EXECUÇÃO DE TÚNEIS EM N.A.T.M (NEW AUSTRIAN TUNNELING

FLÁVIO AUGUSTO MOREIRA VIEIRA

EXECUÇÃO DE TÚNEIS EM N.A.T.M (NEW AUSTRIAN TUNNELING METHOD) PARA

OBRAS DE SANEAMENTO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental.

SÃO PAULO 2003

FLÁVIO AUGUSTO MOREIRA VIEIRA

EXECUÇÃO DE TÚNEIS EM N.A.T.M (NEW AUSTRIAN TUNNELING METHOD) PARA

OBRAS DE SANEAMENTO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. Orientador: Prof. (MS.) Sidney L. Martins.

SÃO PAULO 2003

AGRADECIMENTOS

Ao professor Sidney L. Martins pelo incentivo e motivação dedicados, pela

orientação nos momentos difíceis em busca de novos conhecimentos. Pelos

esclarecimentos técnicos fornecidos e pela total disponibilidade de ajuda

sempre que requerida, sem nunca questionar ou reclamar.

A Engª . Maria Cecília Guazzelli (Carlos E.M. Maffei Engenharia), por ter

cedido material didático e esclarecido inúmeras dúvidas no processo

executivo e compartilhado suas experiências profissionais.

Aos Engenheiros Sálvio L. Fangen e Eduardo Ávila Franchi (Construcap

CCPS Engª e Com.) por terem aberto as portas da empresa, mostrando toda

tecnologia dos diversos processos de execução de túneis, inclusive,

fornecendo materiais didáticos e dispondo do precioso tempo para o

esclarecimento de dúvidas e troca de informações que foram fundamentais

para o desenvolvimento deste trabalho.

Não posso esquecer dos meus pais, José Augusto e Sônia que me

incentivaram e me deram apoio ao longo de todo o curso e que estiveram ao

meu lado durante essa etapa de minha vida que foi superada com muito

empenho e dedicação.

A minha noiva Graziela Juliati que esteve ao meu lado em todos os

momentos desta longa jornada, sempre compreensiva e amiga, sempre me

dando força para que eu conclui-se mais esta etapa de minha vida.

A todos os professores não citados, mas que nos motivaram e incentivaram

ao longo do curso e que ajudaram a semear os frutos que serão colhidos em

um futuro breve.

i

SUMÁRIO

RESUMO...................................................................................................................IV

ABSTRACT................................................................................................................V

LISTA DE FIGURAS ...............................................................................................VI

LISTA DE TABELAS .............................................................................................VII

1 INTRODUÇÃO...................................................................................................1

2 OBJETIVOS.......................................................................................................4

2.1 Objetivo Geral .............................................................................................. 4

2.2 Objetivo Específico .................................................................................... 4

3 METODOLOGIA DO TRABALHO.................................................................6

4 JUSTIFICATIVA................................................................................................7

5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...........................................................................8

5.1 MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS PARA OBRAS DE

SANEAMENTO......................................................................................................... 8

5.1.1 Vala a céu aberto (Método Destrutivo) .............................................. 8

5.1.2 TBM (Tunnel Boring Machines) ........................................................ 11

5.1.3 Escavação de “tunnel liner” pelo método não destrutivo .............. 17

5.1.4 “N.A.T.M.” (New Austrian Tunnelling Method)................................ 21

5.1.4.1 Execução de poço com revestimento em concreto projetado.... 21

5.1.4.2 Execução do N.A.T.M. ...................................................................... 24

5.1.4.3 Sistema de Suporte ........................................................................... 42

ii

5.1.4.4 Cambotas Metálicas .......................................................................... 42

5.1.4.5 Enfilagens ............................................................................................ 44

5.1.5 Concreto Utilizado na Execução do N.A.T.M. ................................ 45

5.1.5.1 Concreto projetado ............................................................................ 45

5.1.6 Tipos de Projeção ............................................................................... 49

5.1.6.1 Projeção - Via úmida ......................................................................... 49

5.1.6.2 Projeção - Via seca............................................................................ 50

5.1.6.3 Projeção - Via semi-úmida ............................................................... 53

5.1.6.4 Condições Para Início Dos Serviços .............................................. 54

5.1.6.5 Aplicação............................................................................................. 54

5.1.6.6 Cura...................................................................................................... 54

5.1.6.7 Manutenção dos Serviços Executados .......................................... 55

5.1.7 Materiais Utilizados ............................................................................. 55

5.1.7.1 Areia ..................................................................................................... 55

5.1.7.2 Pedrisco............................................................................................... 55

5.1.7.3 Cimento ............................................................................................... 56

5.1.7.4 Aditivos ................................................................................................ 57

5.1.7.5 Adições ................................................................................................ 58

5.1.7.6 Água ..................................................................................................... 59

5.1.7.7 Preparo da superfície:....................................................................... 59

5.1.7.8 Projeção .............................................................................................. 59

5.1.7.9 Cura...................................................................................................... 61

6 ESTUDO DE CASO........................................................................................61

6.1 Obra SABESP (Projeto Tietê Fase II) – Interceptor de Esgotos Ipi

07 – São Paulo. ...................................................................................................... 61

6.1.1 Introdução............................................................................................. 61

6.1.2 Vantagens ............................................................................................ 65

6.1.3 Desvantagens ...................................................................................... 67

6.1.4 Interferências ....................................................................................... 68

6.1.5 Prazo, Custos e Justificativa............................................................. 68

6.1.6 Comparativo de Preços entre os Métodos...................................... 69

iii

7 CONCLUSÕES...............................................................................................70

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................72

GLOSSÁRIO............................................................................................................75

iv

RESUMO

O trabalho apresenta os métodos de execução de túneis em obras de

saneamento, as suas tecnologias, os materiais e equipamentos e as etapas

do método “N.A.T.M.” (New Austrian Tunneling Method).

Apresenta-se, também, como a tecnologia do método não destrutivo

“N.A.T.M.” é utilizada em diversas obras, com resultados satisfatórios sem

agredir o meio ambiente e a comunidade.

v

ABSTRACT

The Word presents the methods for execution of tunnel in sanitation

workmanship and your technologies, the materials and equipments and the

steps from method “N.A.T.M.”(New Austrian Tunneling Method).

Also, presents, like a technology from method unrestricting “N.A.T.M.” it’s

using in many workmanship with satisfactory results without the ambient and

the community.

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Escoramento com Estacas Prancha.....................................................8

Figura 2: Vias de Acesso ao Canteiro ...................................................................9

Figura 3: Isolamento da Área de Trabalho ..........................................................10

Figura 4: Escarificadora de Solo ...........................................................................11

Figura 5:Tunnel Boring Machines.........................................................................12

Figura 6: Cravação de Tubos de Concreto .........................................................13

Figura 7: Isolamento do Canteiro de Obras........................................................14

Figura 8: Armação da Parede de Reação do Poço de Serviço.......................16

Figura 9: Revestimento Metálico dos Túneis......................................................18

Figura 10: Frente de Ataque ..................................................................................19

Figura 11: Emboque do Túnel...............................................................................20

Figura 12: Telas e Arranques do Guarda Corpo................................................22

Figura 13: Escavação e Fixação de Telas de Aço ............................................23

Figura 14: Armação da Laje de Fundo ................................................................24

Figura 15: Esquema Construtivo do “N.A.T.M.” .................................................25

Figura 16: Escavação em Bancadas ...................................................................28

Figura 17: Poço de Serviço Acesso ao túnel em “N.A.T.M.”............................30

Figura 18: Enfilagens ..............................................................................................31

Figura 19: Escavação Parcial do Túnel...............................................................33

Figura 20: Gráfico de Colapso de Frente ............................................................34

Figura 21: Esquema de Instrumentação Mecânica ...........................................37

Figura 22: Cambota Metálica ................................................................................43

Figura 23: Equipamento de Projeção ..................................................................46

Figura 24: Revestimento em Concreto Projetado..............................................51

Figura 25: Colocação da Telas .............................................................................60

Figura 26: Caminhamento do Interceptor (Montante) .......................................62

Figura 27: Caminhamento do Interceptor (Jusante) ..........................................62

Figura 28: Local da Travessia Sob o Rio Pinheiros ..........................................64

Figura 29: Túnel em “N.A.T.M.” Concluído .........................................................65

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Equipe de Execução do N.A.T.M........................................................35

Tabela 2: Características Geométricas do Interceptor Ipi 07...........................64

Tabela 3: Comparativo de Preços no Diversos Métodos .................................69

1

1 INTRODUÇÃO

Os registros de túneis indicam a sua existência há milhares de anos. Túneis

são um dos mais antigos tipos de construção exercidos pelo homem. São

passagens artificialmente abertas, em formações rochosas ou sob o solo,

para permitir o escoamento de água, o acesso a minas e, principalmente, a

comunicação mais rápida entre locais isolados pelo relevo topográfico.

Desde o antigo Egito, são conhecidos certos túneis com cerca de 150 m de

comprimento. Os gregos abriram, no ano 532 A.C., uma galeria de 100m

para captar a água de fontes existentes entre rochas. Eles começaram as

escavações, simultaneamente, nos dois extremos e de fato, se encontraram

no meio da montanha.

Os romanos usaram como os gregos os túneis para conectar suas redes de

aquedutos. Eles chegaram a criar determinadas técnicas de trabalho, como

a aplicação do calor, baseados no princípio de que uma rocha aquecida,

quando resfriada rapidamente, se parte com certa extensão tornando-se

mais fácil para ser escavada.

Exemplos de casos históricos:

ü 4000 anos – Babilônia – Túnel sob o Rio Eufrates, 1 km de

comprimento com seção de 3,6 a 4,5 m. Construído a céu aberto,

com o desvio do rio.

ü Túneis dos aquedutos romanos, construídos há 1800 anos atrás,

reconstruídos em 1925 e ainda em uso.

ü Monte Cenis, entre França e Itália – Início em 1857 e término em

1871, com a introdução de perfurações nas rochas e utilização de

dinamite.

2

ü Londres – 1869 – Marc Brunel desenvolveu um aparato que escorava

as paredes do túnel conforme o mesmo ia sendo aberto, avançando à

medida que se alinhavam as galerias com tijolos ou pedras de

cantaria. O invento foi criado durante a construção de um túnel sob o

Rio Tâmisa.

ü No Brasil, somente a partir de 1948, foram contratados geólogos para

o estudo da abertura do túnel de Santa Cecília, escavado pela “Light”,

no Rio de Janeiro.

No passado, prevalecia o procedimento de abrir túneis sem qualquer estudo

prévio quanto à natureza dos solos ou das rochas a atravessar.

Esse procedimento ocasionou uma série de fracassos, sobretudo pela

ocorrência de fenômenos não previstos, como desmoronamentos e

excessiva infiltração d’água, que não só encareceram muito o custo da obra

como prolongaram de maneira considerável, o período de sua construção.

Esses fenômenos ocorreram mesmo em túneis abertos em regiões

consideradas como constituídas inteiramente de rocha viva.

O auxilio que as informações de natureza geológica podem proporcionar,

não se relacionam apenas ao objetivo de evitar as surpresas dos tipos acima

citados, como também permitir a elaboração de um projeto mais adaptado

às peculiaridades geológicas locais.

