3º Congresso Brasileiro de Túneis e Estruturas Subterrâneas. Seminário Internacional South American Tunnelling SAT 2012

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1 3º Congresso Brasileiro de Túneis e Estruturas Subterrâneas Seminário Internacional South American Tunnelling SAT 2012 ANALISES DE RISCO POR MOVIMEMTOS DE MASSA NA ESTRADA NA AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DE UM TUNEL Cesar Augusto Hidalgo 1 ; André Pacheco de Assis 2 Resumo Em geral, os custos de construção de túneis têm sido considerados muito altos, comparados com a escavação de taludes, e muitas vezes tem sido a causa para que estradas da Colômbia apresentem taludes de grandes dimensões e com graves problemas de instabilidade e onde poderia ter sido construído um túnel. Porem é comum que nas análises iniciais não sejam quantificados os riscos geotécnicos que existirão uma vez construídos os taludes e que podem implicar custos econômicos e em vidas maiores que aqueles estimados para construir o túnel. Neste trabalho foi utilizada uma abordagem de estimação de risco para avaliar a viabilidade técnica da construção de um túnel numa estrada localizada no norte de Colômbia, especificamente no departamento de Antioquia. Inicialmente, foi avaliado quantitativamente o risco por movimentos de massa na estrada, para isto, a ameaça foi estimada usando relações estatísticas entre a precipitação e a ocorrência de eventos de instabilidade cujos limiares de falha foram estabelecidos usando dados de chuva diária e registros de deslizamentos para um período de 4 anos entre janeiro de 2006 e dezembro de 2009 e a vulnerabilidade dos elementos expostos mediante a utilização de uma metodologia na qual são atribuídos pesos a uma série de atributos relacionados com a exposição das pessoas e veículos obtendo um índice denominado Nível de Risco Estimado-NRE e foram quantificados os custos associados com a construção de via e os custos dos eventos de instabilidade. Na segunda etapa, foram avaliados os efeitos prováveis da construção de um túnel sobre o risco da estrada e os custos de construção. Da comparação dos níveis de risco associado y dos custos conclui-se que é viável a construção de um túnel no local avaliado. Palavras-Chave Risco em estradas, estabilidade de taludes, viabilidade de túneis. INTRODUÇÃO Por outra parte, por diversos fenômenos em vários países de América Latina como Brasil e Colômbia, tem sido privilegiado o sistema de transporte por rodovias, fazendo que a maior parte da carga e dos passageiros seja mobilizada por este meio. Estima-se que no ano 2009 no Brasil 61% da carga e 53% dos passageiros de viagens internacionais e interestaduais se mobilizaram por estradas (CNT, 2009). Para Colômbia, a partir de dados do Ministério do Transporte (MINTRANSPORTE, 2008) estima-se que em % dos passageiros em viagens intermunicipais e interdepartamentais e 70% da carga nacional foram transportados por estradas. Por outro lado, na Colômbia, o transporte representa aproximadamente 4% do PIB, do qual o modo terrestre representa o 71,5% (MINTRANSPORTE, 2008). Considerando o anterior e sabendo que o transporte é um dos fatores que tem maior peso na competitividade econômica duma região ou país, observa-se claramente que o funcionamento contínuo das estradas deve ser uma prioridade para qualquer país. Porém observa-se que os sistemas viários apresentam interrupções frequentes devido a instabilidades nos taludes, particularmente de taludes em corte e em temporadas de chuva. Os movimentos de massa e em particular os deslizamentos constituem junto com as enchentes, uma das ameaças naturais que apresenta o maior grau de recorrência em todo o mundo e particularmente as estradas colombianas são afetadas cada ano por graves movimentos de massa que produzem enormes perdas