terreno. Em terrenos onde se esperam grandes movimentos, a reduo de presso deinjecopara240bar,podeconferiraosistemaumamaiorflexibilidade deixando deslizar o tirante sem que seja perdida a sua eficincia. Tempo de instalao 25 segundos para um tirante de 2,4 m. Fig.38 - Princpio de funcionamento e instalao de Swellex. Escavaes subterrneas II72 Fig.39 O Swellex adapta-se s irregularidades do furo. Fig.40 Swellex utilizado com cabos de amarrao. Escavaes subterrneas II73 Fig.41 Aplicao de injeces atravs do prego swellex. 5.2 Testes de eficincia de uma pregagem. Asfalhasdeumsistemadereforopodemocasionalmenteserem atribudasaomaterialdequeconstitudootirantemas,namaiorpartedos casos elas devem ser atribudas s condies de instalao. Causas mais comuns: - Escolha incorrecta do sistema. - Colocao incorrecta dos furos: Muito longos ou muito curtos - Dimetro incorrecto dos furos. - Incorrecta limpeza dos furos. - Comprimento de selagem dos furos. - Superfcie do ao com gordura. - Vida das resinas ou cimento ultrapassada. - M mistura da calda. - Entupimento do tubo de respiro. - M selagem da boca do furo. - Lubrificao deficiente das porcas de aperto. - Instalao incorrecta. - Programa de teste imprprio. - Falta do sistema de observao e controlo do sistema (instrumentao). Escavaes subterrneas II74Comovemosascausassoextensassendoindispensvelpessoal especializado. Mesmoassimimportanteamontagemdeumsistemadetesteaps instalao. Teste de arranque. similaraoprocessodetensionamento.Aforadearranqueeo deslocamento so registados. Teste de torque. Acarganotirantepodesermedidaindirectamentecomumachavede torque. O torque aplicado at que a fmea comece a rodar. Clula da carga. A carga no tirante pode ser medida por meio de uma clula colocada entre a face da rocha e a placa. Quandobeminstaladadumaleituracorrectadacargaemfunodo tempo. Sobrecarotagem. Realizaodeumasondagemcomdirecocoincidentecomoeixodo tirantecomdimetrofrancamentesuperior,permitindoobservarnotestemunho recolhidoaadernciadacaldaaotiranteerochaeporventurafenmenosde corroso. A eficincia do swellex. Pode ser testada decorrido algum tempo aps aplicao. Utilizandoa mesma bombadaaplicao,seapressodeinstalaono for atingida evidencia a rotura do prprio tirante. Ensaios electrnicos no destrutivos. Aqualidadedaselagemdaresinaecimentoeocomportamentodos pregosutilizadospodemserverificadosbaseadosnosprincpiosdoestudode ondas de tenso reflectidas. Sensoresbasedecristaispiezomtricossofixadosnotopolivredo prego. Ondasdecompressoeflexosotransmitidasaoprego.Asondas elsticas so reflectidas a partir do extremo inferior do prego sendo registadas no outro extremo pelos cristais piezomtricos. Se a selagem for perfeita, a amplitude de onda reflectida mais reduzida do que se a selagem fosse de m qualidade. A partir do intervalo de tempo entre a onda excitada e a onda reflectida, possvel calcular o comprimento do prego. A amplitude da onda reflectida ou das sucessivasreflexespodeseramortizadaeassimestimadasascondiesdo tirante, isto baseado no teste de calibrao. Utilizandooinstrumento(Boltometro),foipossveldefinirasdiferentes classes seguintes referentes qualidade de selagem dos tirantes: Escavaes subterrneas II75A Semi-reflexo selagem ptima, pregos at 2,3 m. B Uma s pequena reflexo Selagem suficiente. C Uma grande reflexo ou vrias pequenas Selagem insuficiente. DVriasreflexesgrandesOpregopoderfacilmenteserarrancado com macaco hidrulico. 