A tendência para a implantação de um alinhamento de túnel é mantê-lo o

mais reto possível, não só por seu percurso menor, custos inferiores, melhor

visibilidade, mas também pela simplificação da construção e da sua locação

topográfica.

3

A fase mais importante dos trabalhos preliminares para túneis é a

exploração cuidadosa das condições geológicas. O reconhecimento

geológico é feito através de investigações superficiais, complementada com

sondagens espaçadas adequadamente, as quais fornecem as informações

para o projeto preliminar.

4

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Descrever os principais métodos construtivos de túneis para obras de

saneamento assim como suas principais vantagens e desvantagens, abordar

a sua eficiência nas obras de saneamento e os principais materiais e mão de

obra empregados na execução desses túneis.

2.2 Objetivo Específico

Apresentar informações técnicas das principais vantagens do método

“N.A.T.M.” para execução de túneis, utilizados em obras de saneamento,

bem como os avanços tecnológicos atingidos na utilização deste processo

construtivo.

Embora, tratando-se de um método moderno e inovador, o “N.A.T.M.” possui

dificuldades e limitações de execução que serão abordadas neste trabalho.

Procura-se demonstrar as verificações que são realizadas durante a

execução das obras, bem como os diâmetros mais usuais e os tipos de solo

que o “N.A.T.M.” apresenta maior eficiência, tornando sua execução mais

viável que os outros métodos construtivos disponíveis no mercado.

O processo executivo do “N.A.T.M.” pode e deve ser utilizado de maneira

racional, sem prejudicar o meio ambiente e a comunidade, durante sua

execução.

Abordar-se também a influência direta e fundamental do concreto durante a

execução dos túneis e o tempo de vida útil destas obras, em relação aos

demais métodos existentes.

5

Demonstrar os itens de segurança que devem ser levados em consideração

durante a execução dos túneis visando preservar a integridade física das

pessoas que executam estas obras.

No estudo de caso com a obra do Projeto Tiête Fase II é apresentado todo o

detalhamento de execução de uma obra, utilizando o método “N.A.T.M.”,

onde procurou mostrar suas vantagens e desvantagens.

6

3 METODOLOGIA DO TRABALHO

O trabalho foi desenvolvido baseado nas seguintes fontes de pesquisa:

ü Livros técnicos, dos quais foram extraídos os conceitos básicos;

ü “Sites” da Internet, na busca de artigos e informações adicionais

sobre o tema;

ü Reuniões com profissionais especializados na execução de obras de

saneamento;

ü Normas técnicas com especificações sobre temas relacionados ao

estudo,

ü Visitas a obras onde estão sendo executados túneis em “N.A.T.M.”;

ü Especificações técnicas da Empresa Construcap;

ü Memorial descritivo da obra;

ü Revistas onde são abordados assuntos ligados ao tema.

7

4 JUSTIFICAT IVA

O “N.A.T.M.” (NEW AUSTRIAN TUNNELLING METHOD), bem como as

obras subterrâneas, estão cada vez mais ganhando espaço, devido ao alto

custo de desapropriações e á grande perturbação ao tráfego, caso fossem

efetuadas escavações a céu aberto, além de não agredir o meio ambiente e

a comunidade durante sua execução.

Com o crescimento desordenado das grandes cidades cada vez mais se faz

necessário à execução de obras de saneamento básico visando à melhoria

da qualidade de vida dos habitantes destas cidades.

Inicialmente o “N.A.T.M.” se restringiu à Europa Central, Itália e Suíça, vindo

a ser difundido no Brasil em 1970.

O “N.A.T.M.” é versátil quanto ao tipo de maciço, bem como quando à forma

e dimensões necessárias.

O “N.A.T.M.” em particular, que obteve larga aplicação nos últimos trinta

anos, representou, sem dúvida na época de sua introdução, um notável

progresso em relação ao passado.

O objetivo da industrialização da construção de túneis em “N.A.T.M.” é,

portanto hoje incansável junto com o planejamento de obras que poderão

finalmente ser elevada dignidade das demais obras de engenharia civil.

8

5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

5.1 MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS PARA OBRAS DE

SANEAMENTO

5.1.1 Vala a céu aberto (Método Destrutivo)

“No método a céu aberto, o túnel propriamente dito tem seção transversal

retangular para duas ou mais vias, estando sua base geralmente até 10 m

em alguns casos podendo chegar a 20 m abaixo da superfície e tendo em

conseqüência um reaterro de 4 m a 14 m de altura. Os diversos métodos de

construção a céu aberto se distinguem principalmente pelo tipo de

escoramento de acordo com a figura 1. Os principais trabalhos que

acompanham esse método são: remoção das interferências, escoramento

de prédios, medidas para o remanejamento do tráfego e desapropriações do

terreno” (Cerello, 1998).

Figura 1: Escoramento com Estacas Prancha.

Fonte: Flávio Augusto M. Vieira

9

Ainda segundo Cerello (1998), deverão ser previstas e mantidas vias de

acesso ao canteiro e dentro do mesmo conforme figura 2, para permitir a

chegada e locomoção com segurança das máquinas e outros equipamentos

necessários, bem como das peças a serem montadas.

Figura 2: Vias de Acesso ao Canteiro


Os equipamentos e acessórios a serem utilizados para o assentamento das

tubulações deverão ser definidos pelo Engenheiro da obra com

antecedência e conforme a análise do projeto de execução. Após montagem

dos equipamentos o local deve ser isolado e sinalizado para restringir o

acesso de pessoas estranhas e garantir a segurança do pessoal conforme

ilustrado na figura 3.

10

Figura 3: Isolamento da Área de Trabalho


Definida em projeto a metodologia a ser aplicada na obra, o engenheiro

acompanhará cada etapa de execução dos serviços (Sabesp 2003)

Verificação do nivelamento, alinhamento do berço e assentamento de

tubulações deve se utilizar nível óptico ou cruzeta.

A estocagem das tubulações deve ser disposta a uma distância medida a

partir da borda da vala, nunca inferior à metade da profundidade de corte.

Entretanto, deverão ser considerados as cargas adicionais, provocadas pela

presença e pelo tráfego de guindastes, escavadeiras e caminhões. Neste

caso o engenheiro definirá a distancia entre a borda da vala e a área

destinada à disposição dos materiais.

Responsável deverá definir o raio de trabalho das máquinas e equipamentos

para a movimentação segura e o assentamento das tubulações.

11

5.1.2 TBM (Tunnel Boring Machines)

Segundo Lunardi (1995), as escavações mecanizadas, são cada vez mais

comuns e competem, econômica e tecnicamente, com as escavações a

fogo. Segundo De Mello ( 1998), a grande velocidade do avanço,

comparada com a escavação a fogo tradicional, e a eliminação do

desconforto ambiental, provocado pelas detonações, constituem vantagens

adicionais importantes. Têm a vantagem também de manter a frente e o

perímetro do túnel em situação muito estável e segura. Em geral, os

maciços, cujas resistências da rocha intacta não ultrapassa 30 Mpa, podem

ser escavados por escarificação mecânica conforme mostrado na figura 4.

Figura 4: Escarificadora de Solo


“Tunnel Boring Machines” são auto perfuratrizes de grande diâmetro

mostradas na figura 5. Ainda segundo Lunardi (1995), sucesso destes

equipamentos depende das características e propriedades do maciço, pois

devem escavar, sem problemas operacionais, todos os tipos litológicos e

feições estruturais, identificados durante a fase de investigações

preliminares. São máquinas caras e muito específicas.

12

Figura 5:Tunnel Boring Machines


“Os raios de curvatura são limitados, e a presença de água não prevista

pode representar problemas. Normalmente só são empregados em túneis de

mais de um quilometro de extensão, devido a dificuldades de transporte,

montagem e mobilização” (Lunardi 1995).

O processo construtivo consiste em escavação feita mecanicamente através

de máquinas dotada de cabeça giratória, acionada por motores elétricos.

Na parte posterior da máquina são colocados tubos de concreto pré –

moldados conforme figura 6, que são cravados sucessivamente no solo pelo

conjunto de macacos hidráulicos.

13

Figura 6: Cravação de Tubos de Concreto


A propulsão é realizada no poço de serviço, provocando o avanço do

equipamento e demais tubos já instalados.

O direcionamento do túnel é conseguido com auxílio de um aparelho de raio

laser, instalado no poço de serviço.

Segundo Maffei (1995), os trechos a serem executados pelo método não

destrutivo em tubos cravados são compreendidos em um poço de ataque

(poço para início da cravação) e um poço de recepção (poço de conclusão

da cravação no trecho) conforme mostrado no esquema abaixo, podendo ser

até dois poços de recepção, ou seja, um poço de recepção no sentido a

“jusante” e o outro no sentido a “montante”.

14

Esquema de Cravação de Tubos de Concreto

Após montagem dos equipamentos, o local é cercado de tapumes para

restringir o acesso de pessoas estranhas e garantir a segurança dos

equipamentos e do pessoal conforme mostrado na figura 7.

Figura 7: Isolamento do Canteiro de Obras


O poço de ataque deverá ter bomba submersa controlada por bóia

automática, para que esta mantenha o nível de água do lençol freático

estável.

15

Para instalação da estrutura de deslocamento, é necessária a limpeza do

poço.

O topógrafo determina e instala os pontos de nivelamento e alinhamento,

para que se possa alinhar, nivelar e concretar a estrutura de deslocamento

(macaco hidráulico utilizado para cravar os tubos).

Quando tripulado, deve ser garantida ao operador da máquina a renovação

do ar por meio de ventilação e ou exaustão e controle do ar atmosférico com

monitor de gases. A iluminação deve ser de 24 Volts com lâmpadas de até

60W.

Quando não tripulado, o comando e o controle do direcionamento é feito

externamente através de um painel de controle que possibilita ao operador

monitorar os comandos necessários para a correta execução.

Os tubos deverão ser de concreto e, também resistir aos esforços

horizontais causados pelas cargas dos macacos de cravação.

Segundo Memorial descritivo Sabesp (2003), os tubos de concreto armado

deverão possuir, nas extremidades de cada seção um colar para possibilitar

a emenda através da junta elástica entre os tubos. Os tubos com diâmetros

maiores que 1,60m poderão ser emendados por meio de parafusos

tensores, previamente preparados para este fim.

Na primeira seção deverá ser adaptada uma carcaça de aço “shield”, com a

finalidade de servir como câmara de trabalho, proteger o primeiro tubo e

facilitar o corte do terreno na cravação.

O equipamento “shield” deverá ser provido dos acessórios necessários que

permitam seu avanço em solos de alteração ou mesmo rocha, com a

utilização de cabeça escarificadora especial. Para pequenos diâmetros o

16

“shield” deverá ser provido de software que execute o gráfico de fugas do

equipamento em relação ao eixo do projeto.

“O poço de serviço deverá ter dimensões internas mínimas compatíveis com

o tipo de equipamento de cravação. Na parede do poço de cravação

mostrada na figura 8, oposta à direção na qual será cravado o tubo, deverá

ser construído um quadro rígido para a reação do macaco hidráulico,

compatível com o tipo de equipamento e condições de resistência do solo”

(Maffei, 1995).

Figura 8: Armação da Parede de Reação do Poço de Serviço


Ainda segundo Maffei a tubulação cravada deverá entrar justa no terreno,

não podendo ficar com folgas significativas externas, devendo, portanto, a

tubulação ocupar totalmente a área escavada, não permitindo recalques no

terreno, dispensando injeção de preenchimento com argamassa de cimento

e areia ou outros materiais.

