INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA EM OBRAS SUBTERRÂNEAS

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1 EM FOCO INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA EM OBRAS SUBTERRÂNEAS Cambotas de reforço do túnel de adução da PCH (Pequena Central Hidrelétrica), Mosquitão (GO) Instrumentação geotécnica, de um modo geral, é uma técnica utilizada para medir as variações de tensões e deformações causadas pela execução de uma obra. Para dar um exemplo simples, imagine a construção de um prédio. À medida que a obra é executada, a tensão aplicada no terreno de fundação aumenta, podendo sofrer deformações (recalques). A instrumentação instalada nessa obra mede a variação das tensões aplicadas ao terreno e eventuais deformações (recalques) causadas pela construção do prédio. Trata-se de uma ferramenta singular para a prevenção, previsibilidade e entendimento do comportamento dos materiais naturais e suas interações com estruturas desde a fase do anteprojeto até a fase executiva, e por fim o monitoramento pós-obra. Projetos de instrumentação geotécnica variam para o tipo de obra e são específicos para cada projeto. No caso de obras subterrâneas, cujos impactos por colapso da estrutura geram ônus materiais e à vida da população, a instrumentação permite, quando bem- -feita e controlada, a previsão e possível reversão de problemas. A instrumentação adequada deve ser capaz de realizar primeiro a previsão de carregamentos, principalmente nos revestimentos de sustentação e escavação; os deslocamentos, por meio de movimentações do maciço e, consequentemente, recalques em edificações vizinhas sobrejacentes; o comportamento da água subterrânea, por conseguinte a sua rede de fluxos; e por fim, as vibrações geradas no processo de escavação ou de forma natural. 76 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS

2 Nas escavações subterrâneas, os fatores mais importantes a serem medidos são as deformações do terreno acima e adjacente à obra, as tensões no revestimento (se houver revestimento) e as deformações das paredes da obra. Esse conjunto de informações permite uma completa avaliação do comportamento da obra e a sua comparação com as previsões feitas durante o projeto. FINALIDADE Há vários objetivos para se realizar uma instrumentação e um dos principais é permitir uma comparação entre estimativas de deformações e tensões feitas na etapa de projeto, tendo como base os parâmetros geotécnicos obtidos nas campanhas de investigações, e compará-las com a realidade da obra, durante e após a execução. Essa comparação se reflete na segurança da obra, pois se o monitoramento indicar que as medições estão em consonância com as previsões, pode-se esperar que a obra transcorra com segurança. As estimativas, feitas com base em técnicas do estado da arte, podem ser imprecisas em função da representatividade das investigações. Dessa forma, é perfeitamente possível que as previsões de deformações e tensões não se confirmem com o monitoramento. Nessa medida é viável que o projetista estabeleça Limites de Alerta que servem de comparação com os valores medidos, para aferir se a obra está com comportamento adequado ou esperado. Geralmente esses Limites de Alerta são designados por cores: limite verde, valores que indicam que a obra está com comportamento dentro do esperado, com deformações e tensões bem inferiores aos valores máximos estimados, como 50% do valor máximo; limite amarelo, quando as medições se aproximam de valores mais altos, diga-se 75% dos valores máximos esperados, então é preciso ficar atento. Normalmente, nesse caso, a frequência das leituras é aumentada; e o limite vermelho, é quando as medições se aproximam (mas não atingem) os valores máximos estabelecidos nas estimativas. No limite vermelho, a obra deve ser paralisada imediatamente para a realização de uma inspeção detalhada para que seja avaliado se as estimativas estavam adequadas se há problemas na obra ou se as estimativas podem ser revisadas com base nas informações do monitoramento e a obra pode ser continuada. De qualquer forma, nesse momento e até que se tenha confiança na modificação do limite de alerta, a execução deve ser feita de forma cautelosa e o monitoramento deve ter a frequência aumentada. Entretanto, é importante ressaltar que a instrumentação deve ser mantida após a conclusão da obra, com o mesmo rigor utilizado durante a sua execução. A