SEMINÁRIO DE TÚNEIS CBT SOBRE O CONTORNO DE FLORIANÓPOLIS

Revista M&T - Ed.268 - Outubro 2022

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ESPECIAL INFRAESTRUTURA

Abertura de túneis avança em precisão e eficiência

Processos de desenvolvimento e execução de passagens subterrâneas evoluem com o uso de novas soluções, minimizando os imprevistos neste complexo tipo de construção

Por Augusto Diniz

Em todo o mundo, há uma busca constante por soluções para a construção de túneis, reconhecidamente uma das mais complexas áreas da engenharia, por conta dos desafios e imprevistos enfrentados ao longo de todas as etapas de execução, desde o projeto até a entrega.

Nesse cenário, o papel da sondagem geológico-geotécnica – o princípio de tudo nesse segmento – é um fator decisivo no desempenho de obras de passagem para meios de transporte, exploração mineral e serviços como saneamento. É também da investigação geológica que surgem as principais inovações.

Com mais de 30 anos de experiência em sondagens e fundações de construção pesada, o engenheiro civil e geotécnico Luiz Antonio Naresi Jr., gerente técnico da Progeo Engenharia, destaca que, apesar da importância, “ainda é necessário explicar exaustivamente a importância do planejamento na construção de túneis”.

Naresi, da Progeo: planejamento é crucial na construção de túneis

E o especialista não é o único com tal percepção. “Antes de discutir como vai ser a sondagem, é importante que o dono da obra entenda que se trata de uma etapa indispensável, que reduz riscos e imprevistos”, acrescenta Eloi Angelo Palma Filho, presidente do Comitê Brasileiro de Túneis (CBT). “Estudos apontam que, quanto menos se investe na investigação, mas se gasta com aditivos em obras desse tipo.”

Segundo Naresi, as sondagens para execução de túneis devem ser executadas em número suficiente para detectar as diversas alterações de camadas ao longo da escavação.

“Com o tempo, os equipamentos de sondagem têm ficado cada vez mais robustos, versáteis, ágeis e rápidos, a ponto de minimizar a exposição do trabalhador ao risco, com sistemas autopropelidos e até remotos para prospecção a distância”, destaca o especialista, que também é coordenador de pós-graduação em engenharia geotécnica na RTG Especialização.

Câmeras de alta definição penetram no interior da perfuração

Um bom exemplo disso são as câmeras de alta-definição, diz ele, que penetram no interior da perfuração para sondagem, filmando os furos nas paredes em 360 graus. “A filmagem consegue enxergar furos já executados no maciço e depois recriar digitalmente o corpo de prova retirado”, acrescenta Palma. “Mas essa tecnologia é complementar aos métodos tradicionais de investigação.”

METODOLOGIAS

Atualmente, os métodos mais aplicados na construção de túneis no Brasil incluem conceitos como VCA (Vala de Céu Aberto), NATM (New Austrian Tunneling Method), TBM (Tunnel Boring Machine) e Tunnel Liner.

O método VCA tem enfrentado cada vez mais restrições em centros urbanos, devido não apenas às interferências geotécnicas, mas também às que ocorrem na superfície do local de execução.

“Quando se estuda um túnel em VCA, é importante analisar o impacto que isso causa à sociedade”, adverte o presidente do CBT. “Em geral, o impacto é grande, causando transtornos como fechamento de ruas – e isso não pode deixar de ser considerado, apesar de ser uma solução possível.”

Ao contrário, o NATM se difundiu muito no Brasil em anos recentes. Segundo Palma, o conceito reúne uma série de técnicas em permanente evolução. É o caso do concreto projetado, executado em camadas sucessivas e que normalmente recebe o reforço de fibras de aço, tornando-se um elemento importante nas seções do túnel executadas pelo método.

