Pág. 1 d e 127

CURSO DE TÚNEIS

MODULO II – CONSTRUÇÃO E EXPERIÊNCIA

ABGE - SP

PREPARADO E APRESENTADO

POR

ENG. DENIS VICENTE PEREZ VALLEJOS

MAIO 2013

Pág. 2 d e 127

INDICE

1. COMPARTIMENTAÇÃO DE MACIÇO NAS DIVERSAS SEÇÕES TIPO E SEU DIMENSIONAMENTO.

1.1 - Introdução. 1.2 - Conceitos. 1.3 - Modelos de apresentação dos perfis.

2. PROJETO DE EMBOQUES COM POSSÍVEIS TÚNEIS FALSOS EM

SINTONIA COM A GEOTÉCNICA, DEFINIÇÃO DE TALUDES FRONTAL E LATERAL DOS CORTES DE APROXIMAÇÃO.

3. CONTENÇÕES EXTERNAS DOS TÚNEIS.

3.1 Tipos de contenções 3.1.1 Introdução 3.1.2 Parede de diafragma 3.1.3 Cortinas atirantadas 3.1.4 Contenção de emboque com Concreto Projetado e Solo

Grampeado 4. CONTENÇÕES INTERNAS DE TÚNEIS.

4.1 - Enfilagem 4.1.1 - Enfilagem tubular injetada - manchetada 4.1.2 – Enfilagem Auto Perfurante 4.1.3 - Enfilagem bulbo contínuo 4.1.4 - Enfilagem cravada de vergalhão ou cantoneiras 4.1.5 - Colunas Jet Grounting 4.1.6 - Colunas de CCPH

4.2 – Pregagem de frente

4.3 – Cambotas

4.4 - Revestimentos primários e secundários com concreto projetado

4.5 – Tirantes

4.6 – Telas metálicas de reforço

4.7 – Arcos invertidos (inverte)

Pág. 3 d e 127

5. SEÇÕES DE ESCAVAÇÃO. 6. DRENAGENS DAS ABOBADAS E PAREDES POR “DRAIN PACK”. 7. DRENAGENS LONGITUDINAIS POR CANELETAS LATERAIS. 8. REBAIXAMENTOS DE LENÇOL FREÁTICO.

8.1 Rebaixamento por Gravidade 8.2 Rebaixamentos à Vácuo 8.3 Rebaixamentos por Poços Injetores

9. CONTROLES INTERNO E EXTERNO, DEFORMAÇÕES DE

CONVERGÊNCIA, RECALQUES – BASE DO NATM. 9.1 Tipos de Instrumentos: 9.1.1 Referência de nível profundo (Benchmark- MB); 9.1.2 Extensômetro 9.1.3 Inclinômetro 9.1.4 Deflectômetro 9.1.5 Piezômetro Pneumático 9.1.6 Piezômetro tipo Casagrande 9.1.7 Medidores de nível d’água – INA 9.1.8 Tassômetros 9.1.9 Placas de Recalque ou Marcos Superficiais – MS 9.1.10 Pinos de recalque 9.1.11 Marcos para Estação Total 9.1.12 Medidor de convergência 10. - – ESCAVAÇÕES 10.1 Tipos de escavações 10.2 Ciclos de trabalho nas escavações, solo e rocha 10.3 Tipos de Equipamentos 10.4 Plano de Fogo 10.5 Controle do contorno

11. CONTROLE SISMOGRAFICO – MEDIDAS DE ONDAS DE CHOQUE

EXPLOSIVAS NO CASO DE PROXIMIDADES DE CONSTRUÇÕES OU ABERTURA DE TÚNEIS PARALELOS, CONFORME A DISTANCIA ENTRE EIXOS.

Pág. 4 d e 127

11.1 Definições 11.2 Processo de Controle de Vibração 11.3 Topicos da Norma Brasileira 11.4 Exemplos 12. VERIFICAÇÃO DOS DIMENCIONAMENTOS POR CÁLCULO

ESTRUTURAL (ELEMENTOS FINITOS).

12.1 – Introdução 12.2 – Modelagem 12.3 - Modelos Reológicos 12.4 - Programas Comerciais 12.5 - Exemplos de uma memória de calculo utilizando o Plaxis 3D

13. ATO – Acompanhamento Técnico de Obra

13.1 – Introdução 13.2 – Considerações 13.3 – Responsabilidades e atribuições do ATO

14. IMPERMEABILIZAÇÃO, VENTILAÇÃO e CONTROLE DE INCÊNDIO

14.1 – Impermeabilização 14.2 – Ventilação 14.3 - Controle de Incêndio

Pág. 5 d e 127

1 – COMPARTIMENTAÇÃO DE MACIÇO NAS DIVERSAS SEÇÕES TIPO E

SEU DIMENSIONAMENTO

1.1 – Introdução.

O processo de compartimentação do maciço tem seu início a partir da sequência de procedimentos que começam com a análise, descrição e classificação geomecânica dos testemunhos e amostras de sondagens, considerando a adoção de um ou mais critérios classificatórios de maciços. O passo seguinte é constituído pelo lançamento dos “logs” ou perfis individuais de todas as sondagens executadas ao longo do perfil longitudinal ou transversal do túnel e a respectiva interpretação dos níveis e horizontes das camadas que apresente idênticas condições e características geológico-geotécnicas e geomecânicas, de forma a estabelecer os limites e contatos entre os diversos setores do maciço. Com base no critério classificatório, são definidos os intervalos de estaqueamento com as respectivas classes de maciço procedendo-se, então à compartimentação dos trechos de cada classe geomecânica. Esta sequência de procedimentos é finalizada, portanto, com a segmentação do túnel em compartimentos que obedecem a uma individualização segundo os mesmos critérios de análise, de forma a caracterizar cada intervalo, considerando que apresente um comportamento singular e diferenciado, para os níveis de deformações e deslocamentos, em resposta às solicitações decorrentes das escavações. Isto significa, também, que para cada intervalo de estaqueamento a compartimentação, feita com base na classificação geomecânica do maciço, permite separar os trechos de avanço do túnel onde o detalhamento de projeto apresenta as respectivas seções transversais tipo, com dimensionamento dos sistemas de suporte e de revestimentos; feitos de forma empírica ou a partir de aplicações de cálculos considerando os modelos matemáticos. É importante ressaltar que, na elaboração da compartimentação geomecânica do maciço de um túnel, deve-se considerar a prevalência de princípios de raciocínio e lógica de natureza geológico-geotécnica e de princípios de teoria de mecânica dos solos e mecânica das rochas. Este procedimento deve levar em consideração a continuidade e extensão das características que determinam as classes de maciço, admitindo-se, como uma das principais exigências, que toda mudança de classe de maciço, que possa implicar em mudanças no método e esquema construtivo, somente pode ser feita quando se puder assegurar a existência de cobertura de material, com características equivalentes, em pelo menos dentro de uma região do entorno, com espessura da ordem de 2/3 da

Pág. 6 d e 127

seção de escavação. Evidentemente que este princípio é válido para as mudanças de esquemas construtivos visando sua adequação para melhor classe de maciço, enquanto, para situações em que as condições do maciço escavado estejam piorando e mostrem classes inferiores, a mudança e adaptação do esquema construtivo deve ser imediato, porquanto trata-se de situação emergencial, ou seja de risco de instabilização, com possíveis ocorrências de desplacamentos ou de colapso da estrutura. 1.2 - Conceitos. Cabe destacar que segundo recomendações e práticas mais usuais adotadas internacionalmente, a compartimentação geomecânica do maciço deve ser elaborada a partir da compilação e integração de um elenco de dados primários e/ou secundários, obtidos de forma direta ou indireta e que pode ser resumidamente sintetizada nos seguintes conceitos e princípios, apresentados a seguir: • Conjunto de sondagens mecânicas ao longo dos eixos, cujos testemunhos e amostras devem ser analisados e classificados pela equipe de geologia. Furos de sondagens destrutivas devem ter sua classificação feita através da verificação dos avanços, coloração e resistência encontrada e na experiência/sensibilidade dos sondadores, fornecendo indicações menos precisas. • Conjunto de perfis de caminhamentos geoelétricos e/ou de seções sísmicas, executadas segundo o mesmo critério, compreendendo seções longitudinais e transversais aos respectivos eixos. • Exame e avaliação dos boletins de sondagens diversas, executadas para outros projetos, nas imediações da área de interesse. Para o aproveitamento destes dados, mesmo com relativa imprecisão na locação dos furos, os resultados fornecidos, permitem dar maior enriquecimento em relação aos materiais encontrados e ao nível do topo rochoso. • Avaliação dos perfis geológico-geotécnicos e das interpretações adotadas na fase anterior de estudos do respectivo projeto. • Análise e seleção dos elementos bibliográficos e cartográficos, contendo mapeamentos ou descrições geológicas e geotécnicas da área e que possam subsidiar e embasar as correlações e extrapolações a serem feitas. • Fazer a caracterização e classificação geológico-geotécnica e geomecânica dos materiais naturais que ocorrem na região de interesse.

Pág. 7 d e 127

• Confecção de perfis e seções, contendo os resultados e a interpretação das investigações realizadas, incluindo um modelo geológico-geotécnico preliminar do maciço. • Compartimentação geomecânica do maciço, com base em critérios classificatórios internacionalmente adotados. • Análise detalhada dos compartimentos geomecânicos e das características geotécnicas dos materiais, para indicação e dedução de estimativas de comportamentos previstos, em resposta ao efeito das escavações. • Recomendações técnicas específicas, determinadas pelo nível de previsibilidade admitido para as características do maciço, com ênfase nas condições mais críticas. • Dimensionamento dos suportes, revestimentos e sistemas auxiliares de estabilização, com base nos critérios preconizados pelos autores das classificações geomecânicas ou de cálculos dos modelos com base nas teorias e simulações numéricas. A partir da interpretação e integração destes elementos podem-se desenvolver os perfis e seções que constituem a concepção do modelo geológico-geotécnico e geomecânico considerado mais provável para a área de interesse. 1.3 – Modelos de apresentação dos perfis. Os perfis geológico-geotécnicos feitos conforme exposto a partir da interpretação e das correlações dos resultados das sondagens mecânicas das seções geoelétricas e de boletins de sondagens anteriores, apresentam um cenário compatível com o nível de informações disponibilizado onde podem ser ressaltadas as principais situações admitidas no modelo geomecânico, associada com as indicações das soluções mais adequadas e com a previsibilidade do comportamento e das categorias de materiais de escavação. No desenho apresentado a seguir, procura-se mostrar algumas experiências e modelos da aplicação destes conceitos e procedimentos, incluindo as soluções válidas para seções tipo.

Pág. 8 d e 127

Pág. 9 d e 127

Pág. 10 de 127

2 – PROJETO DE EMBOQUES COM POSSÍVEIS TÚNEIS FALSOS EM SINTONIA COM A GEOTÉCNICA, DEFINIÇÃO DE TALUDES FRONTAL E LATERAL DOS CORTES DE APROXIMAÇÃO.