instrumentação no decorrer da vida útil do empreendimento permite que seja acompanhado o comportamento da estrutura com as potenciais modificações que podem ocorrer na etapa de operação da estrutura. Como exemplo, imagine uma estrutura subterrânea com um trecho estabilizado com tirantes. O monitoramento das deformações dessa estrutura ou das tensões nos tirantes pode ser vital para garantir a sua estabilidade em caso de perda da carga do tirante. Outros objetivos também são importantes, como por exemplo, a coleta de dados geotécnicos (tensões, deformações e permeabilidade), equalizando os parâmetros estimados na fase de projeto para validação, ou, que sejam parcialmen- Emboque do túnel de adução da PCH em Mosquitão (GO) Leitura de pinos de convergência com instrumento Digital Tape Extensometer no túnel de adução da PCH de Mosquitão (GO) Túnel de adução da PCH de Mosquitão (GO) te ajustados ou totalmente modificados. Estes parâmetros obtidos podem auxiliar de forma eficaz a execução da escavação subterrânea, ou seja, o desempenho do maciço em rocha, solo, rocha alterada etc., bem como avaliar a intera- FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS 77

3 Metro de Edmonton Arquivo Marcio Leão Arquivo Marcio Leão Clino metro Marcos superficiais ção do maciço com as estruturas construídas, auxiliando na previsão do colapso total ou parcial da obra de arte. Outro ponto importante é que a instrumentação geotécnica pode funcionar como um verdadeiro controle de qualidade, ou seja, garantindo por meio do registro de dados que a obra foi bem executada dentro das especificações técnicas. Além de respaldar legalmente a empresa projetista, ela também garante a segurança da obra, podendo prever rupturas iminentes, quando existe agilidade na aquisição, interpretação e processamento dos dados, possibilitando evacuações ou mesmo ações mitigadoras. A instrumentação deve ser considerada como etapa primordial nas obras de arte subterrâneas, tendo em vista que seu custo representa, em torno de 3% do orçamento global de uma obra e pode também vir a enxugar o custo do projeto por fornecer parâmetros próximos à realidade. Cabe ressaltar que uma instrumentação geotécnica numerosa não significa que seja a mais eficiente. Instrumentos excessivos geram dados volumosos e desta forma exigem mais tempo para processamento e triagem. Além dos instrumentos propriamente ditos, é essencial a integração dos dados obtidos, facilitando não só a leitura de cada instrumento, mas uma rápida tomada de decisão, sempre que necessário, pela equipe técnica envolvida em um projeto. Um exemplo deste sistema integrado de acompanhamento de instrumentação em obras subterrâneas é o SACI (Sistema para Acompanhamento e Controle de Instrumentação) que é utilizado nas obras do metrô de São Paulo (Companhia do Metropolitano de São Paulo). TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO O Brasil ainda é carente de fabricantes de instrumentos geotécnicos. Assim, a maioria dos instrumentos é importada, restringindo a utilização de quantidades mais adequadas de instrumentos em função do custo do investimento. Existe uma variedade de instrumentos que podem ser utilizados. A seleção dos tipos depende da obra, localização (urbana), topografia, geologia, tipo de solo (ou rocha) etc. Apesar desse hiato tecnológico nos instrumentos utilizados 78 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS

4 atualmente, equipamentos pioneiros e simples como o piezômetro do tipo casagrande são totalmente úteis. O avanço tecnológico é expresso por meio de sensores óticos e do tipo corda vibrante, com ótimas precisões e custo elevado. O processo de leitura dos instrumentos também evoluiu. Atualmente é comum observar em obras de grande porte, como túneis e barragens que exigem monitoramentos mais acirrados, o monitoramento remoto, por meio de instrumentação automatizada. Os instrumentos podem ser agrupados por parâmetros a serem monitorados, ou seja, para a identificação de movimentos superficiais de terra, deformações no interior do maciço, campo de tensões, poropressões etc. Os tipos também podem ser influenciados em função de características particulares, como por exemplo, o grau de precisão, sensibilidade, durabilidade e a finalidade dos instrumentos. Outras características que devem ser observadas para a escolha do tipo de instrumento geotécnico são: robustez, facilidade de calibração, manutenção, viabilidade