Como exemplo, o especialista cita a adição de uma camada de sacrifício – além da camada estrutural – na aplicação do concreto projetado, composta por fibras resistentes ao fogo, uma preocupação recorrente durante a obra e, principalmente, na operação do túnel. “Há ainda uma solução com o uso de termômetro, que logo após a aplicação consegue prever o comportamento de longo prazo do concreto projetado”, conta.

Também já é realidade o uso de drones para levantamentos geotécnicos dentro do túnel, assim como de equipamentos a laser para medições, que tiram as pessoas de frente de escavação, que constitui a área de maior risco na execução de túneis pelo método NATM.

Palma, do CBT: técnicas exigem análise dos impactos

Dependendo do maciço, pode-se aplicar ainda uma coluna de jet grouting – uma solução capaz de impermeabilizar a seção, transformando o solo em material resistente. A adoção dessa técnica tem avançado bastante em obras de túneis. “A injeção de calda de cimento no solo pode ser feita a partir da superfície ou do próprio interior do túnel, em colunas horizontais e verticais”, explica Palma.

Nesse ponto, Naresi ressalta que “a solução de jet grouting visa amenizar seções superiores do eixo do túnel em solos instáveis, podendo ser dimensionada de acordo com o resultado da sondagem e da modelagem do estudo de tensões do túnel em construção, com a função de estabilizar o solo durante a escavação”.

Por sua vez, o TBM (popularmente conhecido como “tatuzão”) preconiza o uso de uma megamáquina na escavação de solo. Segundo Naresi, atualmente a tuneladora é considerada a mais eficiente tecnologia para a construção de túneis, pois além de escavar, é capaz de instalar anéis de concreto pré-moldados ou de metal durante sua passagem, adequando o maciço escavado para a instalação dos acessórios a que se destina.

“No Brasil, há uma clara tendência de se usar mais o TBM, que traz benefícios como um cronograma ajustado e uma obra mais limpa”, aponta. “Além disso, a produção também é maior [que nos demais métodos].”

“No Brasil, há uma clara tendência de se usar mais o TBM, que traz benefícios como um cronograma ajustado e uma obra mais limpa”, aponta. “Além disso, a produção também é maior [que nos demais métodos].”

Tuneladora é considerada a mais eficiente tecnologia para a construção de túneis

O especialista do CBT acentua que essas máquinas controlam a escavação do túnel com uma precisão cada vez maior, uma vez que são altamente automatizadas e capazes de detectar várias situações de risco ao longo da operação.

Já o método Tunnel Liner é considerado um método rápido, versátil e seguro, porém limitado a diâmetros de até 6 m. Na medida em que a escavação avança, chapas metálicas são inseridas nos segmentos. “Trata-se de uma técnica antiga. Hoje, esses túneis com menor diâmetro já são feitos de forma mecanizada por minituneladoras”, destaca Palma. “Em áreas urbanas, a tendência é trabalhar de forma mecanizada, pois se consegue uma produção maior.”

Com essas mudanças, o engenheiro Naresi acrescenta que o Tunnel Liner tem sido aplicado mais em obras de drenagem urbana, “tendo em vista que alcançam grandes profundidades e distâncias, sem afetar a superfície em regiões altamente adensadas”.

Acrescentando mais um método, o presidente do CBT diz que a técnica italiana ADECO-RS (Análise das Deformações Controladas em Rochas e Solos, ainda não utilizada no Brasil) permite que a escavação seja estabilizada ao agir a montante na frente de trabalho – ao contrário do NATM, no qual a estabilização é feita a jusante. “Há um potencial de uso desse método no país, mas a questão é que demanda uma perfuratriz de 24 m que ainda não existe por aqui”, ele observa.

ESTABILIZAÇÃO

O engenheiro Naresi ressalta que também há técnicas atualizadas de estabilização nas execuções de emboques, que merecem cuidados especiais nas obras de túneis, pois se encontram em uma zona de transição entre camadas distintas (moles e duras) de solo.