2.1 – Introdução É altamente conhecido que a escavação de túneis se identifica como uma das obras mais complexas de engenharia pela variabilidade dos maciços geológicos a serem escavados; podemos afirmar que não existem 2 túneis iguais, cada um tem sua identidade própria. Pelas variações acima é indispensável a participação de verdadeiros especialistas no projeto e na implantação deste tipo de obra, o acompanhamento passo a passo é inevitável com a utilização das ferramentas de controle que serão explicitadas mais na frente. O processo construtivo é a definição primordial para o sucesso de sua implantação, portanto um bom projeto de túnel consiste basicamente em como deve ser construído, sendo neste tipo de obra onde mais riscos e incertezas são encontrados. Podemos afirmar que de todas as partes que compõe uma obra de túnel, o emboque é o mais complicado e instável devido a se situar em região sem confinamento, terrenos próximos a superfície onde se localizam as alterações e movimentos da encosta. Nos emboques temos basicamente dois problemas: Primeiro - É indispensável analisar a estabilidade dos taludes escavados na encosta necessários para o emboque do túnel e iniciar a escavação com bastante seguridade. Segundo – É necessário definir a metodologia construtiva do túnel nesta primeira fase. Ambos os problemas se encontram em condições mais desfavoráveis e difíceis pelos motivos antes anunciados: baixa cobertura, maciços com características de baixa qualidade e frente desconfinada. Pelas rações acima é fácil afirmar a impossibilidade de se poder escrever um tratado sobre como embocar um túnel. Cada emboque tem suas características particulares únicas; o que podemos é mostrar referências de soluções e, no futuro, correlacionar e adaptar estas soluções para a identidade própria do emboque. A Construção Subterrânea é uma ciência e também uma arte. Em contraste com rodovias, edifícios, pontes, barragens, etc. onde o acesso visual é fácil; e colegas, competidores, e outras pessoas interessadas podem ver, comentar ou auditar a obra, “obras subterrâneas” têm acesso muito limitado. Portanto, é essencial se ter transparência entre Projetista, Construtor e Cliente, para se atingir objetivos de interesse mútuo. “Geologia tem costas largas”, e este fato é freqüentemente utilizado para justificar eventos “não – previstos”.

Pág. 11 de 127

2.2 – Conceitos do NATM (New Austrian Tunnelling Method) O Novo Método de Tunelamento Austríaco foi desenvolvido entre 1957 e 1965 na Áustria. Foi dado seu nome em Salzburg em 1962 para distingui-lo do antigo método adotado na Áustria. Os contribuintes principais ao desenvolvimento do NATM eram Ladislaus von Rabcewicz, Leopold Müller, e Franz Pacher. O NATM é uma metodologia de observação, monitoramento, acompanhamento e providências na escavação subterrânea durante a construção. O NATM não é um conjunto de técnicas específicas da escavação e da sustentação. Müller listou 22 princípios de NATM. A seguir listamos as sete características mais importantes em que o NATM está baseado:

1- Mobilização das tensões de resistência do maciço – O método depende do maciço remanescente como o componente principal da sustentação do túnel. O maciço remanescente forma um arco colaborante de sustentação por um determinado período.

2- Proteção com Concreto Projetado – A pequena camada de concreto

projetado aplicado imediatamente após a escavação permite um alivio de tensão controlada.

3- Medidas – Cada deformação da escavação deve ser medida. O NATM

requer a instalação de instrumento de monitoramento instalados na casca circundante da seção.

4- Suporte flexível – A camada de concreto projetado primário é fina e

reflete as condições primárias do maciço. Suporte ativo e passivo são utilizados em conjunto com o Concreto Projetado (concreto, tirantes, enfilagens) permitindo sempre o alívio de tensão do maciço.

5- Fechamento do Invert – O Invert deve ser fechado rapidamente para

permitir o fechamento da seção. Este procedimento deve ser seguido de forma rigorosa nos túneis em solo (Maciço classe V).

6- Disposições contratuais - Uma vez que o NATM baseia-se no controle

por instrumentação do maciço, alterações no processo construtivo são possíveis. Isso é possível somente se o sistema contratual permite essas alterações.

7- A classificação do maciço para determina medidas da sustentação -

existem várias classificações geológicas para caracterizar os maciços, inicialmente foi uti lizado a classificação de Lauffer que considera 7 tipos de terrenos, atualmente a classificação de Bieniawski(MRM) e o índice “Q” de Barton sendo mais detalhadas e que utilizam mais informações, tem sido mais utilizado para determinar os tipos de sustentação.

Pág. 12 de 127

2.3 – Conceitos Básicos para o projeto de um emboque de túnel 2.3.1. Generalidades O emboque de um túnel consiste numa escavação a céu aberto de uma encosta até se obter um talude onde será o emboque do túnel, este emboque obedecendo ao traçado do projeto que nem sempre se localiza de uma forma favorável para uma boa estabilidade do emboque (emboques oblíquos, emboques em grotas, emboques com grandes escavações, geologia inadequada, etc.), sendo necessário boas soluções de engenharia para manter sua estabilidade. O talude em frente onde se escava o túnel se chama Talude Frontal e os taludes localizados nas laterais deste se denominam Taludes Laterais (Esquerdo e Direito), figura ilustrativa abaixo.

TUNEL SOB A MG10 – ACESSO AO CENTRO ADMINISTRATIVO - MG

As figuras abaixo mostram alguns tipos de emboques; o emboque em um poço retangular e circular (caso mas freqüente de obras urbanas); a imagem é

LATERAL

Pág. 13 de 127

ilustrativa podendo ser modificada em função das especificidades de cada túnel.

EMBOQUE EM POÇO RETANGULAR

Köln U-Bahn-Baustelle an Maria- im-Kapitol

Pág. 14 de 127

EMBOQUE EM POÇO CIRCULAR – METRÔ SP

EMBOQUE EM TALUDE DE PEDREIRA - LINHA AMARELA - RJ

Pág. 15 de 127

Seqüência executiva de um emboque Tunel Cholupice - Komořany

Pág. 16 de 127

Quando temos emboques de túneis em maciços rochosos é de boa prática recorrer a alguns pontos mostrados no clássico manual do U.S. CORPS OF ENGINEERS, que resume as principais condicionantes gerais para um emboque de túnel: a- Quando situados próximo a superfície da encosta com a finalidade de

reduzir os cortes de emboque e em conseqüência os taludes de escavação, minimizando o impacto ambiental. Em conseqüência o maciço rochoso é mais superficial e alterado.

b- A escavação do túnel pode afetar diretamente a estabilidade dos taludes. c- Sendo o primeiro serviço a ser executado na obra e eventualmente a

equipe técnica não está completamente mobilizada, treinada e ainda não tem experiência alguma do que esperar do comportamento do maciço.

d- Historicamente os emboques de túneis resultam problemáticos e com freqüência acontecem erros devido a deficiências do projeto com a escolha errada do processo construtivo e/ou executivo. Afortunadamente temos normalmente que o emboque do túnel representa uma pequena parte da obra, podendo ser conservador e atuar do lado da segurança, sem significar um custo significativo para as obras.

Pág. 17 de 127

2.3.2. Localizações dos emboques No projeto a localização dos emboques depende de dois fatores básicos. • O primeiro é de caráter geométrico dependendo da topografia da encosta,

ângulo de incidência do eixo do túnel com a encosta, seção do túnel, exigências ambientais.

• O segundo é devido as condições geológicas e hidrogeológicas existentes (tipo de material, estrutura do maciço, grado de alteração do maciço, características geomecânicas, presença de água, etc.).

Com a análise combinada dos fatores acima se deve conseguir uma resposta a uma questão fundamental: Em que ponto deve ser localizado o emboque do túnel de forma mais econômica para o projeto, avançando mais ou menos o emboque? De forma geral e em primeira análise o emboque do túnel deve ser situado quando o espelho ou talude frontal permita uma cobertura de 2 diâmetros sobre a chave do túnel para permitir a formação de arco autoportante no terreno. Logicamente a altura adequada da cobertura dependerá das características do terreno. 2.3.3. Medidas gerais complementares Um aspecto favorável a ser considerado no projeto, quando a topografia permite, é a execução de uma berma de trabalho por cima do emboque do túnel. Os objetivos desta berma são múltiplos: • Serve de plataforma para recepção para eventuais quedas de blocos e

possível escorregamento da encosta, melhorando a seguridade durante a construção e operação do túnel,

• Facilita a execução de tratamentos por cima do túnel (injeções, colunas de CCP, etc.),

• Facilita a instalação de instrumentos de controle. 3 – CONTENÇÕES EXTERNAS DOS TÚNEIS 3.1 – Tipos de contenções 3.1.1. Introdução As contenções têm a finalidade de aumentar a segurança da estabilidade do emboque do túnel, protegendo os taludes e melhorando o confinamento para o emboque.

Pág. 18 de 127

3.1.2. Parede de diafragma Este elemento de contenção é executado em um platô previamente definido para o emboque do túnel podendo ser executado com apenas paredes laterais e/ou também com parede frontal dependendo da unidade construtiva a ser utilizada para escavar o túnel. Dependendo da altura e largura do emboque do túnel a parede de diafragma pode ser atirantada ou apenas travada no pé pela sua ficha e na parte superior por vigas de travamento. Os dimensionamentos de uma parede de diafragma na sua espessura e na necessidade de tirantes dependem dos empuxos aplicados na estrutura (pressão hidrostática, tipo de solo, cargas e sobre cargas laterais). A parede diafragma é executada em lamelas com a utilização de um guindaste e uma concha de corte, sendo feita a estabilidade da cava com a utilização de lama com bentonita.

FERRAMENTA DE CORTE – MECANICA E HIDRAULICA

Pág. 19 de 127

3.1.3. Cortinas atirantadas Os taludes de emboque podem ser estabilizados com a utilização de cortinas atirantadas com metodologia descrita abaixo. Introdução: Sistema de contenção onde o muro de concreto não é muito espesso, pois todo o processo de contenção está a cargo de tirantes de aço ancorados no talude, além da superfície prevista de ruptura. Esta ancoragem tanto pode ser em solo como em rocha. Os tirantes além de serem de aço resistente à corrosão são também recobertos por material tipo epox que impede seu contato de agentes oxidantes, dificultando a corrosão. A ancoragem se dá através da injeção de cimento, que forma um bulbo firmemente preso ao solo. Em casos de ancoragem em rocha, há sistemas que se abrem para se firmarem, a exemplo dos grampos usados pelos escaladores e as buchas que usamos em casa para fixar objetos pesados na parede. Os tirantes possuem comprimentos longos e sua fixação no solo ou na rocha implica no uso de perfuratrizes. Os tirantes são protendidos, de forma a criar uma tensão permanente entre a cortina e o talude. O termo "cortina atirantada" se deve ao fato de que este tipo de contenção é delgado, diferentemente dos grossos muros de arrimo que funcionam devido a seu grande peso. Aplicação: A cortina atirantada é uma técnica recomendada para cortes em terrenos com grande carga a ser contida ou solo que apresenta pouca resistência à sua estabilidade. Execução: O processo de execução segue o sentido descendente, respeitando a retirada do solo em etapas, a fim de não por em risco a estabilidade do solo. No caso de perfis metálicos, a inserção de tirantes dá-se após a cravação dos mesmos. Atirantamento: Processo dividido em quatro etapas: Perfuração, instalação dos tirantes (monobarra ou cordoalha de aço), injeção da nata de cimento e protensão dos tirantes.

