UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL DIEGO REBOUÇAS FORTES

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL DIEGO REBOUÇAS FORTES ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE TUBULAÇÕES SOB INTERFERÊNCIA FEIRA DE SANTANA - BA 2010

2 DIEGO REBOUÇAS FORTES ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE TUBULAÇÕES POR INTERFERÊNCIA Monografia apresentada como requisito para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil outorgado pela Universidade Estadual de Feira de Santana. Orientador: Prof. Dr. João Carlos B. J. da Silva Co-orientadora: Maria do socorro São Matheus. FEIRA DE SANTANA BA 2010

3 DIEGO REBOUÇAS FORTES ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE TUBULAÇÕES SOB INTERFERÊNCIA Monografia apresentada como requisito para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil outorgado pela Universidade Estadual de Feira de Santana. Feira de Santana, 20 de outubro de Orientador: Prof.º Doutor João Carlos B. J. Da Silva Universidade Estadual de Feira de Santana Co-orientadora: Professora Doutora Maria do Socorro são Matheus Universidade Estadual de Feira de Santana Avaliador Professor Areobaldo de Oliveira Aflitos Universidade Estadual de Feira de Santana

4 Dedico este trabalho a toda a minha família

5 AGRADECIMENTOS Os meus sinceros agradecimentos: A minha mãe que sempre me deu estrutura para realizar os meus objetivos. Aos professores João Carlos e Maria do Socorro pelo conhecimento cedido e por me orientar com tamanha dedicação e paciência. A minha namorada não só por esta sempre ao meu lado, quando precisei mas por me orientar sempre que necessário. A todos os colegas da turma , em especial a Rafael Ribeiro por toda ajuda que me foi dada.

6 RESUMO Ainda hoje no Brasil o método convencional para realização de escavação para assentamento de tubulações é bastante utilizado, entretanto, já existem tecnologias que a depender das particularidades da obra podem ser muito mais eficientes, principalmente quanto ao impacto causado ao espaço físico. No Brasil as tecnologias não destrutivas mais usadas são: o furo direcional, o método slurry shield machine e o túnel linear. O método do furo direcionado tem inúmeras aplicações porem só pode ser usado para assentamento de tubulações de até 600 mm, o contrário ocorre com o slurry shield machine, onde se executam redes que variam de 500 mm a 2000 mm, já o túnel linear pode ser usado para qualquer diâmetro. Sua execução é bastante simples, entretanto sua produtividade é bem menor. O mesmo não acontece com os shields, estes necessitam de uma estrutura complexa para viabilizar a sua execução, alem de mão-de-obra cara e especializada. A execução do furo direcionado é de fácil execução, porem, a falta de operadores qualificados também é um problema. Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre os métodos não destrutivos de escavação, abordando as vantagens em relação ao metodo de escavação a céu aberto e as especificidades de cada um deles.

7 ABSTRACT

8 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1: Simulação de um emissário submarino (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008). 22 Figura 2.2: Fluxograma de estudos para projeto executivo (MATSSUI & KOTCHEN, 2003) Figura 2.3: Poço de emboque circular (CALÇA, 2007) Figura 2.4: Laser instalado (CALÇA, 2007) Figura 2.5: Anel de emboque (CALÇA, 2007) Figura 2.6: Anel de cravação (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008) Figura 2.7: Furo de lubrificação (CALÇA, 2007) Figura: 2.8: Cone de trituração (CALÇA, 2007) Figura: 2.9: Bolsa em anéis metálicos (CALÇA, 2007) Figura: 2.10: Junta em anéis de borracha (CALÇA, 2007) Figura 2.11: Arranjo geral do sistema slurry shield machine (CALÇA, 2007) Figura 3.1: Máquina Navigator da vermeer (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.2: Equipamento de pequena capacidade (ABRATT, 2006) Figura 3.3: Equipamento de média capacidade (ABRATT, 2006) Figura 3.4: Equipamento de grande capacidade (ABRATT, 2006) Figura 3.5: Fluxograma para montagem do equipamento (ABRATT, 2006)... 37

9 Figura 3.6 Componentes do Equipamento de Perfuração: a) Motor do Navigator; b) Bombas Hidráulicas; c) Bombas de fluído; d) Manômetros de verificação; e) Computador de bordo. (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.7: Tanque misturador de fluidos (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.8: Pá cortante (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.9: Transmissor de dados (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.10: Cabeça cortante para corte giratório em rocha (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.11: Equipamento para corte por impacto (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.12: Cabeça cortante para corte por arrasto Figura 3.13: Alargador (PALAZZO, 2008) Figura 3.14: Puxamento do tubo (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008) Figura 3.15: Método de inspeção visual (ABRATT, 2006) Figura 4.1: Fluxograma do procedimento executivo do túnel (ABRATT, 2006) Figura 5.1: Trincheira para emboque do túnel (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.2: Flange das chapas (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.3: Fluído de preenchimento (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.4: Bomba e misturador de fluído (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.5: Poço de emboque no canteiro central (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.6: Água de infiltração vinda da galeria (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010)... 57

10 Figura 5.7: Furo para injeção de argamassa fluída (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.8: Maciço rochoso em seção plena (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Figura 5.9: Guincho foguete (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010)... 58

11 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1: Evolução das técnicas de cravação de tubos (COUTINHO & NEGRO JUNIOR, 1995) Tabela 2.2: Vantagens da utilização do método Slurry Shield Machine (CALÇA, 2007). 21 Tabela 2.3: Produtividade dos métodos (FREITAS & FREITAS, 2002) Tabela 2.4: Parâmetros de projeto em relação aos diâmetros dos shields (CALÇA, 2007) Tabela 2.5: Especificações técnicas dos equipamentos (CALÇA, 2007) Tabela 2.6: Etapas para execução de método (MATSSUI & KOTCHEN, 2003) Tabela 3.1: categorias das máquinas Tabela 3.2: Relação entre tipo de solo e fluído de perfuração (MATSSUI & KOTCHEN, 2003) Tabela 3.3: Ensaio de Marsh (PALAZZO, 2008) Tabela 4.1: Comparativo entre os Métodos... 51

12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES JUSTIFICATIVA HIPÓTESE OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos MÉTODO DE ESCAVAÇÃO SLURRY SHIELD MACHINE PIPE JACKING INTRODUÇÃO HISTÓRICO Período Década de Emprego mais freqüente da técnica de cravação de tubos Década de Associações de pipe jacking Década de 70 - Brasil Mine túneis, com equipamentos de frente aberta e escavação manual A partir de 1993 Brasil Máquinas mais modernas VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO SLURRY SHIELD MACHINE PIPE JACKING APLICAÇÕES PRODUTIVIDADE ESTUDOS PRELIMINARES ELEMENTOS BÁSICOS PARA EXECUÇÃO DO MÉTODO... 26

13 2.7.1 Poço de Emboque Poço de Desemboque Sistema de cravação das Tubulações de Concreto Pré-Moldado Controle de Direcionamento do Shield Funcionamento Abaixo do Nível de Água MÉTODO DE EXECUÇÃO EQUIPAMENTOS ESCAVAÇÃO UTILIZANDO PERFURAÇÃO DIRECIONAL HISTÓRICO EQUIPAMENTOS PARA PERFURAÇÃO Montagem do Equipamento de Perfuração e do sistema de direcionamento COMPONENTES DO EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO TANQUES DE MISTURA DE FLUIDOS AS HASTES DE PERFURAÇÃO OS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO Funções do Fluído de Perfuração PLANEJAMENTO DO FURO EXECUÇÃO DO MÉTODO PERFURAÇÃO EM ROCHA ALARGAMENTO DO FURO E PUXAMENTO DA TUBULAÇÃO IDENTIFICANDO AS INTERFERÊNCIAS Métodos de identificação das interferências TUNNEL LINER EQUIPAMENTOS SONDAGENS ACOMPANHAMENTO TOPOGRÁFICO EXECUÇÃO... 49