“Pode-se fazer tratamentos de estabilidade mais eficientes para o disparo (de escavação) a partir dos emboques, envolvendo tirantes protendidos, cortinas atirantadas, tratamentos com solo grampeado, seguidos de aplicação de tela metálica de alta resistência e adoção de concreto projetado no paramento frontal”, ele detalha.

“Também se utilizam tratamentos passivos executados por enfilagem tubular metálica, com tubos de aço de alta resistência dotados de válvula manchete, podendo ser injetada calda de cimento para tratamento e preenchimento do maciço, protegendo o emboque superior da escavação e garantindo uma laje frontal de proteção mais resistente.”

Técnicas atualizadas de estabilização estão entre os avanços do segmento

No emboque, Palma concorda que a enfilagem continua sendo uma boa solução. “No primeiro avanço, pode-se aplicar até duas linhas de enfilagens para deixar o emboque mais rígido”, afirma. Segundo Naresi, há ainda outra solução eficaz, que é o tratamento do núcleo frontal da escavação com tirantes de fibra de vidro, visando garantir maior rigidez.

O executivo do CBT aquiesce que o tirante de fibra de vidro tem boa tração e, por outro lado, apresenta fácil corte. “Quando se utiliza escavadeira, torna-se mais fácil cortar trechos de tirantes de fibra de vidro do que o tradicional vergalhão, acelerando o processo”, destaca.

De acordo com Naresi, a injeção de calda de cimento – feita com a inserção de tubos de PVC manchetados [com pontos de ancoragem], abaixo da superfície inferior do túnel – também funciona como um eficiente tratamento de solo. “A força por pressão provoca a entrada da calda de cimento nos espaços vazios do solo, removendo inclusive as partículas de água, o que protege a escavação do lençol freático e garante melhor rigidez”, descreve.

OBRA

Túneis superam desafios em trecho misto

Uma das principais obras de infraestrutura em execução no país, o Contorno Rodoviário de Florianópolis (SC) conta com quatro túneis ao longo de 50 km de extensão. A execução de três deles está a cargo do Consórcio Túneis Litoral Sul, composto pelas empresas Aterpa e JDantas, ambas do Grupo Aterpa.

Em encontro recente do Comitê Brasileiro de Túneis (CBT), o engenheiro Thiago de Sá Lima, gerente de contrato do consórcio, detalhou a execução das passagens subterrâneas para a Arteris, contratante da obra. Segundo ele, o desenvolvimento dos túneis 1 (de 1.190 m, contabilizando a construção em ambos os sentidos) e 4 (de 1.465 m, somando os dois sentidos) começou no ano passado e já está em fase de conclusão. Já as obras do túnel 2 começaram este ano.

“O maior desafio da escavação em método NATM ocorreu no chamado trecho misto (com solo e rocha), bem mais frequente no túnel 1, tanto que o túnel 4 teve avanço mais rápido”, explicou Lima, destacando que a escavação exigiu pregagens com tirantes de fibra de vidro, que são mais resistentes.

A maior dificuldade de furação nas seções mistas para a execução do pré-suporte (etapa em que rocha e solo são perfurados na mesma seção) é a presença de água ou material desagregado. Nesse caso, o consórcio optou por uma tecnologia mais avançada: a enfilagem autoperfurante (ao invés do sistema de enfilagem tubular convencional). Utilizando jumbo em trechos de três metros, obteve-se ganho de produtividade em partes com baixa cobertura de rocha.

O túnel Fehmarnbelt entre Rødbyhavn em Lolland e Puttgarden na Alemanha será o túnel submerso mais longo do mundo. Este vídeo explica como 360 mil toneladas de aço e 3 milhões de metros cúbicos de concreto estão sendo transformados em um túnel de 18 quilômetros.

https://issuu.com/sobratema/docs/mt_268_alta_-_issuu_v2_

Qual a importância da sondagem geológica para desenvolvimento do projeto de construção de túnel?

A sondagem geológico geotécnica e de vital importância para a construção de um túnel.