17

Os tubos deverão ser impermeáveis a infiltrações, atender às normas

técnicas de estrutura de concreto armado para condução de líquidos

agressivos, tanto do ponto de vista de recobrimento de ferragem como de

fissuração de concreto. Os tubos deverão ser inspecionados e aprovados

(Sabesp, 2003).

Na ponta do tubo é colocado o anel de borracha, que tem a função de vedar

o acoplamento, e na bolsa metálica cola-se o anel de chapa de

compensado, que tem a função de um amortecedor entre os tubos no

momento da cravação.

5.1.3 Escavação de “tunnel liner” pelo método não destrutivo

Segundo De Mello (1998), processo “Tunnel Liner” (Túnel revestido) se

caracteriza pela escavação modular do solo e montagem simultânea do

revestimento metálico do túnel.

Ainda segundo De Mello (1998), esse revestimento metálico será constituído

por anéis de chapas de aço corrugado e galvanizadas a fogo mostrados na

figura 8. Os anéis são solidarizados entre si, por parafusos e porcas

galvanizadas nas bitolas convenientes e distribuídas ao longo dos flanges

laterais dos mesmos. As chapas que compõem cada anel serão também

emendadas por transpasse de parafusos e porcas da mesma medida que os

anteriores.

18

Figura 9: Revestimento Metálico dos Túneis


“A espessura das chapas será dimensionada para resistir aos esforços

causados pelas cargas do solo e externas. A escavação do solo deverá ser

feita de modo que a forma do túnel corresponda exatamente a do cilindro,

(De Mello, 1998)”.

Durante a execução deverá ser assegurada, se necessário, a sustentação

da abóbada da escavação até que seja montado o revestimento metálico.

Segundo Maffei (1995), deverão ser utilizados todos os acessórios inerentes

ao processo (“Roof Shield”, escudos frontais, estroncas telescópicas, tirantes

metálicos) assegurando a estabilidade da frente de escavação, sempre que

as características geotécnicas do solo assim determinar.

Segundo Ribeiro Neto (1999), para segurança na execução dos avanços

programados, deverão ser executadas sondagens na frente de escavação

através de furos horizontais e furos com inclinação ascendente para

verificação de eventual existência de água e alteração localizada de solo.

Segundo Maffei (1995) a verificação do alinhamento do túnel será feita

periodicamente à freqüência de no máximo um ponto a cada 3m de avanço.

19

O desvio observado deverá ser imediatamente corrigido, para repor o eixo

do túnel escavado na posição do eixo teórico .

Segundo Redaelli (1998), o revestimento estrutural interno para o túnel

deverá ser de concreto impermeável às infiltrações e resistir aos esforços

causados pelo solo e trânsito de veículos, sem contar com os anéis

metálicos segundo Mello (1998). Deverá atender às normas técnicas de

estruturas de concreto armado para condução de líquidos agressivos, tanto

do ponto de vista de recobrimento das armaduras, como de fissuração do

concreto.

“Tendo sido locado o eixo da obra, e dado o início da escavação manual da

frente de ataque mostrada na figura 10, a escavação deve ser feita dentro de

um perímetro o mais justo possível à circunferência externa do túnel de

chapa e com comprimento aproximado de 0,46m. Imediatamente após esta

etapa, executa-se a montagem do primeiro anel” (Mello, 1998).

Figura 10: Frente de Ataque


20

Depois de montado o primeiro anel de emboque conforme figura 11, uma

nova série de operação permitirá a montagem do anel seguinte e assim

sucessivamente.

A escavação prosseguirá e os anéis serão solidarizados nos adjacentes por

parafusos e porcas, que devem ser distribuídos ao longo dos flanges laterais

dos anéis. As chapas de cada anel são emendadas por transpasse de

parafusos e porcas das mesmas dimensões, porém com os pescoços

quadrados e providos de arruelas de pressão. Este sistema mantém o

parafuso no furo, também quadrado da chapa, para permitir que a porca seja

apertada pelo lado interno.

Figura 11: Emboque do Túnel


Os únicos vazios permitidos ao longo do túnel serão os devidos a

corrugação das chapas. Esses vazios serão preenchidos com solo–cimento,

através de injeção com pressão de 5 MPa, simultaneamente ao avanço das

escavações, a fim de se evitar possíveis recalques.

21

Segundo Maffei (1995), este preenchimento deverá ser feito através de furos

existentes nas chapas, que são apropriados para a colocação do bico de

injeção. O solo-cimento terá o seu traço dosado e deverá ser misturado em

equipamento elétrico-mecânico. O material de preenchimento deverá ter as

seguintes características: fluidez e razoável resistência à compressão. Sua

injeção será feita através de bomba. Durante o preenchimento, deverão ser

checados os anéis através da procura de “som de oco”, que evidencie a

existência de vazios. Caso seja constatada a existência de vazios, deverá

ser executada uma nova injeção neste local.

A declividade e alinhamento definidos em projetos serão controlados através

de teodolito ótico ou eletrônico a cada três anéis montados.

Os dutos deverão ser secos e limpos após a execução dos serviços.

5.1.4 “N.A.T.M.” (New Austrian Tunnelling Method)

O método “N.A.T.M.” é o objeto deste trabalho, sendo concebido através de

várias etapas sucessivas e relevantes:

5.1.4.1 Execução de poço com revestimento em concreto projetado

Segundo Ferrari (1993), os poços com revestimento em concreto projetado

receberão os equipamentos necessários à execução dos túneis em processo

não destrutivo pelo método de tubo cravado e ou shield, túnel linner e túnel

em “N.A.T.M.”

O processo construtivo consisti em:

Para a execução do poço em rua ou avenida, deve-se solicitar a interdição

do transito ao órgão de transito local. Deve-se amostrar o concreto projetado

22

utilizado na execução do poço através da moldagem de placas, no mínimo a

cada 2,40 metros de escavação ou conforme orientação da fiscalização.

Durante a concretagem da viga (Colar Superior) deve-se prever a colocação

de arranques para fixação de tela com 1,20 metro de altura para projetar o

guarda-corpo mostrado na figura 12 e também a colocação de arranques

para fixação da tela de armação da parede do poço.

Figura 12: Telas e Arranques do Guarda Corpo


Segundo Silva (1997), escavação parcial do poço não poderá ser superior a

1,20 metro de profundidade conforme mostrado na figura 13. Efetuar a

primeira etapa do jateamento do concreto conforme espessura definida em

projeto.

Ainda segundo Silva (1997), as telas são fixadas com grampos de ferro

sobre a primeira camada de concreto projetado conforme projeto executivo

mostrado na figura 13. Na ocorrência de destacamento do concreto

projetado devido à pressão de água proveniente do lençol freático, o

23

encarregado ou engenheiro da obra definem a quantidade e posições de

drenos, suficientes para a eliminação desta pressão.

Figura 13: Escavação e Fixação de Telas de Aço


No jateamento final, aplica-se concreto projetado e as diversas camadas de

tela de aço, seguindo-se as especificações de projeto até a espessura final

da parede. O poço será executado até a profundidade especificada,

seguindo-se as etapas anteriores para cada trecho de 1,20 m.

Na última montagem de tela na parede, atingindo-se a cota de projeto, deve-

se executar a colocação de barras de aço para ligação da parede do poço

com a laje de fundo, conforme projeto.

A laje de fundo deverá ter caixa para alojar bomba submersa, para manter

estável o nível de água no poço e será armada conforme projeto executivo

conforme figura 14.

24

Figura 14: Armação da Laje de Fundo

Fonte: Flavio Augusto M. Vieira

5.1.4.2 Execução do N.A.T.M.

Segundo Campanhã (1995), ”N.A.T.M.” (New Austrian Tunnelling Method) é

um método de escavação em solo ou rocha que conduz a uma estabilização

pelo alívio controlado de pressão. O alívio de tensão é efetuado

intencionalmente; os valores das deformações e tensões são rigorosamente

medidos e controlados de acordo com as necessidades.

O método baseia-se na capacidade de auto sustentação do material

circundante à cavidade conforme mostrado na figura 15. A velocidade de

avanço da frente de escavação, em função do tipo de solo encontrado,

determina a eventual necessidade de escoramento Campanhã (1995). O

acompanhamento sistemático das medidas de convergência das seções

transversais determina a utilização de escoramento necessários à

estabilização de deformações.

25

Figura 15: Esquema Construtivo do “N.A.T.M.”

Fonte: Maffei (1995)

Segundo Chiossi (1979), a consciência de que o maciço é fundamental

como elemento de suporte da cavidade, é um conceito muito importante do

“N.A.T.M.”, ou seja, tem capacidade de absorver e redistribuir esforços

26

induzidos pelas escavações. Através do “consentimento” de pequenas

deformações nas bordas das escavações, obtém-se um revestimento com

capacidade de carga (σr) menor que no caso de não se permitir à

deformação. Quanto menor σr, maior a deformação, para um dado tipo de

solo. Julga-se apropriado apenas ressaltar que o objetivo é o de explorar a

capacidade do maciço como elemento de suporte da cavidade, devendo ser

alcançado respeitando os seus limites.

Benefícios e limites de mobilização podem ser observados através do

método de convergência – confinamento.

Legenda

Pi à representa o estado inicial de tensões

Pi – P1, Pi – P2 à parcelas absorvidas pelo maciço (alívio).

Pi – P1 à parcela máxima que o maciço pode absorver

P1, P2, P3 à parcelas do carregamento a serem absorvidas pelo suporte.

P1 –P2, P1 – P3, P2 – P3 à parcelas de alívio relativo sobre o revestimento,

em função do seu instante de instalação, de sua rigidez ou ambos.

Pl à mínimo carregamento possível a ser absorvido pelo revestimento d1,

d2, d3 deformações correspondentes aos pontos de equilíbrio dos

revestimentos 1, 2, 3 para a curva característica do maciço em questão.

27

D1 à máxima deformação onde ainda é possível o equilíbrio sem ruptura do

maciço

Observando-se a figura, fica evidente que:

ü Deformações e alívios iguais podem ser alcançados com suportes de

rigidez diferentes instalados em diferentes instantes como nas curvas

3 e 4 de reação dos suportes;

ü Alívios e deformações diferentes podem ser alcançados com suporte

de igual rigidez instalados em tempos diferentes como nas curvas 1 e

2 dos suportes;

ü Alívios e deformações diferentes podem ser atingidos com suportes

de rigidez diferentes instalados em instantes iguais, conforme pode

ser observado nas curvas 1 e 3 dos suportes.

Para assegurar os objetivos, preconiza-se a adoção de medidas e

providências que possibilitam:

ü aproveitar ao máximo a capacidade autoportante do maciço,

adjacente ao contorno escavado;

ü escavar uma seção arredondada, preferencialmente plena, e

parcializando, quando sua estabilidade exigir;

ü aplicar suporte flexível em todo contorno escavado, exceto no piso,

quando horizontal e suficiente resistente, antes da desagregação da

zona potencialmente plastificável;

ü dimensionar o revestimento final durante a obra, em função do

comportamento mecânico da frente de escavação;

28

ü controlar e corrigir o desempenho do maciço e respectivo suporte,

com base nos resultados do monitoramento dos deslocamentos do

contorno escavado e, eventualmente, da superfície, durante o

processo de escavação.