econômicas e de vidas humanas. As avaliações de risco e vulnerabilidade, com técnicas como a confiabilidade entre outras se apresentam como uma boa opção para o adequado entendimento dos processos associados com movimentos de massa em estradas. Em geral, os custos de construção de túneis têm sido considerados muito altos, comparados com a escavação de taludes, e muitas vezes tem sido a causa para que estradas da Colômbia apresentem taludes de grandes dimensões e com graves problemas de instabilidade e onde poderia ter sido construído um túnel. Porem é comum que nas análises iniciais não sejam quantificados os riscos geotécnicos que existiram uma vez construídos os taludes e que podem implicar custos econômicos e em vidas maiores, que aqueles estimados para construir o túnel. 1 Universidad de Medellín, carrera 34C #88B-55, Medellín, Colombia, , chidalgo@udem.edu.co 2 Universidade de Brasilia, Dept. of Civil & Environmental Engineering / FT Brasilia, DF, , aassis@unb.br 3º CONGRESSO BRASILEIRO DE TÚNEIS E ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS 1

2 A metodologia de análise de risco em estradas, usada neste trabalho e mostrada na Figura 1, está baseada em relações estatísticas entre chuva e movimentos de massa para estimar a ameaça e de índices para estimar a ameaça e tem sido apresentada por Hidalgo & Assis, 2010 e 2011 e Hidalgo 2011 sendo aplicada na avaliação das condições de estabilidade de uma estrada em Colômbia. Na metodologia, o risco é estimado como a probabilidade anual de que se apresente uma fatalidade e determinado mediante o índice de Nível Risco Estimado-NRE. No presente trabalho, é tomado um dos locais identificados como crítico nos trabalhos de Hidalgo & Assis 2010 e 2011, identificado como km para ser avaliada a possibilidade de construir um túnel. Figura. Metodologia de analise de risco por movimentos de massa em estradas CASO DE ESTUDO O caso de estudo é a estrada denominada Conexión Vial Aburrá-Cauca. Esta via que liga o vale de Aburrá com os municípios de San Jerónimo e de Santa Fé de Antioquia, e que se liga com a estrada que conduz até a região de Urabá, tem um comprimento de 39,4 km e consta de quatro trechos. O primeiro trecho é uma via de uma só faixa que inicia na Carrera 80 da cidade de Medellín e chega até 200 m depois da ponte sobre o riacho La Iguana na progressiva km4+200, no setor de San Cristóbal. O segundo trecho que é uma via de faixa dupla, se inicia na progressiva km4+200 e chega até o portal oriental do túnel Fernando Gómez Martínez, progressiva km9+100, O terceiro trecho corresponde ao túnel de 4,6 km de comprimento. O quarto trecho é uma estrada de uma faixa que vai desde o portal ocidental do túnel, progressiva km13+700, até a ponte da antiga estrada ao mar sobre o rio Aurrá na progressiva km39+400, Na Figura 2 se apresenta a localização aproximada da estrada. A via começou a operar completamente em janeiro de 2006 e tem apresentado problemas de instabilidade de taludes permanentemente, e no período até 31 de dezembro de 2009 tinham sido reportados 1485 eventos de movimentos de massa (Hidalgo e Assis, 2010). De acordo com os resultados apresentados por Hidalgo & Assis 2010 y 2011 se identificaram vários sítios que apresentam problemas de instabilidade. Foram encontrados sítios que apresentam níveis de risco estimado NRE2, que correspondem a probabilidades anuais de que se apresentem mortes de 3x10-4, devem ser sometidos a processos de gerenciamento e de remediação que diminuam a probabilidade pelo menos uma ordem de grandeza. Os locais que devem ser remediados especificamente são km26+400, km19+000, km e km (Tabelas 1, 2 y 3). 3º CONGRESSO BRASILEIRO DE TÚNEIS E ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS 2