14 4.5 CONSOLIDAÇÃO DO SOLO INJEÇÕES DE ARGAMASSA DE SOLO-CIMENTO COMPARATIVOS ENTRE OS MÉTODOS EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO TUNNEL LINER Dados Gerais Dados do Empreendimento Dados das Travessias º Travessia: Anel rodoviário de feira de Santana º Travessia: Avenida Jose falcão Travessia por sob o Anel Rodoviário Travessia por sob a Avenida José falcão CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXO A - CROQUI DA AV. JOSE FALCÃO, FEIRA DE SANTANA-BA ANEXO B - RELATÓRIOS DE SONDAGEM A PERCUSSÃO... 63

15 15 1 INTRODUÇÃO 1.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES A utilização dos métodos não destrutivos (MND) para a execução de travessias sob interferência é de suma importância, face aos problemas gerados por uma eventual escavação realizada abrindo trincheiras, quer seja para drenagem, água, esgoto, telefonia, eletricidade, gás, etc. São varias as tecnologias existentes hoje no Brasil para a execução destas travessias, sendo cada uma específica para cada tipo de travessia, ou seja, dependendo do diâmetro e material da tubulação, da extensão, da profundidade, da finalidade, enfim das características inerentes a cada projeto, existe um método técnica e economicamente mais viável. Alguns métodos utilizam máquinas especiais que perfuram o subsolo horizontalmente, entre dois poços de acesso, por onde serão passadas as tubulações. Desta forma, não é necessário rasgar toda a extensão do piso por sob o qual passará a instalação. Esse método é extremamente útil para travessias de qualquer tipo (rodovias, ferrovias, riachos, estruturas etc.). Para o caso de travessia em rodovias a utilização deste processo também evita a reposição do pavimento por abertura de valas, reposição esta que nem sempre reproduz a situação original do pavimento. O custo direto em muitos casos já é equivalente ao método com abertura de valas contínuas, mas as vantagens são enormes: precisão na execução da obra; redução de prazos; não interrupção do trânsito na área de trabalho; grande redução do custo social (NUVOLARI, 2003). Durante os últimos 15 anos, a perfuração direcionada horizontal, tem revolucionado a indústria da instalação de produtos sob a superfície. Hoje este processo é o preferido entre as companhias de água, gás, elétricas, etc., pois evita o inconveniente de valas abertas, e conseqüentes prejuízos (COUTINHO & NEGRO JUNIOR, 1995). Em Feira de Santana, durante a obra de ampliação do sistema de esgotamento sanitário da cidade foi efetuado uma travessia de tubulação de esgoto sob o anel rodoviário, sendo utilizado um Método não Destrutivo, mais especificamente a execução de um mini túnel em chapas corrugadas de metal. A Armco Staco desenvolveu com tecnologia exclusiva, o sistema não-destrutivo túnel linear, largamente utilizado em milhares de obras no Brasil e no exterior.

16 16 Túnel linear é uma solução bastante prática para a execução de túneis de pequenos a médios diâmetros (1,20m a 5,00m) na forma circular, e túneis com dimensões variadas nas formas de elipse, lenticular, arco e passagens de veículos/pedestres, podendo ser implantados na maioria dos tipos de solo. Sua tecnologia de execução é bastante simples e rápida (NUVOLARI, 2003). 1.2 JUSTIFICATIVA Executar obras com valas a céu aberto em vias de grande densidade de tráfego, como ruas, avenidas, estradas e ferrovias, causa grandes transtornos: interrupção do tráfego, congestionamento no trânsito, acidentes com pedestres, dificuldades de acesso, etc. Quando se levam esses fatores em consideração, o processo não-destrutivo é o mais recomendável. Os métodos não destrutivos estão sendo cada vez mais usados no Brasil e, como o futuro da engenharia é a qualidade dos serviços são necessárias inovações tecnológicas que possibilitem essa melhoria. Esse estudo irá mostrar como são executados alguns métodos não destrutivos, suas limitações e a importância destes técnicos para a engenharia civil. 1.3 HIPÓTESE O uso dos métodos não destrutivos em obras de travessias de condutos é a solução para evitar os transtornos que uma travessia feita pelo método de escavação convencional causaria na área, alem da melhora na qualidade da obra com redução de tempo na execução e redução dos custos sociais.

17 OBJETIVOS Objetivo Geral Estudar os Métodos Não Destrutivos de travessias de condutos, abordando aspectos do projeto e execução, especificações técnicas e estudos preliminares Objetivos Específicos Abordar três dos vários Métodos Não Destrutivos existentes para escavação em solo. Abordar a efetiva utilização dos Métodos Não Destrutivos, bem como suas vantagens em relação ao método convencional de abertura de valas. Abordar as dificuldades oriundas do tipo de subsolo durante a utilização do método.

18 18 2 MÉTODO DE ESCAVAÇÃO SLURRY SHIELD MACHINE PIPE JACKING 2.1 INTRODUÇÃO Com o crescimento dos centros urbanos, tornou-se necessário a melhoria e a expansão da rede de utilidades públicas (água, esgoto, eletricidade, telefonia etc.). Em áreas densamente edificadas, com grande ocupação do espaço subterrâneo, a execução de obras subterrâneas em valas a céu aberto causa impactos sócio-econômico-ambientais cada vez maiores. Por menores que sejam obras subterrâneas a céu aberto causam enormes transtornos nos centros urbanos e nas vias principais, em especial na interferência com o trânsito naturalmente intenso. Por esse motivo, obras com custos diretos extremamente modestos se tornam inviáveis devido aos altos custos sociais inerentes aos atrasos e perturbações que ocasionam a milhares de pessoas, muitas vezes por períodos prolongados. Dentro deste panorama, a tecnologia do slurry pipe jacking, tornou-se atraente frente a métodos tradicionais, como a solução em vala a céu aberto, principalmente para a construção de novas redes de esgoto, por minimizar os impactos e oferecer maior produtividade com menor risco técnico e econômico (MATSSUI & KOTCHEN, 2003). Justifica-se assim o interesse de se intensificar os estudos e as pesquisas sobre esta tecnologia que, apesar de estar sendo aplicada em algumas obras ainda carece de suporte teórico capaz de estimar melhor as variáveis operacionais do sistema de cravação e suporte da frente de escavação.

19 HISTÓRICO Período A técnica de cravação de tubos foi desenvolvida nos Estados Unidos há cerca de 100 anos, e sua evolução no mundo e no Brasil está apresentada na Tab Tabela 2.1: Evolução das técnicas de cravação de tubos (COUTINHO & NEGRO JUNIOR, 1995). Período Técnica utilizada Década de 60 Emprego mais frequente da técnica de cravação de tubos Década de 70 Associações de pipe jacking Década de 70 Brasil Mini-túneis, com equipamentos de frente aberta e escavação manual A partir de 1993 Brasil Máquinas mais modernas Década de 60 No mundo a tecnologia de escavação de túneis do tipo shield remete do século passado, entretanto o metodo ao longo dos anos e principalmente a partir de 1960 vem agregando uma serie de inovações tecnológicas Emprego mais freqüente da técnica de cravação de tubos No início a técnica de escavação de túneis utilizando os shields e a cravação de tubos, se confinaram no eixo Rio - São Paulo. Atualmente o seu uso se espalhou pelo país e pode ser encontrado em todas as capitais (COUTINHO & NEGRO JUNIOR, 1995) Década de 70 A tecnologia pipe jacking teve o seu desenvolvimento quase simultâneo no Japão e Alemanha ao longo da década de 1970 e sofreu intensa evolução ao longo dos anos

