A definição de túnel, segundo o Aurélio, é: caminho ou passagem subterrânea. Túneis podem ser construídos de duas formas:

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2 O que são túneis? A definição de túnel, segundo o Aurélio, é: caminho ou passagem subterrânea. Em uma visão mais ampla, todo o espaço subterrâneo construído pode ser entendido como túnel. Túneis podem ser construídos de duas formas: A céu aberto às vezes chamados de galerias De forma subterrânea

3 Túnel St. Gothard (suiça)

4 Metro de Brasília

5 Piscina subterrânea - Finlândia

6 Arena de esportes Gjovik Olympic Hall - Noruega

7 Tipos de túneis Túneis convencionais Túneis mecanizados Túneis superficiais Túneis subaquáticos => Site da associação internacional de túneis => explicações, downloads, imagens. Muito intressante! +> site do Comite Brasileiro de túneis!

8 Razões para construir túneis Uso e ocupação do solo ambientes urbanos muitas vezes não permitem mais construção na superfície => necessidade de construir sob a superfície. Isolamento temperatura países nórdicos principalmente; radição; proteção contra terremotos, etc. Ambientais minimizar os impactos de obras na superfície. Topográficas regiões montanhosas, mar, lagos, rios, etc.

9 Razões para construir túneis Apesar do túnel ser geralmente uma obra muito mais complexa do que uma obra na superfície, tem-se demonstrado que em muitos casos é mais vantajoso. Tendência mundial é serem construídos cada vez mais estruturas subterrâneas / túneis.

10 Túneis convencionais Túneis escavados com equipamentos de escavação mecanizada ou explosivos Escavações podem ser realizadas com geometrias diversas, faseadas ou não, instalando mais ou menos suporte (revestimento). A maioria dos túneis construídos no Brasil são do tipo convencionais: Anchieta, Imigrantes, túneis urbanos no RJ, túneis rodoviários na cidade de SP (Pinheiros, Ibirapuera, Santo Amaro, Maria Maluf), etc.

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13 Tipos de túneis convencionais Túneis em rocha Túneis em solo Principal diferença: nos túneis em solo o revestimento geralmente é uma estrutura de concreto. Nos túneis em rocha, o maciço rochoso ou é autoportante, ou o revestimento, através de chumbadores e tirantes, criar um arco portante na rocha.

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16 Túneis em Solo Escavação geralmente com escavadeiras, manual ou fresas (solo muito duro). Revestimento geralmente é uma estrutura de concreto (projetado), geralmente armado, em casca. Geralmente se utiliza uma estrutura metálica cambota -(perfil metálico ou treliça metálica), com espessura ligeiramente inferior ao do revestimento, e geometria definida, instalada em espaços regulares (60 a 100 cm). Esta metodologia é chamada NATM, mas, na realidade, não é o NATM propriamente dito.

17 Revestimentos Concreto Projetado com tela

18 Revestimento secundário

19 Tela metálica

20 Fibras metálicas

21 Cambotas em perfil metálico Cambotas treliçadas

22 Concreto Moldado

23 Túneis em Solo Escavação é realizada em avanços curtos ciclos que geralmente consistem das seguintes etapas: Escavação Instalação da cambota Aplicação do concreto projetado, intercalando montagem de tela metálica ou não. Caso a frente de escavação não seja estável, realiza-se tratamento do solo, para que este não se instabilize durante sua exposição, antes da aplicação do revestimento.

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25 Túneis em Solo Conceitos Básicos Maciço parcialmente se auto-suporta, reduzindo o carregamento no revestimento do túnel. Geometria do revestimento aproximadamente circular ou arredondados é muito eficiente para equilíbrio de cargas através de força normal, permitindo o uso de revestimentos relativamente esbeltos. Uso de concreto projetado de cura rápida => bom contato entre solo e revestimento, sem formação de vazios e ganho rápido de resistência, permitindo interação solo-estrutura

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31 Geometria da escavação é condicionado pelos estudos de estabilidade

32 Túneis em solo Alguns aspectos geotécnicos: Durante escavações, cria-se situação potencialmente instável => talude negativo no teto; talude vertical na frente de escavação. Em solos argilosos, geralmente coesão permite escavação, desde que revestimento seja instalado rapidamente => conceito do stand-up time. Em solos arenosos (se não tiverem fração argilosa importante), geralmente são necessárias medidas estabilizantes adicionais => tratamentos de frente e de teto (Jet Grouting, pregagens na frente, etc) Sob o lençol freático, situação de estabilidade piora e geralmente é necessário rebaixamento do lençol freático.