3 Figura 2. Localização aproximada da estrada Conexão Viária Aburra-Cauca (Mapas tomados de varias fontes da internet) Tabela 1. Probabilidade anual de excedência e probabilidade temporal para o setor ocidental Abscissa P(R>RT) Número de P(L/R>RT) PT eventos km , ,160 0,160 km ,0 96 0,118 0,118 km ,0 65 0,080 0,080 km ,0 65 0,080 0,080 km ,0 10 0,012 0,012 km ,0 13 0,016 0,016 km ,0 11 0,014 0,014 km ,0 11 0,014 0,014 km ,0 20 0,025 0,025 Os outros locais devem ser submetidos a sistemas de monitoramento e gerenciamento genéricos que permitam manter os níveis atuais de risco. Cabe anotar que nesta análise não tem sido incluídas as quedas de rocha, por tanto, alguns dos locais que ficaram classificados como NRE3 podem vir a passar para o nível NRE2 se são incluídos tais movimentos de massa que representam 375 dos movimentos que se presentaram no setor ocidental. Utilizando os dados estatísticos de mortes na estrada, para esta estrada foi possível determinar a probabilidade anual de que se apresentem mortes a partir de esta informação. Durante os 4 anos de operação têm se apresentado 10 mortes devidas aos movimentos de massa. Com estes dados, e usando a distribuição de Poisson se estabeleceu que a probabilidade anual de que se produza pelo menos uma morte dado que se apresentam movimentos de massa é PM=0,71, 3º CONGRESSO BRASILEIRO DE TÚNEIS E ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS 3

4 Abscissa Tabela 2. Avaliação de vulnerabilidade para o setor ocidental Probabili Probabili dade temporal dade de Indicado r de Probabilidade Escala da falha Velocidade de falha fatalidade km L2 T3 V3 S3 R2 km L2 T3 V3 S3 R2 km L2 T3 V3 S3 R2 km L2 T3 V3 S3 R2 km L3 T3 V3 S3 R2 km L3 T3 V3 S3 R2 km L3 T3 V3 S3 R2 km L3 T3 V3 S3 R2 km L3 T3 V3 S3 R2 Tabela 3. Estimação do nível de risco NRE para o setor ocidental Abscissa Magnitude do evento Classificação de ameaça Consequênc ias Nível de risco estimado km M2 H2 C3 NRE2 km M2 H2 C3 NRE2 km M2 H2 C3 NRE2 km M2 H2 C3 NRE2 km M2 H2 C3 NRE3 km M2 H2 C3 NRE3 km M2 H2 C3 NRE3 km M2 H2 C3 NRE3 km M2 H2 C3 NRE3 Com este valor de probabilidade anual de que se apresente uma morte pelos movimentos de massa e considerando as probabilidades condicionais da Tabela 1 se obtêm os seguintes resultados (Tabela 4). Tabela 4. Risco de perdas de vidas na estrada a partir de dados estatísticos Abscissa Número de P(L/R>RT) PT PM Risco eventos km ,160 0,160 0,71 0,114 km ,118 0,118 0,71 0,084 km ,080 0,080 0,71 0,057 km ,080 0,080 0,71 0,057 km ,012 0,012 0,71 0,009 km ,016 0,016 0,71 0,011 km ,014 0,014 0,71 0 0,010 km ,014 0,014 0,71 0,010 km ,025 0,025 0,71 0,018 Os resultados do risco de morte baseados nos dados históricos mostram que em geral todos os locais avaliados apresentam probabilidades anuais de falha superiores a 3x10-3, que corresponde ao nível de risco estimado NRE1, Isto implica que a metodologia proposta pode ser usada para este tipo de vias, mas deve-se redefinir os parâmetros referentes à vulnerabilidade como a qualificação da probabilidade temporal e a probabilidade de fatalidades que determinam a qualificação das consequências das falhas. O talude localizado na progressiva km20 está localizado entre as cotas 1515 e 1600 m.s.n.m, com uma altura máxima de 85 m. O talude apresenta desprendimentos do terreno, representado em deslizamentos superficiais que comprometem somente a capa de solo, que alcança uma espessura máxima de quatro metros e queda de rochas, que vão desde pequenos blocos até blocos de mais de 1,5 m, que têm afetado a estabilidade do talude em geral. É uma característica geral em este talude a relaxação dos bloques, sendo comuns as descontinuidades abertas. Por outro lado, em campo, se identificaram alguns afloramentos de água com vazões importantes (1 l/s). ALTERNATIVA DE TÚNEL Uma das possíveis soluções para os movimentos de massa na progressiva km é um falso túnel construído com laminas metálico galvanizado e protegido com material granular e concreto em um comprimento de 200 m. Para 3º CONGRESSO BRASILEIRO DE TÚNEIS E ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS 4

