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ESTUDO DE CASO: A EXECUÇÃO DO TÚNEL DE SERVIÇO DA LINHA 4 DO METRÔ DO RIO DE JANEIRO – EMBOQUE
GÁVEA
Diogo Aoni Balaguer
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Rio de Janeiro
Agosto de 2014
ESTUDO DE CASO: A EXECUÇÃO DO TÚNEL DE SERVIÇO DA LINHA 4 DO METRÔ DO RIO DE JANEIRO – EMBOQUE
GÁVEA
Diogo Aoni Balaguer
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA U-NIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS RE-QUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE EN-GENHEIRO CIVIL.
Examinada por:
Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc.
Prof. Francisco de Rezende Lopes, Ph.D.
Prof. André de Souza Avelar, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
AGOSTO DE 2014
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Balaguer, Diogo Aoni
Estudo de caso: A execução do Túnel de Serviço da Linha 4 do metrô do Rio de Janeiro – Emboque Gávea / Diogo Aoni Balaguer – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica , 2014
VIII, 77 p.:il.; 29,7 cm.
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Civil, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 52 – 53 1. Introdução. 2. Revisão Bibliográfica. 3. O Caso Estuda-
do. 4.Conclusões e sugestões para futuras pesquisas.
I. Danziger, Fernando Artur Brasil. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III. Estudo de caso: A execução do Túnel de Serviço da Linha 4 do metrô do Rio de Janeiro – Emboque Gávea
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Agradecimentos
Agradeço ao professor Fernando Danziger pela disponibilidade e paciência para orientar este trabalho e por seus valiosos ensinamentos durante o curso.
À Alyne Maia, pelo amor, amizade e companheirismo, sempre me apoiando e dando forças para continuar.
Aos meus amigos e familiares, pois sem eles não seria possível chegar até aqui.
A toda equipe da produção do CCRB pela convivência e pelos conhecimentos adquiridos.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Estudo de caso: A execução do Túnel de Serviço da Linha 4 do metrô do Rio de Janeiro – Emboque Gávea
Diogo Aoni Balaguer
Agosto / 2014
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Curso: Engenharia Civil
O presente trabalho tem como objetivo a descrição e análise das principais atividades relacionadas às escavações de túneis tanto em solo como em rocha com base nos princípios executivos do NATM. Será apresentada uma revisão bibliográfica do assun-to envolvendo um breve histórico sobre túneis, aspectos geológico-geotécnicos, méto-dos de suporte e tratamentos, desmonte de rocha à fogo pelo método Drill and Blast e instrumentação. Como forma de aplicação da teoria é apresentado o caso da obra de construção do túnel de serviço do metrô linha 4 localizado no bairro da Gávea no Rio de Janeiro. Serão descritas todas as etapas construtivas, e para avaliar o desempenho do túnel serão analisados alguns dados da instrumentação, destacando a importância desta para o sucesso deste tipo de obra.
Palavras-chave: Escavação, túneis, NATM, Drill and Blast, metrô linha 4 do Rio de Janeiro, instrumentação
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.
Case study: The execution of the Service Tunnel for the line 4 of Rio de Janeiro’s Subway – Gávea Tunnel
Diogo Aoni Balaguer
August / 2014
Advisor: Fernando Artur Brasil Danziger
Course: Civil Engineering
This paper’s goal is to describe and analyze the main activities related to tunnel exca-vation in soil and rock regarding the principles of NATM. It will be presented a biblio-graphic review of the subject including a brief history of tunnels, geological and ge-otechnical aspects, support methods and reinforcement of the ground, rock blasting by the Drill and Blast method and instrumentation. As an application of the theory it’s pre-sented the case study of the construction of the service tunnel for the Line 4 of Rio de Janeiro’s subway located at Gávea. It will be described all the constructive steps, and to evaluate the performance of the tunnel some of the instrumentation data will be ana-lyzed, highlighting the importance of that to the success of that kind of structure.
Key words: Excavation, tunnels, NATM, Drill and Blast, Rio de Janeiro’s line 4 subway, instrumentation
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1
1.1. OBJETIVOS ................................................................................................................. 2
1.2. METODOLOGIA DE PESQUISA .................................................................................... 2
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................... 2
2.1. HISTÓRICO DOS TÚNEIS ............................................................................................. 2
2.2. TÚNEIS NO BRASIL ..................................................................................................... 3
2.3. ASPECTOS GEOLÓGICOS E GEOTÉCNICOS .................................................................. 4
2.4. PRINCÍPIOS CONSTRUTIVOS NATM ............................................................................ 7
2.5. TRATAMENTOS PRELIMINARES À ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS EM SOLO.......................... 8
2.6. DRILL AND BLAST ....................................................................................................... 9
2.7. MÉTODOS DE SUPORTE ........................................................................................... 11
2.7.1. CONCRETO PROJETADO ................................................................................... 11
2.7.2. CAMBOTAS ...................................................................................................... 16
2.7.3. TELAS ............................................................................................................... 16
2.7.4. TIRANTES ......................................................................................................... 16
2.7.5. ARCO INVERTIDO ............................................................................................. 17
2.8. INSTRUMENTAÇÃO .................................................................................................. 18
3. O CASO ESTUDADO ......................................................................................................... 21
3.1. CONTEXTUALIZAÇÃO ............................................................................................... 21
3.2. LOCALIZAÇÃO .......................................................................................................... 22
3.3. ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS DA REGIÃO .................................................. 22
3.4. TRATAMENTOS PRELIMINARES ................................................................................ 24
3.4.1. MUROS PARA CONTENÇÃO LATERAL................................................................ 25
3.4.2. REFORÇO DA PAREDE FRONTAL ....................................................................... 26
3.5. TÚNEL DE SERVIÇO .................................................................................................. 27
3.5.1. O PROJETO ....................................................................................................... 28
3.5.2. TÚNEL EM SOLO ............................................................................................... 30
3.5.3. TÚNEL EM ROCHA ............................................................................................ 34
3.6. INSTRUMENTAÇÃO .................................................................................................. 41
3.6.1. INTRUMENTAÇÃO EXTERNA ............................................................................. 41
3.6.2. INSTRUMENTAÇÃO INTERNA ........................................................................... 43
viii
3.6.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS DE INSTRUMENTAÇÃO .......................................... 44
3.7. SISMOGRAFIA .......................................................................................................... 49
4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS .................................................. 51
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 52
REFERÊNCIAS ELETRÔNICAS .................................................................................................... 53
ANEXO I: SONDAGENS ............................................................................................................ 54
ANEXO II: PLANO DE FOGO ..................................................................................................... 64
ANEXO III: EXEMPLO DE MAPEAMENTO GEOLÓGICO DA FRENTE REALIZADO PELO ATO ......... 66
ANEXO IV: RELATÓRIO SISMOGRÁFICO ................................................................................... 68
ANEXO V: INSTRUMENTAÇÃO ................................................................................................. 73
1
1. INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento dos países e das grandes cidades, a utilização do es-paço subterrâneo se torna cada vez mais necessária, devido à grande valorização de terrenos na superfície e problemas de mobilidade urbana a qual estão submetidos os grandes centros. A cidade do Rio de janeiro, como sede de grandes eventos tais como os Jogos Olímpicos de 2016, carece de infraestrutura, e a construção de novas linhas e expansão de sua malha metroviária é uma solução para melhorar o dia-a-dia da po-pulação e colocar a cidade entre as mais importantes do mundo.
Túneis não são como outras estruturas em engenharia civil, pois em obras de pontes ou edificações os materiais utilizados possuem propriedades definidas e possí-veis de serem ensaiadas. Embora a estrutura de suporte geralmente necessite de concreto e aço, o elemento de suporte mais importante é o maciço, que tem assim papel de suporte e de carregamento. Portanto, a chave para a construção segura de um túnel é conhecer os materiais do maciço e suas propriedades mecânicas. Por mais que se faça um estudo adequado das condições geológicas do maciço através de sondagens e ensaios, apenas uma pequena parcela do maciço que está sujeito às escavações do túnel é caracterizada e ensaiada. Assim, é tarefa do engenheiro esta-belecer as propriedades mais importantes dos materiais (CHAPMAN et al., 2010). A Tabela 1.1 mostra a comparação entre uma obra de túnel e outra construção sobre a superfície.
Tabela 1.1: Comparação entre túneis e obras na superfície (adaptado de CHAPMAN et al., 2010).
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1.1. OBJETIVOS
O presente trabalho tem como objetivo descrever e analisar as atividades rela-cionadas às escavações e obras de execução de um túnel inserido em solo e rocha seguindo os princípios do NATM (New Austrian Tunneling Method). Serão abordados os aspectos mais importantes para a realização deste tipo de obra: projeto, aspectos geológicos e geotécnicos, processos de escavação, métodos de suporte e revestimen-to do túnel, tratamentos associados às escavações para melhoria das propriedades dos maciços e monitoramento através de instrumentação.
Para que os objetivos sejam alcançados, é apresentado um caso de obra, onde são descritas as etapas construtivas. A avaliação do desempenho do túnel, bem como a eficiência dos tratamentos realizados, é feita através da análise dos resultados de instrumentação e sismografia obtidos junto à obra.
1.2. METODOLOGIA DE PESQUISA
Para a elaboração deste trabalho foram utilizados livros, artigos e manuais téc-nicos sobre Engenharia de Túneis e escavações subterrâneas. O estudo de caso foi desenvolvido graças à vivência profissional do autor na função de estagiário do setor de produção da obra de construção do Metrô Linha 4 – Emboque Gávea na empresa Consórcio Construtor Rio Barra. Para a elaboração do Estudo de Caso foram utiliza-dos projetos, memórias de cálculo e procedimentos operacionais da Empresa, além da interação com os engenheiros, geólogos e toda a equipe da obra.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. HISTÓRICO DOS TÚNEIS
Os túneis são considerados como um dos mais antigos tipos de construção realizada pelo homem. São conhecidos túneis com comprimento da ordem de 150 metros construídos no Egito antigo. Os romanos tiveram grande contribuição na tecno-logia da abertura de túneis, com técnicas baseadas no princípio de que uma rocha aquecida e em seguida resfriada rapidamente se torna mais fácil de ser escavada (CHIOSSI, 1979).