20 e 1990, com a incorporação de sistemas de informática, automação e direcionamento a laser. (MATSSUI & KOTCHEN, 2003) Associações de pipe jacking As primeiras associações de pipe jacking começaram a ser organizadas na década de 70. A partir daí essa técnica passou a ser mais utilizada e o mercado para seu uso cresceu significativamente Década de 70 - Brasil Os mini túneis começar a ser introduzidos no Brasil no início da década de 70, com equipamentos de frente aberta e escavação manual. (MATSSUI & KOTCHEN, 2003) Mine túneis, com equipamentos de frente aberta e escavação manual As primeiras tecnologias criadas eram de frente aberta, onde o funcionário tinha que ir na frente da couraça realizando a escavação manual. Todo material escavado era retirado em vagões que se deslocavam sobre trilhos até o exterior do túnel (MATSSUI & KOTCHEN, 2003) A partir de 1993 Brasil No Brasil somente a partir de 1993 começou a serem introduzidos os primeiros equipamentos mais modernos para escavação de túneis ( slurry shield machine pipe jacking ). Essa inovação se deu principalmente no estado de São Paulo Máquinas mais modernas Os equipamentos mais modernos já possuíam uma tecnologia mais evoluída, onde a escavação abaixo do nível da água, em rocha e solos instáveis tornou-se possível. Além disso, o controle e direcionamento do shield é todo automatizado e controlado por computador (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).

21 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO SLURRY SHIELD MACHINE PIPE JACKING As vantagens da utilização do método são inúmeras, e se mostram claras tanto na superfície quanto no subsolo por onde irá passar a rede, suas vantagens estão expostas na Tab Tabela 2.2: Vantagens da utilização do método Slurry Shield Machine (CALÇA, 2007) Vantagens para a superfície Vantagens para o subsolo Reduzir a praticamente zero o número de rompimento e reposição de ruas Minimizar os transtornos e sujeira durante a execução Reduzir drasticamente o número de engarrafamentos devido à paralisação ou desvios no transito Minimizar a perturbação no subsolo com a conseqüente redução de recalques na superfície Apresentar um baixo risco de danos as tubulações já existentes Permitir a instalação de trechos de até 350 m entre os poços de serviço Reduzir o volume de material escavado Permitir travessias sob córregos, rios, e até emissários submarinos. Evitar desmoronamentos Evitar medidas muito caras para estabilizar o subsolo Ser adequado para uma grande variação de solos incluindo argilas moles, areias, pedregulhos, pedras e alterações de rocha. Operar em solos com pressão de lençol freático de até 30 m Instalar tubulações com precisão de até 2 cm Possuir vedação através de anéis de borracha, o que aumenta muito a estanqueidade Dispensar a entrada de pessoas para operação e escavação Ser executado com tubos de grande resistência (40 Mpa) e impermeabilidade, aumentando assim a durabilidade da obra. 2.4 APLICAÇÕES O método slurry shied machine atualmente vem sendo usado em diversos tipos de obras, destacando-se coletores de esgoto, adutoras de água, dutos de gás, redes de

22 22 cabos elétricos e telefonia, sistemas de drenagem de águas pluviais, passagens subterrâneas para pedestres e até emissários submarinos como mostra a Fig. 2.1 Figura 2.1: Simulação de um emissário submarino (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008) 2.5 PRODUTIVIDADE A produtividade do método slurry shield machine em comparação a outros métodos similares, tais como o método do túnel linear é muito maior. A Tab. 2.3 mostra o comparativo das suas produtividades mensais dos dois métodos (MATSSUI & KOTCHEN, 2003). Tabela 2.3: Produtividade dos métodos (FREITAS & FREITAS, 2002). Produtividade do shield e do túnel linear Produção mensal ''shield'' Escavação com túnel linear 100 a180 m 30 a 50 m Essa diferença é tão grande porque o túnel linear é executado de maneira manual, utilizando uma tecnologia bastante simples e com limitações, ao passo que o slurry shield machine utiliza tecnologia de ponta na sua execução e navegação, aumentando muito sua produtividade, sobretudo em escavações de maiores profundidades e abaixo do nível d água.

23 ESTUDOS PRELIMINARES Para utilização do método slurry shield machine, é necessário em primeiro lugar uma avaliação do traçado por onde irá passar a tubulação, a partir daí decide-se qual a melhor locação para o poço de emboque. Essa avaliação é muito importante do ponto de vista econômico, porque quando se tem uma rede muito extensa é mais viável economicamente locar o poço de emboque num ponto entre os extremos da rede, essa decisão resulta na construção de apenas um poço de emboque e dois poços de desemboque. Se fosse escolhido o poço de emboque em um dos extremos, seria necessário outro para completar a rede e um poço de desemboque, o problema é que o poço de emboque é muito mais caro que o poço de desemboque, devido às dimensões e a estrutura que devem ser maiores e mais rígida, para resistir aos esforços de cravação. Alem disso para definir o tipo de shield a ser usado é preciso uma avaliação do subsolo ao longo do traçado do túnel, para isso se faz sondagens à percussão que identificam a profundidade do lençol d água e a resistência da camada por onde ira passar o shield. A perfuratriz de corte ou cabeça cortante também é definida a partir da resistência que será enfrentada. A Tab. 2.4 mostra as características básicas de projeto com relação aos diâmetros dos shields (CALÇA, 2007). Tabela 2.4: Parâmetros de projeto em relação aos diâmetros dos shields (CALÇA, 2007). Elementos para projeto Dist. Entre Profund. Profund. Altura de Diam. do Diam. do Área do Diâmetro poços de Máxima Mínima coluna poço de poço de canteiro (mm) serv. (m) (m) (m) d água(m) entrada (m) saída (m) (m) ,5 30 4,1 2, ,6 30 4,1 2, ,7 30 4,4 2, ,8 30 5,6 3, ,0 30 5,6 3, ,5 30 5,2 3, ,0 30 5,0 3, ,5 30 6,5 4, ,0 30 7,1 5,5 300

24 24 Atualmente é possível executar túneis com o método slurry shied machine em diâmetros variados. A Tab. 2.5 mostra as especificações técnicas dos equipamentos para os mais variados tipos de diâmetros. Tabela 2.5: Especificações técnicas dos equipamentos (CALÇA, 2007). MAQUINAS PARA TUBO DE DIMETRO 500/ 600/ 700/ 800/ 900/ 1000/ 1200/ 1500/ 2000 Diâmetro interno do tubo (mm) Máquina diâm. Externo Comprimento da máquina (mm) Peso da máquina (kg) Torque de escavação (kgf x m) Rotação de escavação (rpm) Movimento epicicloidal (p/min.) Motor elétrico (kw) (mm) , ,6 60 7, ,6 60 7, , , , , , ,6 0 2x30 Para definir o tipo de shield a ser usado é preciso uma avaliação do subsolo ao longo do traçado do túnel, para isso se faz sondagens à percussão que identifica a profundidade do lençol d água e a resistência da camada por onde ira passar o shield. Em adição, também são feitos ensaios para determinação de algumas propriedades mecânicas do solo, Fig. 2.2.

25 25 Estudos para execução do projeto executivo Realiza-se Sondagens a percussão para Determinação do SPT Retira-se amostras de solo Identifica a presença de rocha e profundidade do lençol d água Realiza-se ensaios de laboratório (propriedades mecânicas) Determina-se as tensões que serão aplicadas pela frente de escavação e o tipo de cabeça cortante Calcula-se coeficiente de atrito, peso especifico, Estima-se as tensões de cisalhamento na interface maciço-tubo Define-se a força propulsora dos macacos hidráulicos e potencia das bombas de injeção de fluido Figura 2.2: Fluxograma de estudos para projeto executivo (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).