Ainda segundo Chiossi (1979), dependendo das dimensões da seção

transversal do túnel, será conveniente a divisão da frente de escavação, em

uma calota superior de avanço mais rápido e uma bancada com o maior

volume de material a ser desmontado conforme figura 16.

Figura 16: Escavação em Bancadas


Segundo Iyomassa (1998), para a segurança na execução dos avanços

programados, deverão ser executadas sondagens na frente da escavação

através de furos horizontais e furos com inclinação ascendente para

verificação de eventual existência de água e alteração localizada de solo.

“Com isso pretende-se que todas as providências sejam tomadas para que

os serviços de escavação sejam executados no seco e que a frente tenha

estabilidade “ (Iyomassa, 1998).

29

A verificação do alinhamento do túnel será feita periodicamente, à freqüência

de um ponto a não mais de 3 metros de avanço. O desvio observado deverá

ser imediatamente corrigido para repor o eixo do túnel escavado na posição

de eixo teórico, com a tolerância especificada no projeto executivo.

Segundo Teixeira (1999), em locais convenientemente escolhidos, será

implantada a instrumentação da seção transversal do túnel através da

introdução e posterior fixação de pinos que possibilitem medição com uso do

medidor de convergência. Essas medições deverão ser executadas

diariamente .

O concreto deverá resistir aos esforços causados pelas cargas do solo,

acrescidos das cargas causadas pelo trânsito de veículos e ser impermeável

às infiltrações (Teixeira, 1999).Terá que atender as Normas Técnicas de

Estruturas de Concreto Armado para Condução de Líquidos Agressivos,

tanto do ponto de vista de recobrimento das armaduras, como de fissuração

de concreto.

Os poços de acesso deverão ser localizados em pontos convenientes e com

dimensões que possibilitem o acesso dos equipamentos, tubulações e

permitam o trabalho no túnel de modo compatível com a sua programação

de execução conforme mostrado na figura 17.

30

Figura 17: Poço de Serviço Acesso ao túnel em “N.A.T.M.”


Segundo Silva (1997), visando a preservação da saúde dos mangoteiros,

deverá ser prevista pré-umidificação para concreto projetado com aplicação

prevista por via seca. Após a aplicação da 1º camada de concreto, nos

pontos onde se verificam vazamentos, deverão ser executadas injeções a

fim de aumentar a estanqueidade do túnel. O túnel “N.A.T.M.” deverá ser

executado de acordo com as Normas da ABNT no que segue: qualificação

de mangoteiros NBR 13957.

Os avanços usuais da escavação “N.A.T.M.”, nos diversos tipos de solos ou

rochas “brandas”, variam de 0,6 a 1,2 m, rapidamente revestidos por uma

camada primária de concreto projetado, para garantir a preservação da

resistência do maciço e, conseqüentemente, sua estabilidade (Lopes ,

1997).

Conforme Amaral Filho (1995), os elementos de suporte são o concreto

projetado, tela, cambota e enfilagem. O suporte é uma estrutura provisória,

que mantém a abertura estável, ao menos durante o período de execução

do revestimento. O concreto projetado tem por fim gerar resistência inicial

rápida. A tela tem por função armar o concreto projetado, para suportar

tensões secundárias, tais como cisalhamento (para rocha), flexão e tração.

31

Pode-se observar no revestimento que a tela fica próxima à superfície, para

resistir aos esforços de tração na flexão. A cambota tem por fim gerar um

suporte imediato, antes mesmo da projeção do concreto; caso haja flexão,

deve resistir aos esforços oriundos desta solicitação, tendo em vista que o

concreto projetado tem baixa resistência à flexão. As enfilagens são

necessárias quando o stand up time (tempo de auto-sustentação) do solo é

pequeno (não possibilitando a escavação sem ruptura de teto/frente). As

enfilagens podem ser curtas (chapas onduladas ou dobradas em forma de

U) ou longas (injetadas: PVC com manchetes + calda; ou tubular: tubo de

aço com manchetes + calda) conforme mostrado na figura 18.

Figura 18: Enfilagens


Debereiner (1998) afirma que, dependendo das condições de estabilidade e

drenagem vigentes, antes e após aplicação do concreto projetado, outros

tipos de suporte complementar poderiam ser utilizados, tais como

chumbadores, vergalhões de aço; cravados perimetralmente à escavação;

chapas de aço cravadas (marchavantes). As marchavantes têm a finalidade

de proteger o próximo lance a ser escavado. Atuam diminuindo o vão de

arqueamento, que passa a ser o espaçamento entre as barras. Também

32

podem ser utilizados para reforçar o maciço: rebaixamento do N.A.,

congelamento, injeções químicas.

Correa (1992) diz que, o revestimento é a estrutura que mantém a abertura

estável durante a vida útil da obra. Serve para aumentar a segurança.

Colocado após a estabilização do suporte, tem maior eficácia. Em geral, não

há necessidade de se ter altas resistências iniciais (o que até ajuda a

aumentar a vida útil da estrutura); a resistência inicial tem que ser a mínima

necessária para garantir que o concreto se ligue à superfície. O revestimento

tem que atender ao fck e aos “parâmetros de durabilidade”, além,

evidentemente, da espessura.

Lunardi (1995), verificou-se que o condicionante geométrico tem sido muitas

vezes o fator de definição do método executivo a ser empregado. As

parcializações tem resolvido problemas de estabilidade e muitas vezes,

eliminando a necessidade de intervenção em estruturas ou utilidades

lindeiras. A preocupação com a forma da seção ou de suas parcializações é

outra condicionante através da qual busca-se a geometria mais adequada ao

seu funcionamento, ou seja, onde os esforços de compressão sejam os

predominantes por serem os mais facilmente assimilados pelos suportes

normalmente empregados.

Segundo Francis (1998), o “N.A.T.M.” é versátil quanto ao tipo de maciço,

bem como quanto à forma e dimensões da seção exigida. Quando a plena

seção pode ficar instável, sua escavação pode ser feita por etapas: com arco

invertido provisório ou em mais de duas fases, side drifts conforme mostrada

na figura 19.

33

Figura 19: Escavação Parcial do Túnel


O túnel deve funcionar como um tubo fechado. Há uma grande preocupação

em se adequar o método executivo à realidade do maciço de forma a

dinamizar a execução, prevendo-se o fechamento do arco invertido em

módulos que minimizem as interrupções dos avanços, sem perdas do nível

de segurança do túnel. A ausência ou o fechamento tardio do arco invertido

tem provocado acidentes que vão desde deformações excessivas, ou

mesmo ao colapso de frente e teto por deficiência da capacidade de suporte

de túnel ou perda da estabilidade do maciço mostrado na figura 20. Muitas

vezes, o arco invertido que é um fundamental elemento de suporte de túneis

em solo, não tem sua real importância, quer no projeto, quer na qualidade

executiva: a geometria inadequada, espessuras incorretas, má qualidade do

produto aplicado, principalmente quando em concreto projetado e ligação

inadequada (Francis, 1998).

34

Figura 20: Gráfico de Colapso de Frente

Fonte: Site www.solotrat.com.br

A Seqüência Executiva Consiste em:

ü escavar em seções e alturas pequenas;

ü colocação de cambotas calandradas ou treliçadas (de preferência,

pois são mais leves e não têm “sombra”) para solos, e tirantes ou

chumbadores para rochas;

ü concreto projetado (revestimento primário);

ü colocação de telas, se necessário;

ü passo de avanço limitado a 0,80 m (quase sempre);

ü preservação do núcleo central como berma de equilíbrio;

ü execução do arco invertido provisório, se necessário;

ü escavação do arco invertido definitivo;

35

ü colocação de tela;

ü concreto projetado (revestimento secundário)”.

O número de funcionários e funções para executar um túnel em “N.A.T.M.”

de 70 m de comprimento por 4,0 m de diâmetro segue abaixo:

Tabela 1: Equipe de Execução do N.A.T.M.

Fonte: Flávio Augusto Moreira Vieira (2003).

QTD. FUNÇÃO DESCRIÇÃO

01 Engenheiro

Civil

Elabora, executa e dirige projetos de Engenharia

Civil, estuda características, prepara planos e

métodos de trabalho, e demais dados

requeridos, para orientar a manutenção e reparo

das Obras contratadas, assegurando os padrões

técnicos exigidos.

01 Encarregado Organiza e Supervisiona as atividades dos

trabalhadores, coordenando e orientando, a

execução das tarefas, assegurando o

desempenho das atividades, dentro dos prazos

e normas estabelecidas.

01 Feitor Auxilia no acompanhamento e desenvolvimento de

tarefas nas frentes de trabalho sob a orientação do

mestre e encarregado

01 Op. Perfuratriz

e Enfilagem

Pessoa qualificada para operar a perfuratriz e o

processo de enfilagens.

01 Bombista de

CP6

Pessoa que controla diretamente da bomba, o

fluxo de concreto que é projetado.

36

01 Mangoteiro Utiliza-se do mangote para projetar concreto, de

acordo com a necessidade da Obra, orientado pelo

Encarregado.

04 Ajudantes Auxiliam nas tarefas a serem desenvolvidas e nos

trabalhos que se fizerem necessários, conforme as

necessidades da Obra sob orientação do

Encarregado.

02 Op. De

Martelete

Trabalhador qualificado para operar o martelete

pneumático nas escavações mecânicas

01 Op. De

Betoneira

Estacionária

Trabalhador qualificado para operar o a betoneira

estacionária no preparo de concreto seco para a

projeção

Independentemente do método adotado, deslocamentos sempre ocorrem na

periferia da área escavada e quase sempre na superfície do terreno acima

das escavações. Segundo Ribeiro Neto (1999), recalques acentuados

podem comprometer a segurança e a funcionalidade de edificações, em

áreas urbanas densamente ocupadas, sendo crítico o controle de

deformações.

Este controle pode ser feito com placas para controle dos recalques em

superfície, tassômetros (medidores de recalque profundo), quando as

coberturas são elevadas, e extensômetros (medidores de convergência

internos à escavação).

“Pinos de recalque também são instalados nas edificações lindeiras para

promover o controle das movimentações induzidas pela escavação.

Equipamentos eletrônicos, com leitura por raio laser para todas as leituras

internas à escavação, vêm sendo utilizados com sucesso. O sistema é

denominado “Estação Total”. As executoras controlam suas escavações

através de programas especialmente desenvolvidos para a integração obra-

projeto em tempo real” (Ribeiro Neto, 1999).

37

Além da instrumentação mecânica figura 21, freqüentemente é utilizada a

instrumentação hidráulica, que visa monitorar alterações nas condições

hidrogeológicas dos maciços. A drenagem induzida pelas escavações deve

ser monitorada através de medidas sistemáticas de vazões dos afluxos,

variações de N.A e cargas piezométricas em níveis profundos. As condições

hidrogeológicas dos maciços a serem atravessados por túneis adutores

pressurizados, sujeitos a esgotamento periódicos.

Figura 21: Esquema de Instrumentação Mecânica

Fonte: Site www.solotrat.com.br

Devemos estabelecer em projeto, quais os valores bases que devemos

adotar, quer os obtidos através dos modelos de cálculo adotados, quer os

impostos pelas estruturas ou atividades lindeiras.