Pág. 20 de 127

EXECUÇÃO DE TIRANTES EMBOQUE E CORTINAS LATERAIS

Pág. 21 de 127

CORTINA ATIRANTADA E PAREDE DE DIAFRAGMA

TUNEL RAIMUNTO DE PAULA – LINHA AMARELA - RJ

Pág. 22 de 127

3.1.4. Contenção de emboque com Concreto Projetado e Solo Grampeado

3.1.4.1 Introdução A técnica de solo grampeado vem sendo utilizada, como reforço do solo, desde meados da década de 1970. Já nessa época os franceses tinham desenvolvido técnicas de muros em aterros reforçados com tiras metálicas com face de placas de concreto pré-moldado, conhecidas como “terre armée” (terra armada, também conhecida por aterro armado). Logo em seguida, os franceses desenvolveram também a técnica “terre clouée”, que foi denominada pelos ingleses de “soil nailing”, e que é conhecida no Brasil pelo nome de solo grampeado. 3.1.4.2 Definição de solo grampeado Solo grampeado é um sistema de contenção, aplicado a cortes, que emprega chumbadores, concreto projetado, e drenagem (superficial e profunda). Para sua utilização, é importante que o solo a ser contido apresente coesão permanente não-desprezível. Tem por objetivo a estabilização de taludes de corte, temporária ou permanente. Sua principal característica é a rapidez de execução, e o baixo custo, comparado a obras de contenção equivalentes. A técnica tem aplicação na estabilização de taludes de corte, principalmente nas seguintes condições: maciços a serem cortados, cuja geometria resultante não é estável; taludes existentes com condição de estabilidade insatisfatória; taludes rompidos; escoramento de escavações. 3.1.4.3 Metodologia construtiva A partir do corte executado ou existente, inicia-se a execução da primeira linha de chumbadores, aplicação do revestimento de concreto projetado, execução da drenagem, e assim sucessivamente, até o fundo da escavação. Se o talude já estiver cortado, pode-se trabalhar de forma ascendente ou descendente, de acordo com a conveniência da obra. 3.1.4.4 Modelagem numérica de solos grampeados Para ilustrar aspectos de modelagem numérica de solos grampeados, será apresentado um caso real de projeto e construção, realizado na duplicação de uma rodovia nas proximidades da cidade de São Paulo. Os cálculos preliminares foram executados com o programa Reactiv, desenvolvido pelo Geotechnical Consulting Group, de Londres, Inglaterra. O Reactiv calcula reforço de taludes, em solos grampeados, para quaisquer tipos de solos, em condições drenadas ou não drenadas.

Pág. 23 de 127

São calculados o número de grampos necessários, o seu comprimento médio, e as tensões nas interfaces barra-solo e barra-argamassa. Os cálculos finais e a verificação da estabilidade global da obra foram feitos através do programa FLAC-Slope, desenvolvido pelo Itasca Consulting Group Inc., de Minneapolis, nos Estados Unidos. As análises realizadas serão descritas nos itens a seguir. 3.1.4.5 Perfil Geológico-geotécnico local A tabela 1 mostra o perfil geológico geotécnico no local da contenção em solo grampeado, indicado pelas sondagens.

3.1.4.6 Aspectos de projeto e modelagem numérica Os parâmetros geotécnicos para projeto e modelagem numérica das contenções em solo grampeado foram definidos a partir das sondagens realizadas no local, e de ensaios dilatométricos feitos pela Damasco Penna Engenharia Associados. Os resultados dos ensaios dilatométricos, e sua interpretação, são apresentados nas figuras 1 e 2. As características geotécnicas dos solos em referência são apresentadas a seguir, baseadas em análise das sondagens e ensaios dilatométricos realizados, e em correlações empíricas aplicáveis a este tipo de solo:

Pág. 24 de 127

Figura 1 - Módulo dilatométrico obtido através de ensaio DMT “in situ”

Figura 2 - Coesão não drenada obtida através de ensaio DMT “in situ”

Material I (solo de cobertura) – Representando as camadas mais superficiais c = 15 kN/m2 (coesão) j = 25 graus (ângulo de atrito) g = 16 kN/m3 (peso específico do solo) Material II (solo de alteração em rocha) – Representando as camadas mais profundas c = 35 kN/m2 (coesão) j = 25 graus (ângulo de atrito) g = 18 kN/m3 (peso específico do solo)

Pág. 25 de 127

3.1.4.7 Modelagem numérica do solo grampeado A modelagem numérica do solo grampeado foi realizada com os programas Reactiv e FLAC-Slope, para as seguintes características adotadas no projeto: a) diâmetro do furo: 100 milímetros; b) diâmetro da barra de aço: 20 milímetros; c) espaçamento entre grampos (horizontal): 1,5 metro; d) espaçamento entre grampos (vertical): variável entre 1,5 e 1,65 metro; e) comprimento dos grampos: variável entre 7,5 e 9,5 metros. A figura 3 mostra um exemplo da saída do programa Reactiv.

Figura 3 - Exemplo da saída do programa Reactiv

3.1.4.8 Verificação da estabilidade global Realizou-se uma verificação das condições de estabilidade global do maciço com a contenção de solo grampeado. Considerou-se a mobilização de uma cunha circular de ruptura, envolvendo regiões abrangentes do maciço. Para tanto, utilizou-se o programa de estabilidade de taludes FLAC-Slope, da Itasca Consulting Group. O FLAC-Slope usa a interface gráfica e o cálculo do fator de segurança automático do programa de diferenças finitas FLAC, como o núcleo de um programa novo e mais amigável (“user friendly”), que modela problemas de estabilidade de taludes sob uma grande variedade de condições, como múltiplas camadas de solo, condições gerais de

Pág. 26 de 127

pressão neutra, propriedades variadas de solos heterogêneos, carregamentos superficiais genéricos, e reforços estruturais como grampos. O FLAC-Slope usa o mesmo método de cálculo que o software FLAC, com um ambiente de modelagem simplificado, que oferece ferramentas e facilidades exclusivas para a análise da estabilidade de taludes. O resultado é um programa que oferece modelagem rápida, alta capacidade analítica e obtenção de resultados de forma bastante rápida, simples e expedita. O FLAC-Slope oferece algumas vantagens sobre programas desenvolvidos através do método de equilíbrio limite, como, por exemplo, as superfícies de ruptura se desenvolvem naturalmente; não há a necessidade de se especificar um intervalo de possíveis superfícies de ruptura; e grampos / reforços do terreno (como geotêxteis) são modeladas realisticamente, e não como forças equivalentes. Nas figuras 4, 5 e 6, encontram-se os resultados da análise da estabilidade, feita para a seção do muro de maior altura.

Figura 4 - Grid para modelagem numérica de estabilidade pelo FLAC-Slope

Pág. 27 de 127

Figura 5 - Deformações cisalhantes na superfície de ruptura, e fator de segurança (modelagem numérica de estabilidade pelo FLAC-Slope)

Figura 6 - Forças de tração nos grampos e fator de segurança

(modelagem numérica de estabilidade pelo FLAC-Slope)

Pág. 28 de 127

3.1.4.9 Aspectos construtivos do solo grampeado A documentação fotográfica apresentada neste trabalho ilustra alguns dos principais aspectos construtivos da contenção em solo grampeado, cuja modelagem numérica foi descrita nos itens anteriores. 3.1.4.10 Considerações finais O projeto de contenção em solo grampeado foi analisado empregando recursos de modelagem numérica avançados, como os programas FLAC-Slope e Reactiv. Além das investigações de campo convencionais como sondagens à percussão simples, foram realizados ensaios dilatométricos “in situ” (DMT), que permitiram estimar com maior confiabilidade e precisão os parâmetros de resistência e deformabilidade do perfil geológico-geotécnico local. Tudo isto levou a um projeto mais econômico e seguro, que foi executado sem imprevistos ou acréscimos de quantitativos ou custos, mostrando os benefícios de um projeto detalhado e criterioso para o bom andamento da obra. Referências Artigo Técnico GERSON NASTRI DIRETOR REGIONAL - DR 10, DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM (DER-SP) RODRIGO BES DIRETORIA REGIONAL - DR 10, DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM (DER-SP) ROBERTO KOCHEN PROFESSOR DOUTOR DA ESCOLA POLITÉCNICA DA USP E DIRETOR TÉCNICO DA GEOCOMPANY – TECNOLOGIA, ENGENHARIA & MEIO AMBIENTE

Pág. 29 de 127

4 – CONTENÇÕES INTERNAS DE TÚNEIS DEFINIÇÃO As contenções internas de um túnel são elementos instalados previamente ou durante a escavação da seção do avanço, são consideradas de forma provisória ou definitiva dependendo dos critérios de calculo.

Figura xxx – Ilustração dos Elementos de Suporte do Túnel

Legenda: 1 – Enfilagem 2 – Pregagem de frente 3 – Cambota 4 – Concreto projetado 5 – Chumbadores 6 – Arco Invertido

4.1 – Enfilagem Definição: As enfilagens são elementos estruturais longitudinais, instalados no contorno superior da abobada do túnel formando uma estrutura de proteção que auxilia na sustentação do maciço até a conclusão da instalação dos suportes de primeira fase (cambotas, concreto projetado), estes elementos são executados antes da escavação da região a ser tratada. Usualmente, os elementos utilizados como enfilagens são barras e tubos de aço ou Tubos SCHEDULE, injeções de maciço, colunas de solo cimento tipo jet grouting horizontal - CCPH, entre outros.

Pág. 30 de 127

Site- www.solotrat.com.br

4.1.1 - Enfilagem tubular injetada - manchetada A enfilagem tubular manchetada, consiste de um tubo metálico tipo Schedule 40 de diâmetro 2 1/2” preparado previamente com válvulas para injeção denominadas “Válvulas Manchete” inserido em um furo de diâmetro 4” e

Pág. 31 de 127

execução de injeção de calda de cimento com pressão controlada e em varias fazes, seu cumprimento normal é de 9 a 12m. Passos de execução: 1. Execução do furo com equipamento a roto-percussão com ou sem

revestimento dependendo das características do solo, tomando cuidado para evitar a perda de material por carreamento.

2. Introdução do tubo. 3. Execução da bainha. 4. Execução da injeção de calda de cimento pelas válvulas manchetes

conforme as pressões e quantidade definidas em projeto. 5.1.2 – Enfilagem com Tubo Auto perfurante Esta enfilagem consiste na cravação de um tubo metálico dotado de válvulas para injeção no copo deste e coroa de perfuração perdida para a execução da perfuração. A perfuração pode ser executada com equipamentos de roto percussão.

Pág. 32 de 127

4.1.3 - Enfilagem bulbo contínuo Esta enfilagem consiste na criação de um bulbo contínuo de solo-cimento, similar a uma bainha porém com espessura maior, que, dependendo do espaçamento entre furos, pode ser tornar secante formando uma pré-casca contínua que melhora o confinamento para a seção a ser escavada. Este tipo de enfilagem é uma evolução da enfilagem injetada tomando emprestada a solução de perfuração e injeção do CCPH e seu comprimento pode chegar a 20m sendo o mais comum 12m a 15m. A perfuração é executada por uma máquina perfo-injetora sendo a haste de perfuração do mesmo cumprimento do tratamento a ser feito, na introdução da haste no solo é feito a perfuração com diâmetro de 4”, na retirada da haste é feita a injeção nata de cimento com jatos de radiais a alta pressão (10 a 25MPa) provocando a desagregação do material em contorno do furo e incorporando a calda de cimento. Após a retirada da haste é introduzido um tubo tipo Schedule 40 com diâmetro 2 ½” ou qualquer outro componente (vergalhão, perfil) conforme definição do projeto.

Equipamento para execução de enfilagem Bulbo Continuo e CCPH

4.1.4 - Enfilagem cravada de vergalhão ou cantoneiras A enfilagem cravada de vergalhão ou cantoneira se denomina também como enfilagem “Marcha Avante” e é utilizada para túneis de pequeno diâmetro, seu cumprimento é de 3 a 4m (croquis abaixo) com diâmetro de 1” a 1 ½ “; a grande vantagem é a facilidade e rapidez de execução sendo executado com equipamentos de pequeno porte (perfuratriz de coluna ou rompedor).