CHIOSSI (1979) cita alguns exemplos de casos históricos de túneis:
• 4000 anos – Túnel sob o rio Eufrates na Babilônia, com 1 km de comprimento e seção de 3,6 m a 4,5 m. Construído a céu aberto com o desvio do rio.
• Túneis dos aquedutos romanos, construídos há 1800 anos, sendo reconstruí-dos em 1925 e ainda em uso.
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• Montes Cenis, entre França e Itália – início em 1857 e término em 1871, com a introdução de perfurações nas rochas e utilização de dinamites. Foram esca-vados 610000 m³ de material, para construir um túnel com 12,8 km de compri-mento.
• Londres – 1869 – utilização de shield cilíndrico, cujo processo teve grande de-senvolvimento na construção dos metrôs de Moscou, Londres e Leningrado.
2.2. TÚNEIS NO BRASIL
CELESTINO e ROCHA (2011) afirmam que a engenharia de túneis no Brasil começou seu desenvolvimento na segunda metade do século XIX, algumas décadas depois da independência, antes mesmo da utilização de dinamite para escavação de túneis em rocha. O primeiro túnel ferroviário no Brasil foi construído por volta de 1860, porém a obra de engenharia mais importante no período foi a construção de quinze túneis da ferrovia Dom Pedro II conhecidos como Seção 2, atravessando a Serra do Mar, no Rio de Janeiro. A partir do começo do século XX, a maioria dos projetos co-meçou a ser conduzida por engenheiros brasileiros, o que antes era exclusividade de profissionais vindos de fora do Brasil.
Somente a partir de 1948 geólogos foram contratados para participar do estudo da abertura do túnel de Santa Cecília, escavado pela Light no Rio de Janeiro. Foram escavados 725 metros sem investigações geológicas adequadas. O traçado acabou sendo modificado após a realização de estudos geológicos através de sondagens e poços realizados pelo geólogo americano Portland P. Fox. O resultado dos estudos resultou em uma modificação do traçado original, que se apresentava mais custoso e de difícil execução (CHIOSSI, 1979).
O desenvolvimento da engenharia moderna de túneis no Brasil se deu no final da década de 60 com o planejamento e construção dos metrôs de São Paulo e Rio de Janeiro. No início dos anos 70, foi introduzido no Brasil o NATM, para a construção da Ferrovia do Aço entre Rio de Janeiro e Belo Horizonte e da Rodovia dos Imigrantes entre Santos e São Paulo. Atualmente, existem diversas obras de túneis no país nos estados de São Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais, Ceará, Paraná e Santa Catarina, algumas em fase de projeto e outras em final de construção (CELESTINO e ROCHA, 2011).
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2.3. ASPECTOS GEOLÓGICOS E GEOTÉCNICOS
As construções de túneis são governadas pelas características dos solos e das rochas, portanto as investigações são vitais para se obter as corretas propriedades dos maciços e parâmetros geotécnicos (CHAPMAN et at., 2010). O conhecimento das condições do terreno é fundamental para a escolha das técnicas de construção e tra-çado dos túneis, assim, dados geológico-geotécnicos adequados podem diminuir os custos e prazos da obra, tanto como economia nas investigações (de 1 a 3% do custo total da obra segundo CHAPMAN et al., 2010) e sondagens mal feitas podem acabar elevando o custo total da obra.
Segundo CHIOSSI (1979) a fase mais importante dos trabalhos preliminares à construção de um túnel é a exploração cuidadosa das condições geológicas da região. A locação de um túnel, apesar de depender de outros fatores, somente é definida, após as definições da geologia da região, pois, dependendo da qualidade do maciço, ou da presença de uma área excessivamente fraturada, o traçado pode sofrer altera-ções em relação ao que se tinha previsto, buscando melhores condições geológicas. Os objetivos da exploração geológica, segundo CHIOSSI (1979) e GERALDI (2011), são os seguintes:
• Determinar os tipos de rochas; • Determinar as propriedades físicas, químicas e mecânicas das rochas; • Determinar o tipo e a espessura da cobertura do maciço acima do túnel; • Determinar as condições hidrológicas; • Identificar faixas de rocha alterada e seu grau de alteração; • Identificar zonas de falhas, intrusões e diques; • Identificar descontinuidades no maciço, como planos de fraturas, diáclases e
planos de xistosidade atuantes.
GERALDI (2011) afirma que deverão ser obtidos dados topográficos, de geolo-gia e fisiografia da região. De posse desses dados, deve ser elaborado um mapea-mento geológico de campo, que servirá de base para a definição de uma futura cam-panha de investigações. De acordo com o projetista e o tipo de projeto, devem ser executadas: sondagens à percussão e rotativas com ensaios de penetração, permea-bilidade e perda d’água; abertura de trincheiras, poços e galerias subterrâneas; ensai-os geofísicos e sondagens com radar.
Após as devidas investigações e sondagens, o maciço deverá ser classificado dentre as classes previstas no NATM, segundo GERALDI (2011), da seguinte forma:
• Classe I: Maciços de rocha sã, sem alterações, coesos e autoportantes, sem planos de fraturas;
• Classe II: Maciços de rocha sã, sem alterações, coesos e autoportantes, porém apresentando pelo menos uma família de fraturas;
• Classe III: Maciço de rocha sã, fraturada, apresentando certo grau de auto-suporte e coesão, porém com vários planos de fraturas orientados em diferen-
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tes posições e mergulhos, podendo ocorrer faixas milimétricas ou centimétricas de alterações nessas fraturas.
• Classe IV: Maciços de rocha fraturada com faixas intercaladas de rocha altera-da, com coesão baixa, autossuporte e estabilidade temporários, podendo piorar na presença de água subterrânea;
• Classe V: Maciços formados por saprolitos ou rocha totalmente alterada, com baixa ou nenhuma coesão, sem autossuporte e estabilidade quando escava-dos. Na presença de água, o maciço passa a ser classificado como Classe VI.
Segundo GERALDI (2011), a partir da década de 70 os maciços vêm sendo mapeados e classificados pelo RMR (Rock Mass Rating), proposto por Bieniawski e pelo índice Q, desenvolvido por Barton. Essas classificações geomecânicas dos maci-ços devem ser bem fundamentadas e realizadas por geólogos experientes de acordo com o avanço nas escavações.
KOLYMBAS (2008) afirma que a classificação RMR avalia o maciço rochoso com base em seis critérios, para cada um dos critérios é estabelecida uma pontuação:
• Resistência à compressão: de zero a quinze pontos; • RQD (Rock Quality Designation) que é o número de fragmentos dos tes-
temunhos de sondagem maiores que dez centímetros por metro de furo executado: de três a vinte pontos;
• Espaçamento das fraturas: de cinco a vinte pontos; • Estado das fraturas: de zero a trinta pontos; • Orientação espacial das fraturas: de menos dez (para orientação desfa-
vorável) a zero (orientação bastante favorável); • Presença de água subterrânea atuante: de zero a quinze pontos.
O resultado do RMR é obtido pelo somatório de todos os critérios, podendo va-riar de zero a cem pontos, sendo que quanto maior o RMR melhores são as caracte-rísticas do maciço. A Tabela 2.1 fornece o resumo das Classes e suas características.
Tabela 2.1: Resumo da Classificação RMR (GERALDI, 2011).
Classes I II III IV V
PONTOS 81-100 61-81 41-60 21-40 <20
DESCRIÇÃO Muito bom Bom Regular Pobre Muito Pobre
SUSTENTAÇÃO 10 anos 6 meses 1 semana 5 horas 10 minutos
VÃO 15 m 10 m 5 m 2,5 m 1 m
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Bieniawski também definiu as diretrizes de projeto a serem adotadas de acordo com a classificação RMR do maciço. A Tabela 2.2 apresenta as características da escavação e os suportes necessários para cada Classe referentes a um túnel com dez metros de diâmetro.
Tabela 2.2: Característica da escavação e resumo do suporte das classes RMR (adap-tado de KOLYMBAS, 2008).
Classe Avanço Tirantes Concreto projetado Cambotas
ISeção plena, avanço
de 3 metros.- - -
II
Seção plena, avanço
de 1-1,5 m. Suporte
completo até 20 m
da frente.
Tirantes localmente
na abóbada, 3 m de
comprimento
espaçados de 2,5 m
podendo ter tela.
5 cm na abóbada
onde necessário.-
III
Seção parcializada,
topo e bancada.
Avanço 1,5-3 m no
topo. Começar o
suporte após cada
detonação e suporte
completo até 10 m
da frente.
Tirantes
sistemáticos, 4 m de
comprimento,
espaçados de 1,5-2
m na abóbada e
paredes. Tela na
abóbada.
5-10 cm na abóbada
e 3 cm nas paredes.-
IV
Topo e bancada.
Avanço 1-1,5 m no
topo. Instalar o
suporte
concomitantemente
à escavação com
distância menor que
10 m da frente.
Tirantes
sistemáticos, 4-5 m
de comprimento,
espaçados de 1-1,5
m na abóbada e
paredes. Tela em
toda a seção.
10-15 cm na abóbada
e 10 cm nas paredes.
Cambotas leves
espaçadas de 1,5 m
onde necessário.
V
Múltiplas seções.
Avanço 0,5- 1,5 m no
topo. Instalar
suporte
concomitantemente
à escavação.
Tirantes
sistemáticos, 5-6 m
de comprimento,
espaçados de 1-1,5
m na abóbada e
paredes. Tela em
toda a seção.
Tirantes também no
arco invertido.
15-20 cm na
abóbada, 15 cm nas
paredes e 5 cm na
frente de escavação.
De cambotas médias
a pesadas espaçadas
0,75 m. Utilizar
enfilagens e
pregagens se
necessário. Fechar o
arco invertido.
