6 Conclusões e recomendações

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1 6 Conclusões e recomendações The geotechnical engineer should apply theory and experimental but temper them by putting them into the context of the uncertainty. Judgment enters through engineering geology. (O engenheiro geotécnico deve aplicar tanto a teoria como a experimentação, porém, deve temperá-las colocando-as no contexto da incerteza. O critério entra através da geologia da engenharia) Karl Terzaghi (1961) O sábio Karl Terzaghi acertou com suas palavras, ressaltando a importância da experiência e da prática e sua interação com a experimentação. Portanto, é necessário aplicar a engenharia na sua forma mais pura, utilizando a engenhosidade sem perder de vista que não se é dono da verdade, mas sim seu humilde admirador. Um engenheiro geotécnico deve aplicar a teoria e a experimentação, pois as duas caminham de mãos dadas. Deve-se lembrar de que se trabalha com um material feito pela natureza ao longo de milhões de anos, e, que este se comporta como bem entende, muitas vezes fugindo da gaiola na qual se pensava condicionado. Consequentemente é preciso levar em conta que não existem resultados absolutos, mas sim verdades relativas associadas à incerteza do meio geológico. Portanto, ao concluir o presente trabalho, e depois de um árduo estudo e reflexão sobre o tema da escavação mecanizada e as TBMs, podem-se concluir os seguintes pontos: 1. O modelo da Escola de Minas do Colorado (CSM), o qual foi utilizado neste trabalho, apresentou um alto potencial de aplicabilidade para os dois casos práticos apresentados, mesmo com as poucas informações disponíveis foram obtidos resultados em concordância com os valores medidos em campo e os estimados utilizando testes de corte em grande escala (LCT), mediante ensaios em máquinas de corte linear (LCM). Da Tabela 6-1 pode-se verificar como que no caso do Túnel Tuzla-Dragos o erro na estimativa da força de empuxo (F T ) foi de 9% e da taxa de corte líquida (ICR) foi de 2%, valores realmente satisfatórios. No caso do Túnel Otogar-Bagcilar o empuxo medido in situ foi muito maior que o

2 273 estimado com o modelo do CSM, mesmo assim, a taxa de avanço calculada com o modelo do CSM esta em concordância com os valores registrados em campo e com os valores estimados por Balci et al. (2009), pois a diferença foi de 25%, a pesar da TBM ter operado no campo com uma velocidade de giro menor; Tabela 6-1. Comparação dos resultados da modelagem dos casos práticos. p média Túnel (mm/rev) RPM F Tmédia. (kn) ICR média (m 3 /h) In situ LCT CSM In situ LCT CSM Tuzla-Dragos 9,2 6 91,7 76,3 83,7 63,8 64,8 64,9 Otogar-Bagcilar 13,1 1 2, ,5 76, valor estimado a partir da ICR média medida in situ 2 valor estimado a partir do Empuxo total medido in situ 3 valor estimado para p máx. = 16,4 mm/rev e 2,9 rpm 2. Pode-se concluir com 95% de confiança que não existe diferença estatística entre as força de corte (F T) e a taxas de corte líquida (ICR) medidas in situ e os valores estimados utilizando o modelo do CSM (Tabela 5-20 e 5-21) para o caso do Túnel Tuzla Dragos; 3. No caso do desempenho estimado para os dois casos práticos, assumindo pleno uso da TBM se obtiveram resultados que justificam o uso desta tecnologia, pois as taxas de avanço calculadas são satisfatórias, como se destaca na Tabela 6-2, porém isto depende também das condições in situ; Tabela 6-2. Resumo de resultados dos casos práticos obtidos com o CSM. CSM Túnel p máx. RPM máx (mm/rev) I ICR F Tmáx. Torque Empuxo Potencia N (m/h) (m 3 /h) (kn) (knm) (kn) (kw)* Tuzla-Dragos 6 13,5 4,86 95,4 95, Otogar-Bagcilar 3,2 16,4 3,15 105,1 168, Ao utilizar o modelo do CSM se assume que a TBM trabalha a plena capacidade. Desta forma, fatores que possam condicionar o uso das capacidades da TBM deverão ser levados em conta de forma que as estimativas sejam realistas e válidas. Nos casos práticos analisados, é possível visualizar este aspecto, pois nem sempre a TBM operou com a capacidade disponível; 5. O método do CSM ou método das forças apresenta um enfoque muito interessante, pois a partir da análise das forças individuais que atuam sobre um disco é possível descrever a interação de um conjunto de discos acoplados na cabeça de corte de uma TBM, incorporando assim as principais características da máquina, permitindo sua utilização no projeto e na optimização deste tipo de equipamento;