de acesso para instalação, registro, obtenção e repasse de dados, rotina e periodicidade de leituras. Normalmente a instrumentação básica em obras subterrâneas é representada por marcos superficiais, pinos de recalque, placas de recalque (alguns casos), estações totais, eletroníveis, tassômetros, medidores de convergência, piezômetros, medidores de nível d água, inclinômetros, perfilômetros e benchmarks. Também podem ser utilizados deflectômetros e medidores triortogonais. Em alguns casos, há a necessidade da avaliação do campo de tensões e deformações, sendo muito utilizados os strain gauges (extensômetros), células de carga e células de pressão. Outros instrumentos como sismógrafos são importantes em obras subterrâneas, em fases de detonação ou na previsão de sismos naturais, durante a construção do túnel. Estações totais são muito utilizadas também, como sistema de monitoramento, principalmente em obras subterrâneas urbanas. Com a entrada das tuneladoras no mercado brasileiro, a instrumentação em obras subterrâneas vem ganhando novos cenários, incluindo a interação da máquina com seus próprios instrumentos de precisão, e o maciço escavado, acrescentados às medições dos instrumentos tradicionais. E com o avanço tecnológico, cada vez mais se faz necessário o acompanhamento de uma obra subterrânea com acessórios como smartphones e tabletes. Hoje em dia, um engenheiro pode estar sentado em um restaurante a centenas de quilômetros da obra e ter total controle do que está acontecendo com a escavação em uma tuneladora e sua interação com o subsolo. FUNÇÕES DESEMPENHADAS Cada um dos instrumentos geotécnicos desempenha uma função. Os benchmarks são instrumentos que servem como referencial vertical, sendo instalado verticalmente em maciços rochosos ou em substrato que permita sua fixação. Eles proporcionam o controle do recalque por meio de nivelamento topográfico. Eles são constituídos por tubos galvanizados de diâmetro de 25 mm, instalados no interior de furos de sondagem, em que a extremidade inferior é ancorada em estrato estável, com auxílio de calda de cimento e ao longo do furo é colocado um tubo de PVC (Policloreto de Polivinila), havendo o preenchimento do espaço (anelar) entre o terreno e revestimento com areia. Na extremidade superior é colocada geralmente uma cabeça de bronze, semiesférica para apoiar a mira topográfica. São instrumentos semelhantes aos tassômetros, excetuando que são instalados em pontos fora da área de influência da obra. Os marcos superficiais permitem a medição de deslocamentos verticais que ocorrem em determinado ponto da superfície do terreno. São caracterizados por uma haste de diâmetro de 1 ½ e comprimento em torno de 1,1 m, chumbados com um bloco de concreto, em que na extremidade superior é instalada uma semiesfera de 15 mm. A leitura do instrumento é sempre a partir de um ponto referencial conhecido. Pinos de recalque são locados diretamente nas estruturas, permitindo a medição de deslocamentos verticais e pontuais, em locais que possam ser influenciados pela obra. Basicamente corresponde a um pino de bronze de 100 mm de comprimento e 16 mm de diâmetro. Utilizam referenciais fixos fora da obra como benchmarks instalados. Placas de recalque são utilizadas para a medição de recalques superficiais, por meio de chapas metálicas de 200 mm quadráticas, espessura em torno de 6 mm com haste de 1 e altura de 60 cm, fixada no centro da placa. As leituras são feitas por mira intermediadas por um referencial de campo, como um benchmark. Elas são instaladas em poços rasos e enterradas por material escavado, cuidadosamente compactado. Tasso metros possibilitam a medição de deslocamentos verticais (recalques profundos) do maciço atravessado, em pontos localizados abaixo da superfície do terreno, em que o recalque é transmitido à superfície. São constituídos por haste galvanizada ancorada em furo de sondagem pré-existente, na parte superior da haste acontece um acabamento em calota esférica de latão, por exemplo, para apoio da mira. As leituras de nivelamento e contranivelamento são apoiadas por meio de referencial instalado (benchmark). Medidores de convergência registram a variação da distância entre dois pontos no caso, pinos previamente instalados internamente ao túnel, consistindo basicamente de um sistema tensionador, dinamômetro, deflectômetro, bem como trena de aço ou fio. Eletroníveis são responsáveis pela medição