Através de uma campanha de sondagem bem planejada e bem feita somos capazes de saber com exatidão os problemas e as soluções mais adequadas desde a escolha do eixo onde o túnel irá atravessar para saber propor as soluções de tratamento mais seguras de escavação durante a sua execução nas diversas camadas onde o túnel poderá atravessar variando de perfuração em solo, alteração de rocha a rocha.

Comparando a sondagem a medicina ela estaria sendo utilizada como uma tomografia computadorizada que estaria detectando um tumor e através do resultado dela a melhor forma de tratamento.

As Sondgens para execução de um túnel devem ser definidas em número suficientes para detectar as diversas mudanças de camadas ao longo da escavação. 

A sondagem mista e a mais indicada pois atravessa o solo, adentra a alteração de rocha e chega até a rocha sã retirando os materiais e testemunhos por onde passa podendo ser analisada tanto em laboratório como visualmente a recuperação de seus testemunhos observando fraturas, fendas, tipos de materiais a serem escavados, presença de lençol freático, areias, vazios e tudo aquilo que possa afetar a nossa obra de engenharia.

O quanto evoluiu a sondagem para construção de túneis?

Com a modernidade das sondagens os equipamentos estão ficando cada vês mais robustos, fortes, versáteis, ágeis e rápidos a ponto de imprimirem maior velocidade na execução dos serviços e minimizar a exposição do risco associando ao homem hora trabalhado face a mecanização dos sistemas auto propelidos e ate mesmo remotos para a prospecção a distância permitindo maior segurança na execução dos serviço

Em contra partida o custo dos equipamentos tem ficado caríssimo o que demanda dos clientes o entendimento que se o mesmo faz questão de equipamentos modernos e automatizados devem pagar um custo excepcionalmente mais caro. 

Os equipamentos de sondagem que antes trabalhavam invadindo o solo seja penetrando ou recuperando seu testemunho e sempre medindo a resistência do mesmo ao longo de sua profundidade seja para garantia da estabilidade das escavações dos túneis como para a qualidade da estanquidade do mesmo impedindo com que a água do lençol freático invada o mesmo. 

A sondagem Geofisica é bem vinda para completar as sondagens mistas 

Hoje pode ser rotopercussivos com câmeras de alta definição que penetram no interior da perfuração filmando em 360 graus as paredes do furo permitindo ao geólogo ou engenheiro Geotecnico a compreensão do material que está sendo escavado, bem como sondas super sumidas que conseguem penetrar em materiais desde solo, até alteração de Rocha com uma surpreendente velocidade  permitindo a execução de campanhas de sondagem investigativas em tempo recorde.

Dos métodos de construção de túnel – VCA, NATM e tunnel liner (não sei se tem mais algum método; se tiver, fale) -, como avalia os métodos hoje, qual teve maior evolução e por quê? 

O método VCA conhecido por vala a céu aberto e um método interessante é mais barato pois seguindo as normas do trabalho para escavações sejam elas retaludas com segurança e estabilidade nos seus taludes de escavação provisório ou quando isso não é possível pelo processo de escoramento de valas seja elas blindadas, com pré contenção em estacas pranchas metálicas, ou contenções provisórias com estacas escavadas seja pelo

Processo de estacas raiz, Helice ou a trado garante sucesso. 