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2.4. PRINCÍPIOS CONSTRUTIVOS NATM
O NATM (New Austrian Tunnelling Method) foi desenvolvido entre 1957 e 1965 por Pacher e Rabcewicz, que reivindicaram as inovações tecnológicas do concreto projetado e criaram um método para execução de túneis. O NATM é uma filosofia de projeto e construção baseada em critérios de observação. O ponto de partida é o sis-tema de classificação e descrição qualitativa de maciços rochosos e as condições que estes apresentam quando são escavados. Os parâmetros geotécnicos para o projeto, o sistema de escavação (seção plena ou parcial da frente de escavação), o tipo de seção dos túneis bem como os tratamentos e suportes necessários são associados com a classe de cada maciço, obtidas de maneira empírica (LUNARDI, 2008).
Segundo KOLYMBAS (2008) a melhor definição do método NATM pertence a H. Lauffer: o NATM é um método para construção de túneis no qual escavação, pro-cedimentos de suporte e medidas para melhorar as condições do maciço, que deve ser deformado o mínimo possível, dependem da observação das deformações (atra-vés de instrumentação) e são constantemente ajustados às condições encontradas.
MULLER (1978) listou 22 princípios fundamentais que regem o NATM:
1) O maior elemento de suporte é o maciço circundante; 2) A capacidade de suporte original do maciço deve ser preservada ao
máximo; 3) As deformações devem se manter as menores possíveis, para não di-
minuir a resistência; 4) Estados uniaxiais ou biaxiais de tensões devem ser evitados; 5) As deformações devem ser controladas de tal forma que o maciço cir-
cundante seja mobilizado para formar um anel de suporte no entorno da cavidade aberta dos túneis;
6) O suporte primário deve ser instalado no tempo correto, nem muito an-tes, nem muito depois. O suporte primário, bem como o revestimento, não devem ser nem muito duros, nem muito moles;
7) O fator tempo do maciço mais o suporte primário deve ser estimado de forma acurada;
8) Essa estimativa do fator tempo é obtida através de ensaios de laborató-rio, in-situ, medição da deformação dos túneis; stand-up time, taxa de deformação e classificação do maciço;
9) O concreto projetado deve ser utilizado para preencher vazios entre o suporte e o maciço quando existirem grandes deformações e vazios, o suporte primário deve ser capaz de garantir o contato completo e a transferência de tensões na interface;
10) O suporte primário deve ser esbelto e de baixa rigidez à flexão, pois quando houver flexão os momentos serão baixos e a ocorrência de fra-turas devida à flexão é minimizada;
11) Aumento adicional no suporte deve ser feito através da utilização de te-las soldadas, cambotas metálicas, ancoragens e tirantes, ao invés de revestimento em concreto projetado mais espesso;
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12) O tipo, a quantidade de suporte e o tempo de instalação são determina-dos com base nas medições de deformação/convergência;
13) Estaticamente, o túnel é considerado com sendo um tubo ou anel (em duas dimensões), constituído pelo suporte aplicado e pelo suporte do maciço;
14) A estabilidade do tubo apenas é garantida se não houverem fendas, portanto deve ser feito o fechamento do arco invertido, caso o maciço não seja forte o suficiente;
15) O comportamento da massa de solo é determinado pelo tempo do fe-chamento do arco invertido, portanto este deve ser executado no tempo adequado;
16) Quando for possível deve ser executada a escavação da seção plena, pois a escavação parcial gera redistribuição de tensões no maciço;
17) Os procedimentos de escavação têm influência no desempenho do tú-nel após o término das obras;
18) Para se evitar concentração de tensões, consequentemente fraturas no maciço, devem ser evitados “cantos vivos”, por isso devem ser adota-das seções arredondadas;
19) No caso de duplo revestimento, o revestimento final também deve ser esbelto. As tensões normais devem ser transferidas para o revestimen-to como um todo, e as tensões cisalhantes entre as camadas devem ser baixas;
20) O túnel deve ser estabilizado já pela camada primária de suporte, o re-vestimento secundário aumenta a segurança. Ancoragens apenas po-dem ser consideradas permanentes se estiverem protegidas de corro-são;
21) Para controle de segurança na estrutura do túnel, devem ser medidas as tensões no concreto e no contato revestimento-maciço;
22) As pressões de água devem ser reduzidas por drenagem adequada do maciço.
Após listar todos os princípios, MULLER (1978), afirma que o método NATM
não é uma sequência de procedimentos para serem seguidos, e sim um sistema de conceitos e ideias.
2.5. TRATAMENTOS PRELIMINARES À ESCAVAÇÃO DE TÚ-NEIS EM SOLO
Para que as escavações em solos de baixa coesão e sem capacidade de auto suporte (stand-up time) sejam feitas em segurança, algumas medidas devem ser ado-tadas. Antes de se procederem às escavações, o maciço deve ser tratado com um ou mais métodos, com o objetivo de melhorar sua estabilidade. GERALDI (2011) cita al-gumas das principais técnicas empregadas:
9
• Enfilagens tubulares injetadas: consistem na execução de furos acompanhando a seção de escavação do túnel, principalmente na parte superior (abóbada). Nestes furos são inseridos tubos de aço tipo Schedule injetados com calda de cimento através de válvulas manchete distribuídas ao longo do tubo. Assim, essas enfilagens formam um arco resistente de proteção para que sejam feitas as escavações.
• Enfilagens mecânicas: inserção de barras de aço incorporadas ao maciço atra-vés de resinas epóxicas ou argamassa, acompanhando o contorno da seção a ser escavada.
• Colunas de CCPH (Jet Grouting): é o principal método de tratamento para es-cavação de maciços frágeis, solos de baixa coesão e instáveis. São colunas de concreto justapostas e secantes, cuja disposição forma um arco de proteção no entorno da seção de escavação assim como as enfilagens, porém mais resis-tentes. A execução é feita através de equipamentos que realizam a perfuração e uma vez atingindo a profundidade desejada, a própria lança da perfuratriz in-jeta calda e cimento a altas pressões (superiores a 300 kgf/cm²) que desinte-gram o maciço misturando solo com o cimento injetado, formando colunas com diâmetros de 0,40 a 1,00 m.
• Pregagem da frente: mesmo com a aplicação de enfilagens ou CCPH, alguns maciços se apresentam tão instáveis que a frente de escavação desmorona, prejudicando o andamento dos serviços, além da insegurança imposta aos o-perários. As pregagens podem ser realizadas com o próprio equipamento de Jet Grouting, porém o custo é elevado. A execução das pregagens consiste na perfuração horizontal e instalação de tubos rígidos de PVC com diâmetro de 64 a 100 milímetros com até 15 metros de comprimento. Após instalados, os tubos são injetados com calda de cimento.
2.6. DRILL AND BLAST
As escavações de túneis em rocha são predominantemente feitas a partir do método tradicional, conhecido como Drill and Blast (perfuração e detonação). A frente a ser escavada é perfurada com furos horizontais, paralelos e de mesmo comprimen-to, distribuídos segundo um plano de fogo projetado a partir dos condicionantes geoló-gicos do maciço rochoso. A perfuração é feita através de equipamentos denominados Jumbos. Após a detonação, deve ser feita a ventilação do túnel (GERALDI, 2011).
Segundo CHIOSSI (1979), a ventilação dos túneis é necessária pelas seguin-tes razões:
• Fornecimento de ar puro para os colaboradores; • Remoção dos gases provenientes da detonação dos explosivos; • Eliminação da poeira causada pela perfuração e detonação.
As detonações, segundo KOLYMBAS (2008), têm como objetivo: desmontar a rocha em pequenas partes para que possa ser feita sua retirada e transporte; ser ca-paz de escavar a rocha mantendo a seção definida em projeto, evitando overbreaks e
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underbreaks; não perturbar o maciço circundante para não causar instabilidade. Para isto, foram desenvolvidos alguns padrões empíricos para a distribuição das perfura-ções e consequentemente do posicionamento dos explosivos.
CHAPMAN et al. (2010) afirmam que os tipos de explosivos mais utilizados no desmonte de rochas são os cartuchos de dinamite, conhecidos popularmente como bananas de dinamite, devido à facilidade de manuseio e carregamento das perfura-ções. O diâmetro dos cartuchos deve ser de 5 a 15 mm menores que o diâmetro dos furos, e o carregamento deve ser feito de modo a evitar a presença de ar, pois esta diminui o poder da detonação.
Além dos explosivos, também são utilizados no desmonte a fogo: cordéis deto-nantes e espoletas, que são os acessórios iniciadores da detonação. Cada espoleta, também chamada de espera, tem um tempo de detonação defasado de milissegundos de modo a evitar que toda a frente seja detonada ao mesmo tempo, gerando grandes vibrações e CME (carga máxima por espera) altíssimos.
A ideia principal do método D&B é a do ciclo de escavação, que é o tempo gas-to com as atividades necessárias para que se seja realizado um passo de avanço pre-visto em projeto. A obra sempre deve procurar realizar este ciclo no menor tempo pos-sível, diminuindo o tempo de cada atividade e obtendo melhor produtividade na execu-ção do túnel. De acordo com GERALDI (2011), oito atividades básicas compõem este ciclo. A Figura 2.1 ilustra esta sequência. Cada uma das etapas será descrita no Estu-do de Caso.
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Figura 2.1: Ciclo de escavação Drill and Blast (Tamrock, 1999).
a) Marcação topográfica; b) Perfuração da frente; c) Carregamento com explosivos; d) Detonação; e) Ventilação; f) Limpeza do material detonado; g) Remoção de fragmentos de rocha instáveis (“bate-choco”); h) Execução dos tratamentos previstos em projeto.
2.7. MÉTODOS DE SUPORTE
2.7.1. CONCRETO PROJETADO
Concreto projetado é o concreto (cimento, areia, pedrisco, água e aditivos) que é transportado por um mangote desde o equipamento de projeção até um bico, e por meio de ar comprimido é projetado a grande velocidade contra uma superfície. Este processo pode ser feito por via seca ou por via úmida (SILVA, 1997).
Segundo SILVA (1997), o concreto projetado atende aos requisitos necessários para o bom funcionamento do NATM:
• Elevada resistência inicial, evitando que o maciço desmorone; • Elevada deformabilidade, permitindo maior trabalho estrutural do maciço; • Aplicação em camadas, permitindo reforço caso exista tendência à instabilida-
de (verificada pela instrumentação).