Segundo Maffei (1995), o estado de alerta significa o intervalo de tempo ou

avanço no qual deve-se intensificar as leituras e observar atentamente, a

qualidade da execução, pois é nesta fase da execução que as estruturas e o

maciço devem apresentar nítidas tendência de estabilização. Dependendo

da evolução do processo de estabilização, obtém-se, ou a saída do estado

de alerta com a estabilidade da seção, ou passa-se para o estágio que é a

emergência.

38

“O estágio de emergência significa intervalo no qual desenvolve-se o estudo

e a tomada de decisão de quais as soluções e os serviços a serem

implementados para a correção do problema, a mobilização de materiais e

equipamentos e instrução ao pessoal de como intervir no processo. Dentro

desta etapa, pode-se ainda, atingir a estabilização e será um indicador de

que devemos rever os limites estabelecidos. Se, no entanto, neste intervalo

não for observado indício seguro de estabilidade, passa-se ao estágio

seguinte que é o da intervenção (já citados alguns itens acima). A forma de

intervir deve ser definida levando-se em conta as facilidades executivas e os

custos” (Maffei, 1995).

Segundo Maffei (1995), o crescente aumento de acidentes em obras

subterrâneas, principalmente em meios urbanos, fez com que se

aumentasse a preocupação mundial com a segurança destas obras. Os

túneis executados em “N.A.T.M.”, assim como os executados pelos demais

métodos construtivos, requerem o desenvolvimento de considerável

habilidade e cuidado em sua investigação, planejamento, projeto, construção

e monitoramento para serem implantados com segurança.

Independentemente do método de escavação, pode haver colapso.

Túneis em “N.A.T.M.” requerem o desenvolvimento de considerável

habilidade e cuidado em sua investigação, planejamento, construção e

monitoração, para serem construídos com segurança, mesmo que haja bons

sistemas de gerenciamento, treinamento de pessoal, trabalho de supervisão

e procedimentos de controle de qualidade, falhas humanas, assim como a

erraticidade do maciço, não podem ser eliminadas.

Assumindo-se que todos os esforços tenham sido feitos para reduzir os

riscos antes que a construção do túnel se inicie, o fator mais importante para

manter o nível de risco o mais baixo possível, durante a construção, são os

mecanismos de “Detecção do Risco” e “Ação Corretiva”, que consistem em

detectar rapidamente o desenvolvimento do risco, e eliminá-lo através de

39

uma ação corretiva rápida e pontual. Uma detecção rápida é crucial para

providenciar tempo suficiente para que seja possível o início de uma ação

corretiva, a fim de retornar os níveis de risco para valores aceitáveis.

Para a indústria de construção de túneis, há três razões principais para

realizar esforços no sentido de reduzir ou, se possível, eliminar rupturas em

túneis durante a construção:

ü para prevenir atrasos no prazo final;

ü para evitar disputas relativas a impactos ambientais causados pela

ruptura, que resultam em perda adicional de tempo;

ü para ficar dentro do orçamento proposto para o projeto.

Não existe obra civil com risco de ruptura nulo. Deve-se observar que,

mesmo em projetos de boa qualidade, a possibilidade de comportamento

inadequado, e de ocorrência de rupturas ou acidentes irá sempre existir.

Segundo Lunardi (1995), o “N.A.T.M.” apresenta grande vulnerabilidade para

falhas humanas. Convém notar o grande número de operações e atividades

sucessivas, que devem ser realizadas seqüencialmente pela equipe de

construção, de forma nem sempre padronizada, sendo que a monitoração é

parte integrante do método. Esta característica do “N.A.T.M.” é um dos

aspectos que explicam a vulnerabilidade a falhas de execução. A grande

vantagem do “N.A.T.M.” é a liberdade de projetar-se seções transversais de

grande diâmetro e em formas e seqüências construtivas variadas.

Os objetivos primordiais da monitoração de construção de túneis rasos em

solo como sendo:

40

ü controlar o comportamento do maciço durante o avanço do túnel, para

verificar a condição de segurança dos trabalhos em profundidade e

em superfície, e intervir com medidas a apropriadas, tão logo sejam

detectadas condições anômalas ou perigosas;

ü permitir uma avaliação mais precisa das características do maciço,

através de retro-análises úteis, para a definição de medidas de

estabilidade e otimização do projeto das estruturas ainda a serem

executadas.

A monitoração tem com finalidade complementar o mapeamento geológico,

a verificação de conformidades e as demais informações de campo. Ela visa

garantir que os recalques e distorções induzidos pela escavação situem-se

dentro de limites aceitáveis. Em áreas urbanas, esta limitação de recalques

é essencial para evitar danos e edificações próximas ao túnel.

A seguir, apresenta-se um resumo dos itens mais significativos sobre

acidentes geológicos ou anomalias:

Segundo Oliveira (1998), acidentes geológicos não são uma prerrogativa do

método de construção usado; eles ocorrem com severidade variada,

independente do método de construção, tanto em escavação mecanizada,

como “N.A.T.M.” convencional;

Ainda segundo Oliveira (1998), um número pequeno de acidentes

geológicos ocorre devido a um encontro inesperado com uma situação

hidrogeológicas e/ou geotécnica que é inesperada;

A maioria dos acidentes geológicos são causados pelo não reconhecimento

antecipado de situações hidrogeológicas e/ou geotécnicas desfavoráveis.

41

Este ponto é apoiado pelas seguintes observações relativas à insuficiência

dos fatores geológicos:

ü o estudo é dificultado por complexidades geológicas e pela

profundidade do túnel;

ü o cliente impõe um limite no orçamento de investigação, sem avaliar o

potencial de riscos geológicos residuais;

ü o plano de investigação geológica é estabelecido, independentemente

do método de escavação de túneis a ser aplicado;

ü o plano de investigação geológica é geralmente executado em uma

única etapa, e uma investigação com mais etapas seria mais

informativa;

ü o mapeamento geológico-geotécnico na face de escavação e paredes

do túnel, durante o trabalho de construção; são mais freqüentemente

escassos e os resultados nem sempre são interpretados corretamente

e prontamente;

ü o empreiteiro tende a limitar as pessoas durante a execução da obra,

especialmente quando o trabalho de escavação tem que ser

interrompido para executá-las;

ü a tarefa do empreiteiro é produzir escavando tão rapidamente quanto

possível, para fazer isto, o empreiteiro está pronto para correr riscos,

e isto geralmente conduz a uma subestimação dos aspectos de

segurança da situação geotécnica e hidrogeológica real;

ü o interesse do proprietário é terminar o trabalho tão rapidamente

quanto possível, o que, implicitamente, permite ao empreiteiro correr

riscos, reservando-lhe o direito de discutir sobre quem tem que pagar

42

pelas conseqüências. É responsabilidade do proprietário assegurar,

que a construção não ocorra em condições de risco.

Segundo Oliveira (1998), a maior lacuna no conhecimento atual é a

probabilidade ou o grau de risco com que uma certa anomalia geológica

possa surgir inesperadamente, causando um acidente na passagem da face

de escavação do túnel.

O projeto não pode ser determinista, mas deve ser desenvolvido

considerando-se critérios probabilísticos, levando em conta as incertezas

das variáveis relativas aos aspectos geológicos e geotécnicos, as técnicas

de construção e as repercussões externas e ambientais.

5.1.4.3 Sistema de Suporte

Segundo De Mello (1998), os sistemas de suporte destinam-se a conter

deformações e deslocamentos do maciço, pela melhoria de suas

características de resistência. São ainda utilizados para introduzir um

confinamento suplementar, quando a solicitação imposta por uma obra de

engenharia ultrapassa a capacidade de auto-suporte do maciço.

5.1.4.4 Cambotas Metálicas

Segundo Maffei (1995), as cambotas metálicas mostradas na figura 22, são

utilizadas como sistemas de suporte em túneis, geralmente quando o tempo

de auto-sustentação é muito reduzido. As cambotas são constituídas por

elementos metálicos, constituídos em segmentos, aparafusados ou soldados

de forma a se amoldarem às paredes de escavação. Apresentam,

geralmente, o formato de um arco, acompanhando a abóbada do túnel e as

paredes, apoiando-se no piso do túnel. As cambotas escoram, parcialmente,

43

os empuxos decorrentes das deformações do maciço, transferindo as cargas

para o piso do túnel.

Figura 22: Cambota Metálica

Fonte: Site www.constran.com.br

Segundo Teixeira (1999), nos túneis em rocha, as cambotas são,

usualmente, apoiadas diretamente no piso do túnel. Em túneis construídos

em maciços de solo, os pés das cambotas podem ser apoiados em sapatas

de concreto para adequar a distribuição dos esforços à capacidade de carga

do solo. Em solos de baixa capacidade de carga, ou quando ocorrem

esforços laterais, os pés das cambotas podem ser travados entre si, por

meio de segmentos de cambotas instalados sobre o piso ou por uma

camada de concreto projetado ou concreto armado, aplicado sobre o piso,

constituindo um arco invertido, também conhecido como invert. O

espaçamento entre as cambotas é, em geral, de 1 m, variando de 0,5 a 1,5

m. As cambotas podem ser constituídas por perfis de aço tipo I ou H ou por

treliças de barra de aço.

44

5.1.4.5 Enfilagens

Segundo Ribeiro Neto (1999), as enfilagens são utilizadas para o reforço de

maciço de solo, acima da abóbada de túneis, de forma a possibilitar sua

escavação. São instaladas a partir da frente do túnel para a escavação do

trecho seguinte, sendo aplicadas em solos de baixa resistência. As

enfilagens podem ser constituídas por perfis metálicos de aço, cravados no

solo ou por perfis e tubos de aço, introduzidos no solo através de

perfurações e submetidos à injeção de calda de cimento.

As enfilagens cravadas são introduzidas com auxilio de marteletes

pneumáticos, aplicadas em túneis de até 3 m de diâmetro. Podem ser

constituídas por barras de aço ou com chapas de aço, cravadas lado a lado,

com comprimento entre 2 e 3 m, para solo de resistência muito baixa.

As enfilagens injetadas podem ser tubulares ou de bulbo contínuo. São

introduzidas no maciço através de perfurações, sendo aplicadas em túneis

de diâmetros maiores, podendo alcançar de 10 a 20 m adiante da frente de

escavação. A enfilagem tubular consta de um tubo de aço introduzido na

perfuração, através do qual é feita a injeção de cimento por meio de válvulas

manchete ou pela extremidade do tubo.

Na enfilagem de bulbo contínuo, a calda de cimento é injetada na

perfuração, de dentro para fora, introduzindo-se a barra ou tubo de aço

depois de completada a injeção. A enfilagem de bulbo contínuo, a calda de

cimento é instalada mais rapidamente e permite um melhor controle da calda

do que a enfilagem tubular.

Um tipo particular é o agulhamento, utilizado para a estabilização transitória,

para fins de escavação, da frente de túneis em solo. Consta da instalação de

tubos de PVC rígido, injetados com calda de cimento, introduzido em

perfurações horizontais feitas na frente de escavação, distribuídas em malha

45

regular de forma a proporcionar o reforço da frente. Com o avanço da

escavação, o agulhamento é destruído e refeito para o próximo avanço do

túnel.