Porém não podem ser utilizadas em grandes centros utbanos devido à presença de interferências sejam geotécnicas, de esgotos, galerias pluviais, interferências diversas a solução não superficiais mas sim abaixo desta região de criatividade e interferência desde que precedida por uma belíssima campanha de sondagem passa a ser mais atrativa  a solução de NATM (New Austrian Tunneling Method): que como o próprio nome sugere, foi desenvolvido na Áustria para construção de túneis de região de mineração e passaram a ser utilizados para a execução de linhas de metrô, rodovias, passagem de pedestres, bueiros, passagem de gado.  Esse método construtivo e feito da seguinte maneira, são  construídos dois poços espaçados a casa 50 a 100 m e a partir desses poços de visita ou inspeção atingimos a cota final onde ficará o eixo do tunel,  em seguida através de um dos poços começamos a escavar o “emboque do túnel de ataque”, partindo em direção ao encontro do segundo poço de visita onde esse túnel vai unir os dois poços de visita. Durante a escavação do túnel o trabalho de um escavação do solo, passa a ser controlado entre diversas camadas, as camadas mais resistentes e auto portastes mecanicamente não necessitam de tratamento no entanto onde locais com solos frágeis, areias presença de águas  são inseridos dentro do solo temos que criar condições especiais de pré tratamento perfurando e injetando calda de cimento e as vezes até mesmo a inserção de chumbadores de aços para enrijecer o maciço da estação tornando a mesma auto portante e segura para que não cause acidentes durante a sua escavação. 

Aplica-se concreto projetado na sua superfície para a finalidade de enrijecer o maciço podendo ser aplicado sobre tela Metalica de alta resistência ou adicionado fibras de aço, este  concreto projetado e dimensionado de acordo com ôntico de solo e do resultado da sondagem executada e da modelagem do estudo de tensões deste túnel com a função de estabilizar o solo durante a sua escavação sempre iniciando dependendo da situação por cima  e depois complementando a escavação.Esse método é um dos mais utilizados na construção de metrôs pelo mundo, isso porque ele causa menos impactos na superfície da terra, pois é necessário a construção de poços e a partir disso, já se faz o túnel sem a necessidade de você abrir a avenida como por exemplo no método de Vala a Céu Aberto (VCA)

O Tunnel Liner é um processo incrível é rápido altamente versátil e seguro porém geralmente executados para diâmetros de até 6,00 m onde a medida que se escavação avança  chapas metálicas são inseridas a medida que a escavação do anel circular e concluída sempre montado as chapas em segmentos de cerca de 46cm.  

Interferência em escavação em Mini Tunel - Tunnel Liner

O formato circular da chapa somado a espessura da mesma dimensiona o suficiente para resistir aos esforços externos que tenderiam a instabilizar  a escavação do túnel conferindo segurança e estanqueidade permitido um avanço de 4 a 5,00 m por dia de túnel pronto. As chapas metálicas são tratadas contra a corrosão e ainda podem ser revestidas com concreto armado para aumentar mais ainda a sua longevidade dependendo do meio que se aplica pois são muito usados para obras de drenagem urbana face que conseguem vencer grandes profundidade e distâncias sem afetar a comunidade sendo menos evasivo.

Tenho notado no Brasil a evolução do Método Shield, vulgarmente conhecido como tatuzão onde nesse processo, a máquina tuneladora é responsável por abrir o furo para a construção do túnel e a frente do equipamento gira e escava com seus dentes afiados o solo a alteração e ate mesmo desagregando a rocha pulverizando em seu interior onde uma esteira transportadora faz com que o resíduo da escavação seja retirado pelos poços  de visita. Este método apesar de ser o mais caro e o que causa menos impacto na superfície, isso ocorre porque a tuneladora faz todo o trabalho de escavação dos túneis sem a necessidade de muitos poços a serem construídos ou sem a necessidade de abrir a a vala a céu aberto. 

Das técnicas de estabilização de túnel (enfilagem, jet grouting, atirantamento), como avalia as técnicas, qual teve maior evolução e por quê?

Para avaliar a melhor técnica empregada precisamos primeiro ter a geometria e o traçado do túnel, a partir daí definimos a campanha de sondagem mista para ser executada geralmente ate 10,00 m da face inferior do túnel, essa sondagem será  definida em uma campanha inicial a cada 20,00 m de distância e a medida que os resultados saírem poderemos fazer campanhas de sondagem mistas complementares, a fim de asseguram a certeza da homogeneidade do material. 