5.3 Capacidade de suporte. Acapacidadedesuportedependeessencialmentedotipodeprego,mas dentrodomesmotipoessacapacidadevariaconsideravelmente,dependendo fundamentalmente da qualidade da tcnica quando da instalao. Ostestedearrancamentodevemserconsideradosdemuitointeresse fornecendoumamedidadacapacidadedesuporteepermitindoasua comparao entre diferentes tipos de pregos. Istonoquerdizerqueestestestessejamusadosexclusivamentepara uma avaliao do sistema apropriado de reforo para determinada situao. Quandoongulodefinidopeloeixodopregoeafacedeuma descontinuidade maior do que 40, a cedncia resulta de uma aco de tenso e simultaneamente corte. Fig.42 Ensaio de arrancamento de um tirante. Escavaes subterrneas II76Asoluofinalresulta,namaiorpartedoscasos,daexperinciado engenheiro e dos resultados dos ensaios previamente realizados na obra. Fig.43 A, extensmetro multiponto. B, Detalhe do sistema de leitura do potencimetro. Nasfigurasanexasapresentam-segrficosresultantesdetestesde arrancamentoparadiferentestiposdepregosutilizadosnummesmomacio rochoso. 1. Condies estveis2. Condies quase estveis. Leituras menos frequentes Leituras menos frequentes 3. Condies instveis4. Condies a ficar instveis. Leituras regularmente Leituras mais frequentes.

Fig.44 Exemplos de leituras tpicas de um extensmetro. Escavaes subterrneas II77 Escavaes subterrneas II78 Fig.45 Curvas caractersticas de diferentes tipos de pregagem. importante reconhecer as limitaes destes valores dado que dependem muito das condies do macio e da tcnica de instalao. Umpregosujeitoaumesforodecorteterumacapacidadedesuporte menor do que quando sujeito a um puro esforo de traco. Ospregosdefixaomecnicasomenosadaptveissacesde deslizamento que os selados com resina ou cimento. Quandoongulodefinidopeloeixodopregoeafacedeuma descontinuidade maior do que 40 a cedncia resulta de uma aco de tenso e simultaneamente corte. Escavaes subterrneas II79 6 INTERACO ENTRE MACIO E REFORO. importanteapreciarasdiferenasqualitativasdestainteracoentre pregagens de fixao mecnica, por selagem e por atrito, com o macio rochoso. Na fixao mecnica, a tenso de traco constante ao longo de todo o comprimento livre do tirante. Qualquerdeslocamentoentreosdoispontosextremosdotirante,cabea deamarraoeplacaserdistribudoaolongodotirante,queseiralongar, conferindo a este tipo de reforo uma certa flexibilidade (regime elstico). Nostirantescompletamenteselados,acargatransferidadacaldade selagemparaarocha,ficandoassimgarantidaumaboaselagem,porquea deformao do macio rochoso no pode ser separada da deformao do tirante. Acargadistribuda nomacioatuma distnciaquevariaentre5a 10 vezes o dimetro do tirante. Neste caso o sistema no flexvel. No reforo com fixao por atrito, o fenmeno das deformaes do macio edotirantesemelhanteenopodemserindividualizadas,casodoswellex. Neste caso no haver deslizamento, at que se atinja a carga de rotura. questonormalmentelevantada,saberquandoousodetirantes tensionados deve ser preferido em prejuzo dos no tensionados. Diz-sequeumtirantetensionado,quandoapsamarraootirante submetido a um esforo de traco, de modo a que a chapa aplique sobre a face do macio, uma aco de compresso. Otirantenopodersertensionadoparaalmdoseucomportamento elstico. Nestes casos, o tirante entra imediatamente a trabalhar aps a