de variações da inclinação em estruturas ou maciços terrosos, sendo compostos por uma cápsula de vidro, preenchida parcialmente por fluído eletrolítico, em que por intermédio da variação da inclinação ocorre a variação da resistência elétrica, havendo assim esse registro. Piezo metros possibilitam auscultar a poropressão, subpressão e níveis d água e em pontos determinados do maciço, principalmente taludes e fundação. Podem ser de vários tipos: hidráulicos, pneumáticos, de corda vibrante ou ótico, pois cada tipo possui características próprias de design. Medidores de nível d água permitem o registro da variação do nível d água existente no maciço. São instrumentos muito simples, caracterizados por tubos de PVC com diâmetro de 19 a 40 mm, envolvidos por tela filtro e areia. Seu esquema de montagem é semelhante ao dos piezômetros, excetuando que a parte filtrante de areia acompanha praticamente toda a sua extensão. Inclino metros possibilitam o registro dos deslocamentos horizontais, de forma contínua, em duas direções ao longo de um FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS 79

5 Arquivo Marcio Leão Arquivo Marcio Leão Arquivo Marcio Leão Piezo metro Régua tubo, geralmente de alumínio, instalado verticalmente no maciço, por meio de uma sondagem executada. Os tubos (diâmetro 85 mm) são previamente fixados com luvas arrebitadas aos tubos, sendo descidos pelo furo até a profundidade desejada. A extremidade inferior deve ser fixada com calda de cimento, devendo haver o preenchimento do espaço anelar com areia. O aparelho que mede os deslocamentos, chamado de inclinômetro, é descido no interior do tubo, em quatro ranhuras equidistantes, a leitura é feita da base do tubo para a superfície, em duas direções perpendiculares entre si (em forma de cruz), desta forma é fornecida a inclinação em relação a vertical de cada ponto de leitura do tubo guia. As leituras ocorrem a cada 50 cm, em intervalos regulares. A partir da leitura inicial e das subsequentes, sempre em relação aos mesmos pontos do tubo medidos, é possível construir, de forma cumulativa, a variação dos deslocamentos horizontais ao longo da profundidade, em cada intervalo, referentes a um ponto fixo na base do tubo guia. Perfilo metros ou inclino metros horizontais atuam no registro de deslocamentos verticais ao longo de uma haste sub-horizontal instalada no maciço, permitindo estabelecer perfis longitudinais destes deslocamentos verticais. São instalados por meio de um tubo de ferro galvanizado provido de um cabo, capaz de movimentar interiormente o sensor elétrico de pressão do instrumento. Extenso metros permitem a medição do deslocamento diferencial entre a superfície do terreno e vários níveis do maciço atravessado pelo túnel. Possui uma base para o uso de um relógio comparador, hastes tubulares retificadas, tubos para revestimento e ancoragem para cada haste. Deflecto metros são instrumentos responsáveis pelo registro da movimentação lateral, provenientes de zonas de falha e debilidade do maciço, sendo um instrumento sofisticado, podendo conter um sistema de alarme acoplado e transmissão remota da informação. Medidores triortogonais são utilizados basicamente para a observação da abertura ou fechamento de fissuras ou fraturas, bem como seus deslocamentos horizontais e verticais. Seu processo de instalação consiste na fixação do instrumento (aço inoxidável) com argamassa nas extremidades da fissura de forma ortogonal. Sismógrafos são indicados para a previsão de sismos naturais ou induzidos por detonações. Captam o sinal por intermédio de transdutores e um sensor de nível de som, com dispositivo de acionamento automático. Estações totais são teodolitos eletrônicos que medem distâncias e ângulos, muito utilizados tanto na superfície, como internamente na obra. Na superfície medem quaisquer deslocamentos de edificações, fornecendo medidas precisas 80 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS

6 e exatas. Muitas vezes são automatizados e fornecem uma grande quantidade de medidas em curto espaço de tempo, sendo instrumentos ideais para obras urbanas. No túnel são utilizados não só para medir sua convergência e quaisquer movimentações do maciço, mas também para garantir a exatidão da escavação e alinhamento do túnel. No caso dos instrumentos específicos em uma tuneladora, que fornecem dados da escavação realizada e sua interação com o maciço, podem ser citados sensores de pressão, que medem a pressão do solo e da água sobre a tuneladora; os sensores de vazão de espuma, que medem a quantidade de espuma utilizada na frente da máquina para balancear a pressão que o terreno exerce sobre ela. Há também as balanças nas esteiras que transportam o material retirado, essenciais para comparar o material escavado com a quantidade teoricamente esperada, evitando, dessa forma, a sobre-escavação e possíveis recalques. As tuneladoras também são equipadas com marcos em sua parte traseira e, juntamente com as estações totais ao longo do túnel já escavado e revestido com anéis, é possível garantir a exatidão do alinhamento de escavação. APLICAÇÃO Para uma efetiva campanha de instrumentação geotécnica alguns passos importantes devem ser seguidos, de forma preferencialmente sequencial, sempre eliminando variáveis para um melhor resultado. Desta forma, deve haver primeiramente um reconhecimento prévio das características geológico-geotécnicas (estratigrafia, estruturas geológicas, propriedades mecânicas dos materiais, condições de drenagem etc.). Em um segundo momento deve haver o reconhecimento da existência de mecanismos que controlam o comportamento geotécnico (instabilização de taludes, adensamentos, condições de permeabilidade etc.). Por último deve ser definido qual será o objetivo da instrumentação, ou seja, estabelecer critérios construtivos, identificação de problemas entre outros fatores. Estabelecido o objetivo, deve haver a estimativa de quais parâmetros serão alvo de monitoramento, como por exemplo, a poropressão, deslocamentos horizontais e verticais, deformações e tensões. Definidos esses parâmetros deve haver previsão de que magnitudes e variações que são aceitáveis para o projeto. Esta etapa é fundamental na escolha dos dispositivos. Deve ser elaborado um plano de expectativas, contemplando limites de aquisição de informações e ações previstas, juntamente com um plano de responsabilidade de projeto nas etapas de construção e operação. No caso específico de túneis urbanos, como projetos metroviários, é necessário a delimitação da zona de interferência, assim como a estimativa da bacia de recalque estimada para a obra. Em uma primeira etapa, geralmente no projeto básico, a área de interferência é delimitada considerando um plano de 45 que tangencia a seção de escavação e chega até a superfície. Posteriormente, a bacia de recalque é calculada, considerando a influência da escavação e do rebaixamento do lençol freático, quando existente. Todo o programa de instrumentação é definido a partir da delimitação de áreas, evitando instrumentar regiões que não serão influenciadas pela escavação e onerar desnecessariamente o projeto. Resumidamente, estas são as regras que devem ser seguidas por todos os projetos de monitoramento: Deve-se medir apenas as grandezas que são relevantes para a obra; Utilizar instrumentos simples e de fácil interpretação. Normalmente, os prazos para interpretar os resultados são exíguos e o avanço da obra pode depender do resultado do monitoramento; Colocar os instrumentos em grupos que permitam uma avaliação conjunta do comportamento da obra; Os instrumentos devem ser instalados em locais que tenham acesso garantido durante toda a obra e protegidos das ações construtivas para garantir a sua integridade por toda vida útil da instrumentação; Os instrumentos devem ser instalados com antecedência de modo a permitir que sejam obtidas leituras iniciais (que servem de referência para as demais leituras) confiáveis. Caso a leitura inicial esteja errada, as demais leituras não terão representatividade. Essas leituras iniciais devem, obrigatoriamente, ser obtidas antes do início das obras; Devem ser obtidas diversas leituras iniciais para se garantir a qualidade. Pode-se utilizar a média das leituras iniciais obtidas após remover aquelas muito diferentes da média; As instalações devem seguir rigorosamente as instruções e orientações do fabricante e devem ser feitas por empresas com experiência nesse tipo de trabalho e com técnicos especializados e treinados em cada tipo de instrumento a ser instalado e lido. A instalação dos instrumentos deve ser feita com antecedência e cautelosamente, a fim de diminuir possibilidades de erro de instalação. Um instrumento indevidamente instalado produz resultados de baixa qualidade, podendo levar a interpretações erradas do comportamento da obra. Pior do que não ter