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Túneis – Complexidade em áreas urbanas


A abertura de túneis em áreas urbanas exige estudos precisos sobre o tipo de solo e a seleção do método mais adequado para não causar danos às estruturas adjacentes

Com a densa ocupação da superfície, as obras subterrâneas vêm se consolidando como opção para a criação de novos espaços de convivência e vias de locomoção e transporte. Contudo, em grandes centros urbanos é impossível construir um túnel sem considerar sua interação com as estruturas existentes, sejam elas de superfície (como casas, edifícios e pontes) ou subterrâneas (como galerias, tubulações e até mesmo outros túneis).

Afinal, a presença de edificações exige que os túneis sejam construídos com a menor deformação possível do maciço que os cerca. E isso, muitas vezes, demanda sistemas de consolidação de solo externos ao túnel, necessários para garantir a integridade das edificações. No entanto, segundo o presidente do Comitê Brasileiro de Túneis (CBT), Eloi Angelo Palma Filho, as principais diferenças dos túneis urbanos – em relação aos túneis rurais, em campo aberto – estão mais nos métodos e procedimentos construtivos do que propriamente nos requisitos de operação.

Há casos específicos na área urbana, diz ele, como metrôs, em que se demanda menor ou nenhum ingresso de águas de infiltração. Para isso, são feitas etapas construtivas com especificações típicas. “Quanto aos aspectos construtivos, em regra geral, os túneis de áreas urbanas implicam custos e cuidados adicionais, quando comparados aos túneis de áreas rurais”, comenta.

No que se refere a custos, o presidente do CBT afirma que as restrições de mobilidade nos grandes centros urbanos encarecem a retirada de material escavado e a chegada de insumos ao local das obras. “Por outro lado, a intensa presença de redes de utilidades (como água, esgoto, telefonia, gás e pluviais), muitas vezes com cadastros incompletos, faz com que as escavações a céu aberto tragam riscos de prazo e custos”, diz.

O gerente de vendas da HLT, Marcius Bianchini, destaca outros pontos característicos desse tipo de obra, como interferências durante a execução e desapropriações para construção de poços e canteiros. “A fim de minimizar tais impactos, os projetistas têm empregado tecnologias de sondagem e monitoramento em tempo real das estruturas adjacentes, bem como metodologias de escavação mais rápidas e eficientes, que inclusive utilizam áreas menores na operação”, explica.

URBANOS X RURAIS

De acordo com Hugo Cássio Rocha, geólogo da Companhia do Metropolitano de São Paulo (Metrô), a execução de túneis sempre provoca movimentações nos maciços que estão sendo escavados.

A magnitude das movimentações, diz, pode ser mínima ou acentuada, dependendo de diversos pontos. “Além do tipo de maciço e suas características geomecânicas, isso inclui fatores como sistema de escavação (TBM, NATM etc.), seção de escavação (área e forma), pressão de água, profundidade e, por fim, atraso na instalação do suporte decorrente do método utilizado e do tipo de revestimento”, delineia.

Restrições de mobilidade e interferências na execução tornam desafiadora a abertura de túneis em centros urbanos

Dessa forma, diz Rocha, túneis mais rasos tendem a provocar maiores recalques (quando a edificação sofre rebaixamento devido ao adensamento do solo) e bacias mais fechadas, enquanto túneis profundos têm menos recalques e bacias mais espraiadas. “As eventuais estruturas existentes sobre as áreas afetadas pelos túneis sofrerão deformações proporcionais a esses recalques”, afirma.

Os túneis rodoferroviários em áreas rurais são profundos, ele explica, pois em geral existem para transpor grandes barreiras topográficas. Ademais, não há vantagem em serem muito rasos, uma vez que não são exigidos acessos intermediários e os efeitos causados pelas deformações não apresentam relevância. “Até mesmo em caso de colapso, existe pouca probabilidade de afetar estruturas”, pontua Rocha.