26 ELEMENTOS BÁSICOS PARA EXECUÇÃO DO MÉTODO Poço de Emboque Os poços de emboque podem ser quadrados, ovais, retangulares e circulares (Fig. 2.3), sendo o ultimo o mais comum. Figura 2.3: Poço de emboque circular (CALÇA, 2007) A execução começa com a escavação do poço que pode ser feita utilizando escavadeiras. Pode ser necessário um rebaixamento do lençol freático para possibilitar o trabalho em ambiente seco, às paredes do poço podem ser feitas de pranchas metálicas, concreto moldado in loco, concreto pré-moldado e concreto projetado. Ainda na parede de reação é instalado um equipamento que emite um raio laser no eixo do shield e possibilita à correção do direcionamento do mesmo, caso saia do alinhamento desejado (Fig. 2.4). Figura 2.4: Laser instalado (CALÇA, 2007)

27 27 O poço também serve de apoio para reagir aos esforços de cravação gerados pelo sistema de macacos hidráulicos. Na parede do poço de emboque é feita uma abertura onde é instalado o anel de emboque (Fig. 2.5), que serve para dar estabilidade no início da escavação do shield e também no momento de cravar os tubos. A parede do poço de emboque deve reagir aos esforços de cravação, e é exatamente por isso que se torna mais caro que o poço de desemboque, entretanto, após a execução do túnel, os poços podem ser usados como poços de visita para manutenção da rede (CALÇA, 2007). Figura 2.5: Anel de emboque (CALÇA, 2007) Poço de Desemboque O poço de desemboque ou de chegada é onde se faz o resgate do shield, logo ele deve ter dimensões compatíveis com o comprimento do shield. O poço de chegada também possui as paredes e a laje de fundo armadas, entretanto, não são tão rígidas como as dos poços de emboque (CALÇA, 2007) Sistema de cravação das Tubulações de Concreto Pré-Moldado O sistema de cravação é formado pelo conjunto de pistões hidráulicos, por um trilho guia que apóia o tubo e mantém o direcionamento correto do mesmo e um anel de cravação (Fig. 2.6).

28 28 Figura 2.6: Anel de cravação (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008) Os tubos utilizados no método slurry shield machine, são em geral de concreto pré-moldado. Eles devem ser projetados para resistirem aos esforços máximos de cravação, além disso, o concreto produzido para execução dos tubos deve deixar o mínimo de vazios possíveis e garantir estanqueidade. Os tubos também devem possuir uma espessura mínima de maneira a garantir o recobrimento necessário para proteção da armadura. O sistema de encaixe entre os tubos deve ser perfeito garantindo assim a vedação necessária nas juntas, evitando infiltrações devido às pressões externas da água. Os tubos em geral são produzidos com suportes internos em forma de gancho, que apóiam todas as tubulações do sistema de lubrificação e dos tubos de circulação de lama. Durante a cravação é necessário que a interface tubos e maciço sejam lubrificados, reduzindo assim os esforços de cravação, e para isso são deixados furos na parede dos tubos (Fig. 2.7) por onde é injetado o fluido lubrificante (em geral lama bentonítica) (FREITAS & FREITAS, 2002). Figura 2.7: Furo de lubrificação (CALÇA, 2007).

29 Controle de Direcionamento do Shield No poço de emboque é instalado um equipamento que emite um feixe de raio laser e o projeta em um alvo que fica no eixo do shield. À medida que a escavação avança é possível que o equipamento saia de alinhamento, e quando isso ocorre à projeção do feixe de raio laser sai do eixo do alvo indicando assim a necessidade de corrigir a rota do shileld. A correção da rota só é possível graças aos cilindros de direcionamento que ficam na frente de escavação. O funcionamento dos cilindros depende de pistões hidráulicos que garantem propulsão para alinhar novamente a rota. A visualização da mira é feita graças a uma câmera de vídeo instalada dentro da couraça do shield, que envia imagens a uma TV ligada na cabine de operação. Ainda na cabine de operação fica instalado um computador que monitora todo o processo, à medida que vai sendo realizado ele permite que sejam avaliados diversos dados colhidos na escavação, tais como vazão de fluído enviado à frente de avanço, vazão de fluído que sai no processo de escavação, pressão exercida pelo shield no maciço e torque do equipamento (FREITAS & FREITAS, 2002) Funcionamento Abaixo do Nível de Água Os primeiros shields eram de frente aberta, e o operário tinha que ir dentro do equipamento para retirar o material escavado da máquina, esse processo era feito utilizando vagões que circulavam sobre trilhos montados em todo o traçado do túnel. Esse método inviabilizava o trabalho abaixo do nível da água, além disso, o método trazia bastante risco a integridade física do operário. Com a evolução da técnica, o slurry shield machine permite o trabalho abaixo do nível do lençol de água, isso é possível porque a frente do shield exerce pressão de fluído que equilibra as pressões neutras gradas pelo lençol d água (MATSSUI & KOTCHEN, 2003). 2.8 MÉTODO DE EXECUÇÃO Para se executar o método slurry shield machine é necessário seguir uma seqüência de trabalho, cada etapa está resumida na Tab. 2.6.

30 30 Tabela 2.6: Etapas para execução de método (MATSSUI & KOTCHEN, 2003). O poço é escavado até a profundidade que se Escavação e Revestimento dos Poços de deseja executar o túnel. Em seguida se inicia Serviço a montagem do revestimento do poço, que em geral é de concreto armado. Deve possuir um local para estocagem dos tubos de concreto próximo ao poço de Montagem do Canteiro emboque para possibilitar uma maior dinâmica ao processo. Deve ser definido o alinhamento e o nivelamento do eixo do túnel para locar o Montagem do Sistema de Cravação e sistema de cravação. Na superfície será Operação instalado todo o sistema de operação e controle. Toda lama extraída da escavação é bombeada para os tanques de recirculação. Sendo três tanques, onde um é de água e dois são de lama. Um dos tanques de lama um é Sistema de Reciclagem de Lama responsável pelo processo de decantação do material solido. O outro acumula a lama que será bombeada de volta para frente de escavação (Fig. 2.8). Os tubos são cravados em sequência e cada tubo cravado empurra todo o restante. Os Cravação dos Tubos de Concreto tubos possuem anéis metálicos na bolsa (Fig. 2.9) e anéis de borracha na ponta (Fig. 2.10), que garante estanqueidade nas juntas.

31 31 Figura: 2.8: Cone de trituração (CALÇA, 2007). Figura: 2.9: Bolsa em anéis metálicos (CALÇA, 2007). Figura: 2.10: Junta em anéis de borracha (CALÇA, 2007).

32 EQUIPAMENTOS Para se executar o túnel é necessário que uma série de equipamentos trabalhe de maneira conjunta. O arranjo geral do slurry shield machine é apresentado na Fig Figura 2.11: Arranjo geral do sistema slurry shield machine (CALÇA, 2007). Conforme mostra a Figura 2.11: 01- Cabine de controle: No interior da carcaça uma câmara de TV é instalada e monitorada na cabine de controle, ele permite a visualização da projeção que é emitida pelo nivelador a laser em um painel. 02- Sistema de retirada de solo: O material escavado é transportado por meio de dragagem, que retira o solo escavado de um compartimento na frente da maquina levando-o ao sistema de tratamento de lama. A injeção de liquido na frente de escavação é feita por bombas controladas de forma a pressurizar e equilibrar as pressões exercidas pelo lençol d água, evitando assim perda de material e vazamentos laterais. 03- Sistema de empuxe: O sistema de empuxe é feita com quatro macacos hidráulicos posicionados nos poços de serviço, que cravam os tubos de concreto pré-fabricados, enquanto a maquina avança sob o solo.