colocao. Ostirantesnotensionadosssedeformaroelasticamente,quandoa deformao do prprio terreno o solicitar. Oreforocomtirantestensionadostemomesmotipodetensionamento que o do beto pr-esforado. O seu comportamento deve ser comparado com o dostirantesnotensionados,quejuntamentecomomaciorochosoactuam como se tratasse de uma estrutura fracturada em beto armado. Quandosousadotirantestensionadosnummacioirregularfracturado, osblocosindividualizadosinteractuamcriandoporatritoumarconatural reforado, no se vindo a verificar pontualmente significativas deformaes. Contudo, tirantes no tensionados selados, instalados prximo das frentes dedesmonte,podemviratornar-setensionadosporrelaxamentodomacio rochoso, no se aconselhando aqui o pr-tensionamento. Escavaes subterrneas II80 Namaiorpartedoscasos,acargasuportadapelostirantes consideravelmentemenordoqueasqueactuamnomacioeoreforo proporcionaaomaciorochosoacapacidadedeseauto-suportar,excepto naqueles em que o dimensionamento do suporte visa apenas a carga resultante do peso morto dos blocos. Para compreender bem o reforo por pregagem, necessrio considerar a interaco entre o reforo e o macio rochoso. Quandoacompartimentaodomaciobemconhecida,apregagem comtirantesecabosasoluorecomendadacomoreforo,isto,em situaes onde os blocos instveis em forma de cunha so livres de deslizar pela acodopesoprprio.Oseudimensionamentomaissimplesdoqueodos arcos metlicos, quando sujeitos a cargas excntricas. Emsituaesmaiscomplexas,comexistnciadetensesresiduais,a elasticidade e o tempo de instalao do reforo tornam-se muito importantes. Este fenmeno facilmente analisvel na curva de reaco do macio. Fig.46 Curvas de reaco. Seoreforo forinstalado antesdeterocorridoorelaxamento do terreno, aqueleirsuportarcargasexcessivas,istoseotipodereforonotiversido seleccionado de modo a consentir uma certa deformao. Se pelo contrrio, o reforo for instalado aps e relaxamento do terreno e os terrenos no forem suficientemente rgidos, a deformao plstica do macio continuar, resultando excessivamente grande para o tipo de reforo escolhido. Escavaes subterrneas II816.1 - Projecto de reforo. Osistemadereforocomtirantesoucabos,deveserconcebidovisando minimizarasdeformaesinduzidaspelopesomortodarochafracturada,mas considerando as resultantes da redistribuio das tenses no macio circundante escavao. Oprincpiobaseestabilizarosblocosqueafloramnasuperfcie envolventedaescavaooudeformaesgeolgicasdistintas,reduzindoos deslocamentos entre blocos adjacentes. Paraalmdasuacapacidadeeaspectoconstrutivo,nohdiferenas significativas entre pregagem com tirantes ou com cabos selados. Odesenhodoreforoaquiconsideradoparatirantesseladostambm aplicvel para um reforo utilizando cabos. Nageneralidade,aestabilidadedeumaescavaosubterrnea,prxima da superfcie, com baixas tenses circundantes, depende fundamentalmente das condiesestruturaisdomaciorochoso,enquantoqueemescavaes profundas, so as relaes entre tenses no macio e a carga de rotura da rocha, que determinam a sua estabilidade. Em minas profundas, em que as tenses excedem localmente a carga de roturadarocha,osmtodosdereforoporpregagemestomenos desenvolvidosdoqueosutilizadosemnveisprximodasuperfcie,ondea natureza do macio condiciona a estabilidade da escavao. Quanto menor a tenso, mais significativa se torna a estrutura no encontro deestabilidade.Adimensoeorientaodasestruturasgeolgicasque intersectam