5.1.5 Concreto Utilizado na Execução do N.A.T.M.

5.1.5.1 Concreto projetado

“As primeiras aplicações de concreto projetado no Brasil ocorreram em

1970, na execução dos túneis da Rodovia dos Imigrantes. Com a introdução

do método “N.A.T.M.”, o concreto projetado vem sendo largamente

empregado na formação do revestimento de estruturas de obras

subterrâneas” (Amaral Filho, 1995).

Segundo Amaral Filho, (1995), na execução de túneis cravados em solo é

fundamental para estabilidade das paredes e da abóbada que o tempo

decorrido entre a escavação e a aplicação do revestimento primário seja o

menor possível. Uma vez escavados, os maciços naturais permanecem por

um tempo variável, que depende das características de cada maciço, sem

sofrer deformações apreciáveis (tempo de auto-sustentação). O concreto

projetado é relativamente plástico, até 3 a 4 dias após a aplicação, possibilita

a deformação controlada do maciço, geralmente de pequena magnitude,

evitando a perda de coesão e mantendo a articulação entre os blocos do

maciço, dessa forma impedindo a ocorrência de deformações maiores,

capazes de instabilizar à superfície escavada.

A técnica usual de colocação de cambotas metálicas e/ou de telas soldadas

requer um período de tempo que pode prejudicar as condições de

estabilidade do maciço envolvente à escavação.

46

O concreto para revestimento de túneis urbanos como regra geral é obtido

pelo processo de concreto projetado. Entende-se por concreto projetado um

concreto que é transportado por um mangote, desde o equipamento de

projeção figura 23 até um bico, que por meio de ar comprimido o projeta a

grande velocidade contra uma superfície.

Figura 23: Equipamento de Projeção


Como regra geral, especialmente em túneis executados pelo método

“N.A.T.M.”, usa-se uma camada de concreto primário projetado entre

cambotas e sobre essa camada uma secundária também de projetado.

Neste caso o C.A.D. (Concreto de Alto Desempenho), é indicado por

apresentar alta resistência inicial (ou precoces) e excelente aderência.

O revestimento com concreto projetado permite a economia de custos e de

prazos, devido a sua auto-sustentação, reduz o custo, pois não é necessária

a utilização de formas, de escoramento e desforma, e permite aumento na

velocidade de concretagem, reduzindo o prazo de conclusão dos serviços.

47

Um dos inconvenientes que apresenta o concreto projetado é a reflexão, isto

é devido ao impacto do concreto projetado contra superfícies duras (tais

como armaduras, o próprio concreto etc.) parte dele é refletido, não sendo

incorporado à superfície de projeção. A reflexão é representada pelo índice

de reflexão, que é a massa de material refletido em relação à massa total de

material inicial. Por razões econômicas, essa reflexão deverá ser mínima.

Ainda segundo Amaral Filho (1995), desplacamento é o destacamento de

massa já projetada por falta de aderência. A falta de aderência é devida à

aplicação do concreto projetado sobre superfícies não adequadamente

preparadas, isto é, substrato contendo materiais soltos e muito lisos,

presença de camada de carbonato de cálcio (estalactite) formada a partir da

lixiviação da cal do cimento, substrato muito úmido, concreto projetado com

excesso de umidade e retardo no início de pega. O desplacamento não deve

ser considerado como reflexão. O desplacamento é visualizado na estrutura

por buracos, o longo de uma massa contínua de concreto.

A aderência concreto/material, concreto/plástico e concreto/material friável é

muito pobre. O concreto encontra dificuldades em aderir às superfícies que

contenham água, as quais diminuem a adesão concreto/superfície, mesmo

que se utilizem altas percentagens de aditivo acelerador.

O concreto projetado deve ter certas qualidades em função de sua idade:

ü no lançamento deve ter coesão suficiente para aderir à camada

subjacente;

ü deve manter após a reflexão apresentada no lançamento as

ü propriedades tecnológicas requeridas;

ü a reflexão deve ser a mínima possível;

48

ü a retração imediata por secagem deve ser suficientemente pequena

de forma a não prejudicar a impermeabilidade;

ü deve apresentar resistências precoces altas, ou seja, fc 8h superior a

10 MPa;

ü deve apresentar resistência futura suficiente, ou seja, fc 28 superior a

30 MPa;

ü deve ter boa compacidade, o que quer dizer baixa permeabilidade e

alta massa específica;

ü deve ter relação água-cimento A/C (aferido após o lançamento)

inferior a 0,45. Aliás, relação A/C muito alta tende a desplacar e para

A/C baixa demais há um aumento acentuado de reflexão;

ü não deve ter teor de aditivo acelerador superior a 5% pois teores altos

podem reduzir as resistências futuras. O teor ideal será sempre

abaixo de 2,5% da massa do cimento.

“A aplicação do concreto projetado é feita por três processos: via úmida, via

seca e via semi-úmida. Mais importante que se dispor de um bom

equipamento, é dispor de um bom operador: o mangoteiro. Este oficial tem

que ter excelentes qualidades físicas, pois é um trabalho pesado agüentar o

peso do equipamento e o empuxo recebido. Além disto, o mangoteiro tem

que ter raciocínio e reflexo rápido. Trata-se de um trabalhador importante e a

ele deve ser dada toda a atenção. Manter o bico à distância certa, conservar

o ângulo de projeção adequado (próximo ao ângulo reto), evitar muita

reflexão na tela metálica e conseguir um concreto homogêneo e compacto é

uma missão de artista e é assim que deve ser encarado um mangoteiro

competente” (Amaral Filho, 1995).

49

5.1.6 Tipos de Projeção

5.1.6.1 Projeção - Via úmida

Consiste em se efetuar uma mistura plástica de cimento, areia, pedrisco,

aditivos plastificantes e superplastificante e às vezes microssílica e/ou fibras.

Esta mistura é transportada através do mangote até o bico de projeção,

onde é adicionado o aditivo acelerador de pega líquido. Como o concreto

tem que ser plástico para ser bombeado, em geral se utiliza mais água que a

necessária para a hidratação do cimento. O excesso de água evapora do

concreto tornando-o mais propenso à formação de fissuras de retração

água/cimento ao mínimo necessário à hidratação e também o consumo de

cimento.

A qualidade do concreto projetado via úmida depende de um bom estudo de

dosagem, mistura homogênea, porcentagem de superplastificante abaixo do

limite máximo indicado pelo fabricante e o teor de aditivo acelerador de pega

inferior a 3%. O mangoteiro não exerce tanta influência como na via seca.

O concreto projetado via úmida reduz os prazos e os custos da obra.

Vantagens:

ü menor reflexão (menor que 15%) que o via seca;

ü menor produção de poeira;

ü requer menor volume de ar que o via seca;

ü relação A/C constante (qualidade uniforme do concreto);

ü grande produção (até 20 m3/h).

50

Desvantagens:

ü alto custo do equipamento (três vezes mais que o equipamento de via

seca);

ü as interrupções podem causar grandes perdas de concreto;

ü em geral, como a relação A/C é maior que no via seca, as

resistências iniciais e finais são menores.

5.1.6.2 Projeção - Via seca

Segundo Teixeira ((1999), consiste em se efetuar uma mistura seca com

pouca umidade, de cimento, areia, pedrisco, aditivo acelerador e às vezes

microssílica, lançados por bombas especiais de duas câmaras que garantem

a projeção contínua. A mistura seca é impulsionada por ar comprimido e

transportada por mangote de borracha de 1 ½ a 2 pol. até o local do

lançamento, com pressão mínima de 60 lb/m² no bico de lançamento

(canhão). Outra bomba de alta pressão 90 lb/m² injeta a água necessária por

meio de um anel perfurado (anel umidificador) de forma a controlar o fator

adequado de (água – cimento) que pode variar de 0,35 a 0,50 litro de água

por quilo de cimento. A pressão da água deverá ser mantida constante. No

caso de aditivo líquido este é misturado com a água antes de entrar em

contato com os materiais secos.

A água em excesso provoca o escorrimento (sag) e a falta causa reflexão ou

ricochete (rebound) com a conseqüente perda de material. O controle é

exercido pelo operador que maneja o canhão na extremidade da linha.No

revestimento de pequenas espessuras, até 3cm, pode ser usada uma

mistura simples de cimento e areia. Em trabalhos normais de concretagem

estrutural, acrescenta-se pedra de ata 3/8 pol. (9,52mm). Em trabalhos como

51

isolamento térmico e acústico, revestimentos impermeáveis, refratários,

antiabrasivos e resistentes a ácidos, utilizam-se agregados especiais. A

concretagem por este processo é contínua e possibilita o lançamento na

horizontal de até 250m e na vertical de até 150m.

O concreto projetado pode ser aplicado em pisos, superfícies inclinadas

conforme mostrado na figura 24, paredes verticais ou até mesmo em tetos

(overhead), onde permanece sem escorrer devido ao baixo fator (água–

cimento) e da velocidade e pressão com que é lançado.

Figura 24: Revestimento em Concreto Projetado


]

Para a aplicação do concreto projetado, são necessários um compressor de

ar com capacidade entre 325 e 450 pcm, um equipamento de projeção de

câmara dupla, bomba de água de alta pressão, mangote de transporte de

concreto, concreto, com canhão, mangote de ar comprimido com engate

rápido e mangueiras de água.

A equipe de execução poderá ser formada pelo operador da máquina, um

operador de canhão com dois ajudantes, serventes para medição, traço e

alimentação da máquina e pedreiros com ajudantes para sarrafear as

superfícies concretadas, para um acabamento liso.

52

Os materiais componentes do traço deverão ser selecionados e

proporcionais conforme especificado em projeto. Deverão ser cumpridos os

tempos de transporte e lançamento, assim como os procedimentos para a

cura.

A verificação do acabamento especificado, do consumo de cimento, da

relação água – cimento, do teor de aditivos, das curvas granulométricas e

proporcionamento dos agregados, do controle da reflexão, da cura e da

proteção do concreto são de responsabilidade do engenheiro da obra.

Para o controle da resistência à compressão do concreto projetado deve -se

extrair corpos-de-prova de placas moldadas. A freqüência dos ensaios fica a

critério do engenheiro da obra e demais partes envolvidas.

Vantagens:

ü baixa relação A/C (a resistência à compressão e abrasão é superior

ao concreto normal);

ü alta velocidade de projeção (melhor compactação /

impermeabilidade);

ü resistência ao fogo superior ao concreto normal;

ü dispensa a montagem de andaimes e similares, devido à forma de

transporte e projeção;

ü fácil interrupção da projeção;

ü fácil instalação, operação e manutenção;

ü maior aderência às superfícies úmidas;

53

ü requer menor quantidade de cimento, que o via úmida;

ü necessita de menos aditivo acelerador que o via úmida.

Desvantagens:

ü relação A/C varia muito em mesma estruturas (isto implica uma

grande variabilidade da resistência);

ü maior reflexão (da ordem de 25% em massa), que o via úmida;

ü maior produção de poeira;

ü requer grande volume de ar comprimido;

ü pequena produção (da ordem de 4 m3/h).

O processo via seca vem sendo mais utilizado no revestimento primário e o

via úmida no revestimento secundário.