33 Tubos pré-fabricados de concreto: Os tubos devem ser capazes de resistir aos esforços da cravação exercida pelos macacos hidráulicos, o tubo também tem micro furos na sua parede que possibilita a inserção de lama bentonítica para reduzir o atrito gerado pelo solo. 05- Shield : Em aço, a carcaça protetora abriga a unidade escavadora, sistema hidráulico de direcionamento, compartilhamento pressurizado de dragagem e sistema de monitorização por câmera de TV. Uma inovadora cabeça escavadora executa movimento excêntrico, que quebra pedras e pedregulhos de até 30% do diâmetro do equipamento com uma força compressora de 200 kgf/cm², permitindo o trabalho praticamente em qualquer tipo de solo.

34 34 3 ESCAVAÇÃO UTILIZANDO PERFURAÇÃO DIRECIONAL 3.1 HISTÓRICO Desenvolvido na Alemanha há 50 anos, a tecnologia, inicialmente praticada somente na área de telecomunicação, atualmente esta sendo usado em outros setores da engenharia. A utilização do método de perfuração direcional, no Brasil teve seu início em 1972 em São Paulo pela antiga empresa de telecomunicações (Telesp), que usou o método para instalar cabos no subsolo da cidade. (MENDES,2006). O método voltou a ganhar destaque com a abertura da economia brasileira, no inicio da década de 90, em função de projetos para execução de redes de fibra óptica. Além de São Paulo o método também já é conhecido em outros estados e a sua utilização movimenta números que oscilam entre U$ 30 e 40 milhões (MENDES,2006). Segundo Palazzo (2008), Presidente da ABRATT (Associação brasileira de tecnologia não destrutiva), somente nas áreas de extensão de telecomunicações, o setor emprega mais de 50 mil pessoas. Quando se inclui outros segmentos indiretos, este número chega a 150 mil. Contudo no Brasil somente 5% das perfurações são feitas utilizando o furo direcional, embora tenha espaço para chegar a 50%. Enquanto que nos Estados Unidos 80% das obras adotam este processo. No subsolo de São Paulo encontram-se instalados quilômetros de fios, cabos, dutos e galerias. São km de rede de água, km de galerias de esgoto, km de galerias de águas pluviais e km de dutos de gás. Os fios telefônicos e elétricos, cabos de fibra óptica e cabos de TV se estendem por mais km (PALLAZO, 2005). 3.2 EQUIPAMENTOS PARA PERFURAÇÃO Algumas das perfuratrizes comercializadas no Brasil são equipadas com sistema automático de alimentação e retiradas de barras e cujos componentes ficam concentrados em um único local o que facilita sua manutenção. Os equipamentos também são em geral compactos e leves, o que facilita o transporte do mesmo. As máquinas mais utilizadas no Brasil são as da linha Navigator da vermeer (Fig. 3.1) (NEPOMUCENO, 2008).

35 35 Figura 3.1: Máquina Navigator da vermeer (NEPOMUCENO, 2008). O método de perfuração direcional pode ser utilizado para escavações em diferentes tipos de solo e até em rocha, bem como para execução de redes em diferentes diâmetros, logo os equipamentos usados para tal variam de acordo com a necessidade de uso. Segundo Palazzo (2008), Os equipamentos são divididos em três categorias, indicadas na Tab. 3.1: Tabela 3.1: categorias das máquinas CATEGORIAS TRAÇÃO (ton) DIAMETROS (mm) PEQUENA CAPACIDADE a 300 MÉDIA CAPACIDADE 10 a a 600 GRANDE CAPACIDADE > 50 >600 Pequena Capacidade: Adequado para instalação de cabos de utilidades ou tubos de pequeno diâmetro em áreas congestionadas (Fig. 3.2).

36 36 Figura 3.2: Equipamento de pequena capacidade (ABRATT, 2006) Média Capacidade: Adequado para tubulações com acessórios especiais permitem perfuração em rocha. (Fig. 3.3). Figura 3.3: Equipamento de média capacidade (ABRATT, 2006) Grande capacidade: Utiliza equipamentos de suporte (Bombas de Grande capacidade, recicladores de fluídos, guindaste, etc..). O inconveniente são os significativos períodos de montagem e desmontagem. É empregado em redes de grande diâmetro e na exploração industrial de reservas de gás. (Fig. 3.4). Figura 3.4: Equipamento de grande capacidade (ABRATT, 2006)

37 Montagem do Equipamento de Perfuração e do sistema de direcionamento. Para a montagem do equipamento de perfuração, é necessário seguir uma série de etapas definidas na (fig. 3.5). Determina-se o porte e o tipo de equipamento de perfuração Deve-se ancorar o equipamento no terreno, alinhar e dar a inclinação correta da haste. Deve-se alimentar o equipamento com as hastes de perfuração, a instalação é automatizada. Na ponta da haste existe um transmissor que envia ondas para um receptor na superfície. Um computador de bordo transforma as informações enviadas pelo receptor em gráficos, por onde se monitora a perfuração. Figura 3.5: Fluxograma para montagem do equipamento (ABRATT, 2006)

38 COMPONENTES DO EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO a) b) c) d) e) Figura 3.6 Componentes do Equipamento de Perfuração: a) Motor do Navigator; b) Bombas Hidráulicas; c) Bombas de fluído; d) Manômetros de verificação; e) Computador de bordo. (NEPOMUCENO, 2008).

39 39 O motor deve ter potência suficiente para tocar as bombas hidráulicas ou hidrostáticas e executar a escavação em grandes distâncias. As bombas hidráulicas ou hidrostáticas devem ter fluxo suficiente para desenvolver o trabalho de rotação e de puxar ou empurrar a coluna. A bomba de fluido deve ter capacidade compatível com o tipo de trabalho a executar e está diretamente relacionada com o diâmetro, peso e inclinação da coluna a ser colocada no solo. Manômetros de verificação de força de puxada ( pull-back ), força de rotação e fluxo de fluído e é muito importante para se detectar problemas durante a execução. O computador de bordo permite visualizar problemas elétricos e hidráulicos, além disso, permite também mudança de sistema manual para automático ou perfuração em rocha. (NEPOMUCENO, 2008) 3.4 TANQUES DE MISTURA DE FLUIDOS São tanques misturadores (Fig. 3.7), motor e bomba de recalque para o equipamento de perfuração. A água que é colocada no tanque deve ser isenta de areia e estar com ph de aproximadamente (7,5 a 8,5), a ordem de colocação dos aditivos deve ser respeitada como, por exemplo, bentoníta/polímeros/etc. Figura 3.7: Tanque misturador de fluidos (NEPOMUCENO, 2008).

40 40 O motor do tanque deve está sempre ligado para garantir uma perfeita mistura dos fluídos (baixa rotação), testes de ph, presença de areia e viscosidade deve ser feito periodicamente no fluído, deve ser feita também a limpeza diária do tanque para evitar a decantação de aditivos e um possível entupimento do sistema. (NEPOMUCENO, 2008) 3.5 AS HASTES DE PERFURAÇÃO As hastes podem variar de 1,30 m a 4,50 m de comprimento em máquinas existentes no Brasil. As hastes são construídas de maneira a permitir a passagem do fluído através das mesmas, e possuem a particularidade de permitir flexibilidade, ou seja, permitem uma flexão pré-determinada pelo fabricante, para formar pequenas curvaturas no solo. Na ponta da haste de perfuração é acoplada uma cabeça cortante em forma de pá (Fig. 3.8), utilizada em solos com ausência de rochas ou matacões. (NEPOMUCENO, 2008) Figura 3.8: Pá cortante (NEPOMUCENO, 2008). As hastes são fabricadas geralmente com aço-liga exclusivo I-135, forjadas e tratadas termicamente, medidas com tolerâncias precisas e inspecionadas rigorosamente. Elas permitem um alto torque em perfurações de grande diâmetro, e conseqüentemente uma alta vazão de fluído de perfuração, as roscas das barras são usinadas com precisão e possibilitam a montagem e desmontagem rápida. (NEPOMUCENO, OS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO

41 41 Para se determinar o tipo de fluído a ser usado é preciso correlacioná-lo com o tipo de solo encontrado. Essa relação é resumida na Tab. 3.2 Tabela 3.2: Relação entre tipo de solo e fluído de perfuração (MATSSUI & KOTCHEN, 2003). Tipo de solo Característica Fluído de perfuração Solos grossos (areia e granito) Solos finos (argila) São inertes e não reativos e permitem a passagem da água através de suas partículas Os solos finos possuem baixa permeabilidade, e são reativos a água. Bentoníta mineral (proporciona lubrificação e estabilização nos solos onde é aplicada). Polímero Phpa (compostos sintéticos de alto peso molecular, que quando atraídos pela argila evitam sua dilatação). É importante também controlar a viscosidade do fluído de perfuração, o excesso de viscosidade dificulta o fluxo de fluído e requer maiores pressões para bombeá-lo. Pode-se medir essa viscosidade através do funil de Marsh. A Tab. 3.3 indica o tempo médio que cada solo leva para escoar no ensaio de Marsh, e quanto maior for o tempo médio maior será a viscosidade do fluído (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008). Tabela 3.3: Ensaio de Marsh (PALAZZO, 2008). TEMPO MÉDIO DE ESCOAMENTO PELO FUNIL DE MARSH DESCRIÇÃO TEMPO(S) SOLO DE ARGILA 32 A 50 SOLO DE AREIA MEDIA OU MISTURADA 40 A 70 SOLO DE AREIA FINA OU GRANULADA 60 A 90

42 Funções do Fluído de Perfuração A barreira que o mesmo irá formar no perímetro do furo, que é chamado de torta de filtro que irá manter a integridade do furo. O material cortado (tanto no furo piloto como no alargamento) deve ser escoado para fora do furo. Quando a tubulação está sendo instalada, exigirá uma boa lubrificação do furo, isso para poder deslizar com suavidade reduzindo consideravelmente o atrito lateral. Com o atrito da cabeça de perfuração, a sonda irá aquecer, e uma das funções do fluído também é de esfriar a sonda. 3.7 PLANEJAMENTO DO FURO O planejamento do furo é feito utilizando softwares que processam informações coletadas em campo. Os programas fornecem ao projetista uma atualização teórica para auxilio na decisão da execução. O local da execução deve estar totalmente sinalizado para o tráfego e para as pessoas que circulam na área. Esse trabalho deve ser, se possível, orientado pela companhia de transito, deve-se utilizar placas sinalizadoras, cones, fitas e mesmo funcionários responsáveis pela área, isso tudo é para garantir a segurança total. Já a utilização das vestimentas deve estender-se a todos que ocupam a área de perfuração. Para perfurações em subsolos congestionados, como o dos grandes centros urbanos, também é recomendável algumas prevenções: trabalhar respeitando as distâncias mínimas de tubulações existentes. Caso o risco do não sucesso seja evidente, a perfuração lenta é sempre o melhor procedimento, cabendo ao planejador do furo determiná-la. A velocidade de perfuração é determinante em áreas com possíveis interferências não localizadas, tubulações ou redes desconhecidas. Essa velocidade é que permitirá a percepção de indicadores das interferências, seja, eles o aumento da pressão hidráulica sem o correspondente avanço, os sons que chegam ao operador pela coluna de barras, ou finalmente os sistemas de alarme, esses últimos, são sinas de aproximação de redes elétricas. (PALAZZO, 2008)

43 EXECUÇÃO DO MÉTODO A partir do levantamento fotográfico e do cadastro de interferências, é elaborado o plano de navegação ou plano de furo, levando-se em conta as profundidades necessárias e a flexibilidade da tubulação a ser instalada. O processo consiste na execução primeiramente de um furo piloto utilizando-se uma perfuratriz que tem um giro de 180º e pode ser inclinada de 15º a 45º, o que proporciona possibilidade de adaptação as mais diversas situações. A broca de perfuratriz realiza o rompimento hidráulico do solo. Poderão ser utilizadas brocas do tipo jet-bit (broca a jato hidráulico) para perfuração em solos moles e do tipo drill-motor, para solos mais duros e rochas. Acoplado ao sistema de perfuração existe uma central onde são instalados compressores de ar, bombas hidráulicas e tanque misturador de fluído. Para execução do furo piloto é utilizado uma cabeça de perfuração com um corte diagonal formando um plano inclinado e com bicos injetores pelos quais sairão jatos de fluído com alta pressão ou ar comprimido. É possível a perfuração em rocha com ar comprimido sendo injetado a pressões de até 350 kgf/cm². O furo piloto é iniciado após nivelamento da perfuratriz na superfície e inclinação da haste. O avanço é feito rotacionando as hastes e ao mesmo tempo injetando fluído ou ar comprimido, sendo acopladas novas hastes com o avanço. A escolha do diâmetro dos bicos injetores deve ser compatível com o tipo de solo encontrado, densidade da lama e pressão de bombeamento. O monitoramento da perfuração é efetuado através de um transmissor (Fig.3.9) instalado na cabeça de perfuração, possibilitando as manobras necessárias para correções de desvios indesejados, podendo assim corrigir a trajetória imediatamente (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008). Figura 3.9: Transmissor de dados (NEPOMUCENO, 2008).

44 PERFURAÇÃO EM ROCHA A identificação do tipo, dureza e formação das rochas permitirá utilizar as ferramentas adequadas e ter maior eficiência na perfuração, pois os tipos de rocha mudam muito de um trabalho para outro ou na mesma furação. A formação de rocha pode ser identificada, como sólida, fraturada, medianamente fraturada ou dura. Quanto mais dura for à rocha, mais fácil de manter o fluxo, perfurá-la e direcionar a broca. Ao perfurar em rocha mais macia, a ferramenta de corte percorrerá onde apresenta menor resistência e, por tanto, será mais difícil direcioná-la. Para se executar a perfuração em rocha aplicam-se três métodos de corte: 1. Corte giratório (Fig. 3.10); neste tipo de corte as cabeças de perfuração permitem o corte em rocha de 6896,55 N/cm² a 8275,86 N/cm². A cabeça é movida por grandes volumes de fluido, que fazem a mesma girar, e podem ser direcionadas de 1 a 3 graus. Este tipo de ferramenta se tornaria antieconômico caso não se utilize outro equipamento para reutilização do fluido. Figura 3.10: Cabeça cortante para corte giratório em rocha (NEPOMUCENO, 2008). 2. Corte por impacto (Fig. 3.11); é um dos mais novos métodos de perfuração em rocha, ao invés de rasgar a rocha para cortá-la, se aplicam golpes curto de energia de forma repetitiva na rocha para criar pequenas fendas e assim remover o material. Neste tipo de corte se usa pressão de ar para o impacto. O equipamento necessita de pouca potência, não necessita de grandes volumes de fluído, só o necessário para deixar o material cotado em suspensão. A pressão de ar, além do impacto também auxilia na remoção no material.

45 45 Figura 3.11: Equipamento para corte por impacto (NEPOMUCENO, 2008). 3. Corte por arrasto (Fig. 3.12); Este tipo de corte pode ser utilizado em rochas muito macias, onde a broca utilizada é feita de tungstênio. Pode-se utilizar este sistema em formações de até 3448,27 N/cm² de dureza. Caso a formação seja mais dura, haverá um desgaste muito grande e a eficiência do material será diminuída (MOUTINHO & ARIARATAM). Figura 3.12: Cabeça cortante para corte por arrasto 3.10 ALARGAMENTO DO FURO E PUXAMENTO DA TUBULAÇÃO O alargamento do furo tem como objetivo obter o diâmetro necessário para uma passagem segura da tubulação durante o puxamento. Ao atingir o ponto final da tubulação a broca é substituída por um escarificador alargador (Fig. 3.13), que percorre o caminho inverso ao da cabeça de perfuração, e efetua o alargamento do furo piloto.