a escavao, so importantes na estimativa de dimensionamento da zona com comportamento plstico e consequentemente no dimensionamento do prprio reforo. Quandoparaosustimentoprovisrioseoptapelapregagem,a determinaodasdeformaesessencialparaaselecoeoportunidadeda colocao do suporte definitivo mais aconselhvel. EstaafilosofiadoNATMNovoMtodoAustracodeEscavaode Tneis. A concepo dos sistemas de reforo por pregagem deve basear-se em: - Anlise da estabilidade estrutural. - Avaliao emprica. - Modelos numricos. Seja qual for o mtodo seleccionado, importante considerar os seguintes pontos: -Odimensionamentodeveserdesenvolvidoaolongodoperodode construo,fazendousodeinstrumentaoparacontrolodastensese deformaes. Escavaes subterrneas II82-Deverhaverapreocupaodeestabelecerumarelaoequilibrada entre segurana e economia. -Aspropostasdecarctertericodeverosercomplementadaspela experincia e sensibilidade do engenheiro. 6.2 - Anlise da estabilidade estrutural. Apesardaestabilidadedeumaescavaosubterrneaprximada superfcie,geralmentedependentedaestruturageolgica,especialmenteem rochas duras, a anlise das tenses poder ser ainda de interesse. A zona circundante escavao sujeita descompresso e deslizamento aolongodefracturasetensesresultantesdainstabilidadedosblocos circundantes escavao tem a maior importncia. Consideremos 4 exemplos de macios rochosos fracturados: Fig.47 Exemplos de macios fracturados. Escavaes subterrneas II83Aestabilidadedeumaescavaopodeseranalisadasegundotrs aspectos diferentes: - Anlise da estabilidade dos blocos circundantes. - Conceito de viga em rochas estratificadas. - Conceito de arco. 6.3 - Anlise da estabilidade dos blocos circundantes. aplicvel no caso da existncia de blocos em forma de cunha ou outros livres, que deslizam pela aco do prprio peso. Adeterminaodoseuvolumelevantaalgumasdificuldades.Deveser estimado,baseando-senadimensoeorientaodasfracturasquedefinemo bloco, Paraadeterminaodaforma,pesoedirecodedeslizamento,a projeco estereogrfica poder ser a soluo. O nmero de tirantes necessrios para suportar o bloco, poder assim ser calculado conhecido o seu peso. 6.4 - Suporte de blocos que ameaam cair. Nestecaso,oatritonosplanosdefracturanoconsiderado.Apenaso seu peso prprio. A determinao do comprimento do tirante deve basear-se nas dimenses dobloco,devendoserconsideradoumcertograudeincertezanaavaliao daquelas dimenses. O comprimento do tirante dever ser suficiente para que a sua amarrao severifiquenomaciofirme.Nocasodeselagemcomcimento, ocomprimento de amarrao no dever ser inferior a um metro. Onmerodetirantesdevesercalculadoconsiderandoumfactorde segurana igual ou superior a 2. Escavaes subterrneas II84Seja: W fNB= Em que: N N de tirantes. W Peso da cunha (bloco). f Factor de segurana.2 f 5 Fig.48 Suporte de bloco em cunha. 6.5 - Suporte de blocos que ameaam deslizar. Seja: ( )( )s en cos tgcos tg +senC W fNB f = Em que: N N de tirantes. WPesodoblocoincluindoopesodeoutrosblocossuportadospor aquele. Escavaes subterrneas II85f- Factor de segurana 1,5 f 3 ; conforme o carcter mais ou menos permanente do suporte. ngulo de superfcie de deslizamento. ngulo de atrito na superfcie de deslizamento com a horizontal. C Coeso na superfcie de deslizamento. A rea de superfcie de deslizamento. B Capacidade de suporte do tirante. -ngulodefinidopeloeixodotiranteepelanormalsuperfciede deslizamento.

