2000 AC Babilônia Túnel sob o Rio Eufrates, com 1 km de extensão e seção de 3.6m a 4.5 m. Construção a céu aberto, com desvio do rio.

Transcrição

1 CAPÍTULO 11 TÚNEIS

2 Histórico 2000 AC Babilônia Túnel sob o Rio Eufrates, com 1 km de extensão e seção de 3.6m a 4.5 m. Construção a céu aberto, com desvio do rio. 200 DC Túneis dos aquedutos romanos construídos há 1800 anos, reconstruídos em 1925 e ainda em uso. No Brasil Túnel de Santa Cecília, em Barra do Piraí (RJ), construído pela Light em Objetivos A construção de túneis é realizada com os mais variados objetivos: - Túneis para transportes (ferroviário, rodoviário, metrô); - Obtenção de energia (barragens, geotermia); - Abastecimento de água; - Mineração.

3 Definições Emboque

4 Definições Chão ( invert ), coroamento (teto) e paredes (Fonte: Normetro, 2001).

5 Geologia no Projeto e Construção de Túneis Objetivos da Exploração Geológica A exploração geológica tem por objetivo: - Determinação dos tipos de rochas e suas estruturas; - Determinação das propriedades físicas, químicas e mecânicas das rochas; - Determinação do tipo de cobertura do maciço e sua espessura; - Determinação das condições hidrogeológicas. Na abertura de um túnel, as tensões manifestam-se por deformações elásticas e plásticas, causadas por tensões estáticas e dinâmicas. As pressões estáticas devem-se ao peso da massa de material (solo + rocha) sobrejacente, sendo dada por: σ V =ɣ.z, em que z é a profundidade eɣéopeso específico; σ H = 10 a 25% da tensão vertical (σ V ) As pressões dinâmicas, por sua vez, são as tensões devido à tectônica, de tensões cisalhamento, de expansão de rochas argilosas ou de recalques à pouca profundidade.

6 Fatores Geológicos Típicos e suas Influências Estratificação da Rocha TÚNEIS Exemplos de interferências da estratificação em uma escavação de túnel (Fonte: Cabral, 1987).

7 Dobras (Anticlinais e Sinclinais) TÚNEIS Nos anticlinais há uma tendência ao relaxamento da tensão vertical no revestimento e a água tende a fluir para fora da escavação. Nos sinclinais ocorre o inverso. Exemplo da influência de dobras na escavação de túneis (Fonte: Cabral, 1987).

8 Dobras (Anticlinais e Sinclinais) TÚNEIS

9 Túneis em Zonas Falhadas Além da importância da determinação da presença de falhas. Outro aspecto importante é a determinação se as mesmas são ativas e recentes.

10 Túneis em Encostas Os túneis localizados em regiões muito próximas à encosta obrigam à realização de análises de estabilidade.

11 Água em Túneis A construção de um túnel pode mudar o regime hidráulico, ou seja a posição do nível d água no maciço rochoso e a direção e a velocidade do movimento da água. Um túnel funciona como um dreno, em que a água pode entrar na escavação pelo teto ou pelas paredes, com ou sem pressão, com elevada ou baixa intensidade. Além disso a percolação de água pode ser prejudicial ao revestimento de concreto, através da lixiviação do cálcio.

12 Projeto e Escolha do Traçado TÚNEIS A realização de estudos geológicos, geomorfológicos e hidrogeológicos são imprescindíveis na escolha do melhor traçado. Exemplos: - Evitar rochas expansivas argilosas; - Evitar camadas decompostas ou muito alteradas (impossível nos emboques); - Não passar muito próximo ao fundo de talvegues (vales); - Evitar zonas de falhas; - Etc. Com este objetivo deve-se utilizar todas as investigações de superfície e de subsuperfície disponíveis, tais como: - Interpretação de fotos aéreas viabilidade técnico-econômica do projeto; - Mapeamento geológico regional definição do traçado; - Mapeamento de detalhe projeto básico e seleção de alternativas; - Mapeamento das paredes durante a construção; - Sondagens rotativas amostragem do maciço e instalação de piezômetros para estudo do comportamento da água subterrânea, inclusive com execução de furos inclinados para uma correta avaliação do grau de fraturamento; - Poços e trincheiras emboque e túneis em solo; - Galerias-piloto em regiões de geologia complexa; - Geofísica (sísmica) definição do contato solo-rocha nos emboques.