33 Túneis em solo Alguns aspectos geotécnicos: Rebaixamento do lençol freático, se necessário, pode ser generalizado (externo) ou interno, afetando somente a região mais próxima ao túnel. Dimensões estáveis da escavação dependem do tipo de solo: solos menos resistentes => necessidade de escavações de menores dimensões => parcializações. Solos mais resistentes => possibilidade de escavações maiores.

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37 Túneis em Rocha Túneis em rocha: Escavação com explosivos ou com fresas. Muitas vezes a estabilidade do túnel durante a escavação não é crítica. Suporte / revestimento: Tirantes ou chumbadores Concreto projetado, armado com tela metálica, fibras metálicas ou não armado. Eventual revestimento definitivo em concreto moldado

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40 Túneis em Rocha Túneis em rocha: Concreto projetado, quando instalado, muitas vezes somente faz efeito ponte entre tirantes, evitando a queda de blocos. Maciço por si só, muitas vezes é auto-portante, e somente blocos isolados podem cair. Comportamento é diferenciado quando: Cobertura de rocha sobre o túnel é muito alta => tensões elevadas podem mudar comportamento da rocha. Tipo de rocha é proporcionalmente de resistência baixa.

41 Túneis em Rocha Dimensionamento do revestimento: Metodologias empíricas baseadas em alguns parâmetros da rocha: RMR ou Q. Cálculos numéricos. A prática corrente é a utilização dos método empíricos.

42 Túneis em Rocha Principais cuidados em túneis em rocha: Interpretação geológica prévia, para identificar tipos de rocha a serem atravessadas, localização de falhas, posição do nível de água, posição de eventuais fraturas com altas pressões de água, etc. Avaliação das rochas quanto ao seu comportamento: imediato e tempo dependente (resistência, degradação, expansão, etc.) Verificação da orientação das descontinuidades e sua interferência com o revestimento.

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45 Túneis em Rocha Principais cuidados em túneis em rocha: Verificação de possíveis problemas de tensões => rock burst : quando tensão geostática é superior a 30 a 50 % da resistência uniaxial, podem ocorrer. Acompanhamento permanente das escavações comparando previsto x real => mapeamento das frentes de túnel.

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51 Onde está o problema?

52 Túneis Mecanizados Túneis escavados com auxílio de uma tuneladora TBM Tunnel Boring Mashine, podendo ser revestidos ou não. Túnel tem seção transversal (circular) definida pela tuneladora. No Brasil, somente foram utilizadas tuneladoras no Metro de São Paulo Linha 1, Linha Paulista e, recentemente, em parte da Linha 4, além de túneis de menor diâmetro para utilidades

53 Túneis Mecanizados O revestimento dos túneis mecanizados pode ser instalado de 2 formas: Em túneis em solo, instalação de anéis segmentados, montados a medida que a tuneladora avança. Os anéis, usualmente, são de concreto, mas também existem anéis de ferro fundido (Linha 1 do Metro de SP) e outros materiais. Em túneis em rocha, o revestimento pode ser similar ao de túneis em rocha convencionais: concreto projetado e tirantes, instalados atrás da roda de corte. Para este tipo de revestimento, a tuneladora não pode ter couraça.

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57 Principais tipos de tuneladoras Uma Tuneladora para solos geralmente é constituída de: Cabeça de corte rotativa Couraça, dentro da qual estão localizados o motor principal e o mecanismo de montagem do revestimento. Back-up equipamentos de apoio ao TBM. O avanço da tuneladora é obtido com a atuação de macacos no revestimento já pronto, impulsionando todo o conjunto para frente.

58 Principais tipos de tuneladoras Existem 3 tipos básicos de tuneladoras para solo: De frente aberta, para solos estáveis ou para operação sob ar comprimido (solos bons, competentes). De frente balanceada, na qual o solo escavado é tratado (fluidificado) e extraído posteriormente através de um parafuso sem fim. Este parafuso permite o controle da pressão de estabilização da frente de escavação (solos argilosos). Com lama, que utiliza lama bentonítica para estabilizar a frente e transportar o solo escavado para fora (solos arenosos).

