Obras Subterrâneas

obras Prof. Dr.subterrâneas Alexandre Marques Buttler

OBRAS SUBTERRÂNEAS Túneis: são passagens artificialmente abertas, em formações rochosas ou sob o solo, para permitir: •

Passagem de redes de utilidade pública (água, gás, eletricidade ou dados) Acesso a minas Obras de infraestrutura de transporte (túneis rodoviários e ferroviários) Garagens subterrâneas subterrâneas

Liberação do solo urbano para fins mais nobres, tais como, moradia, trabalho, lazer e entretenimento Evitam a desvalorização imobiliária de áreas vizinhas

ESTA DO DA ARTE Utilizados desde o antigo Egito: cerca de 150 m de comprimento. Sua técnica consistia em realizar escavações, simultaneamente, nos dois extremos, encontrando-se no meio da montanha •

Os gregos abriram, em 532 a.C, uma galeria de 100 m para captar a água de fontes existentes entre as rochas •

Romanos utilizaram para ligar as suas redes de aquedutos. Aplicavam calor para provocar a fissuração das rochas e facilitar o processo de escavação •

Monte Cenis entre França e Itália (1857 a 1871): introduziu-se perfurações nas rochas e utilização de dinamites •

Londres (1869): foi desenvolvido um aparato que escorava as paredes do túnel conforme o mesmo ia sendo aberto (túnel sob o Rio Tâmisa) •

MÉTODOS CONSTRUTIVOS Aspectos que podem condicionar a escolha do método na fase de projeto e construção (baseado em aspectos geotécnicos e geológicos): Espessura reduzida de recobrimento de solo e rocha Nível de lençol freático e pressões elevadas Tensões naturais instaladas no maciço Maciços constituídos por materiais heterogêneos, com propriedades mecânicas variadas Maciços constituídos por rochas facilmente deterioráveis e expansivas Estruturas geológicas (dobras, estratificações, etc) • • • •

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Maciço Rochoso

Maciços de solos

escavação por meio de explosivos TBM (Tunnel Boring Machines) escavação

sequencial (New Tunneling Method ) TBM (Tunnel Boring Machines)

Austrian

NATM – New Austrian Tunneling Method  Foi desenvolvido por Ladislau Rabcewicz (evolução significativa na Europa entre o final da década de 50 e a primeira metade da década seguinte) Logo após a escavação parcial do maciço é instalada a estrutura de suporte. Esta estrutura é feita por concreto projetado e, complementada, quando necessária, por tirantes e combotas •

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Conceitos do NATM: Mobilização das tensões de resistência do maciço: maciço que circunda o túnel, que inicialmente atua como elemento de carga, passa a se constituir como elemento de escoramento. Devido a mobilização de suas tensões de resistência •

NATM – New Austrian Tunneling Method  Conceitos do NATM: Manutenção da qualidade do maciço pela limitação do avanço e aplicação imediata do revestimento: a acomodação excessiva do solo faz com que o maciço perca sua capacidade portante e passe a exercer esforço sobre a estrutura •

Aplicação imediata do revestimento de concreto projetado impede essa acomodação Evita a formação de vazios na junção estrutura-maciço Avanço e parcialização da seção de escavação, fechamento provisório e utilização do suporte adequado no momento certo: são função do comportamento do maciço Quando maior o número de etapas e menor a área de escavação – recalques menores •

Influem na forma de parcialização: equipamentos disponíveis, prazo de execução e custo Na colocação do suporte deve ser considerado: sua própria deformabilidade e o momento da aplicação

NATM – New Austrian Tunneling Method 

Análise de variação de pressões atuantes no revestimento

NATM – New Austrian Tunneling Method 

Conceitos do NATM: •

Utilização de enfilagem, tirante e cambota

São elementos estruturais adicionados ao concreto projetado para melhorar as condições de sustentação (quando necessário) Cambotas ou treliças metálicas embutidas no concreto Enfilagens com o objetivo de estabilizar previamente trechos a serem escavados (cravados ou injetados)

NATM – New Austrian Tunneling Method  Conceitos do NATM: •

Geometria mínima da seção escavadas e, preferencialmente, arredondada

Evitar geometrias com cantos vivos, eliminando locais com concentração de tensões •

Drenagem do maciço

Colocação de drenos entre a estrutura e o solo para alívio destas pressões sobre a superfície de suporte do túnel Caracterização geológico-geotécnica do Maciço, instrumentação e interpretação das Leituras de campo •