Pág. 33 de 127

Foto de artigo Técnico - TÚNEIS ….. E MAIS !

de G. Sauer, Ph.D., P.E., Walter A. Mergelsberg

4.1.5 - Colunas Jet Grounting

4.1.4.1 Introdução O jet grouting é uma técnica de melhoria de solos realizada diretamente no interior do terreno sem escavação prévia, utilizando para tal um ou mais jatos horizontais de grande velocidade (cerca de 250 m/s) e pressão (entre 20 a 45MPa) que aplicam a sua elevada energia cinética na desagregação da estrutura do terreno natural misturando o solo desagregado com calda de cimento, dando origem a um material de melhores características mecânicas do que o inicial e de menor permeabilidade. A sua origem e desenvolvimento, a partir de 1970, deveu-se à necessidade de colmatar a lacuna deixada pelas técnicas de injeção de terrenos no que se refere ao tratamento de solos de reduzidas características mecânicas e de elevada permeabilidade ou heterogêneos em determinadas condições, como por exemplo, as que se verificam em zonas urbanas, para as quais a limitação das perturbações causadas e respectivo controle são condições obrigatórias. O processo físico da técnica de jet grouting envolve as seguintes etapas: • Corte: a estrutura inicial ou nativa do solo é quebrada e as partículas

de solo ou fragmentos do solo são dispersos pela ação de um ou mais jatos horizontais de elevada velocidade e pressão.

• Mistura e substituição parcial: uma parte das partículas ou

fragmentos do solo é substituída e a outra parte é misturada intimamente com a calda injetada a partir dos bicos de injeção.

Pág. 34 de 127

• Cimentação: as partículas e/ou fragmentos de solo junto com a calda

de cimento são aglutinadas entre si, formando um corpo consolidado.

CROQUIS DA EXECUÇÃO DE COLUNAS DE JAT GROUTING

COLUNA DE JET GROUTING – 2,5M

4.1.5.2 - Utilização do Jet grounting em túnel As colunas de Jet Grouting são uti lizadas para melhorar as características do solo no contorno e na frente da seção a ser escavado sendo executadas normalmente em platôs na parte superior do túnel. (detalhes da sua utilização abaixo).

Pág. 35 de 127

COLUNAS DE JG NA ABOBADA, LATERAIS E CONTORNO DA SEÇÃO

COLUNAS DE JG NA ABOBADA

4.1.6 - Colunas de CCPH As colunas de CCPH é uma variante executiva das colunas de JG (Jet Grouting) sendo executado com diâmetros que variam de 0,50m a 0,8m feitos na horizontal sendo utilizado para consolidação e proteção de frente.

Pág. 36 de 127

Utilização de Enfilagem Estrutural Passante - Barrel Vault Method (BVM) em Chicago, Illinois

2004

Pág. 37 de 127

4.2 – Pregagem de frente São elementos estruturais em forma de barras ou tubos, geralmente constituídos de fibras de vidro, tubos de PVC ou aço. São instalados na face frontal de escavação do túnel por meio de cravação ou perfuração e preenchimento com calda de cimento ou resina (ver Figura 1). Sua função é fornecer tensão de confinamento horizontal, aumentando a resistência ao cisalhamento do solo.

Filme

4.3 – Cambotas A cambota é o primeiro elemento de sustentação que é aplicado após a escavação do túnel definido pelo seu passo de avanço; no passado as cambotas eram de madeira, com o avanço da tecnologia e processos construtivos o material mudo para aço, inicialmente em perfil metálico e mais recentemente com treliça, seu conceito de utilização também mudou pois ao se adotar o NATM como processo construtivo sua estrutura é leve para permitir o alívio de tenções do maciço ao contrário do conceito dos outros processos construtivos que considerava a cambota como elemento estrutural dimensionado para grandes carregamentos.

Pág. 38 de 127

As cambotas são instaladas em espaçamento que variam de 0,6m a 1,4m, sendo apoiadas no piso da área escavada com auxílio de placas metálicas e ou de concreto para redistribuição de tensões no solo de fundação. Quando a fundação é constituída por solos de baixa capacidade suporte, as cambotas podem ser apoiadas em dispositivos especiais, como por exemplo, brocas ou microestacas executadas no local.

CA/Parkway_tunnel_construction - 1935

CAMBOTA DE MADEIRA

Pág. 39 de 127

CAMBOTAS EM PERFIL

CAMBOTA TRELIÇADA

4.4 – Revestimentos primários e secundários com concreto projetado O concreto projetado foi inventado nos Estados Unidos no início do século 20, e desde então tem sido usado como uma camada de proteção para corrosão,

Pág. 40 de 127

fogo e também para revestimento e suporte de taludes. Foi usado pela primeira vez como suporte estrutural em 1954, em um túnel de desvio de 8m de diâmetro, em uma usina hidroelétrica austríaca. O nome “New Austrian Tunneling Method - NATM” (Novo Método Austríaco de Túneis) foi reutilizado pelo Prof. Rabcewicz (1964), após ter sido usado para uma modificação do “Método Austríaco de Túneis” no final do século 19. Após algumas aplicações bem – sucedidas em túneis hidráulicos, ferroviários e rodoviários, este método foi adotado pela primeira vez em área urbana em 1968, para uma seção do Sistema de Metrô de Frankfurt, em argila rija. Sua flexibilidade, economia e histórico de segurança excelente levaram, na década de 70, à utilização do NATM em mais de dois terços dos sistemas urbanos de transporte de massa da Alemanha, em mais de 10 grandes cidades, com escavações predominantemente em argila, argila siltosa, siltes, margas moles, e condições similares de solos moles. Nos anos seguintes, grandes cidades em todo o mundo (p.ex., Atenas, Brasília, Calgary, Dallas, Edmonton, Frankfurt/Main, Folkstone, Gotemburgo, Hong Kong, Istambul, Joanesburgo, Kyoto, Lisboa,Londres, Madrid, Nuremberg, Oslo, Paris, Roma, São Paulo, Santiago, Seoul, Tóquio, Ulm(Alemanha), Vancouver, Viena, Washington D.C., Nova York, Zurique), entre muitas outras, foram beneficiadas pelas vantagens deste método. O concreto projetado é o principal elemento de contenção na escavação do túnel pelo processo NATM, pode ser aplicado por via seca ou úmida. A aplicação por via úmida tem crescido consideravelmente devido à exigência cada vez maior dos clientes e projetistas, por que mantém um controle de qualidade melhor com pequenos desvios de resistência. No revestimento de segunda fase é imprescindível a utilização do concreto projetado via úmida, já no revestimento primário a utilização do projetado por via seca, sua utilização ainda é importante principalmente em túneis com bastante infiltração. 4.4.1. Revestimento primário ou revestimento de primeira fase O revestimento primário executado em concreto projetado é considerado como revestimento de sacrifício, sendo dimensionado para permitir o alívio de tensão do maciço e é suficientemente esbelto e resistente para suportar os esforços de acomodação. Dependendo do tipo esforço aplicado e deformações havidas na estrutura e registradas no acompanhamento da instrumentação, sua estrutura pode ser considerada como parte do revestimento definitivo a critério do modelo de calculo. 4.4.2. Revestimento secundário O revestimento secundário pode ser executado em concreto projetado ou concreto moldado e funciona de forma estrutural, responsável por equilibrar os esforços finais na estrutura; para seu dimensionamento é indispensável o mapeamento geológico durante a construção do túnel, procedimento que fornece os dados básicos necessários para aferição do cálculo do projeto

Pág. 41 de 127

executivo. Durante a execução do projeto básico são feitas considerações com a geologia mostrada nas sondagens que nem sempre representa o maciço escavado.

Curva Típica de Endurecimento do Concreto Projetado

e Aplicação do Concreto Projetado Primeira Fase.

4.5 – Tirantes Os tirantes são elementos de sustentação com maior utilização em túneis em rocha sendo normalmente feito com barras ou cabo de aço, podendo funcionar de forma ativa ou passiva dependendo das condições do projeto. O tirante é executado introduzindo uma barra de aço ou cordoalha em um furo previamente executado na rocha com equipamento a roto-percussão, sua fixação ou ancoragem pode ser feita com resinas, argamassas, cunhas, etc. Os tirantes são fixados normalmente de forma radial no contorno da seção de escavação sendo seu espaçamento e comprimento definido pelo tipo de rocha segundo sua classificação, podendo ser utilizado a tabela abaixo dependendo do Índice Q segundo o NGI.

Pág. 42 de 127

Classes de maciço rochoso, de acordo com o Índice de Qualidade (Q), segundo o NGI (1996)

Table 6-6 Types of Rock Bolts

Type Description Illustration

Resin Grouted Rock Bolt

• Additional capacity due to side friction

• develops after setting of the second resin

• Good for soft and hard rocks • Withstands blasting vibrations

Expansion shell rock bolt

• Post grouted expansive bolt • Good for relatively good rocks • Fully grouted • Corrosion protection

Split set stabilizers

• Slotted bolt is inserted into a slightly smaller diameter hole

• Induced radial stress, anchors the system in place by friction

• Mainly for mining, and under mild rock burst conditions

• It slips instead of suddenly failing • Limited load handling

Pág. 43 de 127

Table 6-6 Types of Rock Bolts

Type Description Illustration

Swellex • Length up to 12 m • Hole diameter =32-52 mm • Tensile load= 100 -240 kN • Inflation pressure ≈ 30 Mpa • Instant full load bearing capacity • Fast application • Not sensitive to blasting • Elongation range: 20-30%

Self Drilling Anchor

• Drilling, installation, and injection in one single operational step

• No pre-drilling of a borehole by using a casing tube and extension rods with subsequent anchor installation necessary

• Minor space requirement for anchor installation

• Optimized machinery and manpower requirements

Cablebolt reinforcement

• Primarily used to support large underground structures, i.e mining applications, underground power caverns etc.

• Can handle high loads • Tendons are grouted with

concrete mix • At very high loads the governing

parameter is most often the bond between the tendon and the grout

• Cable capacity is confining stress dependent

Tabela : Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels - Civil Elements 4.6 – Telas metálicas de reforço A tela metálica é um componente estrutural do revestimento do túnel e é utilizada para substituir as armaduras de aço CA 50 tradicionalmente utilizadas, recentemente as telas tem sido substituída por fibras de aço e fibras de polipropileno, dando uma boa dutibilidade ao concreto. Durante a construção da primeira fase do túnel é utilizada como reforço provisório auxi liando nas contenções iniciais.

Pág. 44 de 127

EXEMPLO DE APLICAÇÃO DA TELA METÁLICA

Pág. 45 de 127

4.7 – Arcos invertidos (inverts) O fechamento da cavidade escavada é um das exigências básicas no processo de escavação NATM e a execução do ARCO INVERTIDO atende esta exigência. O arco invertido pode ser definitivo, denominado tecnicamente como “AID”, e provisório “AIP”. O túnel deve funcionar como um tubo fechado. Há grande preocupação em se adequar o método executivo a realidade do maciço de forma a dinamizar a execução, prevendo-se o fechamento do arco invertido em módulos que minimizem as interrupções dos serviços, sem perda do nível de segurança do túnel. A ausência ou o fechamento tardio do arco invertido tem provocado acidentes que vão desde deformações excessivas, ou mesmo ao colapso de frente e teto por deficiência de capacidade de suporte do túnel ou perda da estabilidade do maciço (mostrado abaixo). Muitas vezes o arco invertido que é um elemento fundamental de suporte de túneis em solo, não tem sua real importância, quer no projeto, quer na qualidade executiva: a geometria inadequada, espessuras incorretas, má qualidade do produto aplicado, principalmente quando em concreto projetado e ligações inadequadas (Francis, 1998).