Fig.49 Deslizamento no hasteal. Ongulodeatrito,acoesoeacapacidadedesuportedotirantenuma direco particular relativa superfcie de deslizamento, so de difcil avaliao. ConsidereserNonmeromnimodetirantesporfiada.Oespaamento entrefiadasditaropesoWsuportadoporcadafiada.Assimoespaamento depender da capacidade de suporte conjunta de cada fiada de tirantes. Acoesovariamuito,poisdependedotipodematerialdeenchimentoe do teor em gua. Para uma argila deve ser relativamente inferior a 1. Consider-laigualazeroserintroduzirumelevadocoeficientede segurana. (ver capacidade de suporte dos diferentes tipos de tirantes). Escavaes subterrneas II86 Tabela 13 valores tpicos de ngulo de atrito interno. 6.6 - Conceito de viga em rochas estratificadas. Fig.50 Viga em rocha estratificada. Escavaes subterrneas II87Emrochasestratificadashorizontalmente,otectodaescavao controlado pela espessura dos estratos que tendem a flectir. Assim,nasescavaesemrochassedimentaresrealizadascomtectos planos, constituda uma viga estrutural conseguida com a aplicao de tirantes. 6.6.1 - Caso de uma viga com uma camada sobrejacente competente. Ostirantesdevemfazeraamarraonacamadacompetente.Onmero de tirantes ditado pelo peso prprio do estrato subjacente. Seja: W f S C h = Em que: W Peso da poro de rocha suportada por um tirante. f -Factordesegurana1,5f 3,dependentedocarctermaisou menos permanente do suporte. S Espaamento entre tirantes. C Espaamento entre linhas de tirante. h Espessura da camada instvel. Densidade da rocha. Ostiranteslateraisdevemserinclinadosparaoexteriordemodoa aumentar a sua aco ao corte. 6.6.2 - Caso de uma viga em rocha estratificada. Escavaes subterrneas II88 Fig.51 Suporte para formao de uma viga em rocha estratificada. Devem ser utilizados tirantes tensionados de modo a criar uma interaco entre os diferentes planos de estratificao. Recomenda-se o uso de um monograma proposto por PANEK. Odimensionamentodosuportebaseadonestemonogramadeverincluir os seguintes passos: 1 - Estimar a espessura (e) dos diferentes estratos escolher um tirante cujocomprimentopermitaaamarraoestreitacomespessuraeresistncia suficientes. 2-Realizarensaiosdearrancamentodemodoadeterminarovalor correcto do tensionamento. O tensionamento a aplicar dever ser 0,6 da carga de rotura traco do tirante. 3-estimadoonmeromnimodetirantesporlinhaperpendicularao eixo da escavao. Se existirem fracturas sub verticais no tecto, a distncia entre tirantes (S), numa mesma linha, dever ser igual a 3 e (espessura do estrato). 4 - O espaamento entre fiadas C, ser sensivelmente igual a S. 5e6-Conhecidoovo,fcildeterminarofactordeseguranaque sersempre2.Estefactorestrelacionadocomodecrscimopercentualda flexo no tecto. Exemplo: Largura da escavaoa = 5 m Espessura do estratoe = 0,08 m Comprimento do tiranteL = 1,2 m Tenso do tirante = 4,5 t. Do monograma, seguindo a, b, c, d, e, f e g, um espaamento S = 1,7 e C =0,5m,resultarem67%dacargamximaderoturaflexoaque corresponde um factor 3. Escavaes subterrneas II89 baco 4 Monograma de PANEK. 6.7 - Conceito de arco. Se a abbada de escavao curva num macio fracturado, forma-se num arconaturalresultantedeumaredistribuiodetensesmedidaquea escavao aumenta. Arochaqueconstituiressearcosubmetidainicialmenteaesforosde compresso. Aespessuradessearcodependedotipoderochaedalargurada escavao. Escavaes subterrneas II90 Paramanteraestabilidadedessearconatural,recorre-seaoreforopor meio de tirantes, cujo comprimento dever ultrapassar francamente a espessura do arco constitudo por rocha fracturada, de modo a que a amarrao se realize na zona ainda no descomprimida. Fig.52Conceitodearcodesenvolvidonaabbadadeumaescavao com fracturao moderada. Aqui surge a dificuldade de avaliar, num dado momento aps a escavao, qual ser essa espessura. OInstitutoNoruegusparaodesenvolvimentodastcnicasdedesmonte comexplosivos,propeaseguintefrmulaparaestimarqualocomprimentodo tirante a aplicar. h = 1,4 + 0,184 a Em que: h = Comprimento do tirante em metros. a = largura da escavao. Escavaes subterrneas II91Oespaamentoentretirantesdita