instrumentação é ter uma instrumentação instalada de forma inadequada. A frequência com que as leituras serão feitas deve ser apresentada na Especificação Técnica do Projeto de Instrumentação. Essa frequência é determinada em função de inúmeros fatores como tipo de obra, riscos envolvidos, velocidade de evolução da obra etc. RESULTADOS Por meio dos resultados obtidos pode-se estimar deslocamentos verticais e horizontais, problemas de rotações de estruturas vizinhas à obra, comportamentos relativos a fluxos de água etc. Em obras subterrâneas urbanas o monitoramento também fornecerá dados específicos de interação com as edificações vizinhas e interferências, ou dados do rebaixamento do lençol freático que poderiam, por exemplo, movimentar plumas de contaminação no subsolo, o que deve ser evitado. Em tuneladoras, a instrumentação fornecerá dados essenciais para operação da máquina, evitando paradas frequentes, contribuindo para a garantia de uma boa taxa de avanço e evitando a ocorrência de recalques. Depois de realizada a instrumentação geotécnica subterrânea são utilizados critérios para a análise e avaliação dos resultados, bem como a formulação de procedimentos para a interpretação de dados. Estes critérios são normalmente a comparação com as estimativas. Existem casos específicos que fogem a essa regra. Como exemplos podem ser citados dois casos, não especificamente de obras subterrâneas, mas ilustram as exceções. O primeiro caso refere-se à execução de uma escavação de FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS 81

7 grande porte, com cerca de 25 m de profundidade, adjacente a uma obra idêntica existente. A avaliação do projetista foi que a nova obra não teria qualquer efeito na estrutura existente. De qualquer forma, o proprietário exigiu um monitoramento que verificasse a hipótese de deformação zero definida no projeto. Essa instrumentação tinha o objetivo de não indicar deformações. No outro caso, foi instrumentada uma parede diafragma, durante a colocação da armadura e a concretagem da parede para verificar se durante a concretagem da armadura estava se deslocando excessivamente a ponto de interferir com a lamela adjacente. Existem vários fatores que podem influenciar de forma permanente a aquisição dos dados de campo, gerando erros em cadeia durante o seu processamento, fornecendo uma falsa formulação do problema. Esses fatores devem ser previstos e consequentemente os instrumentos escolhidos devem estar preparados para tais eventualidades, sempre ponderando a viabilidade econômica em cada escolha. Como fatores primários de influência pode-se citar a ocorrência de grandes deformações e altas pressões não previstas, corrosões provenientes de diferentes agentes, grandes oscilações térmicas ou mesmo condições extremas, impactos mecânicos diversos, vandalismo, ataque por agentes oriundos da exposição ao tempo (poeira, chuva, sujeira etc.), influência da umidade e fluxos d água, uso errôneo de fontes alimentadoras para os instrumentos e fácil acesso a eles. Resolvida às supracitadas questões, é primordial que exista uma rotina de coleta dos dados que contemple também o registro de eventos importantes não previstos, preferencialmente realizados pelo mesmo profissional, para evitar erros primários de interpretação, sempre contemplando pontos fundamentais como a conformidade das informações; acurácia, precisão, resolução e sensitividade dos instrumentos; linearidade e histerese dos dados; percepção e exclusão de ruídos nas leituras, bem como a atenuação do erro. Em instrumentações mais sofisticadas o conceito de telemetria é incorporado, principalmente em locais de difícil acesso ou que exijam um monitoramento constante, em períodos curtos, caso necessário. Cabe ressaltar que este tipo de aquisição dinâmica não isenta que os cuidados acima sejam seguidos, principalmente relativos a calibrações e manutenção dos instrumentos e, em casos extremos, a sua substituição. Os dados processados geralmente são apresentados graficamente ou por meio de planilhas próprias, em relatórios com periodicidade determinada e que contemplem sempre leituras acumuladas de todas as fases que envolvam o projeto, para um registro eficaz do comportamento dos materiais envolvidos. OBRAS QUE UTILIZAM A INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA SUBTERRÂNEA A instrumentação geotécnica pode ser aplicada nos mais diversos âmbitos da engenharia, desde