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Apesar de ser elemento chave na execução de túneis em NATM, o concreto projetado possui algumas características problemáticas, além de ser bastante depen-dente da experiência e técnica da equipe responsável pela sua execução, porém, com a utilização das adequadas técnicas de aplicação, podem ser minimizadas.
Devido ao impacto do concreto projetado contra superfícies duras (armaduras, próprio concreto, etc) parte do material é refletido, não sendo incorporado à superfície que se deseja projetar. Por razões econômicas e de desempenho do revestimento, a reflexão deve ser a menor possível (SILVA, 1997).
O desplacamento é o destacamento devido à falta de aderência de parte da superfície projetada. A falta de aderência se deve à não preparação da superfície a ser projetada, isto é, superfícies que contêm materiais soltos (provenientes de reflexão, pó, etc), muito lisos, presença de camada de carbonato de cálcio (estalacitite), superfí-cie muito úmida, concreto projetado com excesso de umidade e retardo no início de pega. O desplacamento é identificado por buracos na superfície já projetada (SILVA, 1997).
De acordo com SILVA (1997), a aplicação de concreto projetado em superfícies rochosas preenche os vazios existentes (fissuras e trincas), retendo os fragmentos de rocha e evitando a queda de blocos. É formada na superfície uma camada fina de ar-gamassa composta por cimento e areia (com grãos menores que 0,2 mm), onde a maior parte dos agregados é refletida. Porém, após a formação deste colchão, a ade-rência do concreto projetado à superfície melhora, reduzindo então a reflexão de mate-rial.
A oclusão é o fenômeno que ocorre devido à incorporação de material refletido na superfície projetada, reduzindo a resistência do concreto. Para evitar a ocorrência deste tipo de falha, deve ser feita a limpeza do material refletido através de um bico auxiliar de jato de ar, operado pelo auxiliar de mangoteiro. Segundo SILVA (1997), a oclusão reduz o monolitismo (aderência) entre as camadas de suporte, bem como a resistência à compressão axial, e aumenta a permeabilidade do concreto. A Figura 2.2 ilustra a queda de resistência de um corpo de prova devido à oclusão em comparação com um corpo de prova bem executado.
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Figura 2.2: Comparação entre corpos de prova de concreto projetado com e sem oclusão (SILVA, 1997).
Outro defeito que pode ocorrer no concreto projetado (principalmente na apli-cação via seca) é a sombra, que, segundo SILVA (1997), são vazios formados atrás das armaduras (telas), em relação ao fluxo de projeção. Este fenômeno pode ocorrer devido à má aplicação (distância e ângulo do bico de projeção inadequados em rela-ção à superfície de projeção) e utilização excessiva de aditivo acelerador de pega, fazendo com que o concreto não tenha consistência para preencher os vazios atrás das armaduras. Na figura 2.3 é possível observar o fenômeno de sombra.
Figura 2.3: Fenômeno de sombra na aplicação de concreto projetado (SILVA, 1997).
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Para um bom desempenho do concreto projetado, SILVA (1997) recomenda algumas medidas:
• Treinamento de pessoal: a equipe responsável pela projeção na obra deve ser treinada antes do início dos serviços em aspectos técnicos da aplicação e na segurança das atividades. A qualidade do concreto projetado vai de-pender do conhecimento técnico-prático da equipe;
• Preparação da superfície: as superfícies que serão projetadas devem estar limpas (para melhor aderência e monolitismo do revestimento) e umedeci-das antes da projeção. A superfície é molhada (apenas para umedecer, a água não deve estar escorrendo pela superfície) para que seja evitada a absorção de água do concreto, que pode reduzir a aderência e a resistência devido à falta de água para a hidratação do cimento. Caso o so-lo esteja muito úmido ou apresentar baixa coesão, deverá ser feito um re-forço com tela metálica;
• Projeção: A projeção deverá ser feita a partir das extremidades para o cen-tro, e de baixo para cima. A distância entre o bico de projeção deve ser de 1 metro da superfície recém-preparada (para acabamentos a distância po-de ser de 1,5 m a 2,0 m) e a aplicação deve ser perpendicular à superfície. O mangoteiro deve aplicar o concreto projetado em movimentos circulares.
Segundo GERALDI (2011), além destes procedimentos outros cuidados opera-cionais devem ser tomados:
• A pressão de ar comprimido na projeção deve ser da ordem de 6 a 7 kgf/cm²;
• A dosagem da água e dos aditivos, tanto para a aplicação via seca quanto para via úmida, deve ser cuidadosamente controlada, a fim de se obter as resistências projetadas a curto e médio prazos;
• A espessura final da camada de projetado deverá ser obtida através de vá-rias passadas e não de uma só vez, evitando-se perdas por desplacamento e reflexão;
• Em maciços com grande presença de água subterrânea, deverão ser exe-cutadas drenagens (drenos curtos ou DHPs), pois a presença de água pro-voca baixa aderência do concreto à superfície, consequentemente aumenta a reflexão de material.
Além de seguir os procedimentos na aplicação do concreto projetado, a obra deve ter uma equipe que faça o controle de qualidade do concreto, através de coleta de corpos de prova e ensaios para se verificar a resistência dos mesmos e garantir que a resistência de projeto foi atingida. O controle de qualidade do revestimento apli-cado deve ser feito de acordo com as seguintes normas da ABNT:
• NBR-13044 - Concreto Projetado - Reconstituição da Mistura recém-projetada- Método de Ensaio;
• NBR-13069 - Concreto Projetado - Determinação do tempo de pega em pasta de Cimento Portland com ou sem a utilização de aditivo acelerador de pega - Método de Ensaio;
• NBR-13070 - Moldagem de placas para ensaio de argamassa e concreto projetados - Procedimento;
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• NBR-13371 - Concreto Projetado - Determinação do índice de reflexão por determinação direta - Método de Ensaio;
• NBR-13354 - Concreto Projetado - Determinação do índice de reflexão em placas - Método de Ensaio;
• NBR-14026 – Concreto projetado: especificação; • NBR 14279 – Concreto Projetado – aplicação por via seca.
A Tabela 2.3 apresenta as características e o comparativo entre as técnicas de aplicação, via seca e via úmida.
Tabela 2.3: Comparativo entre aplicação de concreto projetado via seca e via úmida (NAKAMURA, 2013).
FATOR VIA SECA VIA ÚMIDAMenor investimento total Menos equipamentos
Manutenção simples e com baixa frequência Menor desgaste do bico, mangueiras e bomba para a mesma produção
Fácil operação Consumo de ar até 60% menorNa obra ou em usina Na usinaPossibilidade de utilização de mistura pré-dosada A umidade da areia não interfere no processoDesempenho alterado pela umidade da areiaRaramente ultrapassa 5 m³/h no campo 2 a 10 m³/h na projeção manualTransporte de material a maiores distâncias Até 20 m³/h na projeção mecanizada15 a 40% para paredes verticais Baixa reflexão (menor que 10%)
20 a 50% para tetoNão ocorre formação de bolsões de material refletido
Ocorrência de bolsões de material refletido Pequena perda de agregadoVariação do traço na estrutura por elevada perda de agregadoAlta resistência devida ao baixo teor água/cimento
Maior dificuldade para se obter grandes resistências devido ao alto teor água/cimento
Menor homogeneidade do material Maior homogeneidadeDepende da experiência da mão-de-obraMaior com melhor adesão e facilidade de aplicação no teto Adequada para utilização em túneis e minasMaior facilidade de compactação do material Material normalmente menos compactoEm pó adicionado na betoneira, ou previamente na cuba de alimentação Utilização apenas de aditivos líquidosLíquidos adicionados no bico de projeçãoGrande produção de poeira Pouca formação de poeiraBaixa visibilidade na aplicação Melhor visibilidadeFormação de ambiente insalubre em túneis (ventilação necessária)
Pode produzir névoa tóxica de aditivo líquido de alta alcalinidade exigindo ventilação
VersatilidadeUtilização em jateamento de areia, recobrimentos e projeção de argamassa e refratários
Pode ser utilizada como sistema de bombeamento convencional de concreto
Facilidade de interrupção com pouca ou nenhuma perda de material
Exige planejamento cuidadoso para minimizar perdas por interrupção de trabalho
Ajustável às condições da superfície (na presença de água)
Dificuldade de operação em superfícies molhadas (exige maior teor de aditivo)
Aditivos
Poeira e névoa
Flexibilidade
Equipamento
Mistura
Produção e alcance
Reflexão
Qualidade
Velocidades de impacto
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2.7.2. CAMBOTAS
As cambotas são elementos metálicos (treliças ou perfis) que formam um arco no entorno da seção do túnel e tem papel estrutural, associado ao concreto projetado, e construtivo (funciona como o gabarito das escavações). As cambotas chegam seg-mentadas à obra e são montadas no local de aplicação pelos frentistas do túnel, após a liberação da locação da mesma pela topografia. O espaçamento entre as cambotas é definido em projeto e varia de acordo com a qualidade do maciço (quanto melhores as propriedades do solo, maiores são os espaçamentos entre as cambotas). Logo a-pós a fixação da cambota, é aplicado o concreto projetado para a consolidação do suporte. A Figura 2.4 mostra as características de um trecho de uma cambota metáli-ca.
Figura 2.4: Características de uma cambota metálica (US-Army Corps of Engineers, 1997).
2.7.3. TELAS
Segundo GERALDI (2011), as telas metálicas eletrossoldadas são elementos de suporte bastante utilizados em rochas alteradas e em solo. Após a aplicação de uma pequena camada de concreto projetado com aproximadamente 3 centímetros de espessura, as telas são fixadas com o auxílio de pequenos chumbadores. Em seguida é projetada uma nova camada de concreto, incorporando a tela ao maciço.
As telas podem ser substituídas como suporte primário nos túneis em rocha por concreto projetado reforçado por fibras metálicas, pois, segundo GERALDI (2011), existem vantagens referentes à rapidez e facilidade na execução e economia de con-creto projetado.