5.1.6.3 Projeção - Via semi-úmida

Segundo Teixeira (1999), é uma variante do processo via seca, quando a

água é injetada alguns metros antes do bico injetor. As camadas não devem

ter espessuras pequenas demais, pois cada vez que se retoma o

lançamento sobre uma camada já endurecida, há aumento de reflexão. Para

isto ser diminuído há que reduzir a pressão no início e isto pode trazer perda

de qualidade ou de aderência. O ideal é terem camadas de mais espessas

com um mínimo da ordem de 5 cm que podem ser controlados com pinos

cravados que servirão de gabarito.

54

5.1.6.4 Condições Para Início Dos Serviços

O preparo da superfície é indispensável para boa aderência. O substrato

deve estar livre de material solto e friável, óleos e graxas, materiais refletido,

compostos de cura, pó, etc. A verificação da fixação das armaduras, de telas

e embutidos é indispensável.

5.1.6.5 Aplicação

Ainda segundo Teixeira (1999), a regulagem da vazão de água deve atender

à consistência estabelecida previamente na dosagem.

À distância do bico de projeção deve ser regulada pelo tipo de superfície,

pela velocidade do jato de projeção e pela consistência pré – estabelecida.

Na movimentação do bico de projeção o jato de concreto deve ser

perpendicular à superfície de aplicação. O bico deve ser movimentado

constantemente, de modo a distribuir o material uniformemente.

A projeção deve ser realizada em camadas sucessivas, executando-se das

bordas para o centro e de baixo para cima. Locais em que o material tende a

se acumular devem ser executados inicialmente, de modo a se evitar a

incorporação de material refletido na estrutura.

5.1.6.6 Cura

Sempre que a umidade relativa do ar estiver abaixo de 85%, é necessário

proceder-se à cura do concreto. A cura deve ser iniciada tão logo quanto

permita as condições do concreto.

55

5.1.6.7 Manutenção dos Serviços Executados

Devem ser refeitas as porções ocas, segregadas, desplacadas, de

espessuras abaixo do especificado em projeto ou que apresentem qualquer

defeito que comprometa a resistência do produto final.

5.1.7 Materiais Utilizados

5.1.7.1 Areia

Segundo de Mello (1998), pode ser natural, artificial ou composta. Deve,

contudo, estar dentro da faixa granulométrica recomendada pela NBR

7211/EB 4. Dependendo do módulo de finura da areia e do pedrisco, a

porcentagem da areia pode variar de 40 a 60% da massa total do agregado.

O excesso de torrões de argila e matéria orgânica pode reduzir a aderência

pasta agregado (diminuindo a resistência) e alterar a pega. A utilização de

areia mais grossa, geralmente resulta em maior reflexão, enquanto areia

mais fina, gera maior retração por secagem.

No processo de via seca, a areia deve ser usada com o menor teor de

umidade possível, entre 3% a 7%. Abaixo de 3%, pode gerar maior

quantidade de pó na projeção e acima de 7%, pode causar entupimento do

mangote e uma pré-hidratação do cimento. Já no sistema via úmida, basta

descontar da água adicionada à quantidade de água carreada pela areia.

5.1.7.2 Pedrisco

O importante do pedrisco é obedecer ao que já se recomenda

habitualmente:

56

ü Ausência de pó;

ü Forma dos grãos o menos lamelar possível, exigência esta

relativamente fácil de seguir com agregados graníticos ou gnáissicos

e mais difícil com os de origem basáltica, diabásica ou calcária;

ü Estar dentro da faixa granulométrica adequada e ter dimensões

características máximas de 10 mm, pois 60% a 70% dos grãos acima

desse diâmetro são refletidos, conforme observações;

ü A massa total de pedrisco vai depender da sua faixa granulométrica,

mas em linhas gerais é a mesma da areia.

5.1.7.3 Cimento

O cimento a ser utilizado em argamassa ou em concreto projetados deverá

ter seu tipo previamente definido, para cada obra.

Este é um item importante, mas fácil de resolver. Certas premissas básicas

devem ser aceitas:

ü não usar cimento com finura excessiva, pois isto propiciará uma alta

retração de secagem. Deve ser procurado cimento, se possível, com

Blaine inferior a 3500 cm2/g;

ü cimento com excesso de adições pode retardar as resistências

iniciais, que é um dos objetivos visados;

ü como recomendação genérica, pode-se citar o CP II 32 como

adequado, seja ele CP II E 32 ou CP II P 32;

57

ü o CP II 32 (puro) seria o ideal e a presença da microssílica (suposta

obrigatória) seria o protetor bastante contra a corrosão, ataques de

sulfatos e reação álcalis-silicatos;

ü um concreto projetado com CP II 32 e microssílica dará resistências

precoces melhores que os de alta resistência inicial e com custo mais

baixos. E sem os inconvenientes das altas retrações;

ü O consumo será de 350 a 550 kg/m3.

5.1.7.4 Aditivos

Os aditivos mais utilizados em concreto projetado são:

ü aditivo em pó (à base de carbonato de sódio – Na2CO3), para o

processo via seca ou líquido (à base de aluminato de potássio –

KAI2O3), para os processos via seca e úmida. Estes aditivos são

cáusticos. Já existe no mercado brasileiro aditivos não cáusticos,

tanto na forma líquida com pó, os quais não queimam a pele dos

operários;

ü aditivo plastificante, somente para o via úmida;

ü aditivo superplastificante, somente para o via úmida;

Os aditivos aceleradores de pega e de endurecimento têm por finalidade:

ü aumentar a resistência inicial;

ü reduzir os tempos de início e fim de pega;

58

ü propiciar a execução de grandes espessuras de concreto projetado de

uma única vez;

ü permitir a projeção contra superfícies ligeiramente úmidas.

Apesar dos objetivos acima descritos dos aditivos aceleradores, eles têm o

inconveniente de reduzirem a resistência do concreto aos 28 dias em

relação a um concreto sem esse aditivo, além de aumentarem a sua

porosidade (volume vazio permeável). A porcentagem de aditivo acelerador,

para um mesmo traço, deverá ser igual tanto para as paredes quanto para

as calotas.

5.1.7.5 Adições

Do ponto de vista técnico-econômico só é possível à escolha de uma única

adição: a microssílica. A microssílica adequada deverá apresentar os

parâmetros mínimos da ASTM C-1240-93:

ü pureza em SiO2 à mínimo 85%

ü perda ao fogo à mínimo 6%

ü umidade à máxima 3%

ü retido na peneira de malha 325 à máximo 10%

ü além disto não deve ser densificada.

O mais importante a ser conseguido é a coesão da matriz que diminua a

reflexão e garanta a compacidade. Às vezes, é conseguido com teor de 8%

de microssílica, mas certamente o será com 12%.

59

5.1.7.6 Água

A água a ser utilizada, deverá apresentar pH compreendido entre 5,8 e 8,

além de atender aos limites máximos de matéria orgânica, sulfatos, cloretos,

açúcar e resíduo sólido, estabelecidos na NB-(NBR 6118).

5.1.7.7 Preparo da superfície:

As superfícies a serem revestidas deverão estar limpas (isentas de pó,

camadas de carbonato de cálcio, material refletido etc.) e ser umedecidas

antes da projeção. A finalidade da molhagem da superfície é para evitar que

ela absorva água do concreto projetado, que se vier a acontecer poderá

reduzir a aderência e a resistência devido à falta de ág ua para hidratação do

cimento.

Superfícies sujas diminuem a aderência entre camadas e o monolitismo do

revestimento. Toda água que flui sobre a superfície do substrato (solo ou

rocha) deverá ser drenada. O concreto só deverá ser projetado sobre

superfícies umedecidas (sem água escorrendo). Se o solo estiver muito

úmido ou apresentar baixa coesão, deverá ser usada uma tela metálica para

reforçá-lo.

5.1.7.8 Projeção

Segundo Teixeira (1999), após a preparação da superfície e colocação de

cambota, tela etc., inicia-se a aplicação do concreto conforme mostrado na

figura 25. As telas de aço com pequenos espaçamentos tendem aumentar a

reflexão. Para evitar tal inconveniente, sugere-se que não se projete

concreto na direção da tela e o bico de projeção esteja o mais próximo dela.

60

Deve-se evitar colocar tela ao longo de toda extensão do túnel, pois caso ela

vibre poderá gerar desplacamento do concreto.

Figura 25: Colocação da Telas


A reflexão pode ser reduzida por meio de(a):

ü ângulo e distância de projeção corretos;

ü aumento do consumo de finos (cimento, sílica ativa etc.);

ü aumento do teor de aditivo acelerador;

ü aumento da relação A/C;

ü redução da pressão do ar;

ü utilização do processo via úmida;

ü redução da dimensão máxima característica do agregado.

61

5.1.7.9 Cura

Segundo Silva (1997), o concreto projetado é um concreto com elevado teor

de cimento e água, e, portanto muito sujeito à retração por secagem e

fissuração. Foram observados em diversos túneis fissuras no concreto

devido àquela retração.

Quando se discute se em túnel, o concreto deve ou não ser curado, a

solução dependerá da umidade relativa dentro do túnel. Se for maior que

80%, não é obrigatório curar o concreto, pois a hidratação do cimento

somente continua a se desenvolver normalmente, quando a umidade relativa

for maior que 80%.

A cura pode ser úmida (com água), química (produtos de cura) ou interna

(utilizando-se produtos com esta finalidade na fabricação do concreto). O

período mínimo de cura deverá estar compreendido entre 3 e 7 dias.

6 ESTUDO DE CASO

6.1 Obra SABESP (Projeto Tietê Fase II) – Interceptor de Esgotos

Ipi 07 – São Paulo.

6.1.1 Introdução

“A segunda fase do Programa de Despoluição do Tietê compreende um

conjunto de coletores, Interceptores, elevatórias e emissários de esgoto ao

longo do Rio Pinheiros, em sua maior parte conforme figuras 26 e 27. O

Interceptor Pinheiros Ipi – 07, parte deste conjunto, situa-se a margem

esquerda do Rio, desde a ponte do ramal de Jurubatuba da CPTM, até a

ponte João Dias, com extensão de 8,2 Km que serão executados utilizando-

62

se o método de escavação “N.A.T.M.” em toda sua extensão (Sabesp,

2003).

Figura 26: Caminhamento do Interceptor (Montante)


Figura 27: Caminhamento do Interceptor (Jusante)


O Interceptor é parte integrante da Bacia do Rio Pinheiros, Sub-Bacia

Barueri. Começa recebendo a contribuição do Coletor Tronco das Bacias BL

00 e BL 01, e termina recebendo a contribuição do Coletor Tronco Cachoeira

Morro do S da Bacia PI – 09. A descarga ocorre no PV 06 de interligação

63

com a elevatória EEPI – 07. As vazões iniciais variam de 552 a 2.112 l/s, e

as finais de 1.184 a 4.855 l/s.

Atendendo solicitação da área de operação da SABESP foram previstos

poços de visita especiais dotados de comporta de bloqueio de fluxo e

extravasor nos PV’s 64, 28, 15 e 16, que possibilitarão o lançamento do

esgoto no Rio Pinheiros no caso da Estação Elevatória do Ipi 07 estar fora

de operação.

Por solicitação da SABESP também foram previstos PV’s especiais para

monitoramento de parâmetros de qualidade e quantidade dos esgotos, a

serem integrados a um Centro de Controle Operacional do Sistema

Integrado de Esgotos Sanitários da Região Metropolitana de São Paulo, a

ser implantado futuramente. Os PV’s escolhidos forma os PV’s 52, 27, 9 e

71.