13 Assistência na Escavação Durante os trabalhos de escavação o geólogo ou o engenheiro geotécnico devem vistoriar as frentes de detonação e seus arredores, de maneira à verificar a presença de materiais e estruturas geológicas não previstas durante as investigações. Desta forma devem ser realizadas durante estas vistorias: - Caracterização litológica; - Descrição de estruturas atitude, preenchimento, tipo, etc.; - Presença de água verificar surgências d água e sua influência na alteração e na pressão hidrostática; - Grau de fraturamento; - Grau de alteração; - Pressão de over-break geológica (devido à presença de estruturas) e técnica (por erros na execução do plano de fogo); - Classificação geomecânica.

14 Classificação do Maciço Rochoso A classificação do maciço rochoso é realizada em duas fases: - De Projeto destina-se à previsão dos volumes e quantidades de serviços a serem executados e baseiam-se na interpretação geológica antes da escavação. Seu sucesso depende de investimentos em investigação. - De Construção (Execução) destina-se à indicação do suporte temporário e do revestimento definitivo, baseando-se em dados finais do mapeamento geológico das paredes e acompanhamento da frente de escavação.

15 Métodos de Escavação Em Rocha Podem ser de três tipos: tradicional, por galerias e mecanizada. Método Tradicional A escavação é realizada em duas frentes, sendo composta das seguintes operações: - Avanço: perfuração da frente de escavação com marteletes; carregamento dos furos com explosivos; detonação; ventilação e remoção dos detritos. - Outras operações (se necessário): remoção da água de infiltração; escoramento do teto e das paredes; colocação do revestimento. Os métodos de avanço podem ser escavação total (seção plena), por galeria frontal e bancada. Na escavação total, toda a frente do túnel é perfurada e dinamitada. Na escavação por galeria frontal e bancada, também chamada Frente e Rebaixo, o avanço é feito na parte superior e, a partir desta, dinamita-se a porção inferior, conforme a figura a seguir.

16 Métodos de Escavação Em Rocha

17 Métodos de Escavação Em Rocha Escavação por Galerias Em túneis largos pode-se desenvolver uma galeria antes da escavação total de frente. A galeria pode ser de teto, de fundo, central ou lateral. Dentre as vantagens e desvantagens deste método destacam-se: Vantagens: - toda a zona desfavorável ou com excesso de água determinada com antecedência; - a quantidade de explosivos pode diminuir em função do material existente à frente da escavação; - os lados da galeria facilitam a instalação de suportes, especialmente em rochas quebradiças. Desvantagens: - Atraso no avanço do túnel até o término da galeria; - Custo elevado por serem desenvolvidas manualmente.

18 Métodos de Escavação Em Rocha Escavação Mecânica As vantagens em relação aos métodos convencionais são evidentes: - Segurança a abertura de paredes arredondadas (mais resistentes) implicam em um menor perigo de queda de blocos e suporte pequeno, se necessário. - Overbreak não existe, o que implica em uma economia de concreto; - Menor número de trabalhadores; - Avanço rápido; - Danos resultantes de explosões são inexistentes. Entre as desvantagens destacam-se: - Alto investimento no equipamento, o que o torna inviável em túneis curtos; - Sistema de ventilação deve ser mais eficiente e completo; - Controle de direção e greide rigoroso; - Método mais adequado em rochas com resistência de 125 a 140 MPa.