Já os túneis em áreas urbanas tendem a ser rasos, prossegue, pois o acesso de pessoas ou serviços é mais fácil em baixas profundidades e são necessários vários acessos, seja em estações metroviárias ou em túneis rodoviários, que necessitam de conexões em vários pontos da cidade. “Portanto, são túneis que tendem a provocar mais movimentações na superfície”, ressalta o especialista.

O geólogo lembra que a superfície e a subsuperfície são ocupadas por diversos tipos de serviços – de fornecimento de água, esgoto, drenagem superficial e profunda, gás, energia, telefonia, dados –, além de residências, edifícios, galerias e mobiliário urbano. Sendo assim, as movimentações decorrentes do processo de escavação tendem a afetar uma ampla gama de estruturas, com variáveis graus de consequências, dependendo da magnitude da movimentação, sensibilidade das estruturas e outras. “Um aspecto muito importante é o plano de contingência durante a construção, para conviver com as inúmeras interferências nas áreas urbanas, muito diferentes das áreas rurais”, assinala.

MÉTODOS

O especialista explica que a utilização do método NATM (New Austrian Tunnelling Method) na construção de túneis e estações subterrâneas de grandes dimensões é indicada para trechos curtos, onde não se justifica o investimento em equipamentos mecanizados ou não há grandes seções de escavação (cavernas, estações) e túneis de seção variável. “Normalmente, as máquinas para execução de túneis maiores que 6 m de diâmetro têm cerca de 100 m de comprimento, ou seja, o túnel precisa ser maior que isso”, pondera Rocha.

Dentre outros pontos, a magnitude das vibrações depende das características geomecânicas do maciço

O método também é indicado onde há grande variação geológica e geomecânica, por exemplo, ou mesmo onde se preveem interferências com fundações ou estruturas enterradas. “Se utilizada adequadamente, a técnica pode ser tão eficiente quanto as escavações mecanizadas, sob o ponto de vista de deformações, apesar de ser mais artesanal até certo ponto”, afirma.

Já em trechos mais longos e de seção constante, o recomendado é a utilização de TBMs (Tunnel Boring Machines), também conhecidas como Tatuzões. “Esses equipamentos são verdadeiras fábricas de túneis, fazendo a escavação, contenção provisória e revestimento final”, diz Rocha. “São projetados para o tipo de maciço a ser escavado e oferecem garantia de estabilidade, baixo nível de deformações, elevada produtividade e baixo risco.”

Entretanto, as tuneladoras só são aplicáveis em trechos mais longos, a partir de 2,4 km. Uma vez preenchida essa condição, é necessário definir o tipo de máquina, se para solo ou para rocha. Segundo Edson Peev, engenheiro sênior da Herrenknecht do Brasil, as TBMs para solo se subdividem em duas tecnologias principais: EPB (Earth Pressure Balanced), na qual a pressão da frente é controlada pela velocidade de extração do solo através de um parafuso sem fim, e o Mix Shield, no qual uma suspensão de lama bentonítica faz esse controle de pressão e transporte do solo.

Plano de contingência durante a construção é essencial para as operações

“Atualmente, é possível combinar essas tecnologias em uma só máquina, por meio das chamadas máquinas conversíveis, para lidar da melhor forma com a geologia a ser enfrentada”, conta Peev.

Segundo ele, também foi desenvolvida uma tecnologia de Densidade Variável, que combina igualmente as tecnologias de EPB e Mix Shield na mesma máquina. “O desenvolvimento e uso de espumas e polímeros no solo escavado também ajudam no controle da pressão de suporte do solo e no seu transporte”, continua o especialista.

Dessa forma, acentua Peev, as TBMs podem lidar com quaisquer condições geológicas de forma segura. “Com o desenvolvimento tecnológico, as máquinas atuais podem coletar e processar uma quantidade enorme de dados em tempo real, permitindo ao operador ter um entendimento correto da interação entre a máquina e o solo e executar um controle preciso”, comenta. “Em conjunto com um controle de recalques, isso permite um manejo muito preciso da movimentação do solo na superfície, evitando danos aos prédios, estruturas e utilidades.”