5 este tipo de estrutura se solução estrutural tem-se estimado um custo de reais por metro linear para um custo total estimado de de reais. Para avaliar a viabilidade de construir esta estrutura se consideraram o custo inicial de construção da estrada neste trecho e as perdas geradas pelos movimentos de massa neste local. Os custos de construção da estrada neste trecho foram de 2,3 milhões de reais por quilômetro, ou seja, que o trecho de 200 m teve um custo de construção de reais. Durante o período de operação da estrada tem se apresentado 65 movimentos de massa que tem gerado umas perdas diretas de reais somente por retirada dos rejeitos dos movimentos de massa e por restauração dos taludes, a via foi fechada durante 10 horas devido aos movimentos de massa que implicaram perdas diretas da ordem reais pela falta de arrecadação no pedágio. Além das perdas diretas calculadas, para poder garantir a estabilidade dos taludes sob uma abordagem tradicional, tem se proposto um sistema de estabilização composto de tirantes e malhas metálicas com um custo estimado de de reais. Para esta solução se calcula uma probabilidade de falha da ordem de 0.1 que implica um nível de risco estimado NRE2, que segundo as análises feitas ainda precisa de novo de um tratamento especifico do talude. Estima-se que levar os taludes a uma condição de risco compatível com NRE3 requer de um investimento da ordem de de reais adicionais que somados aos custos anteriormente analisados, mostra que ter os taludes atuais de este local numa condição aceitável de risco de morte anual na estrada no nível NRE3 implica custos da ordem de reais somados os custos iniciais de construção, as perdas diretas e os custos de estabilizar os taludes e sem incluir perdas indiretas. Nestas condições, e tendo que o túnel considerado custo e garante um nível de risco inferior ao requerido pelo nível NRE4, é possível justificar a longo prazo a construção do túnel no local analisado. CONCLUSÕES Existem metodologias que permitem estimar o risco geotécnico nas análises de alternativas para construção de estradas em áreas de montanha onde os taludes de grandes dimensões geram problemas para as estradas. No caso analisado, devido ao nível de instabilidade e de risco de perdas de vidas associados com os taludes, resulta competitiva a construção de um falso túnel em troca das técnicas de estabilização que sendo igualmente custosas não garantem o s níveis de risco que deveriam ser obtidos em estradas de alto transito. AGRADECIMENTOS Agradecimentos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Do Brasil (CNPq) e à Universidade de Medellín pelo apoio financeiro dos estudos doutorais do primeiro autor, assim mesmo à UnB e seu Programa de Posgraduação em Geotecnia. REFERENCIAS HIDALGO, C & ASSIS, A. (2010). Metodología para evaluación preliminar de riesgo en carreteras por deslizamientos detonados por lluvia. Em Anais do XIII Congresso Colombiano de Geotecnia, Manizales, Colombia, setembro de Artículo 5.5. HIDALGO, C & ASSIS, A. (2011). Evaluación cuantitativa del riesgo por deslizamientos detonados por lluvia en una carretera del noroeste de colombia. En Anais do 14ª Conferência Panamericana de Mcanica dos Solos e Enegenharia Geotécnica, Toronto, Canada, Outubro de Geopaper 214. HIDALGO, C.A. (2011). Deslizamientos en carreteras: identificación de riesgos y priorización de medidas de intervención. Em: Infraestructura y Sostenibilidad En Transporte Colombia. Sello Editorial Universidad De Medellin, p º CONGRESSO BRASILEIRO DE TÚNEIS E ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS 5