2.7.4. TIRANTES
Os tirantes são barras de aço com comprimento entre 2 e 8 metros, protendi-das, com cargas que variam de 8 a 20 t, exercendo sobre o maciço esforços de com-pressão praticamente imediatos, evitando processos de movimentação, deformação e ruptura. A aplicação é feita na seção de forma radial, e ao longo do túnel constitui uma malha com espaçamentos definidos em projeto em função das características geológi-
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cas do maciço. A utilização dos tirantes produz um arco de maciço sob forte compres-são, conferindo maior estabilidade à seção escavada. Este efeito é conhecido como arco colaborante (GERALDI, 2011).
A perfuração para a instalação dos tirantes é feita através de Jumbos. A aplica-ção se inicia pela introdução da resina de cura rápida preenchendo 25% do furo, sen-do o restante preenchido pela resina de cura lenta. A instalação do tirante é feita com o auxílio de um martelo pneumático que introduz a barra no furo com movimentos cir-culares, abrindo os cartuchos de resina, e dando início ao processo de cura. Após 15 minutos do início do processo, a resina de pega rápida já adquiriu resistência e o tiran-te pode ser protendido. O torque inicial é aplicado pelo próprio martelo de coluna, po-rém nunca pode-se ultrapassar o torque final, que será aplicado com o auxílio de um torquímetro de estalo, de acordo com as especificações do projeto. Um esquema da instalação de um tirante em rocha é apresentado na Figura 2.5.
Figura 2.5: Esquema de instalação de tirante em rocha (adaptado de HOEK, 1998).
2.7.5. ARCO INVERTIDO
Os arcos invertidos ou inverts são necessários em escavações de túneis em solos não consolidados ou quando existem esforços laterais advindos da movimenta-ção do maciço. Essas estruturas podem ser de concreto armado ou projetado e provi-sórios ou definitivos, dependendo das condições do maciço e da seção empregada. Segundo GERALDI (2011), as principais características dos inverts são:
• Melhoria nas condições de fundação para apoio do sistema de suporte (cambo-tas e concreto projetado);
• Travamento dos pés das cambotas, evitando movimentações laterais; • Melhor distribuição dos esforços atuantes sobre a seção escavada, uma vez
que o arco invertido é incorporado ao revestimento do túnel.
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A Figura 2.6 apresenta um esquematicamente a posição do arco invertido e os demais elementos principais de um túnel em NATM.
Figura 2.6: Principais elementos do túnel (adaptado de KOLYMBAS, 2008).
2.8. INSTRUMENTAÇÃO
A instrumentação em túneis é indispensável pelas seguintes razões, segundo KOLYMBAS (2008):
• Verificação do projeto: As previsões feitas por método computacional do com-
portamento do maciço durante a escavação têm que ser constantemente verifi-cadas pela instrumentação. Caso os dados medidos e previstos sejam muito discrepantes, deverão ser realizadas novas análises computacionais com modi-ficações dos dados de entrada;
• Indicação de perigo iminente: através da instrumentação é possível identificar um colapso iminente, sendo possível adotar medidas corretivas a tempo.
De acordo com HSE (1996), a detecção de mecanismos de ruptura (eventos adversos) deve ser feita a tempo. Assim, podem ser tomadas as ações corretivas ne-cessárias de modo a se evitar o colapso do túnel. A instrumentação, portanto, tem papel fundamental na detecção de riscos e na segurança de uma obra de túnel. A Fi-gura 2.7 ilustra esta situação.
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Figura 2.7: Gráfico de descoberta-recuperação do maciço (adaptado de HSE, 1996).
Segundo o manual DER-SP (2005), os instrumentos necessários para a moni-toração de túneis são:
• Marcos superficiais de recalque: utilizados para medir os deslocamentos
verticais em determinados pontos da superfície do terreno; • Pinos de recalque: pinos instalados nas estruturas para medida de des-
locamentos verticais pontuais; • Clinômetros: instrumentos que medem a variação da inclinação da su-
perfície. • Tassômetros: medem os deslocamentos verticais do maciço em pontos
abaixo da superfície; • Convergência: medição da variação da distância entro os pinos instala-
dos no interior do túnel; • Piezômetros: medem a poro-pressão em determinado ponto no interior
do maciço; • Inclinômetros: medem os deslocamentos horizontais em duas direções
ao longo de uma vertical no interior do maciço; • Perfilômetros ou inclinômetros sub-horizontais: medem os deslocamen-
tos verticais ao longo de uma horizontal no interior do maciço; • Benchmarks: referências verticais instaladas em local supostamente in-
deslocável.
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A Figura 2.8 apresenta um esquema da instalação dos instrumentos em rela-ção à seção de um túnel.
Figura 2.8: Localização dos instrumentos em relação ao túnel (DER-SP, 2005).
Para o DER-SP (2005), algumas diretrizes devem ser seguidas para a realiza-ção de um bom projeto de instrumentação:
• Mínimo de três marcos superficiais por seção de instrumentação; • Ao menos duas seções de instrumentação juntas ao emboque do túnel; • Mínimo de três pinos internos no túnel, formando um triângulo, para as leituras
de convergência; • Seções de instrumentação interna no túnel espaçadas no máximo de 20 m; • Mínimo de um piezômetro ou indicador de nível d’água quando o lençol freático
estiver próximo à cota do túnel; • Mínimo de um benchmark na obra; • Mínimo de três pinos para a verificação de recalques diferenciais em uma edifi-
cação.
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3. O CASO ESTUDADO
Neste capítulo serão analisadas as obras de execução do Túnel de Serviço - Emboque Gávea. O túnel é parte da construção do metrô linha 4 do Rio de janeiro, e tem como principal função o acesso aos túneis de via, por onde passarão os trens do metrô sentido Gávea e sentido São Conrado. Pelo túnel de serviço é feita a retirada de todo o material escavado; com a conclusão das obras, o túnel funcionará como venti-lação e saída de emergência das vias.
3.1. CONTEXTUALIZAÇÃO
O metrô de linha 4 é uma das obras que fazem parte da preparação do Rio de Janeiro para sediar os Jogos Olímpicos de 2016, segundo o site metrolinha4.com.br; será responsável por transportar mais de 300 mil pessoas por dia e pela retirada de 2 mil veículos por hora/pico das ruas (segundo estudo da FGV), melhorando a mobilida-de urbana de uma região que é afetada diariamente por grandes congestionamentos. O tempo de viagem da Barra à Ipanema poderá ser feito em 15 minutos, e da Barra ao Centro da cidade em 34 minutos, com a utilização dos trens da nova linha.
A linha 4 será composta por 6 novas estações, com 16 km de túneis conforme traçado da Figura 3.1. As obras são realizadas por dois consórcios, o Consórcio Linha 4 Sul, responsável pelo trecho entre Ipanema e Gávea, executado pelo método TBM, e o Consórcio Construtor Rio Barra - CCRB, responsável pelas obras do trecho que liga a Gávea à Barra, executado através do método NATM/Drill & Blast.
Figura 3.1 – Traçado da Linha 4 do metrô do Rio de Janeiro ligando Ipanema à Barra da Tijuca (http://www.metrolinha4.com.br/o-que-e-o-projeto, 2014).
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3.2. LOCALIZAÇÃO
O canteiro de obras do Túnel de Serviço se localiza no Bairro da Gávea, no Rio de Janeiro, e foi implantado onde antes havia um campo de futebol dentro do terreno pertencente à PUC (Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro). O emboque do Túnel de Serviço (Figura 3.2) foi executado sob o viaduto, na saída do Túnel Acús-tico na Auto Estrada Lagoa Barra, sentido Barra, no sopé do Morro Dois Irmãos.
Figura 3.2: Localização do Emboque do Túnel de Serviço (CCRB, 2014).
3.3. ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS DA REGIÃO
Para se conhecer a geologia da região do emboque, foram realizadas quatro sondagens mistas (SM-688, SM688A, SM-689 e SM-689A). A partir dessas sondagens foi possível traçar o perfil geológico da região. A Figura 3.3 apresenta a localização das sondagens realizadas e o perfil geológico. Os boletins das sondagens são apre-sentados no Anexo I.
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Legenda:
Figura 3.3: Perfil geológico da região do emboque e localização das sondagens (SM-689, SM-689A, SM-688 e SM-688A) (CCRB, 2014).
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A tabela 3.1 apresenta os parâmetros geotécnicos utilizados no projeto do túnel. O autor não pôde determinar a origem dos parâmetros utilizados, porém, acredita que os dados foram obtidos apenas pela experiência do projetista. Para que se obtivessem parâmetros geotécnicos mais confiáveis, ensaios de laboratório deveriam ter sido rea-lizados. Um investimento em ensaios e a obtenção de parâmetros mais próximos à realidade pode significar economia na etapa construtiva, pois os projetos não serão tão conservadores.
Tabela 3.1: Parâmetros geotécnicos adotados (CCRB, 2014).
Horizonte E (MPa) γ (kN/m³) c' (kPa) ψ ( º ) φ' ( º ) KoSolo coluvionar 15 18 5 0 20 0,5
Solo residual maduro 60 19 20 0 33 0,5Solo residual jovem 100 19 20 0 35 0,5
Rocha alterada 5000 22 120 0 38 0,5Rocha sã 13000 26 260 0 38 0,5
3.4. TRATAMENTOS PRELIMINARES
Para a execução do emboque, necessitou-se remover a massa de solo exis-tente sob o viaduto (figura 3.4), para que se chegasse à cota da base do túnel. Essa retirada de material causaria instabilidade no maciço e, consequentemente, danos à estrutura do viaduto, portanto, para garantir a segurança das escavações, foram ado-tadas as seguintes intervenções:
• Execução de muros com estacas raiz e longarinas atirantadas em ambos os lados da trincheira de escavação (item 3.4.1);
• Reforço da cortina atirantada existente (item 3.4.2).
Figura 3.4: Problema inicial: remoção da massa de solo sob o viaduto.
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3.4.1. MUROS PARA CONTENÇÃO LATERAL
Para a contenção lateral dos lados direito e esquerdo da trincheira de escava-ção, foram projetados muros com as seguintes características:
• 14 estacas raiz verticais assentes em rocha (as dimensões são mostradas na Tabela 3.2);
• Viga de coroamento em concreto armado após a execução das estacas; • Três linhas de tirantes (Lado Direito-Figura 3.5 e Lado Esquerdo-Figura 3.6); • Três longarinas em concreto armado. Após a execução das longarinas, os ti-
rantes foram protendidos; • Barbacãs para aliviar as pressões de água.