Pág. 46 de 127

5 – SEÇÕES DE ESCAVAÇÃO A geometria definida para as seções de escavação do túnel depende da sua finalidade (túnel rodoviário, ferroviário, hidráulico, reservatório, garagem, cavernas para casa de maquinas, etc.) levando-se em conta os gabaritos mínimos necessários mais a previsão de acomodação do maciço. Com a classificação do maciço determinado pelo RMR segundo Bieniawski, ou o índice “Q” segundo Barton, em função das sondagens realizadas, é feito o primeiro dimensionamento estrutural o qual deve ser aferido com as informações de campo (mapeamento geológico). Como exemplo, a seguir mostramos as seções tipos de um projeto ferroviário, seção Tipo 1 corresponde aos trechos de maciço Classe I conforme definido no projeto de compartimentação ou identificado durante o processo de construção, devendo receber 5 cm de revestimento em concreto projetado. A Seção Tipo 2 corresponde aos trechos de maciço Classe II conforme definido no projeto de compartimentação ou identificado durante o processo de construção e caracteriza-se pela colocação eventual de tirantes esporádicos e aplicação de 10 cm de concreto projetado. A Seção Tipo 3 corresponde aos trechos de maciço Classe III conforme definido no projeto de compartimentação ou identificado durante o processo de construção e caracteriza-se pela instalação de tirantes sistemáticos, aplicação de 15cm de concreto projetado e tela metálica. A Seção Tipo 4 corresponde aos trechos de maciço Classe IV conforme definido no projeto de compartimentação ou identificado durante o processo de construção e caracteriza-se pela instalação de cambotas metálicas com 30cm de concreto projetado com tela metálica sendo aplicado inicialmente nos emboques.

Pág. 47 de 127

Pág. 48 de 127

6 – DRENAGENS DAS ABOBADAS E PAREDES POR “DRAINPACK” O sistema de drenagem “DRAINPACK” funciona como um dreno instalado entre o revestimento primário e secundário, pode ser colocado nas abobadas e pé direitos permitindo a condução d’água de infi ltração ate a canaleta de drenagem.

INSTALAÇÃO DO “DRAINPACK”

APLICAÇÃO DA ARGAMAÇA HPPFRF SOBRE O “DRAINPACK”

Pág. 49 de 127

DETALHE DOS PONTOS PARA CANALETA DA DRENAGEM

7 – DRENAGENS LONGITUDINAIS POR CANALETAS LATERAIS A drenagem longitudinal por caneletas ao longo do túnel funciona como coletor das águas de infi ltração que na fase construtiva do túnel são previamente direcionadas, na foto abaixo podemos verificar a condução das águas antes da execução do revestimento de segunda fase. O dimensionamento da seção da canaleta depende da extensão do túnel. Em túneis rodoviários devem ser isoladas com sifões em determinados trechos (verificar legislação dos bombeiros) para evitar a condução de líquidos inflamáveis em grandes extensões.

DRENAGEM

Pág. 50 de 127

DRENAGEM COM SIFÃO

Pág. 51 de 127

8 – REBAIXAMENTOS DE LENÇOL FREÁTICO O rebaixamento do lençol freático para a escavação de túneis é uma técnica que funciona de forma provisória durante o período de execução das escavações, e deve ser controlada por indicadores de níveis de água INA e pelo resto dos instrumentos de recalque instalados na região das obras, basicamente existem três importantes processos para o rebaixamento: 8.1- Rebaixamento por Gravidade O rebaixamento por gravidade é feito normalmente por DHP(Drenos Horizontais Profundos) que são tubos filtrantes revestidos por geotextil leve ou talas com micro malhas para funcionar como filtro e impedir o carreamento de material da região a ser drenada. Execução: A técnica é relativamente simples sendo que a perfuração do solo é o processo mais complexo. Recomenda-se a perfuração do solo à 10graus de inclinação a fim de facilitar o escoamento, geralmente furos de 1” superior ao diâmetro do Dreno. O Dreno consiste em um tubo de PVC com perfurações e envolto em tela bidin ou similar montado antes da sua instalação à perfuração no solo. A profundidade dos drenos depende de estudos de sondagem do solo.

8.2 – Rebaixamentos por Poços Injetores O rebaixamento por poços injetores ou ejetores é um sistema para se retirar água do subsolo de forma induzida, portanto não gravitacional, através de poços com diâmetros bem pequenos. Esta técnica é utilizada para profundidades entre 6 e 30 metros. Por este sistema, se força a circulação da água através de um bocal previamente conformado para reproduzir um tubo do tipo Venturi, chamado injetor. O sistema funciona como um circuito semi-fechado, no qual a água é impulsionada por bomba centrífuga através de uma tubulação horizontal geral de injeção. Esta tubulação dispõe de saídas para os poços individuais que, por meio de tubos de PVC para injeção, com diâmetros de 25 ou 32 mm, levam a água até o injetor posicionado no fundo do poço. A água inicialmente injetada, depois de passar pelo injetor, é acrescida da água aspirada, que sobe por um tubo de retorno de 32 ou 40 mm até a superfície e

Pág. 52 de 127

daí segue, pela tubulação geral coletora horizontal, para o tubo de descarga acoplado à caixa d’água.

8.3 – Rebaixamentos à Vácuo O rebaixamento por ponteiras a vácuo, ou well point, é um sistema para se retirar água do subsolo de forma induzida, portanto não gravitacional, através de poços com diâmetros bem pequenos. Esta técnica é utilizada para profundidades de até 6 metros.

Maiores detalhes técnicos podem ser consultados no site: www.solotrat.com.br

Pág. 53 de 127

9 – CONTROLES INTERNO E EXTERNO, DEFORMAÇÕES DE CONVERGÊNCIA, RECALQUES – BASE DO NATM.

Em uma escavação subterrânea moralmente o projeto de suporte e revestimento se baseia na experiência, interpretações geológicos, métodos empíricos e cálculos teóricos. Este projeto pode estar longe do ideal, principalmente por que as características do maciço a ser escavado e seu comportamento durante as escavações não são exatamente conhecidas. Além do mais, a natureza dos movimentos e tensões em contorno da escavação pode variar de um ponto a outro, levando o revestimento a funcionar de forma inadequada causando problemas de instabilidade. O processo construtivo NATM preconiza a observação e o acompanhamento durante a escavação do túnel, a instrumentação interna e externa é um dos procedimentos deste acompanhamento, para verificar as deformações da estrutura provisória ou definitiva, existem diversos tipos de instrumento para este fim e devem ser escolhidos de forma criteriosa. 9.1 - Tipos de Instrumentos:

9.1.1 - Referência de nível profundo (Benchmark- MB);

O MB é um instrumento auxiliar que serve de referência e de partida para o nivelamento de outros instrumentos.

Pág. 54 de 127

Pág. 55 de 127

9.1.2 – extensômetro

O extensômetro tem a finalidade de medir os deslocamentos provocados pela acomodação do maciço próximo a região das escavações em diferentes camadas.

Representação gráfica dos dados obtidos por um extensômetro

(Bureau de projetos e Consultoria Ltda.)

Extensômetro

Pág. 56 de 127

9.1.3 – Inclinômetro

São aparelhos que permitem a medição contínua de deslocamentos horizontais ao longo da vertical de uma sondagem em duas direções ortogonais ao longo da profundidade, nas camadas de sub-superfície.

Esquema de instalação de um Inclinômetro (Bureau de Projetos e Consultoria Ltda.)

Pág. 57 de 127

9.1.4 – Deflectômetro

São aparelhos usados para medir movimentos laterais ao longo do eixo de uma sondagem, como zonas de falhas e debilidade do maciço. O sistema pode incorporar um sistema de alarme e ser detectado por sistema remoto a distância.

Pág. 58 de 127

9.1.5 - Piezômetro Pneumático

O Piezômetro Pneumático é utilizado para medir a pressão em um determinado ponto do nível d’água, poro-pressões e subpressões em maciços de terra, taludes e fundações.

Pág. 59 de 127

9.1.6 - Piezômetro tipo Casagrande

O piezômetro tipo Casagrande é utilizado também para medir poro-pressões e subpressões em maciços de terra, taludes e fundações.

Pág. 60 de 127

9.1.7 - Medidores de nível d’água – INA

O INA é um instrumento para medir a variações do nível d’água em uma sondagem, é muito parecido com o piezômetro tipo Casagrande com diferença apenas no material filtrante que, neste caso, preenche toda a parte externa do tubo contra o terreno.

Esquema de instalação do INA

Pág. 61 de 127

9.1.8 – Tassômetros

Os tassômetros são instrumentos instalados para medir recalque profundo e instalados em cotas determinadas pelo projetista.

Esquema para instalação de Tassômetro

Representação gráfica dos dados de um Tassômetro

Pág. 62 de 127

9.1.9 - Placas de Recalque ou Marcos Superficiais – MS

As placas de recalque são instrumento instalado na superfície, normalmente na mesma seção instrumentada pelos tassômetros e medem os recalques na superfície da região das escavações do túnel.

Esquema de instalação de placa de recalque

Gráfico das leituras dos MS

Pág. 63 de 127

9.1.10 - Pinos de recalque

Os pinos de recalque são instrumentos instalados nas estruturas e fundações dentro da área de influência das escavações do túnel, sendo definida sua instalação pela projetista.

Esquema de instalação de um pino de nivelamento

Gráfico das leituras

Pág. 64 de 127

9.1.11 - Marcos para Estação Total

São instrumentos instalados nas estruturas para verificar os deslocamentos por estação total.

Marcos para medição com estação total

Pág. 65 de 127

9.1.12 - Medidor de convergência

O medidor de convergência é um equipamento que mede a corda entre dois pontos pré-definidos; normalmente os pinos de leitura são posicionados em um mesmo plano de leituras e são nomeados como corda C1, C2, C3, C4, C5, etc. dependendo do tamanho da seção de escavação, as distâncias entre as seções instrumentadas depende da classificação do maciço entre mais pobre sua distancia é menor.

Medidor de convergência

Gráfico das leituras do medidor de convergência

Vídeo CAMG

Pág. 66 de 127

10 – ESCAVAÇÕES

10.1 Tipos de Escavações. As escavações de tuneis podem ser executadas de diferentes formas conforme seções tipos já detalhadas no item 05 – Seções de escavação. Conforme a necessidade e devido as condições geológicas e tipos de equipamentos a serem utilizados as seções de escavação podem ser feitas em seção plena ou parcializada.

Pág. 67 de 127

Pág. 68 de 127

10.2 Ciclos de trabalho nas escavações, solo e rocha

Seção Plena Clase II

Atividades

Ciclo Teórico Unidade

Marcação Topográfica 30,00 Min Instalação de equipamento 20,00 Min Perfuração 200,00 Min Carregamento 120,00 Min Detonação/Ventilação 30,00 Min Batida de choco 30,00 Min Limpeza 328,71 Min Concreto Projectado 124,84 Min Tirantes 70,40 Min Total 953,95 Min

MEMÓRIA.