NATM – New Austrian Tunneling Method  Técnicas para a impermeabilização: Injeção de silicatos, espuma de poliuretano ou gel acrílico quando identificados pontos de infiltração na estrutura •

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Membrana elástica projetada (utilizada na hidrelétrica de Machadinho em RS) Geomembranas de PVC: perda da monoliticidade da estrutura – espessuras maiores de revestimento

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO NATM

LINHA VERDE DO METRÔ (2009) Fonte: www.solotrat.com.br

TRINCHEIRAS/VCA (Valas a Céu Aberto) Características: Também conhecido como método destrutivo devido à sua interferência na superfície Aplica-se onde não há interferência com o sistema viário ou onde seja possível desviar o tráfego sem grandes transtornos Vantajoso para recobrimentos de até 20 m •

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Procedimentos de execução: • • • •

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Abertura de valas de grandes dimensões Paredes laterais de contenção, escoradas ou em talude Rebaixamento de lençol freático Construção das estruturas definitivas, como paredes, lajes e pilares Reaterro

TRINCHEIRAS/VCA (Valas a Céu Aberto) Vantagens: •

Aplicação em qualquer tipo de terreno

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Permite a execução do túnel com pequenos recobrimentos de terreno

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Custos e prazos conhecidos

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Dispensa mão-de-obra especializada

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Maior segurança aos operários

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Permite a abertura de várias frentes de trabalho

Desvantagens: •

Lençol freático

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Maior incômodo para a população

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Regiões intensamente urbanizadas

Escavação com uso de explosivos Utilizada quando a área a escavar é constituída basicamente de rochas Após a detonação dos explosivos, a cavidade aberta é estabilizada com a utilização de concreto projetado • •

Vantagens: •

Versatilidade quanto ao tipo de rochas

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Flexibilidade para escavar qualquer geometria

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Baixos investimentos iniciais

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Mobilidade da equipe

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Facilidade para remoção e transporte das rochas

Desvantagens: •

Irregularidade na seção escavada

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Vibrações geradas pela detonação podem colocar em risco a integridade das edificações

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Ruído, gás e poeira e a deterioração do maciço remanescente

Mecanizado ou por máquinas tuneladoras (TBM – Tunnel Boring Machines) •

Construção mecanizada

Escavação é realizada por um equipamento metálico de forma cilíndrica com bordos cortantes – tuneladora) •

Imediatamente após a perfuração, é montado o revestimento segmentado, em aduelas pré-moldadas de concreto, encaixadas umas nas outras •

Esta técnica devido seu elevado custo, deve ser empregada para túneis com extensão superior a 1000 m •

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A frente de escavação pode ser aberta ou fechada, dependendo das condições do maciço Shield manual (Frente aberta): quando os fluxos de água são praticamente inexistentes e quando a frente de escavação não precisa de suporte. Sujeito apenas à pressão atmosférica Frente fechada: utilizada quando fluxos de água podem provocar a instabilidade do maciço – Técnicas de confinamento: Shield com suporte mecânico frontal Shield manual com ar comprimido Shield bentonítica (Slurry shield) Suporte por pressão de terra balanceada (EPBS)

Mecanizado ou por máquinas tuneladoras (TBM – Tunnel Boring Machines) Vantagens: •

Rapidez na execução (rendimento das tuneladoras)

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Automatização dos processos

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Dispensa mão de obra especializada

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Controle da estabilização do terreno

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Segurança para os trabalhadores

Desvantagens: •

Investimento inicial elevado

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Dificuldades no transporte

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Existência de apenas uma frente de trabalho

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Dificuldades na análise do material escavado

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Necessidade de ocupação de grandes espaços para armazenamento das aduelas

BIBLIOGRAFIA: GOMES, C. F. G. (2008) Túnel Ferroviário do Rossio – Acompanhamento e Análise das obras de reabilitação. Dissertação. Universidade de Lisboa, Instituto Superior Técnico SANCHEZ, A. L et al. (1977). Tuneles y Obras Subterraneas. Editores Técnicos Associados, Barcelona, Espanha VIEIRA, F. A. M. (2003). Execução de Túneis em N.A.T.M (New Austrian Tunnel Method) para obras de saneamento. Trabalho de conclusão de curso. Universidade Morumbi, São Paulo http://www.metro.sp.gov.br/tecnologia/construcao/subterraneo/tesubterraneo.shtml EL DEBS, M. K. (2000). Concreto Pré-moldado: Fundamentos e aplicações. Escola de Engenharia de São Carlos, USP www.tavbrasil.gov.br