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60 Principais tipos de tuneladoras Existe ainda outros tipos de tuneladoras, principalmente para diâmetros menores. Nestes equipamentos não há roda de corte, mas podem existir escavadores ou a escavação pode ser até realizada manualmente. Há ainda equipamentos especiais, experimentais, que, escavam seções não circulares. Entretanto, este tipo de equipamento, até o momento, não se mostrou economicamente viável. diversos fabricantes de TBM s

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62 Principais tipos de tuneladoras Tuneladoras para rocha: Existe 2 diferenças importantes entre as tuneladoras para solo e rocha: A roda de corte inclui discos de corte cutter disks -, utilizados para cortar a rocha em chips. O avanço, ao invés de ser realizado com macacos se apoiando no revestimento, é obtido com macacos laterais, que se apoiam na rocha do túnel já escavado ( grippers ). Existem situações nas quais, mesmo em rocha, é necessário instalar um revestimento de anéis segmentados. Nestes casos o avanço pode ser obtido das duas formas.

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66 Túneis Superficiais Túneis construídos a céu aberto e aterrados posteriormente. Englobam-se neste tipo todos os tipos de trincheiras tipo cut and cover. Exemplos típicos são a passagem do Vale do Anhangabaú, do cruzamento da Av. Eusébio Mattoso com a Av. Waldemar Ferreira, grandes trechos da Linha 1 do Metro, etc.

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68 Túneis subaquáticos Túneis construídos sob o nível de água, no leito ou próximo ao leito do corpo de água. Muitas vezes é realizada uma dragagem e preparo prévio do leito do corpo de água para apoio dos túneis. Muitas vezes são construídos através de elementos prémoldados, transportados para o local flutuando e afundados no local. Não há obras deste tipo no Brasil (ao menos de porte).

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70 Escolha do tipo de túnel A escolha / definição sobre qual tipo de túnel utilizar depende de uma série de fatores. Geralmente os fatores primordiais são custo e prazo (como praticamente tudo na engenharia). Indiretamente a estes fatores estão ligados o risco (risco de custos maiores, risco de prazos maiores, risco de danos a terceiros, risco à vida humana, etc.). Normalmente se avaliam diversas alternativas e decide-se pela mais interessante para o proprietário da obra.

71 Escolha do tipo de túnel Definição dos principais condicionantes: Função do túnel: definirá a geometria (seção transversal, gabaritos, declividades máximas, traçado vertical e horizontal, etc). Geologia / hidrogeologia => geotecnia: interferem significativamente no método construtivo. Comprimento e possibilidade de acessos intermediários. Logística local Interferências na superfície e em profundidade (edifícios, utilidades, fundações, etc). Prazos disponíveis.

72 Escolha do tipo de túnel Geotecnicamente, os aspectos importantes a serem avaliados são: Em qual tipo de solo o túnel será escavado? Qual a variabilidade de geo-materiais ao longo do túnel? Túnel se localiza sob o nível de água? Qual a profundidade do túnel e qual a estratificação de geo-materiais?

73 Escolha do tipo de túnel TBM s: custo inicial do equipamento é alto Tempo de mobilização é alto Velocidade de avanço é rápida Segundo a experiência, somente é vantajoso para túneis com mais de 2 a 4 km (dependendo do local Perfil geológico-geotécnico deve ser o mais uniforme possível, pois método construtivo permite poucos ajustes.

74 Escolha do tipo de túnel Túnel Convencional: Custo inicial baixo Mobilização rápida Velocidade de avanço baixa, especialmente em condições geológico-geotécnicas adversas. Permite (dependendo das condições na superfície) escavação a partir de mais do que uma frente (poços intermediários) Permite absorver variações do perfil geológico-geotécnico, com ajustes do projeto Túnel é vantajoso quando comprimentos são inferiores a 2 a 4 km Quando existe grande variabilidade do perfil geológicogeotécnico.

75 Exemplo Túnel da Av. Rebouças Faria Lima x Túnel da Linha 4 Túneis foram escavados (ao menos parcialmente) no mesmo tipo de subsolo. Diâmetros: túnel rodoviário aprox. 12 m; túnel Metro aprox. 10 m. Comprimento do túnel da Av. Rebouças: algumas centenas de metros Comprimento do túnel do Metro: alguns km Decisão: Túnel mais curto => solução natural é o convencional Túnel mais longo => solução natural é o mecanizado

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77 Brezno