Tabela 3.2: Dimensões das estacas raiz (CCRB, 2014).
Estaca Comprimento (m) Estaca Comprimento (m)
1D 18,60 1E 14,30
2D 18,60 2E 14,30
3D 18,60 3E 14,30
4D 18,60 4E 14,30
5D 18,30 5E 14,00
6D 18,30 6E 14,00
7D 18,30 7E 14,00
8D 18,30 8E 14,00
9D 18,30 9E 14,00
10D 17,90 10E 13,70
11D 17,90 11E 13,70
12D 17,90 12E 13,70
13D 17,90 13E 13,70
14D 17,90 14E 13,70
Estaca raiz vertical Ø310mm
Lado Direito Lado Esquerdo
Figura 3.5: Parede lateral direita.
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Figura 3.6: Parede lateral esquerda.
3.4.2. REFORÇO DA PAREDE FRONTAL
Para a garantia da estabilidade de escavação até a abóbada do túnel, fêz-se necessário reforçar a cortina atirantada existente, com a execução de 19 tirantes pro-tendidos, cuja disposição é mostrada na Figura 3.7. As longarinas da parede lateral direita e da parede lateral esquerda (Figuras 3.5 e 3.6 respectivamente) também po-dem ser visualizadas na Figura 3.7.
Figura 3.7: Tirantes de reforço da cortina atirantada existente (CCRB, 2014).
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3.5. TÚNEL DE SERVIÇO
O túnel de serviço é um bom exemplo para a apresentação do método NATM, pois é possível observar a aplicação do método tanto para solo quanto para rocha. A seção do túnel, a forma como a escavação é realizada e os tratamentos associados variam de acordo com a classe geológica do maciço.
Foi executado um túnel falso, com cambotas metálicas, telas soldadas e con-creto projetado (Figura 3.8) para que o emboque do túnel de serviço fosse feito de maneira segura e sem interferências com as fundações do viaduto existente.
Figura 3.8: Aplicação de concreto projetado no túnel falso.
Anteriormente às escavações em solo, foi necessário executar tratamento com colunas CCPH (Jet Grouting) no contorno do túnel, para estabilização da massa de solo ao redor deste, além de pregagens para estabilizar a frente de escavação. A exe-cução desses tratamentos é mostrada na Figura 3.9.
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Figura 3.9: Execução de pregagens na frente de escavação do Túnel.
3.5.1. O PROJETO
O projeto de um túnel depende da geologia da região na qual se pretende construí-lo. De acordo com as sondagens realizadas e a devida caracterização do ma-ciço, foram definidas três seções típicas do túnel: a seção A, que compreende a região do túnel falso e do túnel em solo, a seção B, que está inserida na transição do maciço de solo para rocha, e a seção C, que está completamente inserida no maciço rochoso. A divisão do túnel em seções pode ser visualizada na Figura 3.10. O túnel foi execu-tado com 465 metros de extensão e declividade de 8% (Figura 3.11).
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Figura 3.10: Túnel de Serviço em planta e divisão por seções (CCRB, 2014).
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Figura 3.11: Seção do Túnel de Serviço e declividade (CCRB, 2014).
Os estudos e cálculos para garantir a segurança da construção do túnel foram
feitos através do programa FLAC 2D versão 7.0, que avalia os impactos das escava-ções no maciço que envolve o túnel, as possíveis ocorrências de plastificações, que poderiam instabilizar o contorno escavado, e fornece uma estimativa dos esforços so-licitantes no revestimento a partir do comportamento do sistema maciço-revestimento. A avaliação é feita considerando que o túnel é escavado em meio contínuo e o pro-grama utiliza o método das diferenças finitas simulando o comportamento bidimensio-nal da influência das escavações em maciços de solo e rocha.
A avaliação do sistema de suporte do túnel em rocha (revestimento primário mais tirantes) é realizada pelo programa UNWEDGE versão 3.015. O programa calcu-la o fator de segurança de blocos potencialmente instáveis antes e depois da aplica-ção do suporte. No cálculo, os blocos estão sujeitos apenas às forças gravitacionais, desprezando o estado de tensões no maciço rochoso após a realização das escava-ções. Esta simplificação está a favor da segurança, pois fornece um fator de seguran-ça menor que o real, já que é considerado um desconfinamento total dos blocos. Mesmo com o alívio de tensões causado pela escavação, o confinamento dos blocos não é necessariamente nulo. Segundo as análises obtidas com o programa, o suporte seria capaz de garantir a segurança dos blocos.
3.5.2. TÚNEL EM SOLO
Para que a execução do túnel seja feita em segurança, é de suma importância manter o maciço o menos perturbado possível. Para isso, é deixado o núcleo de solo, e a escavação é feita no entorno deste com o auxílio de escavadeiras hidráulicas (Fi-gura 3.12). Além do papel de estabilizar a frente de escavação, o núcleo também auxi-lia os operários fornecendo um patamar para a fixação das cambotas (Figura 3.13) e a aplicação do concreto projetado.
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Figura 3.12: Núcleo de solo e escavadeira hidráulica.
Figura 3.13: Fixação de uma cambota metálica.
O objetivo é escavar até a colocação da próxima cambota, e executar o suporte com material relativamente flexível, o concreto projetado, para que este se deforme e, por consequência, haja a distribuição das tensões ao longo do perímetro do túnel. As-sim que a escavação é realizada, o terreno começa a se movimentar, portanto, o su-porte com concreto projetado deve ser feito no menor tempo possível para que não haja movimentações excessivas, queda de blocos e desplacamentos de solo. Este tempo depende do tempo de auto sustentação do maciço.
Como a seção do túnel é relativamente grande (Figura 3.14), foi prevista a es-cavação em meia seção, com o fechamento do arco invertido provisório, composto por telas metálicas e concreto projetado (Figura 3.15). Após certo avanço (definido em projeto) em meia seção, é realizado o rebaixamento, colocação e aplicação de con-creto projetado nas partes inferiores das cambotas (Figura 3.16), e execução do arco
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invertido definitivo da seção plena, sempre com uma defasagem entre a frente de es-cavação (meia seção) e o rebaixamento (seção plena).
Figura 3.14: Seção plena do túnel em solo – Seção A.
Figura 3.15: Aplicação de concreto projetado no arco invertido provisório.
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Figura 3.16: Aplicação de concreto projetado nos pés das cambotas.
O túnel em solo conta com revestimento primário (cambotas e concreto proje-tado) e secundário (telas soldadas e concreto projetado).
O tratamento com pregagens (quando necessárias devido à frente de escava-ção potencialmente instável), Jet Grouting ou enfilagens (trecho de transição entre solo e rocha), deve ser realizado no ponto em que termina o tratamento anterior, as-sim, um novo trecho é tratado e as escavações em solo podem prosseguir de maneira segura. A figura 3.17 mostra o equipamento de Jet Grouting executando o tratamento na frente de escavação.
Figura 3.17: Tratamento da frente de escavação com Jet Grouting.
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Todo o material escavado é retirado do túnel através de caminhões basculan-tes, que fazem o transporte deste solo para a correta disposição em um bota-fora. A Figura 3.18 mostra o momento em que um caminhão basculante é carregado pela escavadeira hidráulica.
Figura 3.18: Carregamento de caminhão basculante com material escavado.
3.5.3. TÚNEL EM ROCHA
As escavações em rocha são feitas através do método Drill and Blast, no qual ocorre o desmonte de rocha a fogo, em que todas as etapas compõem um ciclo de escavação. O Plano de Fogo é definido pelo Engenheiro de Minas da obra, de acordo com as informações fornecidas pela Geologia, e contém todos os dados da detonação: quantidade de furos, profundidade da perfuração, tipo de explosivos, o tempo das es-peras, o avanço teórico da detonação, a carga de explosivos a ser carregada, a área e o volume de rocha a ser desmontado, CME (carga máxima por espera) entre outros. O Plano de Fogo utilizado é apresentado no Anexo II deste trabalho.
As atividades do ciclo são apresentadas a seguir. • Marcação topográfica: A equipe de topografia da obra, de posse do Plano de
Fogo, materializa na frente de escavação os pontos que serão perfurados. Os pontos são localizados com o auxílio de estação total de alta precisão.
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• Perfuração da frente: A perfuração é feita por Jumbos, que podem ter duas ou três lanças e devem respeitar as especificações do Plano de Fogo. A perfura-ção da frente é mostrada na Figura 3.19.
Figura 3.19: Perfuração da frente com dois Jumbos.
• Carregamento com explosivos: O preenchimento dos furos com explosivos é uma atividade perigosa e requer equipe capacitada. O profissional que é habi-litado para tal tarefa é conhecido como Blaster. A Figura 3.20 mostra o carre-gamento com explosivos realizado com o auxílio de um manipulador telescó-pico também chamado de Gradall.
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Figura 3.20: Carregamento de explosivos.
• Detonação: Visando a segurança do processo de escavação com explosivos, foram implementadas as seguintes medidas pelo CCRB: 1º Toque da sirene - A frente se encontra carregada e pronta para a detonação. - O técnico de segurança e o encarregado da frente realizam a varredura do túnel com o objetivo de retirar todas as pessoas de seu interior. 2º Toque da Sirene - No interior do túnel não há pessoas e o portão é fechado. Todos os colabora-dores devem aguardar em área definida pela Segurança do Trabalho. - Em conjunto com a operação da CET – RIO, é realizado o fechamento da Es-trada Lagoa Barra, nos pontos definidos para a Detonação. É feito contato com os operadores designados nos pontos de fechamento e aguardada a con-firmação de fechamento das vias. Obs.: O motivo do fechamento é uma medida preventiva a eventuais acidentes que possam ser causados por condutores que transitem sobre a área do túnel durante a detonação e venham se assustar com o ruído proveniente da deto-nação. 3º Toque da Sirene - Túnel evacuado, trânsito paralisado e liberado para a detonação.