TUNELADORAS

Para túneis mais longos em solos coesivos (como argilas e siltes), em especial em áreas urbanas, Rocha sugere o uso de TBM tipo EPB, atualmente a tuneladora mais utilizada no mundo (90%), pois promove o controle das pressões de frente, minimizando recalques. “Em solos arenosos e com pedregulhos ou zonas de transição solo/rocha recomenda-se o Slurry Shield, mas sua utilização é mais rara”, diz. “Já no caso de túneis em rocha, as TBMs Gripper (ou Double Shield) também são indicadas para áreas urbanas, pois escavam a rocha sem o uso de explosivos, como ocorre com túneis convencionais.”

Uso de TBMs permite maior estabilidade em quaisquer condições geológicas

Segundo Palma Filho, do CBT, os métodos convencionais não costumam ter impeditivos de uso em área urbana, porém são mais sensíveis quando o maciço é rochoso e a cobertura é baixa. “Nesse caso, a vibração do maciço pode ser restritiva, decorrente do processo de escavação com desmonte de rochas com explosivo”, conclui.

Tuneladora recebe inovações para atuar na Linha 2 Verde

A obra de expansão da Linha 2 Verde do Metrô de São Paulo – em especial no trecho que envolve a escavação dos túneis entre Vila Prudente e Dutra, cruzando a zona leste da capital até o município de Guarulhos – contará com a utilização de uma TBM tipo EPB fabricada pela Herrenknecht, semelhante às já utilizadas nas Linhas 4 Amarela e 5 Lilás, com algumas inovações.

Segundo Hugo Cássio Rocha, geólogo do Metrô, uma inovação que deve ser adotada é a cabeça de corte articulada/direcional, evitando a necessidade de articulação da couraça. A Herrenknecht desenvolveu um sistema de articulação independente do mancal da máquina, diz ele, que pode ser movimentado tanto para frente quanto para trás, fazendo com que a máquina fique mais curta, o que resulta em alguns benefícios. “Esse sistema possibilita o controle mais preciso da pressão exercida sobre o solo e, consequentemente, da força que incide sobre o mancal e os cortadores da máquina, permitindo ampliar a vida útil desses elementos”, explica.

De acordo com o engenheiro sênior da Herrenknecht, Edson Peev, o shield EPB tem diâmetro de 11.610 mm, potência da roda de corte de 5.600 kW, torque nominal de 30.066 kNm e pressão de projeto de 6 bar. “A máquina possui sistema de deslocamento do acionamento principal e roda de corte por meio de cilindros hidráulicos, o que permite melhor controle da força aplicada diretamente na roda e ferramentas de corte”, elucida.

Outra novidade é a adoção, inédita no Brasil, de revestimentos sem segmento chave, reduzindo o número de juntas nos elementos pré-moldados e, consequentemente, a possibilidade de ingresso de água, além de facilitar a montagem. Com a utilização de anéis de concreto armado 7+0, os sete segmentos que formam o anel terão as mesmas dimensões, inclusive a peça “chave”. “Devem ser utilizados ainda caminhões fora de estrada do tipo MSV (Multi-Service Vehicles) sobre pneus para transporte dos anéis e insumos internos nos túneis, no lugar de equipamentos sobre trilhos”, acresce Rocha.

Segundo o Consórcio Metrô Linha 2 Verde (CML2), responsável pela obra, as escavações devem começar no primeiro semestre de 2022.

Saiba mais:
CBT: www.tuneis.com.br
Herrenknecht: www.herrenknecht.com
HLT: www.hlt-company.com
Metrô/SP: www.metro.sp.gov.br

Fonte: Grandes Construções

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