obras mais simples até obras que requerem uma experiência maior da empresa projetista. Dessa forma, podem ser citadas obras como aterros (monitoramento de fluxo, recalque, processos de adensamento e de fundação); estabilidade de taludes naturais ou produzidos dinamicamente na mineração (mobilização e resistência de massas de solo bem como sua estabilização e sua velocidade de deslocamento, determinação de zonas de cisalhamento, previsão de rupturas planares ou circulares e monitoramento de magnitudes e taxa de movimentação de massas rochosas). Também pode ser utilizada em muros de arrimo (cálculo da carga aplicada pelo monitoramento da pressão de água, problemas de rotação do muro e deformação do solo contido por ele); estacas-prancha e obras que exijam escavações ou rebaixamento do terreno (determinação da subpressão, pressão de água e rebaixamento freático, movimentos de terra, processos de deflexão e recalques); cravação de estacas (monitoramento do excesso de poropressão, deformação lateral e problemas de ruptura). Por fim, emprega-se a instrumentação em obras que exijam forte controle da fundação (monitoramento de tensões que possam levar a ruptura); rodovias e ferrovias (recalques produzidos por obras em torno, como por exemplo, túneis e trincheiras), bem como recalques diferenciados em estruturas; obras de complexidade mais elevada, como barragens e túneis são monitorados parâmetros ligados a cargas de pressão, deslocamentos (horizontais e verticais), vazões e tensões, todavia de uma forma mais rebuscada e bem específica para o tipo de obra de arte em questão. REGULARIZAÇÃO Não há norma que obrigue ou regulamente a utilização de instrumentação. Entretanto, o que se observa é que, tanto os proprietários quanto os executores das obras estão se conscientizando cada vez mais da importância de monitorá-las. Eles estão percebendo que instrumentação não é um custo, mas um investimento. Existe uma crescente demanda de instrumentação para reduzir os riscos de insucesso e aumentar a segurança das obras. É importante enfatizar que a instrumentação não evita acidentes, pois é uma ferramenta que auxilia a avaliação do comportamento da obra, seu papel é diminuir os riscos de insucesso e aumentar a segurança. Esse ponto é importante, visto que em alguns casos em que ocorrem rupturas em obras instrumentadas, há a tendência de se questionar o porquê pode ter ocorrido uma ruptura se havia instrumentação. A resposta para isso é simples: a instrumentação é localizada em pontos considerados como os mais críticos. Essa seleção dos locais a serem instrumentados é feita com base nas investigações geotécnicas, que também são pontuais e localizadas. Existe o risco de existirem locais mais críticos do que aqueles selecionados para se instalar a instrumentação, que não foram detectados pelas campanhas de investigação. Esse fato não é frequente, mas pode ocorrer. Por essa razão, o projeto da instrumentação deve ser bem avaliado de modo que os instrumentos sejam adequadamente selecionados, instalados em quantidades compatíveis com as dimensões e a responsabilidade da obra, posicionados para garantir a abrangência do monitoramento e a interpretação dos resultados seja realizado por profissional experiente, que esteja perfeitamente familiarizado com o projeto. CUSTOS Os custos, se encarados como despesas podem ser altos. Se vistos como investimento em segurança, são baixos. O valor 82 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS

8 de uma campanha de instrumentação vai depender do porte da obra, dos riscos envolvidos e do grau de confiança que o projetista tem nos dados usados no projeto e na responsabilidade da obra. Esse fator refere-se, por exemplo, a localização da obra: uma obra de túnel dentro de uma área urbana de alta densidade populacional tem maior risco e responsabilidade do que um túnel de uma rodovia sem qualquer risco a população. Como regra geral, apenas para servir de referência, pode-se estimar que um programa de instrumentação adequado e bem projetado pode variar entre 3% a 6% do valor das obras civis. CASOS DE OBRA Todas as obras de escavações subterrâneas no Brasil foram instrumentadas, inclusive as obras urbanas e as obras metroviárias que são sempre executadas em regiões de alta densidade populacional. Em alguns casos de obras subterrâneas para rodovias implantadas em região de topografia em que a distância entre a superfície do terreno