19 Métodos de Escavação Em Rocha A perfuração de rochas pode ser efetuada por uma série de equipamentos disponíveis no mercado cuja seleção depende da natureza topográfica do terreno, da profundidade dos furos, da dureza da rocha, do grau de fraturamento, das dimensões da obra, da disponibilidade de água, etc. Na figura abaixo pode-se observar alguns dos diversos padrões de perfuração para desmonte comumente empregados. Exemplo de esquema de perfuração usados em escavações subterrâneas (Fonte: Luis de Sousa, arquivo particular).

20 Métodos de Escavação Em Solo No caso dos solos a escavação também pode ser efetuada através de três tipos distintos, conforme apresentado a seguir. A Céu Aberto Também conhecido como Cut-And-Cover. Apresentam seção, em geral retangular. Os diversos métodos distinguem-se pelo tipo de escoramento ou método construtivo. Com Taludes Inclinados É o mais rápido, mais simples e mais econômico, se a escavação não for muito profunda. A escavação não necessita de escoramento, posto que a estabilidade das paredes é função da inclinação das mesmas. Só é possível em áreas com muito espaço e sem tráfego, devido ao volume a ser escavado. É pouco utilizado em cidades. Método de Berlim e Método de Hamburgo Estes métodos tem em comum a seqüência de execução: escavação escoramento, concretagem e reaterro, sem que o escoramento venha a fazer parte da estrutura do túnel. Na Parede de Berlim o escoramento utilizado são perfis metálicos, cravados com 1.5 a 2.5m de espaçamento, entre os quais são cunhados pranchões de madeira, até 1.5m abaixo da base da escavação. As estacas são arrancadas depois do reaterro. A Figura a seguir, exemplifica o processo.

21 Procedimentos para execução de uma escavação pelo método de Berlim (Fonte: Cabral, 1987).

22 No Método de Hamburgo, por sua vez, os perfis utilizados são os de aba larga e entre a parede do túnel e da escavação, fica um espaço livre com 0.80m (câmara de trabalho). Método de Milão Neste método, são produzidas paredes de injeção através de furos de sondagens, segundo o esquema abaixo: Procedimentos para execução de uma escavação pelo método de Milão (Fonte: Cabral, 1987).

23 Método das Couraças ( Shields ) TÚNEIS Na verdade existem vários métodos, todos eles baseados no conceito de escoramento pesado, em geral de madeira ou perfis metálicos a curtas distâncias. É o que método que causa menor interferência no tráfego e menores remoções. É aplicável a quase todos os tipos de solos, moles a muito rígido, acima e abaixo do nível d água. É necessário uma altura mínima de cobertura de solo acima do túnel. Os tipos podem variar de acordo com a seqüência de escavação (Figura 9.14), ou de acordo com o tipo de escavação realizado (Figuras 9.15 a 9.17). Métodos de Escavação Em relação ao tipo de escavação, os métodos podem ser manuais (Figura 9.15), em que plataformas de trabalho e escoramento avançam empurradas por macacos hidráulicos; semimecanizados (Figura 9.16), em que os serviços são racionalizados e acelerados com máquinas adequadas, operadas individualmente, tais como pás carregadeiras; ou, mecanizados (Figura 9.17), em que são utilizados fresadoras rotativas, correias transportadoras ou vagonetes, podendo ser sem escoramento (um sentido de rotação) ou com escoramento (dois sentidos de rotação).

24 Método das Couraças ( Shields ) TÚNEIS

25 Método das Couraças ( Shields ) TÚNEIS

26 Método NATM Baseia-se em uma seqüência de escavação parcial e escoramento, a fim de escavar toda a seção projetada. Para cada escavação parcial é construído um sistema de suporte ou escoramento provisório que pode ou não vir a fazer parte do sistema definitivo.

27 Método NATM TÚNEIS

28 Método NATM TÚNEIS

29 Método NATM TÚNEIS

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