3 A formulação do método do CSM além de ser utilizado para avaliar o desempenho de uma TBM em condições de face homogênea, também permite avaliar a condição de face mista, incorporando a presença de vários materiais na frente de escavação, utilizando para isso um esquema de trabalho semelhante ao utilizado no caso homogêneo; 7. A penetração, de uma forma geral, diminui substancialmente com o aumento da resistência da rocha. Tomando como referência o caso sintético 1 para comparação, no caso sintético 2 a resistência foi duplicada resultando numa penetração 50% menor, e, no caso sintético 3 a resistência foi triplicada resultando numa penetração equivalente a ¼ da obtida para o caso sintético 1. Outro efeito visível nestes três primeiros casos foi o incremento da carga aplicada nos cortadores com o aumento da resistência da rocha, e, consequentemente, do empuxo total requerido; 8. Nos sete últimos casos sintéticos (com condição de face mista) a penetração atingida esteve sempre entre os limites de 16,4 mm/rev (Caso 1) e 8,3 mm/rev (Caso 2), de igual forma aconteceu com o empuxo (Tabela 5-16). Sendo que na totalidade destes casos a condição limitante correspondeu ao torque máximo; 9. Dos casos sintéticos propostos, pode-se observar que além da porcentagem de cada material, a assimetria da face mista é o fator que mais influencia a magnitude e forma das forças excêntricas e dos momentos. Os casos 6, 9 e 10 são um exemplo deste efeito, sendo que o caso 6 foi o que apresentou um comportamento mais atípico. Nos casos 9 e 10 a variação nas forças foi de até três vezes o valor correspondente aos casos de face homogênea, e os momentos incrementaram-se em até três vezes. No caso 6 o incremento foi ainda mais elevado, pois a componente Fx apresentou um valor aproximadamente 10 vezes maior que o obtido nos casos homogêneos (Fig e Fig. 5-83). No caso da componente Fy, o valor foi seis vezes maior (Fig e Fig. 5-84) e os momentos se incrementaram em até cinco vezes (Fig. 5-86); 10. A presença de uma condição de face mista num projeto executado com TBM pode gerar problemas na medida em que esta condição não tenha sido prevista, e em função da configuração dos materiais presentes na face de escavação e da sua resistência. Esta condição pode gerar vibrações excessivas, desgaste incomum e falhas súbitas das ferramentas de corte, incrementando-se desta forma o tempo de manutenção e de troca das ferramentas de corte. Todos estes fatores podem levar a uma redução significativa da produtividade e a um aumento expressivo nos custos do projeto;