e o eixo do túnel (esse parâmetro é chamado de cobertura ) for muito grande, a instrumentação pode se concentrar nos emboques (escavações necessárias para se iniciar a execução do túnel) e se concentrar na região interna ao túnel, com medições de convergência, recalques do teto etc. Nesses casos, o monitoramento externo pode ser desnecessário. Um exemplo recente de obra subterrânea instrumentada foi nas escavações do metrô do Rio de Janeiro (RJ), nas regiões dos bairros de Ipanema e Leblon. Neste caso, os locais foram instrumentados com grande rigor, incluindo medições internas e externas ao túnel. Nesse último grupo, foram instrumentadas todas as edificações existentes no entorno da escavação, que pudessem ser afetadas pelas obras. Geralmente, os resultados das instrumentações são muito satisfatórios, pois a técnica cumpre o seu papel de referendar as hipóteses de projeto. As obras conhecidas como lineares (túneis) têm uma particularidade com relação à instrumentação. Como se trata de uma obra que avança linearmente é possível se executar uma instrumentação logo nos primeiros metros e utilizar esses resultados para potencializar o projeto no restante da obra. Como exemplo há a obra do metrô da cidade de Edmonton, no Canadá, cujo projeto foi elaborado com base em parâmetros de ensaios geotécnicos normais. A obra foi executada com a técnica NATM (New Austrian Tunneling Method). Essa técnica implica numa escavação da face do túnel, a frente do trecho que já está revestido. Após a escavação ser concluída (em face plena ou em etapas) o revestimento é aplicado. O revestimento é normalmente feito em duas etapas: primário e final. O revestimento primário selecionado era composto por cambotas metálicas e concreto projetado e o espaçamento entre as cambotas define, também, o avanço da escavação. Assim, se o projeto exigir cambotas a cada 0,80 cm, os avanços serão também de 0,80 cm. No caso em questão, a instrumentação realizada logo no início das escavações permitiu uma detalhada avaliação dos parâmetros do solo e, com base nessas informações foi possível aumentar o espaçamento das cambotas para 1,0 m. Consequentemente, os avanços foram aumentados para o mesmo espaçamento, produzindo uma significativa economia no custo geral da obra. Arquivo Pessoal Arquivo Pessoal Arquivo Pessoal Daniela Garroux de Oliveira é geóloga e mestre em Geologia pelo Instituto de Geociências da USP (Universidade de São Paulo). Atualmente é doutoranda no Departamento de Engenharia Geológica da Queen s University, no Canadá. Atua como consultora da EBEI (Empresa Brasileira de Engenharia de Infraestrutura) e participa do WG2, grupo de pesquisa em túneis da ITA-AITES (Associação Internacional de Túneis e Espaços Subterrâneos). Participou de projetos de expansão da rede metroviária nas cidades de São Paulo (SP) e Rio de Janeiro (RJ). José Roberto Thedim Brandt é engenheiro civil pela PUC-Rio (Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro), em 1976, mestre em Ciências também pela mesma instituição, em 1978 e Ph.D. (Doctor of Philosophy) pela University of Alberta, Edmonton, no Canadá, em Atualmente é diretor da Geoprojetos Engenharia Ltda., empresa na qual atua desde 1989, já tendo participado de mais de 150 projetos, estudos e assessorias nas áreas de estradas, aterros, escavações, barragens, usinas hidrelétricas e portos, sempre com ênfase em engenharia civil. Marcio Fernandes Leão é geólogo, possui MBA (Master of Business Administration) em Gerenciamento de Projetos pela USP (Universidade de São Paulo), é mestre em Geotecnia pela UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro) e mestre e doutorando em Geologia de Engenharia e Ambiental pela UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro). Atualmente é geólogo sênior da empresa Drilltec, sendo responsável por projetos de perfuração direcional, com aplicação direta da mecânica dos solos, rochas e ensaios laboratoriais. É especialista na área de investigações convencionais e especiais, bem como instrumentação geotécnica, para grandes obras de arte em engenharia civil, principalmente vinculadas a perfis de alteração. É também membro da CEE-ABMS (Comissão de Estudos Especiais da Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica), e responsável pela revisão de normas da ABNT (Associação Brasileira de Norma Técnicas) para ensaios tecnológicos. FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS 83