Unidade Duração do ciclo 15,90 Horas Horas trabalhadas por turno 8,00 Horas Numero de turnos 3,00 Unidade Secção de escavação 86,11 m2 Comprimento de perfuração 4,50 Metros Avanço por ciclo 4,05 Metros Eficiência do ciclo 0,80 Unidade Numero de ciclos diário 1,51 Unidade Numero de ciclos por mês 37,74 Avanço diário em metros 5,50 Metros Numero de dias úteis no mês 25,00 Dias Avanço mensal para um frente 137,56 Metros/mês

Filme

Pág. 69 de 127

10.3 Tipos de Equipamentos

JUMBO

‘ CARREGADEIRA

CARREGADEIRA BROYT

Pág. 70 de 127

CARREGADEIRA BROYT

Pág. 71 de 127

CAMINHÃO BASCULANTE

LHD

Pág. 72 de 127

SHIELD PARA SOLO

SHIELD PARA ROCHA - TBM

Pág. 73 de 127

TBM

Filme

Pág. 74 de 127

10.4 Plano de Fogo

Nome dado a um plano de trabalho para a execução de um desmonte de rocha em túnel ou a céu aberto, contendo todas as informações necessárias para sua execução (seção, volume, diâmetro de perfuração, tipo de explosivo, numero de furos, carregamento por tempo de detonação, etc...) Norma

Pág. 75 de 127

CALCULO DO FATOR DE CARGA E PERFURAÇÃO - TÚNEL SEÇÃO PLENA

CARGA DOS FUROS

ESPOLETAS POWERGEL Explosivo Granulado POWERGEL

NO QUANT. 1 1/2X8 1X8 UND KGS. UND. 0 Pilão 2 48,1 2 Pilão 2 48,1 4 Pilão 4 96,2 6 Pilão 4 96,2 8 Pilão 4 96,2

10 Auxiliar 4 32 18,3 12 Auxiliar 4 32 18,3 14 Auxiliar 6 48 27,45 16 Auxiliar 6 48 27,45 18 Auxiliar 6 48 27,45 20 Auxiliar 6 48 27,45 24 Auxiliar 6 48 27,45 28 Zapateira 6 144,3 32 Contorno 10 112,5 36 Contorno 10 112,5 40 Auxiliar 6 48 27,45 48 Auxiliar 6 48 27,45 56 Zapateira 7 168,35 64 Auxiliar 8 64 36,6 72 Contorno 10 112,5 80 Auxiliar 8 64 36,6 90 Contorno 9 101,25

TOTAL 134 1225,45 301,95 438,75 KG. EXPLOSIVO 269,599 301,95 52,65 PESO TOTAL 624,20

DADOS BÁSICOS DO PLANO CARGA DA EMULSÃO 1,83 KG/ML COLUNA DE CARGA DA EMULSÃO OU GRANULADO 2,50 M NUMERO DE CARTUCHOS P/ METRO DO PILÃO 6,5 UND. NUMERO DE CARTUCHOS P/ METRO DO CONTORNO 2,5 TAMPÃO 0,8 M SEÇÃO DE ESCAVAÇÃO 86,11 M2 COMPRIMENTO DE PERFURAÇÃO 4,50 M NO DE PERFURAÇÕES CARREGADAS. 134,00 UN. NO DE PERFURAÇÕES VAZIAS 3,00 UN. DIÂMETRO DE PERFURAÇÃO 45,00 MM. LONG. TOTAL PERFURANDO 630,00 MTS. CORDEL DETONANTE MP10 260 M AVANCE POR FOGO 3,87 MTS. VOLUMEN POR FOGO 333,25 M3

Pág. 76 de 127

CALCULO DO FATOR DE CARGA INDICE DE CARGA = 1,87 KGS./M3 INDICE DE PERFORAÇÃO = 1,89 ML./M3 Powergel 1 1/2"x 8" = 0,81 Kg/m3 Powergel 1 "x 8" = 0,16 Kg/m3 Explosivo Granulado = 0,91 Kg/m3 Espoletas de Retardo não eletricas = 0,40 UN/M3 Cordel NP 10 = 0,78 M/M3 Mantopin 1,4m 0,003001 UN/M3

Pág. 77 de 127

Pág. 78 de 127

10.5 Controle do contorno

Instrodução Na detonação de um túnel ou outro tipo de obra subterrânea, se provoca uma sobre-escavação fora dos limites previstos do desmonte da rocha e um enfraquecimento e alteração do maciço remanescente devido a um deslocamento e fraturamento do mesmo. As conseqüências são o seguinte: - Necessidade de uma limpeza do contorno, ação que coloca em risco o pessoal de operação. - Aumento do custo da carga e transporte devido ao aumento de volumem do material arrancado. - Necessidade de aumento das contenções com tirantes, telas e projetado. - Aumento do custo do revestimento do túnel devido ao aumento de volumem a ser preenchido. - Aumento das águas de infiltração, devido ao aumento das fraturas. - Piora nas condições de venti lação devido ao aumento de atrito do ar nas superfícies rugosas aumentadas. Devido a isto, os esforços da utilização de detonação de contorno(desmonte escultural) nas escavações subterrâneas permitem conseguir economia nos custos e aumento da segurança das obras.

Pág. 79 de 127

As técnicas de detonação de contorno são PRE-CORTE E RECORTE.

PRE-CORTE

RECORTE (AMORTECIDA)

Pág. 80 de 127

11 – CONTROLE SISMOGRAFICO – MEDIDAS DE ONDAS DE CHOQUE EXPLOSIVAS NO CASO DE PROXIMIDADES DE CONSTRUÇÕES OU ABERTURA DE TÚNEIS PARALELOS, CONFORME A DISTANCIA ENTRE EIXOS. 11.1 - Definições

Dentre as principais variáveis correlacionadas com vibração em estruturas e pessoas, a velocidade de vibração de partículas dentro do maciço e a propagação da onda sonora são os parâmetro internacionalmente indicado para correlacionar danos em estruturas e desconforto humano.

Quando um explosivo é detonado em um furo, a energia de detonação provoca uma onda de choque na rocha e regiões adjacentes, 80% desta energia é utilizada para a fragmentação e expulsão da rocha próximo ao furo detonado, de 10% a 20% se transforma em vibração e de 5% a 10% em ondas aérea. À medida que esta onda de choque se desloca, ela gera ondas sísmicas pelo movimento de partículas. A velocidade das partículas deve ser medida para determinar a magnitude da vibração da detonação. Esta medição é feita com a utilização de um sismógrafo de Engenharia

para verificação dos níveis de velocidade de vibração e pressão acústica, em relação a menor distância da estrutura a ser preservada da área de influência em torno da rocha.

11.2 - Processo de Controle de Vibração O processo de controle de vibração consiste em monitorar a velocidade de propagação das ondas de choque, ruído e deslocamento de ar, provocados por detonações de explosivos para desmonte de rochas. O equipamento utilizado para essa verificação é o sismógrafo de engenharia que opera com um geofone triaxial de velocidade de vibração de partículas. É instalado em locais determinados pelo projeto ou por solicitação do cliente. O processo de controle de vibração consiste em, instalar os transdutores de velocidade de vibração de partículas (geofones) nas estruturas sujeitas às vibrações geradas pelo desmonte.

O transdutor de velocidade de vibração de partícula deve ser fixado rigidamente ao terreno objeto da medição. Na impossibilidade de fixação ao solo, deve ser fixado à estrutura, devendo-se observar:

Pág. 81 de 127

a) No caso de superfície rígida, deve-se utilizar gesso ou outro material adesivo que torne o transdutor o mais perfeitamente solidário ao meio de propagação (rocha ou estrutura);

b) No caso de solo, deve-se enterrar completamente o transdutor (spikes), certificando-se de estar em solo firme e original.

O geofone contendo os transdutores deve ser nivelado e orientado conforme a direção da detonação. O microfone deve ser afixado próximo ao geofone e orientado em direção a detonação. 11.3 - Topicos da Norma Brasileira NBR 9653 Guia para avaliação dos efeitos provocados pelo uso de explosivos nas minerações em áreas urbanas – Procedimento

Pág. 82 de 127

Pág. 83 de 127

LIMITES DA NORMA BRASILEIRA 11.4 – Critério de Tolerância as Vibrações, As curvar de reposta humana são todas similares e muito subjetivas, sendo uma mistura de fatores fisiológicos e psicológicos que mudam de pessoa para pessoa.

11.5 – Impactos no ar,

Pág. 84 de 127

A PRESSÃO ACÚSTICA DE PICO DEVE SER MENOR OU IGUAL A ABNT – 134 dBL CETESB – 128 dBL

11.6- Critério para Concreto Curado e Concreto Fresco Um critério muito bem estudado e aplicável principalmente ao concreto com diversas idades é o apresentado a seguir. Limites básicos de vibração para as estruturas permanentes do Seabrook Station Power Plant – fonte: Shock Vibration Effects on Freshly Placed Concrete, By Allen J.Hulshizer, F. ASCE and Ashoq J Desai, M.ASCE – Journal of Construction Engineering and Management, Vol. 110, Nº.2, June, 1984.

Pág. 85 de 127

10.7 – Exemplos

Croquis de um desmonte - Rem: Revista Escola de Minas

Pág. 86 de 127

Exemplo de informações de saída do sismografo

Pág. 87 de 127

Sismografo de Engenharia.

Pág. 88 de 127

12 – VERIFICAÇÃO DOS DIMENCIONAMENTOS POR CÁLCULO ESTRUTURAL (ELEMENTOS FINITOS)

12.1 – Introdução A construção de túneis é uma das obras que apresentam o maior risco na engenharia civil. A variação da geologia no local de implantação é o aspecto de maior relevância e o que traz mais risco de acidentes perante o método construtivo empregado. O pleno entendimento da formação, da pedologia, condições hidrológicas entre outras, e a implicação de tudo isso na construção do túnel é fundamental para a realização de um projeto de sucesso. Dispomos, hoje, de ferramentas de análises numéricas bastante avançadas e de fácil aplicação, utilizadas com o intuito de prever deformações e tensões no maciço, assim com esforços nas estruturas de suporte. A segurança na aplicação destas ferramentas é diretamente proporcional ao maior entendimento da influência dos aspectos geológicos na construção do túnel. 12.2 – Modelagem Um dos modelos mais simples de análise de esforços no suporte de um túnel é o modelo de ações impostas. Neste modelo as ações (peso do maciço, sobrecargas) são impostas sobre o suporte e a reação do maciço pode ser simulada por molas discretas, por métodos analíticos como a teoria da elasticidade e plasticidade ou ainda por algum método numérico como o método dos elementos finitos, método dos elementos de contorno e método das diferenças finitas. Os mais utilizados são a simulação do meio por molas e o método dos elementos finitos.

Figura 1. Modelos de ações impostas

MOLAS

AÇÕES IMPOSTAS AÇÕES IMPOSTAS

MALHA DE ELEMENTOS FINITOS

Pág. 89 de 127

Outro modelo é o de ações espontâneas. Nesta abordagem o maciço é modelado como meio contínuo e trabalha juntamente com o suporte fazendo com que o arqueamento das tensões ocorra naturalmente quando da escavação do túnel. Nos modelos mais sofisticados a escavação é feita de forma evolutiva dentro do modelo, assim as tensões e deformações no maciço e no suporte vão sendo alteradas em cada etapa de escavação.

Figura 2. Modelos de ações espontâneas

12.3 - Modelos Reológicos Os modelos reológicos mais empregados para solos e rochas são o elástico e o alasto-plástico. Deste o mais utilizado é o elasto-plástico com critério de plastificação de Mohr-Coulomb. Outros critérios comumente utilizados são: Druker-Prager, Cam-Clay e Hoek-Brown. No critério de Mohr-Coulomb a plasticidade é alcançada quando um ponto do domínio está submetido a tensões tais que atinge a superfície de plastificação.

Figura 3. Superfície de plastificação de Mohr-Coulomb

Pág. 90 de 127

A utilização deste critério é preferida principalmente por sua facilidade de aplicação, já são necessários apenas o ângulo de atrito e a coesão do material, para que seja aplicada. Os suportes também podem ser modelados com modelos reológicos elásticos ou elasto-plásticos. 12.4 - Programas Comerciais Os programas comerciais mais utilizados para modelagem de túneis e escavações em geral são o Phase2 da Rocscience que utiliza o método dos elementos finitos em análises bidimensionais, Plaxis e Plaxis 3D da Plaxis bv que utiliza o método dos elementos finitos em análises bidimensionais e tridimensionais e o Flac da Itasca que utiliza o método das diferenças finitas em análises bidimensionais. 12.5 - Exemplo de uma memória de calculo utilizando o Plaxis 3D

12.5.1 – Introdução Esta memória de cálculo tem por finalidade apresentar a análise numérica tridimensional da escavação do túnel. A maior parte da sua seção é escavada em maciço de solo compactado que constitui o corpo do aterro da rodovia. Entretanto, uma porção do rebaixo intercepta o terreno natural em solo residual de gnaisse. Além das verificações usuais de tensões e deslocamentos no maciço, é feita também a análise de estabilidade local e global da escavação. O estudo tensão-deformação foi feito pelo método dos elementos finitos num modelo tridimensional evolutivo, o que significa que as implicações decorrentes da seqüência executiva sobre o histórico de tensões do maciço e estrutura de suporte são consideradas nos cálculos.