4 A estimativa do desempenho de uma TBM é uma parte importantíssima para um projeto de escavação de túneis que utilize esta tecnologia. De forma que as especificações da máquina em conjunto com as propriedades da rocha intacta e as propriedades do maciço rochoso controlam a taxa de penetração que pode ser atingida in situ; 12. O desempenho de uma TBM usualmente é medido em termos da taxa de avanço (IG). Assim os fatores que mais contribuem para a taxa de avanço da TBM são a taxa na qual a TBM pode escavar e a quantidade de tempo disponível para a operação contínua da máquina, tempo que depende por sua vez do tempo destinado para outras atividades; 13. As propriedades da rocha intacta, incluindo a resistência à compressão simples (UCS) e a resistência à tração (BTS), são dois dos principais parâmetros que afetam o desempenho de uma TBM, razão pela qual são utilizados amplamente como parâmetros de entrada na maioria dos métodos/modelos atuais para a estimativa do desempenho deste tipo de equipamento, além de serem valores geralmente disponíveis em qualquer projeto; 14. Com referência à máquina TBM, os principais parâmetros utilizados na avaliação do desempenho são: o empuxo, o torque, a potência, o tipo de cortador, a espessura da ponta e diâmetro do cortador e o espaçamento entre os cortadores. Estes fatores além de afetarem o projeto da TBM, aumentam o preço da máquina e o cronograma total do projeto; 15. As características do maciço rochoso (descontinuidades, fraturas) apresentam uma grande influência no desempenho de uma máquina TBM, especialmente em condições de maciços muito fraturados. Portanto, é muito importante que suas características sejam adicionadas para o desenvolvimento de modelos mais precisos. Entre os parâmetros mais significativos do maciço rochoso a serem levados em conta estão o espaçamento e a orientação das fraturas. Sendo que o ângulo entre o plano de fraqueza e a direção da TBM define o ângulo que deve ser utilizado na estimativa do desempenho; 16. O uso da escavação mecanizada com tuneladoras deve ser justificado primeiramente pelas características do empreendimento, pois o custo deste tipo de equipamento é muito elevado. Porém, na maioria dos casos, isto é compensado pela alta produtividade e as melhorias nas condições de trabalho, brindando um ambiente mais confortável e seguro. Deste modo, o emprego de uma tuneladora, em geral, é justificável quando o comprimento do túnel a ser

5 276 escavado for grande, com uma geometria regular e circular e em condições de topografia favorável; 17. Dos muitos fatores envolvidos na determinação do desempenho de uma TBM, aqueles que são possíveis de modificar são a configuração (projeto) da cabeça de corte e a capacidade da TBM, pois a rocha a ser escavada já existe desde muito tempo atrais. Assim, a disponibilidade de um método que permita o ajuste do projeto da TBM as condições especificas do material em campo, é de vital importância para os projetistas e para as fabricantes de máquinas TBM; 18. Finalmente, pode-se concluir que um modelo adequado para avaliar a facilidade de escavação com TBM em rocha, deverá incluir as características do maciço rochoso incluindo as juntas/fissuras, acamamento, folheação ou xistosidade. A fragilidade da rocha deve também ser levada em conta, pois seu efeito tem um grande impacto no desempenho, especialmente no caso de rochas duras e abrasivas. Atualmente existem pesquisadores do mundo todo unindo esforços com o objetivo de formular um método de estimativa do desempenho que permita incorporar a abordagem aplicada no método das forças e a influência das descontinuidades de forma conjunta. Como recomendações para futuras pesquisas, se propõem os seguintes pontos para serem abordados e ampliados: i. Obtenção de dados de casos práticos no Brasil e validação da aplicabilidade dos métodos apresentados, especialmente o método do CSM. Um projeto em potencial é o trecho entre Ipanema e Gávea da Linha 4 do metrô no Rio de Janeiro, o qual apresenta trechos em rocha. Além de outros projetos em fase de planejamento como o metrô de Fortaleza no Ceará; ii. Desenvolvimento de fatores de ajuste para incorporar a presença de fraturas em caso de túneis no Brasil e América Latina; iii. Estudo da abrasividade de rochas no Brasil e seu efeito no desgaste de ferramentas de corte de TBMs; iv. Análises dos recalques induzidos pela escavação com TBMs; v. Programação do modelo do CSM, e outros modelos (NTNU, RMi, Q TBM, etc.) utilizando alguma outra linguagem de programação (C++, Visual Basic, etc.), de forma a desenvolver uma interfase mais amigável, que permita realizar futuras pesquisas que aprimorem e adaptem os modelos as condições próprias do Brasil.