46 46 Figura 3.13: Alargador (PALAZZO, 2008). A perfuratriz realiza a rotação do alargador e puxa em direção ao ponto de entrada. O alargamento do furo piloto pode ser feito em uma ou varias passadas, dependendo do tipo de solo e do diâmetro da tubulação a ser instalada até atingir o diâmetro requerido. Depois de executado o alargamento do furo ferramentas de corte são substituídas pelas ferramentas de puxamento acopladas ao ultimo escarificador (Fig. 3.14) (PALAZZO, 2008). Figura 3.14: Puxamento do tubo (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008). O escarificador também lança jatos de fluído de perfuração com alta pressão ou ar comprimido para alem de desmonte, estabilizar as paredes do micro túnel, formar uma camada protetora e lubrificar a puxada do tubo. (PALAZZO, 2008) IDENTIFICANDO AS INTERFERÊNCIAS Métodos de identificação das interferências O método eletrônico, o mais moderno método instrumental, utiliza localizadores acionados por baterias, com um sistema de interpretação

47 47 computadorizada de dados que permitem a análise das cotas, dimensões, tipos de materiais etc. O método geo-radar, funciona com emissão de ondas eletromagnéticas, permitindo a checagem dos cadastros com as imagens captadas a partir da locação física, sendo o primeiro passo definitivo na demarcação. Método de inspeção visual a partir dos poços de visita permite a identificação de tipos, direções e cotas das redes instaladas, servindo de complementação indispensável ao processo de localização e planejamento do furo (Fig. 3.15). Método de inspeção invasiva, quando todos os outros recursos já forem tentados, nada mais é que a escavação profunda até o alcance visual da suposta interferência. Figura 3.15: Método de inspeção visual (ABRATT, 2006).

48 48 4 TUNNEL LINER Os túneis em chapas de aço corrugado, executados pelo método não destrutivo, possuem como elemento estrutural as chapas, que conferem à seção transversal forma circular, ovóide ou elíptica. As chapas de aço corrugado devem ser do tipo de encaixe, nas dimensões indicadas no projeto. O aço das chapas deve obedecer à NBR NM As chapas de aço corrugado devem possuir revestimento especificado em projeto, em função da agressividade do meio, e das características dos líquidos a serem conduzidos. O revestimento pode ser galvanizado, epóxi ou sem revestimento, para posterior concretagem. Os elementos de fixação, parafusos, porcas ou grampos especiais, devem ser fornecidos com o mesmo tratamento, epóxi e galvanizado, a que for submetida à chapa do bueiro metálico. (DNIT, 2004) 4.1 EQUIPAMENTOS Antes do início dos serviços, todo equipamento de apoio deve ser previsto. Os equipamentos necessários aos serviços de fornecimento e instalação das chapas em aço corrugadas são basicamente, caminhão com grua, caminhão basculante, deposito de água, retro-escavadeira, compactador manual e bomba para injeção de fluído. 4.2 SONDAGENS As sondagens de reconhecimento do terreno devem ser realizadas ao longo do eixo das travessias, devem conter informações do nível do lençol freático, o tipo de solo e índice de resistência à penetração, SPT. Estes dados permitem prever o tipo de dificuldade na escavação do túnel, e orientam a escolha do tipo de escoramento que deve ser adotado em cada trecho. Os furos de sondagem devem ser executados até 5 metros, no mínimo, abaixo da geratriz inferior do túnel. Além das sondagens, deve-se conhecer o cadastro das interferências para que sejam adotadas providências cabíveis durante a escavação.

49 ACOMPANHAMENTO TOPOGRÁFICO O controle topográfico é realizado a cada três anéis montados, para garantir a declividade e alinhamento definidos em projeto, e para verificar deformações no plano da frente de escavação, de forma a garantir o formato circular da seção transversal da escavação. As estroncas e tirantes extensíveis ajustam a forma dos segmentos. Quando definido em projeto a superfície deve ser instrumentada, para acompanhamento de recalques (DNIT, 2004). 4.4 EXECUÇÃO A execução do túnel segue em geral uma seqüência de trabalhos e procedimentos. Estes são definidos na (Fig. 4.1). Executa-se o poço de emboque Emboque Direto no talude Emboque Indireto (poço acesso) Geralmente Áreas não urbanas Em geral áreas urbanas Locação do eixo do túnel Escavação e colocação dos anéis Preenchimento dos vazios com argamassa de cimento e argila Execução do poço de desemboque Figura 4.1: Fluxograma do procedimento executivo do túnel (ABRATT, 2006)

50 50 A alteração da seqüência executiva pode ser definida pelo projetista em função do diâmetro da escavação, tipo de solo, nível do lençol freático e o recobrimento do tubo. Os anéis são unidos por parafusos e porcas de 5/8 x 1 1/2", que devem ser distribuídos ao longo das flanges laterais dos mesmos (DNER, 2005). 4.5 CONSOLIDAÇÃO DO SOLO No caso de ocorrência de solos com baixa capacidade de suporte, que afetem desde a geratriz inferior do túnel até a superfície, deve ser adotado procedimento de consolidação com injeções de solo e cimento, através de ponteira penetrante. O traço e a fluidez da argamassa devem ser determinados experimentalmente, de modo que a mistura consolidada não venha a se tornar um obstáculo à escavação. Esta consolidação deve obedecer ao especificado em projeto. (DNIT, 2004) 4.6 INJEÇÕES DE ARGAMASSA DE SOLO-CIMENTO Os espaços vazios formados entre a face externa do revestimento do túnel e o terreno escavado, devem ser preenchidos a fim de se evitar recalques. Para isso, deve ser usado material de preenchimento flexível e de boa resistência à compressão. Em anéis alternados, ou em todos os anéis para diâmetros maiores que 1,60 m deve ser feito o preenchimento com argamassa fluída composta de solo e cimento. O preenchimento deve ser feito através de furos existentes nas chapas, apropriados para colocação de bico de injeção. A argamassa deve ser misturada em equipamento adequado, o material de preenchimento deve ser fluido, ligeiramente expansível e deve ter razoável resistência à compressão simples, o material deve ser injetado com pressão compreendida entre 1,0 e 2,0 kgf/cm². Durante o preenchimento, devem ser checados a existência de pontos vazios, através da procura de som oco, que evidencie a existência de vazios. Todos os vazios eventualmente existentes, entre a superfície externa do revestimento metálico e maciço terroso devem ser preenchidos, quando houver a necessidade de aumentar a estanqueidade do túnel, para evitar a fuga de argamassa, pode-se introduzir nas emendas entre as chapas uma tira de feltro ou espuma (DNIT, 2004).

51 COMPARATIVOS ENTRE OS MÉTODOS Em geral as soluções para travessias ou escavações utilizando o MND se resumem a três métodos: o slurry shield machine, o furo direcionado e o túnel linear. E para definir qual dentre eles deve ser utilizado para cada tipo de obra são realizadas algumas comparações. A Tab. 4.1 mostra um quadro comparativo geral para alguns itens preponderantes na escolha do método a ser usado. Tabela 4.1: Comparativo entre os Métodos Aplicações Slurry shield machine Túnel linear Furo direcional Limitado a diâmetros Limitado a diâmetros acima de Não possui limitações de inferiores a 600 mm, 500 mm, utilizado para diâmetros, pode ser usado para utilizado para dutos de gás, escavação de coletores de esgoto, as mesmas aplicações do coletores de esgoto, adutora drenagem pluvial, adutoras de shield e do furo direcional. de água, substituição de água, etc. redes antigas, etc. Produtividade Slurry shield machine Túnel linear Furo direcional Pode chegar até 180 m por mês, maior demora na execução dos poços de serviço e do canteiro de obras. Pode chegar a 50 m por mês, em geral é lento, logo é indicado para pequenas travessias. Pode chegar a 600 mm, bastante rápido para iniciar a escavação. Execução Slurry shield machine Túnel linear Furo direcional Difícil execução, porem requer mão de obra especializada e uma estrutura complexa de apoio. Simples execução, mão de obra abundante sem complexidades de equipamentos ou ferramentas. Fácil execução, porem requer navegadores experientes. Durabilidade Slurry shield machine Túnel linear Furo direcional Bastante durável, realiza o Bastante durável, devido ao Revestido com chapas de aço assentamento das controle tecnológico na execução bastante resistentes, mais tubulações por tração. Os dos tubos usados para revestir as vulnerável a infiltrações. tubos em geral são de paredes do túnel. PEAD.