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4º Toque da Sirene - O trânsito na Auto Estrada Lagoa Barra e na área interna do canteiro (exceto no interior do túnel) pode ser liberado. - O portão será aberto, mas o túnel somente será liberado após a verificação das condições ambientais (medição dos gases), realizada pela Segurança do Trabalho. Após a liberação pela Segurança do Trabalho, as atividades no interior do túnel podem prosseguir.
• Retirada de elementos rochosos instáveis (“bate-choco”): Após a devida venti-lação dos gases provenientes da detonação, é necessária a remoção de ele-mentos rochosos que porventura tiverem sido abalados com o choque da deto-nação para que não haja qualquer risco de queda de fragmentos rochosos so-bre pessoas e equipamentos trabalhando no local. É realizado bate-choco me-cânico através de rompedor hidráulico responsável pela retirada de grande par-te do material instável, e bate-choco manual, em que um operário retira os fragmentos remanescentes com uma barra de aço como alavanca. Na Figura 3.21 pode-se observar o bate-choco mecânico. Nesta figura também é possível notar que um operário molha o material retirado, o que é feito para arrefecer a rocha e para que não haja muita poeira.
Figura 3.21: “Bate-choco” mecânico.
• Inspeção do ATO (acompanhamento técnico da obra): Após a detonação e o
bate-choco, o geólogo/ATO responsável pela frente faz o mapeamento geoló-gico da frente. Neste mapeamento o ATO faz a classificação geomecânica do maciço. A inspeção tem grande importância, pois os tratamentos previstos em projeto podem sofrer alterações dependendo das características encontradas,
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tais como a mudança de classe do maciço ou a presença de uma zona de falha na rocha. Um exemplo do mapeamento realizado no Túnel de Serviço pode ser visto no Anexo III. Neste mapeamento, o resultado RMR do maciço foi de 56 pontos, resultando em Classe III.
• Retirada do material desmontado: Todo o material desmontado é retirado do tú-nel por meio de caminhões basculantes, que são carregados através de pás carregadeiras de pneus (Figura 3.22), a rocha desmontada deve estar abun-dantemente molhada para evitar que a poeira se propague no ar. Os cami-nhões transportam o material até o bota-fora na empresa Emasa Mineração S/A localizada em Bangu, no Rio de Janeiro. Antes de deixar o canteiro os ca-minhões devem ser lavados.
Figura 3.22: Carregamento de caminhão com material desmontado.
• Aplicação de concreto projetado: Conforme dito anteriormente, o concreto pro-jetado é elemento fundamental do NATM, e, assim como nas escavações em solo, o concreto projetado mobiliza o maciço como parte colaborante da estru-tura de suporte do túnel. O concreto projetado é executado conforme as nor-mas da ABNT e é aplicado de modo a garantir a resistência especificada no projeto, que é de 25 MPa. É misturado ao concreto aditivo acelerador de pega e a projeção é feita por via úmida, sempre respeitando as boas práticas (Item 2.8.1 deste trabalho). Após o bate-choco, é aplicada a primeira camada de concreto projetado, chamada de banho na rocha. A segunda camada de con-creto projetado no revestimento do túnel é aplicada após o atirantamento e a aplicação das telas soldadas. A aplicação de concreto projetado é mostrada na Figura 3.23.
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Figura 3.23: Aplicação de concreto projetado.
• Instalação de tirantes com resina e torque: Após a aplicação da primeira cama-da de concreto projetado, é realizada a instalação dos tirantes, a malha de ti-rantes depende da classe da rocha (1,80 x 1,80 m para classe III e 2,20 x 2,20 m para classe II), ou seja, quanto melhor for a qualidade do maciço, mais es-paçados os tirantes podem ser instalados. A ancoragem é feita através de resi-nas de pega rápida preenchendo 25% do fundo do furo e resina de pega lenta no restante do furo. Os tirantes de 6,0 metros de comprimento para maciço classe III e 4,5 metros para maciço classe II são inseridos através de martelos de coluna misturando as resinas, conforme mostrado na Figura 3.24. Além de inserir o tirante e abrir os cartuchos de resina, misturando-os, o martelo de co-luna também é responsável pela aplicação de um torque inicial nos tirantes (nunca ultrapassando a carga estipulada em projeto). Após a pega da resina de pega rápida e antes da pega da resina de pega lenta é aplicada uma carga de 10 tf através de torquímetro de estalo correspondente a 50% da carga de tra-balho.
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Figura 3.24: Aplicação de torque ao tirante.
• Instalação de telas soldadas: Após a aplicação da primeira camada de concreto projetado e a instalação dos tirantes, são instaladas as telas soldadas e então projetada a segunda camada de concreto. Este procedimento é realizado quando a frente de escavação está avançada entre 25 e 50 metros em relação ao ponto de aplicação das telas. A aplicação das telas é mostrada na Figura 3.25.
Figura 3.25: Aplicação de telas.
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3.6. INSTRUMENTAÇÃO
A instrumentação adequada de um túnel é papel fundamental para o sucesso e segurança deste tipo de obra. O monitoramento dessas informações pode detectar possíveis falhas e direcionar uma intervenção para corrigi-las a tempo de evitar gran-des problemas, como o movimento excessivo de taludes ou até mesmo um colapso do túnel. Além disso, através da análise dos resultados da instrumentação pode-se verifi-car as hipóteses de projeto e o comportamento do túnel com as soluções de suporte empregadas.
As leituras dos instrumentos devem ser feitas em intervalos estabelecidos em projeto e analisadas corretamente. O critério para as leituras durante a execução do túnel é definido pela distância do instrumento à frente de escavação, isto é, quanto mais próximo da frente de escavação, menor é o intervalo entre as leituras, pois o ris-co de movimentações é maior. À medida que a escavação avança e o suporte do túnel já está devidamente instalado, as leituras nos instrumentos anteriores tendem a se estabilizar. Para distâncias até duas vezes o diâmetro do túnel, as leituras devem ser diárias, de duas a três vezes o diâmetro do túnel, a leitura é feita três vezes por sema-na e a partir de três vezes o diâmetro do túnel, os instrumentos devem ser lidos men-salmente. Essas frequências são definidas para condições normais de estabilização, e podem ser revistas pelo ATO em função dos resultados obtidos.
3.6.1. INTRUMENTAÇÃO EXTERNA
Para monitorar o talude acima do emboque do túnel, foram definidas quatro seções de instrumentação (Seção 2, 3, 4 e 5). Nas Figuras 3.26 e 3.27 é possível vi-sualizar a planta de localização e o perfil longitudinal das seções, respectivamente. São ao todo: quatorze marcos superficiais, sete tassômetros, um piezômetro e um inclinômetro. Todas as leituras têm como referência benchmarks, que são instalados em regiões supostamente indeslocáveis, fora da área de influência das escavações. As características dos instrumentos utilizados são mostradas no Anexo V.
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Figura 3.26: Planta de localização das seções de instrumentação (CCRB, 2014).
Figura 3.27: Perfil Longitudinal das seções de instrumentação (CCRB, 2014).
A Figura 3.28 apresenta as cinco seções de instrumentação (1 a 5), nesta figu-
ra é possível observar a posição dos instrumentos com relação às seções do túnel e ao nível do terreno, além da instrumentação interna nessas seções.
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Figura 3.28: Seções de instrumentação (CCRB, 2014).
Além dos instrumentos, foram instalados diversos alvos reflexivos nas estrutu-ras existentes: túnel acústico, viaduto e seus pilares e cortina atirantada para as leitu-ras dos recalques nesses pontos. Todos os edifícios dentro da área de influência das escavações também são instrumentados com pelo menos três pinos de recalque.
3.6.2. INSTRUMENTAÇÃO INTERNA
A instrumentação no interior do túnel consiste na instalação de pinos de con-vergência distribuídos pela superfície do revestimento de maneira uniforme ao longo do túnel. Com o auxilio de estações totais de alta precisão, são medidas as distâncias relativas entre esses pinos, essas distâncias são denominadas cordas de convergên-cia. A empresa responsável pela leitura apresenta gráficos da variação das cordas com relação ao tempo.
As medidas de convergência ou divergência das cordas é um ótimo indicador para se verificar o desempenho de um túnel, pois indicam se estão ocorrendo movi-mentações no maciço ou se o túnel se encontra estável e o suporte aplicado se com-porta de forma eficiente.
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A análise adequada dessas informações é crucial para a previsão de mecanis-mos de ruptura que podem estar se desenvolvendo no interior do maciço. Identificadas movimentações excessivas, deverão ser adotadas medidas corretivas para a garantia da segurança da estrutura.
As seções de convergência foram instaladas a cada dez metros no túnel falso, a cada cinco metros no túnel em solo e conforme a qualidade da rocha do maciço au-menta, as seções de convergência são mais espaçadas (a cada dez ou a cada vinte metros).
3.6.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS DE INSTRUMENTAÇÃO
Para a avaliação do comportamento do túnel e do maciço bem como a intera-ção entre eles, são apresentados e analisados alguns gráficos de instrumentação for-necidos pela empresa LPC-Latina, responsável pela instalação e leitura dos instru-mentos. A seção escolhida para a análise foi a Seção 3.
Os inclinômetros são lidos em dois eixos, o Eixo A (Figura 3.29) paralelo ao eixo do túnel e o Eixo B (Figura 3.30), perpendicular ao eixo do túnel. Os resultados mostram que o talude se movimentou horizontalmente apenas 10 milímetros na dire-ção da obra. No Eixo B, os primeiros quatro metros se deslocam cerca de 20 milíme-tros no sentido do eixo do túnel até a profundidade de quatro metros, após esta pro-fundidade ocorre a inversão no sentido dos movimentos, e o inclinômetro se desloca cerca de 10 milímetros no sentido oposto ao eixo do túnel. Os deslocamentos obser-vados são bem pequenos, o que indica que as escavações não tiveram grande influ-ência no comportamento do talude.
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Figura 3.29: Eixo A do Inclinômetro (LPC-Latina, 2014).
Figura 3.30: Eixo B do Inclinômetro (LPC-Latina, 2014).