Definido o traçado do túnel e as camadas onde ele irá atravessar, passamos a definir a necessidade e o tratamento mais indicado. 

Geralmente os emboques merecem mais cuidados pois está em uma zona clara de transição entre camadas distintas moles e duras.

Para o disparo dos emboques temos de fazer tratamentos de estabilidade mais eficientes envolvendo tirantes protendidos, cortinas Atirantadas, tratamentos com solo grampeado seguido de aplicação de tela Metalica de alta resistência e aplicação de concreto projetado no paramento frontal.

Já nos disparos dos emboques tratamentos passivos executados por enfilagem tubular metalica com tubos de aços de alta resistência  dotados de válvula machete que podem ser injetadas calda de cimento para tratamentos e preenchimentos de vazios que tem a clara finalidade de proteger o emboque superior da escavação garantindo uma Lage frontal de proteção com até 12,00 m em passos que se intercalam na metade desse passo para a garantia da segurança da escavação, onde após o tratamento desta enfilagem frontal a escavação avança em um material cimentado de maior resistência garantindo a segurança do teto. 

O tratamento do núcleo frontal da escavação também pode ser feito por tirantes de vidro que garantem a rigidez frontal e são facilmente o escavados.

O Jet Grouting também é uma tecnologia que trata a escavação antes de ela ser executada garantindo rigidez e estabilidade tornando o túnel auto portante permitindo a escavação reduzindo o risco de soterramento.

O Jet Grouting pode ser horizontal ou vertical para tratamento do túnel pelo lado de dentro e por fora.

A injeção de calda de cimento feita coma inserção de tubos de PVC machetados em malha de 0,5 m x 0,5 m no solo ate 2,00 m abaixo da geratriz inferior do túnel também funciona como um tratamento de solo eficiente onde força por pressão provoca a  entrada da calda de cimento nos espaços vazios do solo inclusive removendo as partículas de água presente entre essas partículas protegendo a escavação do lençol freático garantindo melhor rigidez ao solo aumentando o SPT do mesmo em relação ao seu estado original antes da injeção.

Já no que tange a revestimentos de túneis (com aduelas de concreto/ metálica ou outras chapas de revestimento, concreto extrudado, conceto projetado), como as avalia e qual tem tido maior evolução?

A técnica de reforço de túneis com aplicação de tirantes, execução de drenos horizontais profundos e aplicação de chumbadores de aço aplicados para segurar a tela Metalica de alta resistência seguida de aplicação de concreto projetado para manutenção de túneis inclusive com a inserção interna de drenos horizontais profundos para captar e conduzir o lençol freático para os drenos tem sido executado em diversas de nossas obras com sucesso.

O tratamento de escavação em túneis para pequenas distâncias principalmente para garantir a segurança da fragilidade dos emboques nos encontro de rochas.

Emboque do túnel foi tratado previamente com estacas escavadas e apos a execução das estacas foi feita a escavação em camadas de terraplenagem executando tirantes de alta carga aplicados em vigas de contra forte e assim sucessivamente até a garantia e a segurança da obra.

No último dia 02, o CBT – Comitê Brasileiro de Túneis, realizou no Instituto de Engenharia de São Paulo, o já tradicional Tunnel Day 2022. O Seminário que marca a celebração pelo dia Internacional dos Túneis, que se comemora anualmente no dia de Santa Bárbara, Padroeira dos trabalhadores dos Túneis e Minas Subterrâneas.

A Construtora Aterpa, como uma das maiores empresas de Obras Subterrâneas do País, participou do evento como um dos patrocinadores, valorizando a iniciativa do CBT, na busca pela contínua qualificação de estudantes e profissionais da infraestrutura Subterrânea.

Foram apresentados trabalhos técnicos e duas mesas redondas, com a presença de convidados qualificadíssimos da Engenharia de Túneis do Brasil. 

 Sistemas de Classificação dos Maciços Rochosos 

www.naresi.com