52 52 5 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO TUNNEL LINER 5.1 Dados Gerais O exemplo que será apresentado faz parte da obra de ampliação do esgotamento sanitário de Feira de Santana-BA, Bacia do Jacuípe. O índice de atendimento da população urbana de Feira de Santana por sistemas de esgotamento sanitário antes da ampliação do sistema era de aproximadamente 50%. Como meta a obra pretende atender a 90% da população urbana Dados do Empreendimento Trata-se de uma obra de esgotamento sanitário na cidade de Feira de Santana - BA, em suas respectivas bacias. Toda a obra envolve um sistema de coleta e direcionamento de dejetos para as estações de tratamento de esgoto. Na bacia do Jacuípe, esta sendo realizada a ampliação de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) e a construção de outra inteiramente nova, bem como a ampliação do sistema coletor de esgoto domestico. A execução é de responsabilidade de um consórcio de duas empresas, a MRM Construtora e a PASSARELI Construtora. Tal obra é uma solicitação da EMBASA (Empresa Baiana de Águas e Saneamento) responsável pelo serviço de esgotamento na região. Os investimentos são do governo federal através do PAC (programa de aceleração do crescimento) Dados das Travessias 1º Travessia: Anel rodoviário de feira de Santana Esta travessia é necessária porque permite a ligação entre os coletores das bacias L, dando assim escoamento ao esgoto. O diâmetro da rede coletora é de 200 mm e a extensão da travessia é de 28 m, o emboque foi feito aproveitando a inclinação do talude da rodovia.

53 53 2º Travessia: Avenida Jose falcão Esta travessia é necessária porque permite a ligação entre os coletores das bacias I e os coletores existentes da embasa, onde será entroncada a rede nova, Dando assim escoamento ao esgoto. O diâmetro da rede coletora é de 150 mm e a extensão da travessia é de 48 m, sendo um poço de emboque no canteiro central de 2,20 m de diâmetro e 23 m de túnel para cada lado Travessia por sob o Anel Rodoviário Por se tratar de uma travessia em rodovia federal e, portanto de jurisdição do DNIT (departamento nacional de infra-estrutura e transportes), foi preciso então à liberação do órgão fiscalizador para execução da travessia. Não foi feita sondagem a percussão (SPT), isso porque o DNIT informou que a rodovia foi executada em aterro compactado, e esse solo era passível de visualização e reconhecimento táctil com muita facilidade no talude da rodovia. A empreiteira responsável pela obra foi a Geo liner, especializada em túnel linear, e os equipamentos utilizados foram basicamente: Retro-escavadeira Bomba e misturador de fluído Caminhão basculante Caminhão com guincho Gerador trifásico Nessa travessia não foi executado um poço de emboque, devido à favorável inclinação do talude da rodovia, que possibilitou um emboque simples e sem maiores complicações. Para o emboque foi executada uma trincheira de dimensões apropriadas, definidas in loco (Fig. 5.1).

54 54 Figura 5.1: Trincheira para emboque do túnel (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010). A profundidade máxima do túnel era de 3,20 m, sendo 1,20 m o diâmetro do anel e 2,00 m de recobrimento acima da geratriz superior do anel. A locação dos pontos de emboque e desemboque foi feita com o auxílio da equipe de topografia, bem como a transferência das cotas das redes para dar o nivelamento correto do túnel. Durante a execução não foi encontrado nenhum tipo de rocha, logo, não sendo necessária detonação e ou rompimento com uso de rompedores pneumáticos. O solo se mostrou bastante estável durante a escavação e a injeção de fluido estabilizante foi injetado após a colocação de todos os anéis. Os anéis utilizados possuem largura de 46 cm e diâmetro de 1,20 m, com flanges (Fig. 5.2) que permitem a união entre eles através de parafusos e porcas. Figura 5.2: Flange das chapas (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010).

55 55 Após executada a travessia foi executada a injeção do fluído de preenchimento (Fig. 5.3), constituído de cimento e argila no traço 1:5, a argila deve ser peneirada para retirada de materiais indesejados e garantir a fluidez necessária para o bombeamento. Figura 5.3: Fluído de preenchimento (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010). O fluído é injetado para preencher os vazios deixados durante a escavação (Fig. 5.4). Para injeção do fluído é necessário uma bomba e um misturador, além de um reservatório de água próximo. Figura 5.4: Bomba e misturador de fluído (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010).

56 Travessia por sob a Avenida José falcão Antes de se fazer a travessia foi feita uma série de sondagens a percussão na área. Foram realizados 33 furos de sondagem distribuídos conforme croqui no ANEXO A, a empresa responsável pelos furos de sondagem foi a Apoio engenharia, fundações e geotecnia Ltda. Alguns relatórios de sondagem estão no ANEXO B. Equipamentos utilizados: Retro-escavadeira Bomba e misturador de fluído Caminhão basculante Caminhão com guincho Gerador trifásico Guincho foguete Compressor ar comprimido Nesta travessia foi necessário executar um poço de emboque no canteiro central (Fig. 5.5), o poço executado possui forma circular de 2,20 m de diâmetro 5 m de profundidade, o revestimento do poço de emboque foi feito em chapas corrugadas de metal, mesmo material do túnel, como mostrou os relatórios de sondagem a percussão foi encontrado rocha durante a escavação do poço de emboque, sendo necessário o uso de explosivo para desagregação da rocha. Figura 5.5: Poço de emboque no canteiro central (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010)

57 57 Ao lado, e no mesmo alinhamento do túnel existe uma galeria de água pluvial cuja parede permite a infiltração de água, este problema dificultou a escavação do poço de emboque, devido à água de infiltração proveniente da galeria (Fig. 5.6). Figura 5.6: Água de infiltração vinda da galeria (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Durante a montagem dos anéis do poço de emboque houve fuga de material, isso fez com o espaço vazio entre os anéis e o maciço aumentasse bastante, e para resolver este problema foi realizada injeção de argamassa fluída para preencher os vazios e estabilizar o solo. A argamassa foi injetada através de furos existentes nas chapas (Fig. 5.7). Figura 5.7: Furo para injeção de argamassa fluída (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) Após o poço de emboque executado foi iniciada a primeira frente de avanço e logo no início foi encontrado um maciço rochoso em seção plena (Fig. 5.8).

58 58 Figura 5.8: Maciço rochoso em seção plena (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) A presença de um maciço rochoso já era previsto, desta forma foi necessária utilizar explosivos para avançar com o túnel, para viabilizar o uso de explosivos foi utilizado um compressor de ar comprimido e uma perfuratriz pneumática, que possibilitou a perfuração do maciço e a inserção de explosivos. Para conter o impacto da explosão foi usado sacos de areia sobrepostos. Na segunda frente de avanço também foi encontrado rocha em seção plena. O túnel linear por sob a Av. José falcão ainda está em execução, todo o material proveniente da escavação é retirado através do poço de emboque utilizando o guincho foguete (Fig. 5.9) e é armazenado no canteiro central para bota fora a cada três dias. Figura 5.9: Guincho foguete (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010)