O interceptor será implantado na faixa de domínio da EMAE, e estão

previstas as seguintes interferências:

ü na superfície a estrada de serviço da própria EMAE, de terra;

ü torres de linhas de transmissão da EPTE;

ü fundações e encontros das duas pontes da CPTM, uma da SABESP e

quatro da PMSP;

ü coletores de esgoto da SABESP;

ü linha de 345 Kv subterrânea da Eletropaulo.

64

As singularidades mais importantes são as travessias sob o Rio

Guarapiranga e sob o Rio Pinheiros conforme mostrado na figura 28.

Figura 28: Local da Travessia Sob o Rio Pinheiros


Na tabela a seguir estão indicadas às características geométricas do trecho

do interceptor executado em “N.A.T.M.”:

Tabela 2: Características Geométricas do Interceptor Ipi 07

Fonte: Edital de Concorrência SABESP – Projeto Tiête (2001)

Diâmetro (mm) Extensão (mm) Profundidade (mm) Declividade (mm)

1.500 3.740 5 a 12 0,001

1.800 1.900 9 a 12 0,0008

2.000 950 10 a 12 0,0008

65

Figura 29: Túnel em “N.A.T.M.” Concluído


A região atravessada pelo interceptor situa-se na borda sul da Bacia

Sedimentar de São Paulo, caracterizada pela ausência quase total de

sedimentos terciários. De fato, os sedimentos encontrados são quaternários,

de pequena espessura (1 e 5 metros), matriz predominante arenosa,

sobrepostos a solos de alteração do embasamento cristalino (gnaisse), de

espessura muito variável (2 a 10 metros), matriz predominante siltosa. Foi

detectada a presença de rocha em alguns pontos dentro do horizonte de

interesse. O nível d’água foi encontrado a pequenas profundidades (1 a 3

metros), e esta sujeito a variações sazonais além das habituais na área

metropolitana, devido às operações de bombeamento no canal do Rio

(Sabesp, 2003).

6.1.2 Vantagens

A escavação não mecanizada, com o emprego do “N.A.T.M.”, apresenta

como vantagem os seguintes aspectos:

66

ü a versatilidade do método atende às variações de materiais, sem

perda importante de produtividade;

ü permite escavação parcializada conferindo maior estabilidade da face

escavada;

ü possibilidade de abertura de mais de uma frente de trabalho

simultânea;

ü permite se necessário, desvios programados;

ü o controle da água subterrânea é indispensável e pode ser resolvido

com o uso de rebaixamento do nível d’água por poços profundos com

injetores, sem risco para terceiros um vez que a superfície é

praticamente livre;

ü os poços de emboque e desemboque são muitos menores e mais

esbeltos;

ü o revestimento do túnel é monolítico e pode receber tratamento

superficial (para reduzir a rugosidade) e estrutural (para aumentar a

durabilidade);

ü facilidade de remoção de eventuais obstáculos enterrados, por

exemplo, as fundações do cimbramento da “aduela fictícia” da Ponte

Transamérica, ou as fundações de torres de linhas de transmissão

desativadas;

ü a localização do empreendimento e a sua situação no contexto

urbano;

67

ü as condições de acesso aos locais da obra, e sua exeqüibilidade,

considerando-se as interferências previstas.

ü as detonações em rocha poderão ser executadas á qualquer hora do

dia devido à ausência de tra fego de pedestres e veículos e de

vizinhança próxima às frentes de trabalho.

6.1.3 Desvantagens

As principais desvantagens do “N.A.T.M.” para esta obra são:

ü A escavação manual e as etapas de estabilização e revestimento

conferem baixa produtividade;

ü Alguns pontos necessitam de tratamento do solo;

ü Sujeito a perdas de solo, rupturas nas frentes de escavação e a

ocorrência de recalques;

ü alguns pontos necessitam de rebaixamento do lençol freático de

forma controlada a fim de se evitar a ocorrência de recalques

superficiais.

Os aspectos de segurança contra ruptura de frente e de minimização e

controle dos recalques causado pela escavação dos túneis são de

fundamental importância neste trecho. Eventuais vazamentos de adutoras

poderão afetar a segurança das obras, enquanto eventuais vazamentos dos

oleodutos poderão contaminar água e solo, com implicações na higiene e

segurança do trabalho (Sabesp, 2003).

68

6.1.4 Interferências

As interferências mais importantes neste trecho são:

ü dois cruzamentos sob as adutoras da SABESP, um de cada lado da

Ponte do Socorro;

ü aterro de encontro da Ponte do Socorro e Ponte de Interlagos;

ü cruzamentos sob os dutos da Petrobrás de 350 mm de diâmetro.

6.1.5 Prazo, Custos e Justificativa.

O prazo para execução desta obra foi estimado em 1.200 dias corridos e

terá um custo previsto de aproximadamente 12 milhões de reais.

Um dos principais motivos que levaram a execução do Interceptor Pinheiros

07 é que o processo construtivo para execução do Interceptor através do

“N.A.T.M.” é a alternativa mais viável devido às intervenções de obras viárias

nos grandes centros urbanos.

No caso do Interceptor Pinheiros 07, este método visa atender as

necessidades de aprofundamento da cota de assentamento do conduto, por

imposição do projeto hidráulico bem como possibilitar a transposição de

interferências, tais como rios, córregos, galerias de águas pluviais de grande

porte, ou mesmo de travessias de ruas e avenidas de grande movimento,

visando causar menor impacto na região.

No caso do Interceptor Pinheiros 07 localizado ao longo da marginal do Rio

Pinheiros onde os problemas com o viário são mais complexos, acrescendo,

sobretudo o custo social que não pode ser ignorado.

69

6.1.6 Comparativo de Preços entre os Métodos

Na tabela abaixo estão descritos os métodos de execução de túneis para

obras de saneamento e os preços atuais de cada método em valores

atualizados.

Tabela 3: Comparativo de Preços no Diversos Métodos

Fonte: Construcap CCPS Engª. (2003)

MÉTODOS DIÂMETROS (mm)

ø 600 ø 800 ø 120 0 ø 1500 ø 1800 ø 2000

Tubo Cravado (ml) R$ 915,40R$ 1.019,66R$ 1.115,57 R$ 1.585,85 R$ 1.808,30 ***

"N.A.T.M." (ml) **** **** **** R$ 1.719,14 R$ 1.982,80 R$ 2.136,00

Vala Céu Aberto (ml) R$ 615,00 R$ 712,00 R$ 913,00 R$ 1.023,00 **** ****

Tunnel Liner (ml) **** R$ 1.503,51R$ 1.738,80 R$ 1.961,90 **** ****

70

7 CONCLUSÕES

A busca pela melhoria da qualidade de vida da população dos grandes

centros urbanos fez com que os avanços tecnológicos da engenharia

criassem meios de solucionar problemas de saneamento básico sem que o

meio ambiente e a comunidade fossem atingidos diretamente, a utilização do

método “N.A.T.M.” mostra como este avanço tecnológico é empregado com

grande eficiência.

Com a necessidade de atender as condições mínimas de saneamento

básico às obras realizadas com intuito de suprir estas necessidades, cada

vez, mais estão sendo executadas nos grandes centros urbanos onde os

problemas com saneamento estão cada vez mais críticos.

A novas tecnologias estão cada vez, mas sendo aperfeiçoadas para que

possam se adequar à realidade dos grandes centros urbanos e aos cuidados

que devem ser tomados quanto ao meio ambiente e a comunidade.

Com o crescimento desordenado dos grandes centros urbanos, a obras

subterrâneas estão cada vez mas sendo realizadas, e o método “N.A.T.M.”

vem sendo empregado com bastante freqüência e obtém resultados

satisfatórios perante os métodos convencionais antigamente utilizados.

A tecnologia do método “N.A.T.M.” é empregada na prática e atende as

expectativas de prazo, e por ser um método que possui uma considerável

flexibilidade de execução há uma redução nos custos de execução da obra,

e se necessários desvios programados podem ser realizados sem maiores

problemas.

As características geológicas do terreno são os fatores primordiais para a

definição das providências que serão adotadas durante a execução dos

túneis pelo método “N.A.T.M.”, ao contrário do que foi descrito na revisão

71

bibliográfica onde os autores descrevem que em função das dimensões dos

túneis serão definidas os modos e as etapas de execução método

“N.A.T.M.”, ou seja, na prática após serem realizadas sondagens ao longo

do trecho são planejadas as medidas que serão adotadas para execução

dos túneis.

O estudo de caso mostrou o método “N.A.T.M.” sendo utilizado atualmente

em obras de grande vulto, e que apesar de inovador o método “N.A.T.M.” é

empregado com sucesso e adapta-se a realidade dos grandes centros

urbanos e garante que as obras executadas não agridam o meio ambiente e

tão pouco a comunidade.

Apesar de inovador o “N.A.T.M.” apresenta algumas desvantagens com

relação aos outros métodos, mas sua eficiência produtiva garante vantagens

perante os outros métodos de escavação, apesar das desvantagens o

método “N.A.T.M.” é empregado em grande parte das obras de saneamento

executadas na atualidade, mostrando que realmente os problemas de

saneamento podem ser sanados e o meio ambiente preservado.

72

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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75

GLOSSÁRIO

ü Microssílica – aditivo utilizado na mistura do concreto fresco visando

o aumento da resistência final.

ü Marchavantes – são chapas de aço cravadas no solo com a função

de estabilizar o maciço.

ü Lindeiras – que fazem divisas.

ü “N.A.T.M.” – New Austrian Tunneling Method é o método austríaco de

escavar túneis.

ü Side Drifts – escavações parciais que são realizadas em função das

dimensões e condições geológicas do solo.

ü Mangoteiros – profissionais que executam concreto projetado.

ü Tassômetros – são equipamentos utilizados para medição de

recalques.

ü Extensômetros – são equipamentos utilizados para execução de

medidas de convergências internas à escavação.

ü Hidrogeológicas – estudo das águas, espalhadas à superfície do

globo.

ü Cambotas – molde semicircular para armação de abóbadas ou arcos.

ü Enfilagens – são barras de aço cravadas no solo para darem suporte

às frentes de escavação.

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ü Reflexão – processo no qual o concreto projetado ao incidir na

superfície, volta para trás em vez de a penetrar.

ü Túnel Liner – processo de escavação modular do solo e montagem

simultânea do revestimento metálico do túnel.

ü T.B.M. – Tunnel Borring Machines, são perfuratrizes de grande

diâmetros.

ü Light – antiga empresa de distribuição de energia elétrica.

ü Shield – escarificadora de solo.

ü N.A. – nível d’água.

ü SABESP – Saneamento Básico do Estado de São Paulo.

ü I.P.I – Interceptor Pinheiros.

ü C.P.T.M. – Companhia Paulista de Trens Metropolitanos.

ü E.P.T.E. – Empresa Paulista de Transmissão Elétrica.

ü E.M.A.E. – Empresa Metropolitana de Águas e Energia.

ü P.V. – Poço de Visita.

ü Perfuratriz – máquina utilizada para perfurar solos.

ü Jusante – lado de um curso d’água oposto a nascente.

Documents

EXECUÇÃO DE TÚNEIS EM N.A.T.M (NEW AUSTRIAN TUNNELING