12.5.2 - Descrição do estudo e hipóteses consideradas Para análise do comportamento do maciço e determinação dos carregamentos atuantes sobre o revestimento, foi empregado o método dos elementos finitos, utilizando-se o Programa Plaxis 3D Tunnel, em sua versão 2.0. Este software é bastante versáti l, possibilitando analisar o problema em fases incrementais ou decrementais de carregamento, permitindo representar fases evolutivas e efetuar alterações paramétricas em todos os materiais intervenientes. Possibilita, além disto, escolher entre diversos modelos

Pág. 91 de 127

constitutivos de comportamento, para melhor representar os materiais em estudo. A análise efetuada foi plana e decremental, para simulação da escavação e aplicação do revestimento interno em concreto, em fases sucessivas. Os materiais foram considerados homogêneos, isotrópicos e elasto-plásticos (a menos do concreto de revestimento, considerado elástico), utilizando-se para o solo o modelo reológico “Hardening Soil” (Schanz, 1998) que melhor representa a condição de descarregamento e recarregamento do maciço na fase de escavação.

12.5.3 - Aspectos geotécnicos

Investigações geotécnicas Além de sondagens a percussão, realizaram-se ensaios de laboratório a partir de três blocos indeformados, que permitiram avaliar as propriedades mecânicas do maciço do ponto de vista de resistência e deformabilidade. Os blocos foram amostrados a profundidades que variaram entre 4m (blocos 1 e 2) e 5m (bloco 3), espaçados ao longo do traçado do túnel. Os ensaios de caracterização resultaram nas curvas granulométricas apontadas nas Figuras 1 a 3. Indicam tratar-se de uma areia siltosa, com fração de argila entre 12% e 18% e si lte entre 20% e 24%.

Figura 1 – Curva granulométrica, bloco 1

Pág. 92 de 127

Figura 2 – Curva granulométrica, bloco 2

Figura 3 – Curva granulométrica, bloco 3

Pág. 93 de 127

Foram retirados três corpos de prova indeformados a partir de cada bloco, para a realização de ensaios triaxiais CU (consolidado não drenado) sob pressões confinantes de 100 kPa, 200 kPa e 400 kPa. As Figuras 4 a 6 ilustram as curvas tensão efetiva versus deformação obtidas dos ensaios.

Figura 4 – Curva tensão x deformação, tensões efetivas, bloco 1

Figura 5 – Curva tensão x deformação, tensões efetivas, bloco 2

Ensaios CU - Bloco 1

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25

ε (%)

Acr

ésci

mo

de te

nsão

axi

al (k

gf/c

m2 )

CP1: 100 kPaCP2: 200 kPaCP3: 400 kPa

Ensaios CU - Bloco 2

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25

ε (%)

Acr

ésci

mo

de te

nsão

axi

al (k

gf/c

m2 )

CP1: 100 kPaCP2: 200 kPaCP3: 400 kPa

Pág. 94 de 127

Figura 6 – Curva tensão x deformação, tensões efetivas, bloco 3

As Figuras 7 a 9 apresentam os círculos de Mohr na ruptura dos corpos de prova de cada bloco, seguidos pelas respectivas trajetórias de tensão.

Ensaios CU - Bloco 3

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25

ε (%)

Acr

ésci

mo

de te

nsão

axi

al (k

gf/c

m2 )

CP1: 100 kPaCP2: 200 kPaCP3: 400 kPa

Pág. 95 de 127

Figura 7 – Círculos de Mohr na ruptura e correspondente trajetória de tensão

Figura 8 – Círculos de Mohr na ruptura e correspondente trajetória de tensão

Pág. 96 de 127

Figura 9 – Círculos de Mohr na ruptura e correspondente trajetória de tensão

12.5.4 Parâmetros geotécnicos Os ensaios realizados possibilitaram a determinação experimental dos parâmetros de resistência e deformabilidade escolhido para representar o maciço de solo escavado. Os valores dos módulos de elasticidade a 50% da tensão desviadora de ruptura (E50) apresentados na Figura 10 foram obtidos a partir da inspeção das curvas tensão x deformação efetivas apresentadas no item anterior. Estes resultados, relacionados com a pressão de confinamento, permitem uma estimativa da variação do módulo de elasticidade com o nível de tensão a que o maciço está submetido, propriedade esta possível de ser considerada pelo modelo hiperbólico “Hardening Soil”.

Pág. 97 de 127

Figura 10 – Módulos de elasticidade a 50% da tensão desviadora de ruptura.

Para os parâmetros de resistência, obtidos a partir da avaliação dos círculos de Mohr na ruptura, adotou-se coesão de 20 kPa e ângulo de atrito de 26,2°. As sondagens disponíveis indicam similaridade de comportamento do ponto de vista geotécnico para o aterro e para o solo residual (valores de Nspt semelhantes), o que levou à adoção dos mesmos parâmetros para ambos os materiais. A Tabela 1 apresenta um resumo dos parâmetros adotados no modelo numérico. Tabela.1 – Parâmetros dos materiais.

Material dry (kN/m3)

wet (kN/m3)

E50 (MPa)

Eur (MPa)

c (kPa)

(°) m Rf

Aterro / SA 15,8 18,5 11 33 20 26,2 0,20 0,51 0,9

onde (ver Figura 11):

• E50 = módulo de deformação para 50% da carga de plastificação;

• Eur = módulo elástico descarregamento/recarregamento; • dry = peso específico do solo seco; • w et = peso específico do solo úmido; • c = coesão do solo; • = â ngulo de atrito do solo; • = coe ficie nte de P ois s on;

Módulo de Elasticidade E50

12

17 18

23

17

28

10

2624

0

5

10

15

20

25

30

100 200 400

Pressão confinante (kPa)

E (M

Pa)

Bloco - 1 (4m, jusante)

Bloco - 3 (5m, eixo-rodovia)

Bloco - 2 (4m, montante)

Pág. 98 de 127

• m = parâmetro de variação da rigidez relativamente à tensão aplicada;

• Rf = relação entre a carga de plastificação adotada e a assíntota de ruptura;

Figura 11 – Curva “tensão / deformação” do modelo HS e principais grandezas.

O revestimento de primeira fase do túnel foi considerado como elemento de barra, elástico-linear, com rigidez definida pelas suas dimensões e características de deformabilidade. Adotaram-se os seguintes parâmetros:

• Módulo de elasticidade: E = 20 GPa • Coeficiente de Poisson: = 0,2 • Peso específico: = 25 kN/m3 •

A rigidez das barras representativas do revestimento foi definida por meio dos valores da rigidez normal (produto EA) e da rigidez à flexão (produto EI), em função de sua espessura. Os parâmetros adotados no modelo estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2 – Parâmetros das barras adotadas no modelo

Espessura (m) EA (kN/m) EI (kNm2/m)

0,15 3,0 x 106 5,6 x 103 0,20 4,0 x 106 1,3 x 104 0,30 6,0 x 106 4,5 x 104

12.5.5 - Fases executivas As fases construtivas do modelo obedeceram a seguinte seqüência:

• Estabelecimento do estado de tensão inicial do maciço, adotando-se k0 = 1-sen;

• Execução da calota do túnel em etapas sucessivas de escavação e aplicação de concreto projetado, até a sua conclusão;

Pág. 99 de 127

• Execução do rebaixo, em etapas igualmente sucessivas de escavação e aplicação de concreto projetado, até a sua conclusão.

12.5.6 - RESULTADOS OBTIDOS NAS ANÁLISES NUMÉRICAS Os estudos efetuados possibilitaram a obtenção de um quadro representativo do estado de tensões e deformações no maciço, permitindo a avaliação da estabilidade da escavação por meio do quadro de distribuição do índice de estabilidade. Este índice é definido como a relação entre os valores da tensão de cisalhamento atuante em cada ponto do modelo e da tensão de cisalhamento máxima (correspondente ao círculo de Mohr tangente à envoltória de ruptura, mantida constante a tensão normal média do estado de tensão no ponto considerado – ver Figura 12). Na plastificação, apresenta valor unitário.

maxτττ =rel

Figura 12 – Esquema das tensões consideradas no cálculo do índice de estabilidade (rel). Para apresentação dos resultados, foram escolhidas duas fases intermediárias do modelo evolutivo em cuja configuração se observam as diversas etapas construtivas da obra, quais sejam:

• Seção do túnel não escavada;

• Frente de escavação da calota;

• Seção com calota escavada e revestida, com recalques estabilizados;

• Frente de escavação do rebaixo;

• Seção final com rebaixo escavado e revestido, com recalques

estabilizados.

Pág. 100 de 127

Fase 10: escavação da calota

Figura 13 – Vista geral da malha de elementos finitos

Figura 14 – Malha deformada, com deslocamentos amplificados em 20 vezes.

Tratamento da frente por pregagens

Enfilagens

x

y

z

Pág. 101 de 127

Campos de deslocamentos

Figura 15 – Deslocamentos verticais (máximo de -64 mm).

Figura 16 – Vista lateral dos deslocamentos verticais (máximo de -64 mm).

Pág. 102 de 127

Figura 17 – Vista superior dos deslocamentos verticais (máximo de -64 mm).

Figura 18 – Vista frontal dos deslocamentos verticais (máximo de -64 mm).

Pág. 103 de 127

Figura 19 – Deslocamentos horizontais no eixo x (máximo de 22 mm).

Figura 20 – Vista superior dos deslocamentos horizontais no eixo x (máximo de 22 mm).

Pág. 104 de 127

Figura 21 – Vista frontal dos deslocamentos horizontais no eixo x (máximo de 22 mm).

Figura 22 – Deslocamentos horizontais no eixo z (máximo de 24 mm).

Pág. 105 de 127

Figura 23 – Vista superior dos deslocamentos horizontais no eixo z (máximo de 24 mm).

Figura24 – Vista lateral dos deslocamentos horizontais no eixo z (máximo de 24 mm).

Pág. 106 de 127

Figura 25 – Vista frontal dos vetores dos deslocamentos totais.

Figura 26 – Vista lateral dos vetores dos deslocamentos totais.

Pág. 107 de 127

Campos de tensões

Figura 27 – Pontos localizados de plastificação por Mohr-Coulomb junto ao apoio da calota, na seção revestida da calota onde os recalques já se encontram estabilizados.

Figura 28 - Índice de estabilidade, indicando a plastificação localizada junto à frente.

Pág. 108 de 127

Figura 29 – Vista de corte pela seção em escavação, que não indica pontos de plastificação por Mohr-Coulomb.

Figura 20 - Índice de estabilidade, indicando o aumento das tensões de cisalhamento na região próxima à frente, como conseqüência do alívio de tensões verticais decorrentes da escavação.

Pág. 109 de 127

Fase 30: escavação do rebaixo

Figura 21 – Vista geral da malha de elementos finitos

Figura 22 – Malha deformada, com deslocamentos amplificados em 20 vezes.

Frente de escavação do

rebaixo.

x

y

z

Escavação da calota

concluída.

Pág. 110 de 127

Campos de deslocamentos

Figura 23 – Deslocamentos verticais (máximo de -107 mm).

Figura 24 – Vista lateral dos deslocamentos verticais (máximo de -107 mm).

Pág. 111 de 127

Figura 25 – Vista superior dos deslocamentos verticais (máximo de -107 mm).

Figura 26 – Vista frontal dos deslocamentos verticais (máximo de -107 mm).

Pág. 112 de 127

Figura 27 – Deslocamentos horizontais no eixo x (máximo de 33 mm).

Figura 28 – Vista superior dos deslocamentos horizontais no eixo x (máximo de 33 mm).

Pág. 113 de 127

Figura 29 – Vista frontal dos deslocamentos horizontais no eixo x (máximo de 33 mm).

Figura 30 – Deslocamentos horizontais no eixo z (máximo de 12 mm).

Pág. 114 de 127

Figura 31 – Vista lateral dos deslocamentos horizontais no eixo z (máximo de 12 mm).

Figura 32 – Vista frontal dos vetores dos deslocamentos totais.

Pág. 115 de 127

Figura 33 – Vista lateral dos vetores dos deslocamentos totais.

Campos de tensões

Figura 34 – Pontos de plastificação por Mohr-Coulomb praticamente inexistentes em corte junto à seção final.

Pág. 116 de 127

Figura 35 - Índice de estabilidade, indicando mobilização do maciço no apoio da calota.

Figura 36 – Vista de corte pela seção em escavação, que indica pontos localizados de plastificação por Mohr-Coulomb, junto ao apoio da calota.

Pág. 117 de 127

A visualização da estrutura de suporte foi desabilitada a fim de permitir a apreciação dos resultados.

Figura 37 - Índice de estabilidade, indicando o aumento das tensões de cisalhamento na região próxima à frente, como conseqüência do alívio de tensões decorrentes da escavação. A visualização da estrutura de suporte foi desabilitada a fim de permitir a apreciação dos resultados.

11.5.7 – Conclusões A análise numérica tridimensional realizada pelo método dos elementos finitos com o auxílio do programa computacional Plaxis 3D Tunnel permitiu as seguintes conclusões:

• A escavação do túnel apresenta níveis adequados de estabilidade, tanto do ponto de vista global quanto local. Isto pode ser verificado observando-se as figuras referentes aos índices de estabilidade e pontos de plastificação apresentadas.

• A frente de escavação, além do tratamento com pregagens, dispõe do núcleo central, que colabora substancialmente para a segurança contra instabilizações nesta região.

• A ausência de percolação de água, uma vez que o nível freático encontra-se abaixo da escavação, contribui para a preservação das propriedades mecânicas do maciço, não tendo sido necessário considerar a degradação do maciço escavado.

• Os recalques calculados encontram-se em níveis coerentes com aqueles esperados para túneis escavados com baixa cobertura.

Pág. 118 de 127

13 - ATO – Acompanhamento Técnico de Obra 13.1 – Introdução

O procedimento para o Acompanhamento Técnico de Obra é um dos pilares de sustentação para o sucesso de um empreendimento somado com a experiência de um construtor e projetista. O ATO deve estar ligado a Supervisão da obra sendo uma ponta avançada do projetista.

As três colunas do sucesso do Empreendimento

Opinião do Dr. G. Sauer, Ph.D., P.E., Walter A. Mergelsberg no artigo TÚNEIS ….. E MAIS ! traducido pela Geocompany.

Pág. 119 de 127

13.2 – Considerações

O Acompanhamento técnico de obra (ATO) é de fundamental importância para a verificação e validação das premissas técnicas adotadas no projeto executivo de estruturas subterrâneas. Em função das condições locais, o ATO poderá promover ajustes necessários ao projeto executivo, uma vez que as condições de implantação nunca são totalmente previsíveis devido a possibilidade de variação do maciço escavado, o que pode influenciar significativamente as premissas e hipóteses adotadas no projeto. Para orientar o trabalho de ATO, o profissional deverá conhecer, claramente, todas as particularidades do Projeto Executivo desenvolvido, que subsidiem suas atividades, ou seja, informações relevantes que propiciem a tomada de decisões ao longo da obra, tais como:

• Os principais aspectos do maciço, previamente identificados, como propriedades e comportamentos, níveis d’água etc;

• As hipóteses e considerações do projeto referentes à

execução dos tratamentos de maciço, parcializações, aplicação de drenagens e demais itens que dependam de alguma confirmação de campo para serem executados;

• Os principais mecanismos de instabilizações potenciais

considerados, que possam ocorrer durante a obra;

• Eventuais pontos críticos de passagem do túnel, tais como: proximidades com fundações, galerias, cabos energizados etc.

• Condições contratuais.

Nos casos em que sejam constatadas discordâncias entre as premissas inicialmente adotadas no projeto e o observado nas escavações, o ATO deverá informar a projetista, de maneira que essa possa avaliar a situação e, se for o caso, propor mudanças na metodologia construtiva. Qualquer mudança na metodologia construtiva deverá ter anuência do Cliente e deve ser registrada com a emissão de documento complementar de projeto.

13.3 – Responsabilidades e atribuições do ATO

O serviço de Acompanhamento Técnico de Obra é recomendado ser de responsabilidade da projetista contratada para o desenvolvimento do Projeto Executivo e deverá exercer as seguintes atribuições básicas:

Pág. 120 de 127

• Observar as condições de frente e de escavação quanto à adequação do método construtivo às condições locais;

• Acompanhar a frente de escavação efetuando mapeamento geológico e

geotécnico da frente da escavação, confrontando os resultados com o previsto e efetuando as revisões no projeto, quando necessárias, principalmente nas seções que antecedam as paradas para execução de condicionamento do maciço (enfilagens, jet grouting, drenos subhorizontais, pregagens, etc);

• Verificar a adequabilidade de operação e eficiência dos sistemas de

tratamento de maciço utilizados, como por exemplo pressão de vácuo dos DHPs, alinhamento das colunas de JG, diâmetro das mesmas etc;

• Promover a devida adaptação do método construtivo em acordo com o

Cliente, Projetista e o Executor;

• Interpretar a instrumentação geotécnica com o objetivo de identificar

comportamento ou tendência de evolução das deformações que possam comprometer a segurança da escavação e a produção da obra, e relacionar os fatos ao mapeamento de frente e aos eventos ocorridos durante a escavação, tais como paradas eventuais de escavação, chuvas, atrasos na execução dos condicionamentos e do revestimento de 1a fase, desplacamentos localizados e outras ocorrências não previstas;

• Gerar croqui com a seção de escavação e adequação das posições de

execução dos tratamentos e drenagens, face ao mapeamento de frente, a fim de servir como orientação ao executor. A seção esquemática deverá compor uma Instrução Complementar de Serviço – ICS que deverá ser entregue ao executor um dia antes do início do tratamento e deverá ter anuência do Cliente. Tal ICS deverá ser incorporada ao Relatório Mensal de ATO;

• Elaborar seção longitudinal de acompanhamento com indicação das

progressivas diárias para os túneis em escavação, de forma a mantê-la atualizada e em local visível e de fácil acesso na obra e propiciar a elaboração do “as bui lt” da seção longitudinal;

• Realizar, inspeção e avaliação das estruturas lindeiras, pavimentos e

utilidades enterradas, frente ao comportamento do maciço escavado, de forma a detectar eventuais anomalias nestas estruturas, além das já detectadas na vistoria cautelar, que possam ocasionar situações de risco nestas ou na obra em execução;

Pág. 121 de 127

• Implementar metodologia de acompanhamento das escavações

subterrâneas com uti lização de alguns parâmetros de controle, além de recalques previstos no projeto, tais como: perda de solo, distorções transversais e longitudinais, Parâmetro U (Arsênio,1988), IDL - Índice de Distorção Longitudinal (Negro&Kochen-1985) e/ou outros que a Consultoria considere importante;

• Ajustar os níveis esperados de recalques, de atenção e alerta, em

função dos resultados das leituras de instrumentação já realizadas (medidas de recalque, convergência, distorção para danos em imóveis e utilidades públicas etc) e da geometria na região de influência da escavação e da influência, não prevista, do rebaixamento do nível d'água;

• Manter o Cliente, projetista e construtor atualizada quanto às condições de frente, através do envio diário de fotos digitais via correio eletrônico, e aos aspectos relevantes da execução, bem como relatos de situações de comportamento anômalo da instrumentação.

Pág. 122 de 127

14 – IMPERMEABILIZAÇÃO, VENTILAÇÃO E COMBATE A INCENDIO. A necessidade de impermeabilizar, venti lar, iluminar e prevenir contra

incêndio depende do tipo de utilização do túnel, as necessidades acima são aplicadas principalmente em túneis rodoviários, ferroviários, estacionamentos e onde sua aplicação atenda a movimentação de pessoas.

14.1 – Impermeabilização.

A impermeabilização das estruturas subterrâneas é um fator fundamental para sua durabilidade(túnel tem previsão de durabilidade de 100 anos), conforto e proteção dos implementos instalados. A impermeabilização do túnel pode ser tipo total(submarino) ou parcial(guarda chuva), existem diversos tipos de processos e materiais a serem utilizados para o atendimento necessário.

• Mantas – As mantas são aplicadas entre o revestimento primário e o secundário.

• Pinturas em expôs ou similar – Estas pinturas são

aplicadas também entre o revestimento primário e o secundário.

• Aditivos cristalizantes – Estes produtos são aplicados na

massa de concreto com a finalidade de diminuir a permeabilidade.

14.2 – Ventilação.

14.2.1 - Tipo de ventilação. Em túneis para veículos se utilizam normalmente quatro tipos de ventilação dependendo das características de longitude e intensidade do tráfego. Os quatro sistemas são: ventilação natural, longitudinal, semi-transversal e transversal, podendo existir túneis com sistemas mistos. Túneis para veículos e metrôs requerem sistemas de ventilação que forneçam uma vazão de ar variável compatível com as condições de tráfego e que possam se manter em operação durante situações de emergência.

Pág. 123 de 127

• Ventilação natural. A venti lação natural consiste em deixar que a própria circulação natural do ar se encarregue de retirar os gases do túnel.

• Ventilação longitudinal. A ventilação longitudinal é aquela que se força a circulação natural do ar ao longo do túnel por meio de jato ventilador. Por uma das bocas entra o ar fresco e pela outra sai o ar viciado. O sentido de circulação do ar é conveniente que coincida com o da circulação dos veículos quando o túnel é uni direcional para aproveitar o efeito pistão que eles produzem. A ventilação é normalmente reversível, especialmente em túneis bidirecionais. A vazão máxima recomendada é de 10m/s.

Pág. 124 de 127

• Ventilação semi-transversal.

Em a ventilação semi transversal, o ar fresco o é obtida do exterior do túnel por meio de jato ventiladores e sua circulação normalmente é feita em um conduto situado dentro da seção do túnel distribuindo o ar por meio de difusores situados a intervalos definidos pelo cálculo da ventilação. O ar viciado circula pelo próprio túnel a uma velocidade máxima de 10m/s sai ao exterior pela própria boca. Os ventiladores devem ser reversíveis com o objetivo de retirar os gases do túnel em casso de incêndio.

Pág. 125 de 127

CASA DE MAQUINAS

• Ventilação Transversal.

A venti lação transversal é o sistema de venti lação mais complexo e caro, sendo o mais seguro e permite uma extensão maior de ventilação e maior intensidade de trafego. Tanto o ar fresco como o ar viciado circulam ao longo do túnel por um conduto situado normalmente no teto do túnel.

Pág. 126 de 127

14.3 Combate a Incendios Rede de Hidrantes e Extintores:

• Tubulação; • Reservatório; • Sistema de Bombas (ou por gravidade); • Sistema de Hidrantes • Mangotinho

Pág. 127 de 127