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Para a análise dos recalques no maciço sobre o túnel na seção 3 de instrumen-tação serão apresentados os resultados dos tassômetros. Pode-se observar na Figura 3.31 que os tassômetros apresentam três aumentos bem definidos nos valores de seus recalques, seguidos de uma estabilização destes. Entre os dias 08/07/2013 e 09/07/2013 foram realizadas as escavações e instalações de quatro cambotas na re-gião bem abaixo da Seção 3 de instrumentação (aproximadamente a uma distância de 36 metros do início do túnel, PK 36,00) seguidas dos tratamentos previstos para o tú-nel em solo. Estas escavações teriam sido as causas do primeiro aumento nos recal-ques devido à acomodação da massa de solo sobre o túnel, que em seguida se esta-bilizaram até o dia 31/07/2013, em que se executou o arco invertido provisório, quando ocorre o segundo aumento nos recalques seguido de nova estabilização. O terceiro aumento pode ser explicado pela escavação do rebaixo (dia 04/10/2013) seguido de estabilização devido ao fechamento do arco invertido definitivo.
Os recalques máximos são da ordem de vinte milímetros, bem inferiores ao li-mite estabelecido como valor de atenção que foi de cem milímetros, e ocorrem no tas-sômetro 2, instalado sobre o eixo do túnel, como era de se esperar. A forma como os recalques ocorreram (rapidamente) e a estabilização dos recalques mostra que o talu-de está seguro e novos recalques de grande magnitude não devem ocorrer.
Figura 3.31: Tassômetros TS1, TS2 e TS3 (LPC-Latina, 2014).
As Figuras 3.32 e 3.33 apresentam os resultados dos pinos de recalque insta-lados no túnel acústico, pilares e longarinas do viaduto sobre o túnel de serviço. Como se pode observar, os recalques nas estruturas existentes foram bem pequenos, se mantendo próximos de zero e chegando a no máximo um milímetro. Estes resultados mostram que os tratamentos preliminares executados na região de emboque do túnel foram eficazes e bem executados.
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Figura 3.32: Pinos de recalque P1 a P8 do túnel acústico (LPC-Latina, 2014).
Figura 3.33: Pinos de recalque P9 a P15 do viaduto (LPC-Latina, 2014).
No dia 07/10/2013 foram realizadas as escavações do rebaixo para a seção plena próxima ao PK 50,20 do túnel – seção de convergência 08, porém, a partir dos resultados de instrumentação (Figura 3.34) observou-se deformações excessivas da ordem de cinco milímetros ocorrendo nas cordas C e F (parte inferior da seção). Para que a convergência fosse controlada, o ATO definiu que fossem aplicados tirantes de reforço no rebaixo. Após a instalação dos tirantes, os recalques se estabilizaram.
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Figura 3.34: Convergência PK 50,20 (LPC-Latina, 2014).
A Figura 3.35 mostra os resultados da instrumentação do túnel em rocha clas-se II, escavado em seção plena em torno do PK 301,65 – seção de convergência 25. Os valores de convergência/divergência das cordas são da ordem de um milímetro. Como a rocha é um material com coesão muito maior que o solo, é esperado que as movimentações (convergência) no maciço sejam bem menores. De acordo com os resultados obtidos, pode-se concluir que o suporte está funcionando de maneira ade-quada.
Figura 3.35: Convergência PK 301,65 (LPC-Latina, 2014).
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3.7. SISMOGRAFIA
O bairro da Gávea, região onde se localiza o túnel, é uma área densamente habitada, existem vários colégios e uma faculdade (PUC), portanto grande movimen-tação de pessoas. A utilização de explosivos para o desmonte de rocha em túneis a-carreta vibrações que se propagam pelo maciço rochoso e deslocamento de ar, po-dendo causar danos às estruturas vizinhas tais como vidros quebrados e paredes fis-suradas, gerando danos materiais (que serão cobrados da obra). além do desconforto auditivo para as pessoas. Por estes motivos, a cada detonação realizada são gerados relatórios sismográficos com o auxílio de sismógrafo e geofones (Figura 3.36) localiza-dos em pontos estratégicos nos quais se medem as vibrações e os ruídos.
Figura 3.36: Sismógrafo e geofone.
As detonações devem respeitar os limites estabelecidos de vibração, portanto os relatórios sismográficos devem ser analisados pelos engenheiros da obra, e caso as medidas de vibração não estejam respeitando esses limites, ou estejam muito pró-ximas, o plano de fogo deve ser revisto para a adequação (por exemplo, diminuir a quantidade de explosivos ou aumentar o número de esperas). Um exemplo de relató-rio de sismografia é apresentado no ANEXO IV. São apresentados relatórios sismo-gráficos de quatro pontos no entorno do emboque do túnel (Colégio Teresiano, pilar do viaduto, oficina da PUC sob o viaduto e Laboratório na PUC).
De acordo com a norma NBR 9653/2005 os níveis de pressão acústica não podem ultrapassar o valor de 134 dB no pico. Os limites das velocidades de vibração são apresentadas na Tabela 3.3.
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Tabela 3.3: Limites de velocidade de vibração de partícula de pico por faixas de fre-quência (NBR 9653/2005).
Com a análise dos relatórios sismográficos apresentados, pode-se concluir que todos os parâmetros se mantiveram abaixo dos limites estabelecidos.
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4. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
O presente trabalho apresentou uma revisão bibliográfica dos principais aspec-tos na construção de túneis, os tratamentos necessários para estabilização dos maci-ços, métodos de suporte e revestimento tanto para túneis em solo como em rocha, com base nos princípios executivos do New Austrian Tunnelling Method.
Como forma de aplicação da teoria foi apresentado o caso da obra de execu-ção do túnel de serviço da Linha 4 do metrô do Rio de Janeiro, localizado no bairro da Gávea. Foram descritas todas as etapas construtivas do túnel em solo e em rocha, a análise da geologia da região, os tratamentos preliminares às escavações e o sistema de instrumentação utilizado. A importância da instrumentação como controle de exe-cução e desempenho dos túneis foi ilustrada através da análise das leituras dos ins-trumentos instalados no interior do túnel e no maciço.
Através da análise dos procedimentos realizados e das informações obtidas com a instrumentação, pôde-se concluir que as escavações foram feitas de maneira segura e os tratamentos se mostraram eficazes.
Tendo em vista que a exploração cada vez maior do espaço subterrâneo é uma tendência em todo o mundo, o estudo, conhecimento e desenvolvimento das tecnolo-gias na área de túneis se mostra fundamental.
Sugestões para futuras pesquisas: Comparação entre os diversos métodos de execução de túneis (TBM, NATM, Cut and Cover, Pipe Jacking, etc.); Análise na pro-dutividade das atividades de escavação; Influência das detonações em edificações vizinhas e propagação de vibrações através do maciço rochoso; Falhas em túneis e segurança nas escavações.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9653: Guia para avalia-ção dos efeitos provocados pelo uso de explosivos nas minerações em áreas urbanas – Procedimento. Rio de Janeiro, 2005. CCRB, 2014, Projetos do Consórcio Construtor Rio Barra , Rio de Janeiro. CELESTINO, T. B., ROCHA, H.C., Tunneling Market in Brazil , Revista Tunnel 5/2011, pp.10-16, 2011.
CHAPMAN, D., METJE, N., STÄRK, A., 2010, Introduction to Tunnel Construction, Aplied Geotechnics Volume 3, Spon Press, New York,.
CHIOSSI, N. J.,1979, Geologia Aplicada à Engenharia , 2ª Edição, Grêmio Politécni-co, São Paulo. DER-SP, 2005, Projeto de Túnel , Diretoria de Engenharia – Departamento de Estra-das de Rodagem, São Paulo. LATINA, 2014, Dados de instrumentação da empresa LPC Latina, Rio de Janeiro. GERALDI, J. L. P., 2011, O ABC das Escavações de Rocha. Editora Interciência, Rio de Janeiro. HOEK, E., KAISER, P. K., BAWDEN, W. F., 1998, Support of Underground Excava-tions in Hard Rock , A.A.Balkema, Rotterdam. HSE - Health & Safety Executive. Safety of new austrian tunnelling method (NATM) tunnels. Sudbury: HSE Books, 1996. KOLYMBAS, D., 2008, Tunnelling and tunnel mechanics – A Rational Approa ch to Tunnelling , Springer, Innsbruck. LUNARDI, P., 2008, Design and Construction of Tunnels - Analysis of co ntrolled deformation in rocks and soils (ADECO-RS) , Springer, Berlin. MULLER, L., 1978, Der Felsbau: Dritter Band Tunnelbau , Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart (traduzido para o inglês por G. REIK). NAKAMURA, J., Concreto Projetado para Túneis , Infraestrutura Urbana - Projetos, Custos e Construção – Editora Pini, n.32, ano 3, p. 42-26, nov, 2013. SILVA, P. F. A.,1997, Concreto Projetado para Túneis , Editora Pini, São Paulo. US ARMY CORPS OF ENGINEERS, 1997, Tunnels and Shafts in rock, Department of the Army, Washington DC.
53
REFERÊNCIAS ELETRÔNICAS Metro Linha 4 – O que é o projeto? Disponível em: < http://www.metrolinha4.com.br>. Acessado em: 20 Junho de 2014. Tunneling – Rock Escavation Handbook. Manual Técnic o Empresa Sandvik Ta-mrock, 1999. Disponível em: <https://miningandblasting.files.wordpress.com/2009/09/rock-excavation-handbook-tunneling.pdf>. Acessado em: 13 Agosto de 2014.
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ANEXO I: SONDAGENS
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SM-688:
56
57
SM-688A:
58
59
SM-689:
60
61
SM-689A:
62
63
64
ANEXO II: PLANO DE FOGO
65
66
ANEXO III: EXEMPLO DE MAPEAMENTO GEOLÓGICO DA FRENTE REALIZADO PELO ATO
67
68
ANEXO IV: RELATÓRIO SISMOGRÁFICO
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Sismografia: Centro Tecnológico (Laboratório PUC)
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Sismografia: Escola Teresiano
71
Sismografia: Pilar do Viaduto
72
Sismografia: Elevador Oficina (Lado direito do Emboque)
73
ANEXO V: INSTRUMENTAÇÃO
74
INCLINÔMETRO:
75
BENCHMARK :
76
PIEZÔMETRO:
77
TASSÔMETRO:
