Geotechnical aspects of tunnel design and construction

UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
A GEOTECNIA NA CONCEPÇÃO, PROJECTO
E EXECUÇÃO DE TÚNEIS EM MACIÇOS ROCHOSOS
Mário José Nascimento Bastos
(Licenciado)
Dissertação para obtenção do grau de
Mestre em Georrecursos – Área de Geotecnia
Orientador: Carlos A. J. V. Dinis da Gama (Professor Catedrático, IST, UTL)
Co-Orientador: José J. R. Delgado Muralha (Doutor, Investigador Auxiliar do LNEC)
JÚRI
Carlos A. J. V. Dinis da Gama (Professor Catedrático, IST, UTL)
António Diogo Pinto (Professor Associado com Agregação, IST, UTL)
José E. T. Quintanilha de Menezes (Professor Auxiliar, FE, UP)
José J. R. Delgado Muralha (Doutor, Investigador Auxiliar do LNEC)
JUNHO DE 1998

“A Ciência permanecerá sempre a satisfação do
desejo mais alto da nossa natureza, a curiosidade;
fornecerá sempre ao Homem o único meio
que ele possui de melhorar a própria sorte”.
Renan, O Futuro da Ciência.

I
A GEOTECNIA NA CONCEPÇÃO, PROJECTO
E EXECUÇÃO DE TÚNEIS EM MACIÇOS ROCHOSOS
RESUMO
O presente trabalho aborda a diversidade de contribuições da geotecnia para a engenharia de
obras subterrâneas, com especial destaque para a sua concepção, projecto e execução.
São focados os principais aspectos da prospecção geotécnica, no que se refere às técnicas e
aplicações. São abordados, igualmente, os aspectos geotécnicos relacionados com o Projecto
de uma obra subterrânea, bem como os diferentes critérios de escavabilidade de maciços
rochosos e métodos de escavação. Referem-se as opções e critérios de dimensionamento dos
suportes.
É dado especial realce às técnicas e equipamentos de observação e instrumentação de túneis, e
a sua importância no controlo de uma escavação subterrânea, bem como aspectos
relacionados com a segurança e salubridade, de forma a atingir a pretendida qualidade da
obra.
Uma vez tratados estes conceitos, é feita a descrição do acompanhamento geotécnico da
abertura de túneis de um interceptor localizado nos arredores de Lisboa, acompanhamento
esse que permitiu validar e aperfeiçoar as soluções de projecto, com a intervenção da
geotecnia a nível da escavabilidade, da monitorização da estabilidade, do suporte primário e
do revestimento definitivo.

II
GEOTECHNICS IN THE CONCEPTION, DESIGN
AND CONSTRUCTION OF TUNNELS IN ROCK MASSES
ABSTRACT
The work deals with the diversity of geotechnical contributions to the Engineering of
Underground Workings, with special reference to their conception, design and execution.
The most relevant aspects of geotechnical prospecting activities, involving techniques and
applications, are described. Further geotechnical contributions to the design phase are
emphasised, covering not only excavation methods and excavability of rock masses, but also
support assessment criteria. Particular importance is ascribed to the utilisation of geotechnical
monitoring systems for the control of tunnel stability, as well as to contributions for health
and safety of human labour, in order to reach the desired quality of these workings.
A description of the geotechnical assistance to a long tunnel recently built in the vicinity of
Lisbon is provided, which has validated and improved design solutions, in the domains of
excavability, stability monitoring, primary support and permanent lining.

III
PALAVRAS CHAVE
Túneis
Geotecnia
Geomecânica
Concepção
Projecto
Execução
Constrangimentos
KEY WORDS
Tunnels
Geotechnics
Geomechanics
Conception
Design
Construction
Constraints

IV
AGRADECIMENTOS
Quando se realiza um trabalho desta índole, apercebemo-nos da importância concreta de quem nos
apoia, a todos os níveis.
À JNICT - Junta Nacional de Investigação Científica e Tecnológica, pela bolsa conferida nestes dois
anos de mestrado.
À Administração da SANEST S.A., que me permitiu o estudo e acompanhamento da construção dos
túneis do Interceptor Jamor-Laje (2ª Fase).
À Administração e técnicos da HIDROPROJECTO S.A. e da HIDROMINEIRA, Lda, pela disponibilização
de meios humanos e materiais, bem como pela importante colaboração prestada, nomeadamente ao
Prof. C. Dinis da Gama (HIDROMINEIRA) e ao Engº Garrido Baptista (HIDROPROJECTO), bem como ao
Engº José Emílio da Silva (CONSULMAR) e a toda a equipa da Assessoria Técnica à SANEST S.A..
Aos técnicos envolvidos na obra em estudo, nomeadamente o Sr. José Paiva (FBO), Dra. Filomena
Gonçalves (CÊGÊ) e Engº Paulo Cerqueira (EPOS), pela disponibilização de dados e pelas
informações específicas relativas às suas actividades.
Aos docentes e funcionários do Departamento de Engenharia de Minas do Instituto Superior Técnico,
nomeadamente a Profª Matilde Costa e Silva e o Prof. Rui Couto, pelo seu apoio e encorajamento.
Aos meus colegas e amigos, Engª Patrícia Falé e Costa, Engº Pedro Bernardo e Engº Humberto
Guerreiro pelos constantes incitamentos e valiosos auxílios, e pela amizade que me demonstraram no
decorrer deste projecto.
À minha colega e amiga Engª Alexandra Borges, a quem muito fico a dever, pelo apoio e amizade e
pela inestimável ajuda e pareceres técnicos.
Ao meu co-orientador, Engº José Muralha (LNEC), pelo precioso auxílio e orientação, tanto nos seus
pareceres e conselhos como na gentil cedência dos seus elementos técnicos.
Ao meu orientador, Prof. Carlos Dinis da Gama, cuja colaboração, apoio técnico e humano, orientação
e empenho foram inexcedíveis. A ter valor, este trabalho deve-o fundamentalmente a ele.
Aos meus amigos e à minha família, principalmente aos meus pais, que suportaram incansavelmente
esta minha fase de alheamento, auxiliando-me e apoiando-me em tudo o que necessitei.
Os agradecimentos nominais têm o inconveniente de não incluírem todos os que colaboram, sob o
risco de tornarem este elemento numa longa e fastidiosa lista. Se estes agradecimentos omitiram
alguém, trata-se apenas um lapso no papel, o autor tem bem presente o apoio e as valiosas
contribuições de todos vós.

ÍNDICE GERAL
V
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................................1
1.1. PREÂMBULO .......................................................................................................................1
1.2. CONTEÚDO DO TRABALHO.............................................................................................2
2. PROSPECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA...........................................................4
2.1. PLANEAMENTO E MÉTODOS DE PROSPECÇÃO .........................................................4
2.1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS .............................................................................................4
2.1.2. RECONHECIMENTO PRELIMINAR ..................................................................................6
2.1.3. PROSPECÇÃO DE CAMPO...............................................................................................8
2.1.4. CARACTERIZAÇÃO COMPLEMENTAR..........................................................................12
2.2. RELATÓRIO GEOTÉCNICO.............................................................................................15
2.2.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ...........................................................................................15
2.2.2. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO TERRENO ..........................................................15
2.2.3. AVALIAÇÃO DOS CONDICIONALISMOS GEOTÉCNICOS ...............................................20
2.3. CARACTERIZAÇÃO SISTEMÁTICA “IN SITU”............................................................21
3. CONSIDERAÇÕES AO PROJECTO DE ENGENHARIA EM TÚNEIS..................................25
3.1. FASES DE PROJECTO.......................................................................................................25
3.1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ...........................................................................................25
3.1.2. ESTUDO PRÉVIO .........................................................................................................28
3.1.3. PROJECTO BASE .........................................................................................................29
3.1.4. PROJECTO DE EXECUÇÃO...........................................................................................30
3.2. CONSTRANGIMENTOS AO PROJECTO ........................................................................32
3.3. CONSTRANGIMENTOS NA EXECUÇÃO ......................................................................33
4. ESCAVAÇÃO EM MACIÇOS ROCHOSOS.............................................................................35
4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS .............................................................................................35
4.2. CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE ...............................................................................36
4.2.1. DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE...................................36
4.2.1.1. Introdução........................................................................................................36
4.2.1.2. Método de Franklin et al..................................................................................38
4.2.1.3. Método de Kirsten ...........................................................................................39
4.3. MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO...........................................................................................40
4.3.1. CONDICIONALISMOS NA SELECÇÃO DO MÉTODO DE ESCAVAÇÃO .............................40
4.3.2. ESCAVAÇÃO COM EXPLOSIVOS..................................................................................43
4.3.2.1. Condicionantes Gerais.....................................................................................43
4.3.2.2. Utilização de Explosivos .................................................................................44
4.3.2.3. Danos Causados ao Maciço .............................................................................47
4.3.2.4. Segurança e Manuseamento de Explosivos.....................................................49
4.3.3. ESCAVAÇÃO MECÂNICA ............................................................................................52
5. SUPORTE DE MACIÇOS ROCHOSOS ....................................................................................55
5.1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................55
5.2. MÉTODOS DE SUPORTE PRIMÁRIO.............................................................................59
5.2.1. DIMENSIONAMENTO DE SUPORTES .............................................................................59
5.2.1.1. Considerações Gerais.......................................................................................59
5.2.1.2. Classificações Geomecânicas ..........................................................................60
5.2.1.3. Curvas de Resposta do Terreno .......................................................................68
5.2.1.4. Métodos Computacionais ................................................................................72
5.2.2. CONSIDERAÇÕES SOBRE OS TIPOS DE SUPORTE PRIMÁRIO.........................................73
5.3. CONSIDERAÇÕES SOBRE O SUPORTE SECUNDÁRIO..............................................76

ÍNDICE GERAL
VI
5.4. ASPECTOS CONSTRUTIVOS – O NOVO MÉTODO AUSTRÍACO .............................78
6. OBSERVAÇÃO E QUALIDADE DA OBRA............................................................................81
6.1. PLANEAMENTO E ORGANIZAÇÃO ..............................................................................81
6.2. INSTRUMENTAÇÃO DOS TRABALHOS.......................................................................82
6.2.1. OBJECTIVOS DA INSTRUMENTAÇÃO...........................................................................82
6.2.2. MEDIÇÕES E EQUIPAMENTOS DE AUSCULTAÇÃO.......................................................85
6.2.3. PRINCIPAIS ACTIVIDADES DE OBSERVAÇÃO GEOTÉCNICA.........................................87
6.2.3.1. Cartografia Geotécnica ....................................................................................87
6.2.3.2. Medição de Convergências..............................................................................88
6.2.3.3. Amostragem e Monitorização dos Elementos de Suporte ...............................90
6.3. CONTROLO DE IMPACTES .............................................................................................90
6.3.1. VIBRAÇÕES RESULTANTES DE DETONAÇÕES .............................................................90
6.3.2. RUÍDO RESULTANTE DE DETONAÇÕES .......................................................................93
6.3.3. ASSENTAMENTOS SUPERFICIAIS.................................................................................95
6.3.4. OUTROS IMPACTES .....................................................................................................96
6.4. SEGURANÇA E SALUBRIDADE.....................................................................................97
6.5. ASSESSORIA GEOTÉCNICA ...........................................................................................99
6.6. CONTROLO DE QUALIDADE DA OBRA.....................................................................100
6.6.1. ASPECTOS TÉCNICOS DO CONTROLO DE QUALIDADE...............................................100
6.6.2. CONDICIONALISMOS NA QUALIDADE DA OBRA........................................................101
6.7. RELATÓRIO DE EXECUÇÃO DE TÚNEIS...................................................................103
7. ESTUDO DOS TÚNEIS DO INTERCEPTOR JAMOR-LAJE (2º FASE) ..............................105
7.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................105
7.2. DESCRIÇÃO DOS TRABALHOS DE PROSPECÇÃO ..................................................109
7.3. DESCRIÇÃO DO PROJECTO..........................................................................................116
7.4. FISCALIZAÇÃO DA OBRA ............................................................................................119
7.5. ASSESSORIA TÉCNICA AO DONO DE OBRA............................................................120
7.6. ESCAVAÇÃO DOS MACIÇOS .......................................................................................121
7.6.1. MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO .......................................................................................121
7.6.2. CARREGAMENTO, TRANSPORTE E DEPOSIÇÃO DE ESCOMBROS ...............................127
7.6.3. OPERAÇÕES ACESSÓRIAS .........................................................................................129
7.7. SUPORTE DOS TÚNEIS..................................................................................................130
7.7.1. SUPORTE PRIMÁRIO DOS TÚNEIS E DAS FRENTES .....................................................130
7.7.2. REDIMENSIONAMENTO DO REVESTIMENTO FINAL...................................................133
7.8. DESEMPENHO E QUALIDADE FINAL DA OBRA......................................................134
7.8.1. MONITORIZAÇÃO E ACOMPANHAMENTO DA OBRA..................................................134
7.8.1.1. Descrição Geral..............................................................................................134
7.8.1.2. Controlo da Influência sobre o Meio.............................................................135
7.8.2. SEGURANÇA E SALUBRIDADE...................................................................................140
7.9. CONCLUSÕES..................................................................................................................141
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................................142
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................143

ÍNDICE DE FIGURAS
VII
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Fases de caracterização geotécnica de uma obra subterrânea (adaptado de
Galera Fernández[58]
, 1997). ...........................................................................................5
Figura 2 - Fluxograma das actividades de prospecção, projecto e execução..................................19
Figura 3 - Túnel piloto na escavação de uma obra subterrânea (adaptado de
AFTES[1]
, 1996)............................................................................................................24
Figura 4 - Fluxograma das etapas de projecto em obras públicas (baseado em Porto
Editora[142]
, 1995). ........................................................................................................27
Figura 5 - Classificação da escavabilidade de maciços rochosos, segundo Franklin et
al. (adaptado de Franklin et al, 1971, in López Jimeno e Díaz Méndez [98]
,
1997).............................................................................................................................38
Figura 6 - Vários métodos de desmonte em secções parciais (baseado em Juncà
Ubierta[87]
, 1997 e Pereira[135]
, 1996)............................................................................42
Figura 7 - Jumbo hidráulico de três braços para perfuração em subterrâneo (adaptado
de Ferrocemento[55]
, s.d.). .............................................................................................44
Figura 8 - Zonas de um diagrama de fogo tipo num desmonte subterrâneo. ..................................45
Figura 9 - Diagramas de fogo tipo para desmonte subterrâneo. A – Caldeira em leque
(ou italiana); B - Caldeira em V; C – Caldeira cilíndrica (adaptado de
Langefors et al[92]
, 1976). .............................................................................................46
Figura 10 - Zona de rocha fracturada numa detonação.....................................................................47
Figura 11 - Condições para obter uma espessura uniforme do dano na rocha da
periferia de um túnel (adaptado de Holmberg[83]
, 1982)...............................................49
Figura 12 - Magnitude na zona fracturada para diferentes tipos de explosivos
(adaptado de Finnrock Ab[56]
, s.d.). ..............................................................................49
Figura 13 - A - Tuneladora sem escudo (adaptado de Fernandéz Gonzaléz[53]
, 1997);
B - Tuneladora com escudo (adaptado de Gallerie[59]
, 1996). ......................................53
Figura 14 - A – Roçadora de braço (adaptado de Ferrocemento[55]
, s.d.).; B - Roçadora
de braço Noell – NTM 160H (adaptado de López Jimeno e García
Bermúdez[99]
, 1997). .....................................................................................................53
Figura 15 - Variação entre os vãos de cavidades sem suporte e os tempos de auto-
sustentação para as várias classes de maciço (adaptado de Bieniawski,
1973 in Dinis da Gama[35]
, 1976)..................................................................................63
Figura 16 – Escolha do tipo de sustimento em função da classificação Q (adaptado de
Barton[9]
, 1995).............................................................................................................67
Figura 17 - Deslocamentos nas imediações da frente de escavação de um túnel
(adaptado de Hoek[82]
, 1995). .......................................................................................69
Figura 18 - Modelação da curva de resposta do terreno de uma escavação (Hoek[82]
,
1995).............................................................................................................................69
Figura 19 - Modelação das curvas de resposta do terreno e do suporte para uma
escavação (Hoek[82]
, 1995). ..........................................................................................71
Figura 20 - Curvas características de alguns tipos de sustimento (Hoek, 1980, in
Celada Tamames[21]
, 1997)...........................................................................................71

ÍNDICE DE FIGURAS
VIII
Figura 21 - Ilustração de tipos de ancoragens na aplicação a túneis (adaptado de DSI
in Ingeopress[84]
, 1996). ................................................................................................74
Figura 22 - Cambotas metálicas e rede electrosoldada (malhasol) no suporte de um
túnel..............................................................................................................................75
Figura 23 - Enfilagens (piquetes) para suporte em avanço de um túnel (adaptado de
Word Tunnelling[166]
, 1996)..........................................................................................76
Figura 24 - Revestimento de um túnel com chapas onduladas de alumínio (adaptado de
Hacar Rodríguez[60]
,1997). ...........................................................................................77
Figura 25 - Secção principal de observação instrumentada (adaptado de Cunha[31]
,
1994) e equipamentos de superfície. ............................................................................87
Figura 26 - Secções possíveis de medição de convergências (adaptado de Cunha[31]
,
1994 e de Scholey e Ingle[154]
, 1989)............................................................................89
Figura 27 - Evolução da zona de movimento do terreno com a profundidade da
escavação (adaptado de D.E.M.G.[85]
, 1997). ...............................................................95
Figura 28 - Esboço da localização do sistema de saneamento da Costa do Estoril
(adaptado de MARN[107]
, 1994)..................................................................................106
Figura 29 - Implantação dos túneis da 2ª fase do Interceptor do sistema de saneamento
da Costa do Estoril (adaptado de CÊGÊ/FBO[20]
, 1997). ...........................................108
Figura 30 - Extracto da Carta Geológica de Portugal (Esc. 1/50000), folha 34-C –
Cascais, com a implantação dos túneis da 2ª fase do IGSSCE...................................111
Figura 31 - Jumbo de dois braços utilizado na perfuração das frentes, nos túneis do
IGSSCE – 2ª fase (cortesia de Sr. José Paiva)............................................................121
Figura 32 - Furação do diagrama de fogo tipo dos túneis do IGSSCE – 2ª fase.............................122
Figura 33 - Martelo hidráulico JVC, na esvavação do túnel 4, frente de jusante
(cortesia de Sr. José Paiva).........................................................................................124
Figura 34 - Esboço em planta da influência e campo de utilização do Martelo de
Schmidt (A) e da Prensa de Carga Pontual (B), numa frente de escavação. ..............125
Figura 35 - Escavação de um nicho (esquerda) no túnel 4, frente de jusante. ................................128
Figura 36 - Operação de projecção de betão no hasteal de um túnel do IGSSCE - 2ª
fase..............................................................................................................................131
Figura 37 - Frente de desmonte com microestacas instaladas, para pré-suporte.............................132
Figura 38 – Instalação do revestimento final através de cofragem deslizante. ...............................133
Figura 39 - Medição dos extensómetros instalados nos cimbres, pela equipa do LNEC................135
Figura 40 - Exemplo de um diagrama de fogo executado nos túneis do IGSSCE..........................136
Figura 41 - Registo de vibrações do diagrama de fogo...................................................................137
Figura 42 - Fenómeno de sobreescavação nos túneis do IGSSCE – 2ª fase. ..................................138
Figura 43 - Secção tipo de medição de convergências nos túneis do IGSSCE – 2ª fase
(adaptado de CÊGÊ/FBO[19]
, 1997)............................................................................139
Figura 44 - Registo de medição de deslocamentos (convergências) de uma secção de
um túnel do IGSSCE - 2ª fase (adaptado de CÊGÊ/FBO[19]
, 1997). ..........................140

ÍNDICE DE TABELAS
IX
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 - Ensaios geotécnicos in situ (adaptado de Galera Fernández[58]
, 1997)....................... 11
Tabela 2 - Ensaios de rochas em laboratório e parâmetros resultantes........................................ 13
Tabela 3 - Ocorrências e métodos de prospecção associados. ..................................................... 14
Tabela 4 - Documentos, fases e conteúdo dos relatórios geotécnicos (Dinis da Gama[41]
,
1997)........................................................................................................................... 15
Tabela 5 - Principais critérios de escavabilidade e parâmetros mecânicos associados................ 37
Tabela 6 - Tipos de rotura que ocorrem em diferentes maciços rochosos sob diferentes
níveis de tensão in situ (adaptado de Hoek et al[82]
, 1995)......................................... 57
Tabela 7 – Problemas, parâmetros, métodos de análise e critérios de aceitabilidade em
escavações subterrâneas (adaptado de Hoek[81]
, 1991)............................................... 58
Tabela 8 - Classificação de maciços rochosos de Bieniawski (adaptada de Dinis da
Gama[35]
, 1976 e Brady e Brown[12]
, 1985)................................................................. 61
Tabela 9 - Classes de maciços rochosos para túneis e tipos de revestimento mais adequados
(adaptada de Bieniawski, 1973 in Dinis da Gama[35]
, 1976). ..................................... 62
Tabela 10 - Parâmetros do sistema Q da Classificação de Barton (adaptado de Barton et al[7]
,
1982)........................................................................................................................... 64
Tabela 11 - Valores limites de velocidade de vibração de pico [mm/s] (adaptado de Moura
Esteves[111]
, 1993)....................................................................................................... 91
Tabela 12 - Valores de a, b e c para diversos tipos de maciço. ..................................................... 92
Tabela 13 - Responsabilidades na segurança em obra (baseado em Barata[6]
, 1997). ................... 98
Tabela 14 - Características do Emissário Submarino da Guia (baseado em MARN[107]
,
1994)........................................................................................................................... 106
Tabela 15 - Trabalhos desenvolvidos e materiais empregues na 1ª Fase do Empreendimento
de Saneamento da Costa do Estoril (baseado em MARN[107]
, 1994).......................... 107
Tabela 16 - Trabalhos e materiais empregues na ETAR da Guia (baseado em MARN[107]
,
1994)........................................................................................................................... 108
Tabela 17 - Horizontes sísmicos e materiais correspondentes (baseado em Teixeira
Duarte[160]
, 1991). ....................................................................................................... 112
Tabela 18 - Resumo das propriedades geológico-geomecânicas dos terrenos atravessados
pelos túneis do IGSSCE – 2ª fase (baseado em Teixeira Duarte[160]
, 1991,
DRENA[47]
, 1995 e Hidroprojecto/Consulmar[66]
, 1997)............................................ 114
Tabela 19 - Tipos de suporte em ZG3 (baseado DRENA[47]
, 1995). ............................................. 117

ÍNDICE DE TABELAS
X
Tabela 20 - Zonas geotécnicas em cada túnel, e respectivos tipos de suporte primário a
aplicar e prazos de instalação (baseado em DRENA[47]
, 1995). ................................. 118
Tabela 21 - Ciclos médios de trabalho praticados em cada zona geotécnica
(Hidroprojecto/Consulmar[67]
, 1997). ......................................................................... 123
Tabela 22 - Diferentes materiais de zonas geotécnicas ZG3 e respectivos valores de
resistência à carga pontual (baseado em LNEC[95]
, 1997).......................................... 123
Tabela 23 - Comprimentos e percentagens previstas e reais de Zonas Geotécnicas (Dinis da
Gama[43]
, 1998)........................................................................................................... 126

1. INTRODUÇÃO
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. PREÂMBULO
Os túneis e as obras subterrâneas têm adquirido uma importância crescente no
planeamento e gestão do espaço, tanto em áreas urbanas como no atravessamento de zonas
montanhosas. As inúmeras vantagens da utilização do espaço subterrâneo são apenas
ensombradas pelos seus custos associados, dado tratarem-se de estruturas complexas
executadas por técnicos e empresas altamente especializados.
A concepção, projecto e execução de um túnel recorrem, desde o início, a Ciências ou
ramos destas, nomeadamente a Geotecnia e a Geomecânica, que conjugadas com a
Economia, constituem o que se denomina como Engenharia de Túneis.
A Engenharia de Túneis recebeu parte do seu legado da Engenharia de Minas, área com
vasta experiência do ambiente subterrâneo e que contribuiu decisivamente para o
lançamento e evolução desta técnica sendo, ainda hoje, vários os métodos construtivos
utilizados em túneis que tiveram o seu início em minas subterrâneas.
Nos últimos anos este ramo da Engenharia teve um desenvolvimento considerável,
seguindo um rumo próprio e fomentando a evolução de técnicas específicas. Assim,
actualmente, a complexidade dos ramos e especializações da Engenharia de Túneis,
envolvem a concepção, prospecção, projecto, execução, fiscalização e assessoria técnica,
bem como actividades acessórias particulares, como os sistemas de ventilação, drenagem e

1. INTRODUÇÃO
2
impermeabilização, iluminação, sistemas de distribuição de energia eléctrica, ar
comprimido, água, planeamento de segurança e saúde em obra, etc. Recentemente, novas
áreas de actividade têm sido desenvolvidas, em especial no que se refere ao estudo dos
impactes ambientais causados pelos túneis, seja na fase de construção seja na de serviço,
em que se destacam a deposição de escombros da escavação, o controlo de ruídos e de
vibrações, entre outros.
Os túneis subterrâneos possuem diversas finalidades tais como: vias de comunicação
(estradas, caminhos de ferro, passagens pedonais); vias de condução hidráulica (adutores
de água, de saneamento, de gás, aproveitamentos hidroeléctricos); galerias mineiras;
acessos a instalações subterrâneas militares; depósitos de carburantes; armazenamento de
resíduos; etc. É, assim, bastante vasto o campo de aplicação destas obras geotécnicas,
possuindo particularidades específicas que se prendem com o fim a que se destinam e com
as condições naturais existentes no local de construção.
Pelo que foi dito, é fácil de entender que a construção de um túnel ou de uma obra
subterrânea envolve equipas multidisciplinares especializadas, onde a Geotecnia tem uma
intervenção preponderante em praticamente todas as etapas.
1.2. CONTEÚDO DO TRABALHO
A presente dessertação enquadra-se no Mestrado de Georrecursos, área de Geotecnia, do
Instituto Superior Técnico e pretende abordar os temas geotécnicos mais importantes da
engenharia de túneis, em particular, dos túneis em maciços rochosos, não se focando os
métodos de construção de túneis em solo, a execução de túneis a céu aberto (cut-and-
cover) e os túneis submersos.
Este trabalho pretende resumir o estado da arte da construção de túneis, com especial
enfoque para os métodos e técnicas praticados em Portugal.
Devido à vastidão do tema, alguns assuntos serão tratados superficialmente, tendo-se
optado unicamente pela sua descrição, devido ao facto de constituírem matérias
importantes e de estarem relacionados com todas as fases de projecto e de execução deste
tipo de obras.

1. INTRODUÇÃO
3
Deste modo, após uma breve introdução, o trabalho inicia-se com uma abordagem dos
métodos de prospecção existentes, passíveis de serem utilizados neste tipo de obras, seus
campos de aplicação e vantagens do seu faseamento, seguindo-se breves considerações
sobre as diferentes fases do projecto de uma obra subterrânea.
São abordados, igualmente, os aspectos geotécnicos relacionados com os diferentes
critérios de escavabilidade e métodos de escavação, bem como as opções e critérios de
dimensionamento do suporte primário e secundário, com uma breve descrição do Novo
Método Austríaco (NATM).
É dada especial ênfase aos dispositivos de monitorização geotécnica existentes, na sua
aplicação ao controlo da estabilidade e funcionalidade de uma escavação subterrânea, e à
segurança e salubridade, como garantia de qualidade da obra, durante e após a construção.
Neste contexto foi estudado um túnel hidráulico de saneamento, tendo-se direccionado este
trabalho para obras de reduzida secção, onde se enquadram os túneis de saneamento, de
transporte de águas de abastecimento, de barragens, etc.
Este trabalho pretende abordar a vertente geotécnica da construção de túneis, evidenciando
as particularidades e condicionalismos próprios que ocorrem nas várias fases do
empreendimento, desde a prospecção até à execução da obra, passando pelo projecto.
Assim, o objectivo principal deste estudo, é alertar para as consequências dos problemas
mais comuns neste tipo de empreendimentos e enumerar as soluções possíveis, sempre
numa perspectiva geotécnica.

2. PROSPECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA
4
2.1. PLANEAMENTO E MÉTODOS DE PROSPECÇÃO
2.1.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
A prospecção e caracterização geotécnica são fundamentais na concepção de um túnel,
influenciando todas as fases subsequentes, tanto as de projecto como as de execução destas
obras. Baseados na caracterização geológico-geotécnica dos terrenos, os técnicos
envolvidos terão de conceber e optar pelos métodos apropriados de construção, bem como
prever soluções adequadas para as opções escolhidas.
A utilização dos métodos apropriados de caracterização, aliados à sua competente
execução, são factores primordiais na qualidade do reconhecimento geotécnico, permitindo
aos diferentes especialistas a adopção de alternativas e critérios de cálculo menos
conservativos. Para que estes métodos cumpram os seus desígnios, é fundamental que
sejam executados por geólogos, engenheiros, geofísicos e técnicos, competentes e
experientes, que garantam qualidade ao reconhecimento efectuado.
Segundo Oliveira[126]
(1994), a escolha dos métodos e sua localização deve contemplar,
entre outras, todas as situações que poderão ocorrer ao longo da escavação do túnel,
procurando-se atingir várias finalidades com cada método. A Figura 1 representa um
fluxograma das várias fases de caracterização geotécnica que podem ser associadas às
etapas de um projecto de uma obra subterrânea.

5
Reconhecimento
Preliminar
Prospecção
de Campo
Caracterização
Complementar
Figura 1 - Fases de caracterização geotécnica de uma obra subterrânea
(adaptado de Galera Fernández[58]
, 1997).
Estudo
Hidrogeológico
Cartografia
Geológico-geotécnica
Classificação
Geomecânica
Estudo da
Fracturação
Prospecção Geofísica
Prospecção
Mecânica
Ensaios in situ
Ensaios em Laboratório
FASE 1
FASE 2
FASE 3
Propriedades das Formações e
das Descontinuidades
Propriedades Mecânicas
do Maciço Rochoso
R E L A T Ó R I O G E O T É C N I C O ( P E R F I S )

6
O reconhecimento de um determinado maciço rochoso, tendo como objectivo a construção
de um túnel, inclui a sua modelação geológica e geomecânica, de onde resulta a concepção
de um perfil geológico-geotécnico que incorpora as informações recolhidas durante as
várias fases de caracterização, sendo refinado com o evoluir destas.
As técnicas de caracterização, apresentadas na figura anterior, que ocorrem em períodos de
tempo diferentes consoante a fase em apreço, devem permitir a elaboração de um perfil
geotécnico no final de cada uma. Este consiste de um corte ao longo do eixo do túnel,
incorporando a informação adquirida. Assim, os perfis geotécnicos resultantes das duas
primeiras fases possuirão um carácter provisório, porquanto vão sendo refinados com o
decorrer das etapas subsequentes, mais precisas nas técnicas utilizadas, até resultar o perfil
geotécnico final. Este último, que antecede e serve de base ao Projecto de Execução (ou
em alguns casos ao Anteprojecto detalhado), deverá ser actualizado em fase de construção,
perante o acesso directo ao maciço.
Em Portugal, apenas em casos esporádicos se estabelecem as fases de Estudo Prévio,
Projecto Base e Projecto de Execução e, muitas vezes, os planos de prospecção possuem
menos fases que as anteriormente referidas. Sem prejuízo das campanhas e métodos a
utilizar, os técnicos envolvidos na caracterização geológico-geotécnica devem fasear as
operações de prospecção. Este faseamento permite o estudo de campanhas anteriores,
possibilitando uma concentração de meios, uma vez que, com esta sequência, reforça-se o
investimento técnico e económico no estudo das zonas críticas, os quais seriam de
aplicação economicamente inviável em toda a extensão do túnel.
A execução de túneis é uma área peculiar da Geotecnia, dependendo em grande medida da
prospecção e conhecimento adquiridos durante a fase construtiva. A caracterização do
maciço rochoso envolvido na construção de um túnel, não termina na fase de projecto,
devendo decorrer sistematicamente durante a construção, com o rigor conferido pela
acessibilidade ao local de escavação, de forma a permitir afinar métodos, redimensionar
estruturas e adoptar soluções para ultrapassar eventuais acidentes geológicos.
2.1.2. RECONHECIMENTO PRELIMINAR
No âmbito da caracterização geotécnica para construção de túneis, o reconhecimento
preliminar, representado na Fase 1 da Figura 1, é por excelência o elemento de prospecção
da fase de Estudo Prévio. De facto, as técnicas de prospecção utilizadas e o respectivo grau

7
de incerteza associado, conferem a este elemento um cariz de caracterização global não
detalhada, reconhecidamente insuficiente para as futuras opções de escavação ou cálculos
estruturais, mas apropriado ao estudo regional e à caracterização da geologia, tectónica e
hidrogeologia, entre outros.
Segundo Galera Fernández[58]
(1997) e Oliveira[124]
(1986), os trabalhos realizados nesta
fase têm ainda o objectivo de permitir o planeamento das fases subsequentes de
prospecção, bem como elaborar uma primeira estimativa dos custos associados às restantes
actividades de caracterização. Os métodos de investigação utilizados na fase de
reconhecimento preliminar podem incluir a consulta de elementos existentes, a
caracterização geológica à escala regional, a interpretação fotogeológica, a cartografia
geológica de superfície, o estudo hidrogeológico, as classificações geomecânicas e o
estudo da fracturação.
Para uma correcta caracterização e interpretação das ocorrências geológicas, é necessária
uma equipa multidisciplinar, sendo preponderante a experiência dos técnicos envolvidos.
De facto, os métodos utilizados nesta fase são fundamentalmente interpretativos,
requerendo um elevado grau de especialização dos técnicos e equipamentos a utilizar
(Wahlstrom[165]
, 1973).
Com os métodos de prospecção referidos, é já muitas vezes possível obter uma
aproximação ou estimar alguns parâmetros quantificáveis, como o grau de alteração, a
posição aproximada do nível freático, a densidade e orientação das diaclases, os índices
RMR (de Bieniawski) e Q (de Barton), etc. Ainda de acordo com Galera Fernández[58]
(1997), esta fase preliminar permite a obtenção de valiosa informação para a
caracterização, onde se destacam a morfologia e litologia do maciço rochoso, a
estratigrafia, o número e posição dos aquíferos e a localização de possíveis acidentes
geológicos.
Como consequência destes estudos iniciais de caracterização, resulta a elaboração do perfil
geotécnico preliminar, devendo este permitir a identificação dos constrangimentos e
pontos críticos do projecto geotécnico, com especial relevo para os emboquilhamentos do
túnel, atravessamento de acidentes geológicos, aquíferos e grutas. É também nesta fase do
projecto, sempre que as características da obra o permitam, que se devem avaliar as
alternativas ao traçado, de forma a escolher as zonas mais favoráveis para a execução da
obra, ou mesmo avaliar a viabilidade global do projecto (Dinis da Gama[41]
, 1997). Com

8
base no perfil geotécnico preliminar, planeiam-se então as actividades de prospecção
subsequentes, definindo os métodos e os locais apropriados para os desenvolver.
A presença de edifícios, aglomerados, estradas ou outras estruturas à superfície podem
igualmente condicionar os trabalhos de prospecção, limitando os locais de aplicação. Por
outro lado, a pesquisa junto das populações, relativa aos acontecimentos naturais que
ocorreram ou ocorrem na região, reveste-se de enorme importância, uma vez que os
habitantes da região em estudo, podem ser uma fonte de informação sobre o regime de
precipitação, recentes escorregamentos de taludes, etc. Esta abordagem obriga a repetidas
deslocações ao local, por parte do projectista, que deve participar e acompanhar, parcial ou
totalmente, a cartografia geológica de superfície e as restantes fases de prospecção.
2.1.3. PROSPECÇÃO DE CAMPO
A fase de prospecção de campo, também denominada de prospecção in situ é, em termos
de técnicas, de planificação e de localização, a consequência dos estudos e análises da fase
anterior, constituindo um elemento de trabalho para o Projecto Base. Um factor importante
a ter em conta é a preparação e recolha dos materiais a ensaiar no estudo laboratorial
posterior, existindo assim uma clara interligação entre esta e as fases anterior e
subsequente.
Sendo o objectivo global da caracterização, a obtenção de um modelo geológico-geotécnico
que traduza as características do maciço envolvido, as actividades a desenvolver nesta fase
deverão ser consequência dos estudos antecedentes. Assim, estes trabalhos deverão
destinar-se a completar o reconhecimento anterior com recurso a métodos convenientes e
precisos, aplicados criteriosamente nas zonas sobre as quais existam dúvidas. Os métodos
habituais que se utilizam nesta etapa da prospecção (Fase 2 da Figura 1), incluem a
geofísica, a prospecção mecânica e os ensaios in situ.
A prospecção geofísica utiliza técnicas indirectas e interpretativas na detecção das
anomalias verificadas nos maciços, existindo diversos métodos utilizados em geotecnia,
com destaque para os métodos sísmicos, eléctricos e electromagnéticos e,
esporadicamente, a gravimetria e a magnetometria (para detectar cavidades). Consoante o
problema a investigar, assim se aplicam os métodos mais adequados, existindo a
necessidade de avaliar as vantagens e as limitações de cada técnica e, assim, planear o seu
correcto emprego em cada zona (Wahlstrom[165]
, 1973).

9
O método sísmico mais utilizado em geotecnia é a sísmica de refracção, aplicável na
detecção de espessuras alteração e de solos de cobertura e, em maciços brandos, para
detectar a posição do nível freático. Este método possui a vantagem do baixo custo associado,
mas geralmente não se obtêm bons resultados para profundidades superiores a 20 m ou
quando camadas menos densas se encontrem a maiores profundidades. Este método é
utilizado, preferencialmente, na caracterização da camada de alteração das zonas de
emboquilhamento dos túneis, uma vez que se tratam de pontos críticos para a execução
(Galera Fernández[58]
, 1997).
Os métodos geofísicos eléctricos compreendem um vasto conjunto de técnicas,
destacando-se, como principais na aplicação a túneis, as que avaliam a resistividade
aparente dos terrenos. Segundo Wahlstrom[165]
(1973) e Galera Fernández[58]
(1997), estes
métodos de resistividade possuem um alcance médio de cerca de 100 m, sendo
especialmente adequados na detecção de aspectos importantes na caracterização do maciço
rochoso, como sejam as falhas e a posição dos níveis freáticos ao longo do traçado do
túnel.
Os métodos electromagnéticos, têm o mesmo campo de aplicação dos métodos eléctricos,
podendo utilizar georradares para a obtenção de perfis de reflexão de ondas
electromagnéticas, possuindo um alcance que varia entre 35 e 100 m.
Os métodos sísmicos, eléctricos e electromagnéticos, podem ainda ser realizados no
interior de furos de sondagem, tanto no interior do furo, como entre dois furos (cross-
hole). Na aplicação sísmica do cross-hole é possível detectar a continuidade litológica,
cavidades, zonas de falha, grau de fracturação e o módulo de elasticidade, sendo contudo
necessário que os furos de sondagem estejam próximos, de forma a permitir boas leituras
(McCann[101]
, 1992).
Relativamente à prospecção mecânica, esta pode incluir poços e/ou galerias, mas é a
execução de sondagens de prospecção o método mais utilizado e importante no
reconhecimento geotécnico. Esta técnica possui grandes vantagens, uma vez que contacta
directamente com o local de execução da obra, possibilitando ainda a realização de ensaios
no local e a recolha de amostras para ensaios posteriores. As desvantagens que lhe estão
associadas, prendem-se com o seu elevado custo e com o facto de se tratar de uma
amostragem pontual, carecendo de interpretação cuidada na elaboração dos perfis
geológico-geotécnicos.

10
Os critérios que regem o número e localização das sondagens, devem basear-se em todo o
conhecimento adquirido das fases de reconhecimento anteriores, procurando-se amostrar
as zonas de características mais adversas ou sobre as quais existam maiores incertezas. O
frequente procedimento de distribuir as sondagens de forma equidistante é, no mínimo,
pobre como critério de localização deste importante e dispendioso método de amostragem,
salvo nos raros casos de maciços inteiramente homogéneos.
Assim, com a informação recolhida anteriormente, deve-se procurar atingir as zonas de
falha, de cavalgamentos, de carsificação, etc., de forma a recolher o máximo de informação
destas estruturas complexas e determinantes para o projecto de túneis, optimizando-se o
número de sondagens através da sua localização e orientação. De acordo com Galera
Fernández[58]
(1997), o número de sondagens a realizar na prospecção de um túnel, é
função das características e dificuldade da obra, sendo importante a localização de uma
sondagem em cada emboquilhamento e poço (caso exista). Este autor indica, para um túnel
de dificuldade média, um valor aproximado para o comprimento acumulado de furação por
sondagens de pelo menos metade do comprimento total do túnel.
Com o evoluir dos meios e da tecnologia, os ensaios in situ têm vindo a adquirir uma
grande preponderância sobre os ensaios laboratoriais. Este facto prende-se com a
dificuldade de obtenção de amostras inalteradas e com o efeito de escala evidenciado pelos
maciços rochosos, onde se torna pouco exequível a recolha de amostras com dimensão
suficiente para serem representativas da compartimentação e heterogeneidade do maciço
rochoso (Silvério[155]
, 1975, McCann[101]
, 1992).
Segundo Silvério[155]
(1975) e Galera Fernández[58]
(1997), existem dois grandes grupos de
ensaios que se aplicam na caracterização de túneis: ensaios realizados sobre os
testemunhos de sondagem e ensaios no interior dos furos de sondagem, realizando-se em
casos esporádicos ensaios no interior de poços e galerias de prospecção.
Os principais ensaios no campo, sobre testemunhos de sondagem, incluem o ensaio de
carga pontual, deslizamento de diaclases (tilt-test) e esclerómetro, procurando-se a
obtenção de parâmetros correlacionáveis com a resistência à compressão simples,
resistência ao corte e resistência ao deslizamento de diaclases (Tabela 1).
Relativamente aos ensaios nos furos de sondagem, estes visam apurar fundamentalmente
as características do maciço no que respeita à permeabilidade, deformabilidade e

11
resistência (ver Tabela 1). Para a obtenção dos parâmetros pretendidos, existe uma vasta
gama de equipamentos disponíveis que deverão sofrer uma selecção adequada, consoante o
maciço em causa, as condições existentes e a finalidade pretendida (Oliveira[121]
, 1975).
Assim, os ensaios para determinação da permeabilidade de maciços rochosos, são
geralmente efectuados com recurso a injecção e/ou extracção (bombagem) de água. Os
ensaios de injecção de água mais utilizados, são os ensaios sob pressão ou ensaios Lugeon,
utilizados em maciços rochosos, e que, devido à sua grande divulgação, possuem
actualmente bastante experiência acumulada (Pereira[131]
, 1985). Existem outros ensaios
que podem ser realizados para determinar a permeabilidade dos materiais, como os ensaios
Lefranc (para solos) ou ensaios de bombagem, entre outros.
Os ensaios de deformabilidade correntes, consoante se tratem de maciços terrosos ou
rochosos, compreendem os ensaios pressiométricos e dilatométricos. Os primeiros
aplicam-se a maciços terrosos ou rochosos muito brandos, podendo ainda nestes maciços
ser utilizados os ensaios SPT (penetração dinâmica) e os ensaios de corte rotativo ou de
molinete (vane-test), correlacionáveis com as características mecânicas de resistência das
formações. Relativamente aos ensaios dilatométricos, aplicados em maciços rochosos, está
disponível uma vasta gama destes equipamentos, existindo inclusivamente alguns
desenvolvidos em Portugal pelo LNEC (Oliveira[121]
, 1975).
Tabela 1 - Ensaios geotécnicos in situ (adaptado de Galera Fernández[58]
, 1997).
ENSAIO REALIZAÇÃO PARÂMETRO OBTIDO
Carga Pontual Testemunho de sondagem Índice de carga pontual
Esclerómetro Testemunho de sondagem Índice esclerométrico
Deslizamento de diaclases
(Tilt-test)
Amostra em bloco ou sobre o
testemunho de sondagem
Ângulo de atrito
Molinete (Vane-test) Interior do furo (solos) Resistência ao corte
Penetrómetro Interior do furo (solos) Resistência ao corte
Lugeon Interior do furo Coeficiente de Permeabilidade
Pressiométrico Interior do furo (solos) Módulo de deformabilidade
Dilatométrico Interior do furo Módulo de deformabilidade

12
Após os trabalhos acabados de descrever e perante uma cuidada análise dos valores
resultantes, procede-se à elaboração de um perfil geotécnico condicionado, mais preciso
que o perfil geotécnico preliminar, o qual deverá ter respondido à maioria das questões
relativas à identificação das estruturas presentes no maciço rochoso. A interpretação dos
resultados e a parametrização do maciço rochoso, são aspectos muito importantes, que
devem ser realizados por técnicos que tenham participado na campanha de prospecção e
que possuam a necessária experiência de trabalhos anteriores.
2.1.4. CARACTERIZAÇÃO COMPLEMENTAR
A caracterização geotécnica complementar inclui a execução de ensaios laboratoriais (ver
Tabela 2), para além da integração de todos os dados obtidos nas fases anteriores, de forma
a ser obtido o perfil geotécnico final, fundamentado nas propriedades das formações
geológicas e propriedades mecânicas do maciço (Fase 3 da Figura 1). Trata-se assim do
elemento que serve de base ao Projecto de Execução, ou ao Anteprojecto detalhado,
constituindo o principal elemento a integrar no Relatório Geotécnico.
Os ensaios laboratoriais mais comuns compreendem ensaios de identificação, a nível de
petrologia, mineralogia, densidade e humidade natural, e ensaios mecânicos como a
compressão uniaxial, tracção, compressão triaxial, ensaios de corte em rocha e ensaios de
deslizamento de descontinuidades (Galera Fernández[58]
, 1997).
Os ensaios mecânicos referidos, nomeadamente os ensaios de compressão uniaxial, triaxial
e ensaios de corte em rocha, destinam-se a estabelecer parâmetros de qualidade relativos à
deformabilidade e à resistência das rochas que compõem o maciço rochoso. Estes valores
não podem ser directamente utilizados na caracterização do maciço, sem uma adaptação à
escala devida, uma vez que se realizam sobre reduzidas amostras de rocha, sem
representatividade das condições globais do maciço (Lamas[91]
, 1993).
Relativamente aos resultados dos ensaios de deslizamento de diaclases realizados em
testemunhos de sondagem, estes são geralmente conservativos, uma vez que testam a
rugosidade das descontinuidades mas não incluem o efeito da ondulação destas.
Segundo Dinis da Gama[41]
(1997), a descrição quantitativa relativa ao estudo das
descontinuidades e às características mecânicas, entre outras, devem seguir, sempre que
possível, os métodos sugeridos pela Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas
(ISRM).

13
A Tabela 2 pretende resumir os parâmetros obtidos nos principais ensaios de rochas em
laboratório.
Em laboratório podem ainda ser realizados ensaios de porosidade, densidade,
permeabilidade, expansibilidade e desgaste (slake durability) e, em certos casos, ensaios de
avaliação da dureza pelo martelo de Schmidt (ou esclerómetro), velocidade de propagação
das ondas elásticas e ensaio de carga pontual (Lamas[91]
, 1993).
Tabela 2 - Ensaios de rochas em laboratório e parâmetros resultantes.
ENSAIO PARÂMETROS
Compressão Simples
Módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson,
resistência à rotura, fluência
Compressão Triaxial
Deformabilidade em meio confinado lateralmente,
resistência ao corte
Corte directo Resistência ao corte
Deslizamento de Diaclases Resistência ao deslizamento
Compressão diametral Resistência à tracção
Os principais alvos da prospecção geotécnica e os métodos aplicados na sua detecção,
estão representados na Tabela 3, sendo possível observar a constante presença das
sondagens e ensaios associados, revelando-se como o método mais interveniente na
prospecção geotécnica.
Com os ensaios realizados, tanto in situ como em laboratório, deverá ser possível
determinar um ou vários modelos de comportamento do maciço que reflictam as
características das formações e as propriedades mecânicas dos maciços rochosos.
Um dos aspectos mais importantes a ser considerado na fase de prospecção, determinando
muitas vezes a localização e o traçado do túnel, é a posição dos emboquilhamentos. A
dependência directa que este factor possui no desenvolvimento do túnel, pressupõe que se
iniciem os trabalhos na caracterização destes locais. Mesmo nas obras em que a concepção
e os constrangimentos técnicos não permitem a alteração do posicionamento dos

14
emboquilhamentos, a sua adequada caracterização reveste-se de bastante importância,
porquanto os emboquilhamentos constituem pontos críticos na acessibilidade ao túnel.
Nos emboquilhamentos, os métodos mais utilizados para o seu reconhecimento, incluem a
sísmica de refracção e as sondagens horizontais. Os taludes envolvidos nestas zonas devem
igualmente ser alvo de reconhecimento, constituindo matéria determinante no projecto e
execução da obra.
Tabela 3 - Ocorrências e métodos de prospecção associados.
OCORRÊNCIAS DE INTERESSE
PARA O PROJECTO DE UM TÚNEL
POSSÍVEIS MÉTODOS DE
PROSPECÇÃO PARA A DETECÇÃO
FASE DE
PROSPECÇÃO
Cartografia de superfície 1
LITOLOGIA Geofísica – Resistividade 2
Sondagens 2
FALHAS GEOLÓGICAS Geofísica – Resistividade 2
Sondagens 2
GRUTAS Geofísica – Resistividade 2
Sondagens 2
NÍVEL FREÁTICO Geofísica – Resistividade 2
Sondagens – Ensaios in situ 2
Geofísica – Resistividade 2
FRACTURAÇÃO Sondagens 2
Ensaios em laboratório 3
PROPRIEDADES MECÂNICAS Sondagens – Ensaios in situ 2
DO MACIÇO Ensaios em laboratório 3

15
2.2. RELATÓRIO GEOTÉCNICO
A metodologia e as fases de um Relatório Geotécnico, no âmbito da filosofia de
faseamento das campanhas de prospecção e de projecto, incluem um conjunto de
documentos, de índole geotécnica, com conteúdos e objectivos específicos. Na Tabela 4,
apresentam-se as três fases do relatório geotécnico e os principais aspectos do seu
conteúdo a serem desenvolvidos no subcapítulo seguinte.
Segundo Dinis da Gama[41]
(1997), a experiência adquirida internacionalmente e os
critérios adoptados por vários especialistas, justificam a elaboração de relatórios
geotécnicos em três fases sucessivas com conteúdos e âmbitos distintos. Esta metodologia
é seguida e regulamentada em bastantes países europeus e nos EUA, através de normas
específicas.
Tabela 4 - Documentos, fases e conteúdo dos relatórios geotécnicos (Dinis da Gama[41]
, 1997).
FASES DO RELATÓRIO GEOTÉCNICO ASPECTOS DO CONTEÚDO
Relatório de Dados Geotécnicos (RDG)
Dados dos estudos de prospecção:
reconhecimento preliminar; prospecção de
campo e caracterização complementar.
Relatório Geotécnico Interpretativo (RGI)
Avaliação da qualidade e fiabilidade dos
dados; principais estruturas (geológicas e
outras); cenários e métodos de cálculo; análise
da experiência anterior.
Relatório Geotécnico de Base (RGB)
Caracterização e perfis geotécnicos;
propriedades dos maciços; cenários de
escavação, suporte, tratamento e controlo de
águas; cenários de impactes ambientais.
2.2.2. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO TERRENO
A caracterização geotécnica dos terrenos interessados pela construção de um túnel, resulta
dos estudos de prospecção anteriormente referidos, originando um conjunto de documentos
técnicos importantes. Como foi referido, estes documentos possuem informações e
interpretações diversas, de acordo com a fase e pormenor que lhes estão associados.

16
O Relatório de Dados Geotécnicos (RDG), inclui a informação das campanhas de
prospecção, nomeadamente os resultados das sondagens, da prospecção geofísica, dos
ensaios in situ e dos ensaios em laboratório. A elaboração deste relatório, que compila
todos os resultados da prospecção e caracterização geológico-geotécnica, está a cargo da
empresa de prospecção (Prospector), sob a supervisão do consultor geotécnico. Este
relatório é incluído pelo Dono de Obra na documentação do concurso para o Projecto e
para a Execução, destinando-se a permitir, aos intervenientes, um maior conhecimento da
região, de forma a serem adoptadas as técnicas e métodos apropriados para a concepção e
execução da obra.
O Relatório Geotécnico Interpretativo (RGI), baseado nos resultados da prospecção
geotécnica constantes no RDG é, como o nome indica, um documento de avaliação e
interpretação, destinado a quantificar os parâmetros de projecto e analisar os métodos e
cenários de dimensionamento. Este estudo é essencialmente elaborado pelo Projectista com
a participação do Consultor Geotécnico, devendo abordar os seguintes aspectos (Dinis da
Gama[41]
, 1997):
• Feições naturais (geológicas) e artificiais (humanas) relevantes para a construção;
• Qualidade e fiabilidade da informação contida no RDG;
• Descrição e avaliação geotécnica das propriedades dos terrenos, da presença de água
e das descontinuidades, sua respectiva influência no processo de escavação e no
suporte inicial previsto;
• Selecção dos critérios a adoptar para análise e projecto dos suportes (primários e
secundários);
• Incorporação da experiência anterior em circunstâncias similares.
A terceira etapa refere-se à elaboração do Relatório Geotécnico de Base (RGB),
igualmente da responsabilidade do Projectista com a colaboração do Consultor Geotécnico,
incluindo a informação dos dois relatórios anteriores (RDG e RGI). Este documento
destina-se a formar o programa de concurso para a execução da obra (selecção de
Empreiteiro e Fiscalização), servindo de base à escolha de equipamentos e métodos
construtivos, bem como à avaliação de prazos e custos de execução da obra. O âmbito
deste relatório permite igualmente definir a partilha de riscos entre o Empreiteiro e o Dono

17
de Obra, incluindo ainda a informação para as entidades subcontratadas, nomeadamente os
financiadores, seguradores e consultores (Dinis da Gama[41]
, 1997).
Pertencem a este documento um conjunto de factores, incluindo:
• Descrição sumária do Projecto;
• Caracterização dos terrenos ao longo do alinhamento do túnel, incluindo os perfis
geotécnicos;
• Resumo das propriedades geotécnicas dos maciços interessados pela construção do
túnel;
• Métodos antecipados de escavação, suporte, tratamento dos terrenos, controlo de
afluência de água e os cenários dos seus resultados;
• Comportamento expectável do maciço afectado pela obra;
• Estimativas de quantidades de material a incluir na construção, face aos tratamentos
de índole geotécnica (suportes, injecções, etc.);
• Previsão dos efeitos da obra no ambiente circundante.
De forma a não existirem assuntos simultaneamente abordados neste e nos outros
relatórios e documentos do Projecto, não se deverá incluir no RGB os seguintes elementos:
• Discussões relativas a métodos construtivos, equipamentos e períodos de realização
dos trabalhos;
• Repetições de dados, tabelas e gráficos existentes nos anteriores relatórios geotécnicos;
• Descrições sobre requisitos contratuais existentes na legislação;
• Critérios opcionais de dimensionamento dos suportes (iniciais, temporários e
definitivos), assim como outros tópicos do Projecto.
As funções do Consultor Geotécnico assumem aqui uma importância significativa,
porquanto este elemento é um especialista da obra em causa, ao serviço directo do Dono de
Obra, desempenhando um papel interveniente na selecção das restantes entidades que

18
participam no empreendimento. A participação deste consultor inicia-se antes de qualquer
decisão técnica específica, colaborando nas opções de índole geotécnica nas fases que
antecedem a construção, bem como durante a execução da obra, através da assessoria
técnica e acompanhamento, e estendem-se para lá do final da construção, participando na
aferição da qualidade final e na elaboração do as-built. Em termos de legislação de obras
públicas, esta figura de Consultor Geotécnico pode ser equiparada ou englobada na de
Delegado do Dono da Obra (Porto Editora[142]
, 1995).
A Figura 2 representa a sequência desejável, a nível de prospecção, projecto e execução,
do processo que medeia a necessidade inicial de elaboração de um túnel, por parte do
Dono da Obra, e a fase construtiva da obra. As entidades referidas na Figura 2, e as tarefas
associadas, serão abordadas nos capítulos seguintes.

19
Figura 2 - Fluxograma das actividades de prospecção, projecto e execução.
DONO DE OBRA
CONSULTOR GEOTÉCNICO
PROJECTISTA
PROSPECTOR
CONCURSO PARA
O PROJECTO
PROSPECÇÃO
ADICIONAL
CONCURSO PARA
A PROSPECÇÃO
PROSPECÇÃO
DE CAMPO
RECONHECIMENTO
PRELIMINAR
CARACTERIZAÇÃO
COMPLEMENTAR
ESTUDO
PRÉVIO
PROJECTO
BASE
PROJECTO DE
EXECUÇÃO
EMPREITEIRO
EXECUÇÃO
R D G
CONCURSO PARA
A FISCALIZAÇÃO
FISCAL
CONCURSO PARA
A EMPREITADA
R G I
R G B
ALTERAÇÕES
AO PROJECTO
PROSPECÇÃO
EM AVANÇO
ASSISTÊNCIA
TÉCNICA
(PROJECTISTA)
ASSESSORI
A TÉCNICA
(CONSULT.)
FINAL DA OBRA

20
2.2.3. AVALIAÇÃO DOS CONDICIONALISMOS GEOTÉCNICOS
As fases de prospecção anteriormente referidas e os documentos a elas associados, devem
identificar e alertar para os possíveis problemas do foro geotécnico que poderão ocorrer,
permitindo accionar os meios para os alterar ou mitigar. A importância desta avaliação e as
inerentes consequências técnicas e ambientais, justificam a elaboração deste subcapítulo,
que não será de forma alguma exaustivo, mas pretende constituir uma referência para os
aspectos mais importantes da interferência e relação da construção de um túnel com a
geotecnia, o ambiente e a economia.
O levantamento das restrições geotécnicas de uma obra subterrânea, no contexto da
prospecção, prende-se com a caracterização dos elementos geológicos e estruturais de
risco, condicionantes de possíveis anomalias, bem como com a fiabilidade das possíveis
soluções a implementar.
Estão incluídas nestas estruturas, os acidentes geológicos importantes, os atravessamentos
de aquíferos significativos, as passagens por baixo de rios ou ribeiras, as zonas dos
emboquilhamentos, a existência de risco sísmico, os constrangimentos ligados a possíveis
tratamentos dos terrenos, a escavação em zonas anteriormente alvo de trabalhos (aterros), a
existência de gases armazenados nas rochas, etc.
Cabe ao Projectista (com acompanhamento do Consultor Geotécnico), promover as
metodologias apropriadas para a identificação destas peculiaridades, na fase de
prospecção, carecendo esta de um acompanhamento permanente dos trabalhos. As
anomalias citadas, fortemente condicionantes do Projecto e métodos de execução, devem
ser referidas no RGB e no Projecto de Execução, em capítulo próprio, constituindo um
importante alerta para as entidades envolvidas, em termos de segurança da obra.
Tratando-se da fase de identificação por excelência, a prospecção e caracterização do meio
envolvente permite o reconhecimento das situações ambientais problemáticas e das
restrições ambientais, definindo os equilíbrios mais frágeis que podem ser afectados pela
execução da obra em causa. Englobadas nas condicionantes ambientais mais importantes,
encontram-se aspectos como a contaminação de aquíferos, danos causados a estruturas
superficiais e subterrâneas, prejuízos causados a pessoas, etc.. Muitos destes aspectos
encontram-se, usualmente, referidos nos Estudos de Impacte Ambiental (EIA), contudo,

21
existem facetas que não são identificadas, uma vez que resultam do método construtivo do
túnel, muitas vezes desconhecido à data da realização do EIA.
Em termos das restrições económicas associadas à prospecção, e apesar de não ser objecto
de um estudo a incorporar em qualquer relatório geotécnico, deve ser dado especial ênfase
à percentagem do custo global atribuído à prospecção. A tendência verificada nos últimos
tempos em Portugal, relativa à avaliação dos projectos por parte dos Donos de Obra,
denota a crescente importância dada aos baixos custos associados à prospecção e projecto,
em detrimento da qualidade destes trabalhos. De facto, não é raro que propostas de menor
qualidade sejam aprovadas, devido ao facto de implicarem menores custos de prospecção e
projecto. Este procedimento tem-se revelado bastante oneroso a longo prazo, uma vez que
motiva elevados custos na fase de construção, acarretando igualmente atrasos
significativos nos prazos de execução.
Segundo Rodrigues-Carvalho et al[151]
(1986), para um exemplo de um túnel no Algarve,
os estudos geológico-geotécnicos realizados para a revisão do projecto, levou a que se
despendesse 1,2% do custo total da obra, permitindo reduzir em 5,6% aquele mesmo custo.
A análise da relação custo/benefício é assim uma metodologia apropriada, ou possível,
para a determinação do conteúdo e magnitude dos estudos de prospecção, levando sempre
em conta o facto de existirem alguns factores intangíveis que devem, de qualquer forma, ser
incorporados neste balanço, como sejam os aspectos relacionados com a segurança em obra.
2.3. CARACTERIZAÇÃO SISTEMÁTICA “IN SITU”
Um dos condicionalismos que se verificam no decorrer de qualquer obra geotécnica
subterrânea, em particular na construção de um túnel, é a necessidade de uma contínua
prospecção das frentes de escavação e os subsequentes custos por ela motivados.
As soluções técnicas disponíveis actualmente, apontam para uma racionalização dos meios
a utilizar na prospecção, dependente do grau de conhecimento do maciço rochoso, da
sensibilidade da obra e dos custos inerentes a cada opção tomada. Como é sabido, existem
vários métodos de prospecção e caracterização, tecnologicamente evoluídos, que se
destinam principalmente a obras de grande magnitude. A aplicação destes métodos em
obras de pequena dimensão é sistematicamente inviável devido aos custos que acarretam e
à sua dificuldade de manobra em espaços reduzidos.

22
Assim, apresentam-se alguns métodos que, pela sua simplicidade, implicam baixos custos,
facilidade de manuseamento, pouca interferência com as actividades construtivas e
pequeno período de operação:
• Observação da Frente do Túnel: A observação da frente a desmontar por parte de
técnicos especializados, pode conferir uma primeira aproximação das características
geomecânicas do tipo de material, permitindo assim uma directa correlação com as
restantes informações. Englobado neste método salienta-se, pela sua importância, o
levantamento dos graus de fracturação, de alteração, caudais de água, etc.
• Perfurabilidade do Maciço: Os parâmetros de furação (velocidade, força, etc.) do
troço imediatamente anterior ao que se está a estudar, no caso de desmonte com
explosivos, bem como a perfurabilidade do troço a desmontar, podem dar uma ordem
de grandeza sobre as características do material, existindo actualmente equipamentos
de perfuração apetrechados com sistemas computacionais de análise directa do
maciço. Analogamente, no desmonte por meios mecânicos, a facilidade ou
dificuldade de escavação pode igualmente ser utilizada na caracterização.
• Sondagem em Avanço: A realização de uma sondagem na frente de desmonte, com
recuperação do testemunho, permite a obtenção de diversos parâmetros importantes,
como o grau de fracturação e a resistência da rocha, podendo ainda identificar
antecipadamente qualquer mudança nas propriedades do maciço e, assim, preparar as
técnicas de desmonte e suporte convenientes. A aplicação deste método carece de um
adequado planeamento, de forma a não interferir com os trabalhos de construção do
túnel.
• Martelo de Schmidt:A aplicação deste aparelho na frente de desmonte pode
revelar-se de extrema utilidade na caracterização expedita do maciço em causa,
principalmente quando acompanhado de uma retroanálise eficaz em outras zonas e
integrada com as restantes informações disponíveis.
• Técnicas Geofísicas expeditas: A utilização de equipamentos geofísicos de dimensão
reduzida operáveis no interior do túnel, nomeadamente técnicas sísmicas, podem
ajudar a identificar as condições da frente de desmonte.
• Permanência de equipamentos laboratoriais simples em obra: Em analogia ao que
ocorre em grandes obras geotécnicas, onde a fiscalização está munida de laboratórios
no local, os empreendimentos de pequeno porte podem possuir equipamentos de fácil
manuseamento e baixo custo, que necessitem de pequenos espaços e possuam

23
facilidade de recolha e análise de amostras. Exemplos de equipamentos deste tipo
são a prensa de carga pontual e de corte directo portátil, podendo ser operadas com
amostras não preparadas e em tempo reduzido, possibilitando, a primeira, uma boa
correlação com a resistência à compressão simples, auxiliando na selecção do
método de escavação.
A utilização dos métodos acima expostos tem, necessariamente, de ser encarada como um
complemento aos trabalhos de prospecção da fase de projecto, destinando-se a conferir
maior detalhe ao reconhecimento, motivado pelo directo e contínuo acesso ao maciço
rochoso. A integração das técnicas de prospecção para o projecto com os métodos
expeditos contínuos, pode alterar significativamente os critérios de desmonte e de
sustimento, entre outros.
Geralmente, na metodologia do projectista, os coeficientes de segurança reflectem o
desconhecimento do maciço rochoso, utilizando-se valores mais elevados quando se
reconhece que a prospecção foi insuficiente ou que se trata de uma obra difícil, tanto
devido ao maciço como à finalidade da obra. Por esta razão, ao induzirem um
conhecimento mais profundo do maciço, os sistemas referidos têm, geralmente, um efeito
directo de redução dos custos de execução, através da adopção de métodos de escavação
menos onerosos e suportes mais aligeirados. Por outro lado, nos casos em que foi adoptada
uma atitude mais optimista por parte do projectista, contrariada pelos resultados da
prospecção contínua, poderá verificar-se um aumento dos custos de forma a serem
atingidos os coeficientes de segurança desejados.
A esta caracterização contínua, devem ser associados estudos de retroanálise, revestindo-se
da maior importância em obras geotécnicas, devido aos conhecidos imponderáveis
resultantes dos caprichos geológicos. De facto, a análise à posteriori dos factos ocorridos
pode permitir tomar decisões fundamentadas no caso de se repetirem as condições
anteriormente estudadas na obra em causa, bem como ser útil em obras futuras.
Para obras de grande dimensão, e cuja dificuldade se afigure significativa, podem ser
executados túneis piloto, que incorporam bastantes vantagens para a execução (Figura 3).
A realização de um túnel piloto permite o contacto e estudo do maciço rochoso,
constituindo um dos melhores métodos de prospecção em avanço. Estes túneis podem
ainda ser utilizados para testar in situ métodos de escavação e tipos de suportes, para
permitirem o tratamento do maciço a escavar (jet grouting, ancoragens, drenagem, etc.),

24
além de facilitarem o desmonte da frente, uma vez que facultam o acesso de equipamentos,
criam mais uma face livre e possibilitam a descompressão da rocha para o seu interior.
Figura 3 - Túnel piloto na escavação de uma obra subterrânea
(adaptado de AFTES[1]
, 1996).
A caracterização sistemática da frente do túnel, e o seu consequente tratamento e
incorporação de novos dados, revela-se assim como um factor de extrema importância, útil
a todos os intervenientes na obra. Assim, esta metodologia permite aos diversos
participantes as seguintes actividades:
• Projectista: redimensionamento das estruturas, aferição da segurança e fiabilidade do
projecto, previsão de prazos e custos;
• Empreiteiro: antecipação dos métodos de escavação e sustimento, alocação e/ou
dispensa de equipamentos e pessoal, previsão de prazos e custos,
aumento do rendimento e maior velocidade de execução;
• Fiscalização:planeamento das actividades de controlo, previsão de situações de risco,
aferição da segurança;
• Dono de Obra: controlo de custos e prazos, menor prazo de execução.

3. CONSIDERAÇÕES AO PROJECTO DE ENGENHARIA EM TÚNEIS
25
3.1. FASES DE PROJECTO
O projecto de um túnel, ou de uma obra subterrânea, conhece inúmeras variantes,
essencialmente relacionadas com o objectivo da obra, a sua sensibilidade ambiental, local
de implantação e ocorrências geológicas. A abordagem de todos estes assuntos seria uma
tarefa exaustiva e, porventura, pouco interessante para o âmbito deste trabalho. Deste
modo, serão abordados os principais aspectos a ter em conta no projecto, destacando-se
fundamentalmente os que estão relacionados directamente com a Geotecnia.
Como já foi referido, os diversos fins a que se destinam os túneis implicam diferentes tipos
de concepção e riscos associados. As vias de comunicação, vias de condução hidráulica,
túneis mineiros, instalações militares, depósitos de carburantes ou de resíduos, etc.,
merecem tratamentos distintos a nível de projecto e execução, cabendo ao projectista a
adopção dos critérios apropriados, de acordo com a especificidade de cada obra.
De uma forma geral, e a par do objectivo final da obra, o projecto de um túnel tem de
integrar e gerir diversos aspectos complementares, nomeadamente os impactes ambientais
associados ao túnel, tanto os permanentes, motivados pela implantação deste, como os de
carácter temporário resultantes do processo construtivo em si.

26
É na fase de projecto que os meios técnicos têm de ser utilizados ou concebidos de forma a
que a Engenharia cumpra os seus desígnios, isto é, que promova e planeie todos os
mecanismos de forma a:
1) Atingir os objectivos da obra (funcionalidade e estabilidade);
2) Garantir a segurança da obra na fase de construção e de serviço;
3) Executar a obra com o menor custo possível;
4) Garantir a observação das condicionantes estéticas e ambientais.
Estes princípios, comuns à maioria dos ramos da Engenharia, dependem da incorporação
das informações disponíveis passo a passo, pelo que se revela fundamental a sequência
seguida com as sucessivas fases de projecto.
As obras geotécnicas contêm um elevado grau de incerteza, relativamente a outros
empreendimentos, razão que leva a que as três fases usuais de projecto (Estudo Prévio,
Projecto Base e Projecto de Execução) possuam uma importância acrescida na tomada de
decisões técnicas, de viabilidade e na estimativa de custos e prazos.
Em termos de legislação relativa a obras públicas (Portaria Nº 53 do Diário da República
de 5 de Março de 1986, in Porto Editora[142]
, 1995, e Decreto-Lei nº 405/93[34]
), estão
consagradas as obrigações das partes e as seguintes fases de projecto: Programa
Preliminar, Programa Base, Estudo Prévio, Projecto Base (ou Anteprojecto), Projecto de
Execução e durante a execução da obra, a Assistência Técnica do Projectista.
O Programa Preliminar da autoria do Dono de Obra, e o Programa Base elaborado pelo
Projectista, são elementos com pouca componente técnica, nomeadamente em termos de
geotecnia, permitindo-se frequentemente a sua dispensa das fases activas de projecto.
Na Figura 4 representam-se, de forma esquemática, as fases de projecto com base na
interpretação das directivas constantes na legislação para obras públicas (Porto Editora[142]
,
1995). Nos capítulos seguintes serão aprofundados apenas os assuntos referentes ao Estudo
Prévio, Projecto Base (Anteprojecto) e Projecto de Execução, por se considerarem os mais
importantes no contexto dos condicionalismos geotécnicos.

27
Figura 4 - Fluxograma das etapas de projecto em obras públicas
(baseado em Porto Editora[142]
, 1995).
ESTUDO PRÉVIO
PROJECTO BASE
PROJECTO DE EXECUÇÃO
EXECUÇÃO
PROGRAMA BASE
PROGRAMA PRELIMINAR
Sequência das operações; critérios de
dimensionamento; condicionamentos da ocupação do
terreno e exigências urbanísticas; peças escritas e
desenhadas para esclarecimento das alternativas,
viabilidade, tecnologia, custos e prazos; estimativa dos
custos de manutenção e conservação; indicação da
necessidade de elementos topográficos, geológicos,
hidrológicos e outros; indicação da necessidade de
estudos, prospecção e ensaios.
Objectivos da obra; características a satisfazer;
topografia, cartografia e localização; exigências de
comportamento, funcionamento, exploração e
conservação; limites de custo e financiamento; prazos
de elaboração do projecto e da execução; imposições
relativas à paisagem; em alguns casos o estudo
geológico e geotécnico.
Dono de Obra
Projectista
Projectista
Projectista
Projectista
Memória descritiva e justificativa de cada objectivo
do estudo; elementos gráficos de cada solução;
dimensionamentos aproximados dos principais
elementos; processos, materiais e equipamentos de
construção; estimativa do custo; revisão discriminada
do programa base, em termos de alterações e custos;
estudos económicos, geológicos, hidrológicos e
paisagísticos; plantas e perfis das soluções a escalas
convenientes.
Peças desenhadas, a escalas convenientes, da
planimetria e altimetria dos componentes da obra;
dimensionamento geral; justificação das soluções
adoptadas; sistemas e processos construtivos e
características técnicas dos materiais e equipamentos;
orçamento preliminar; programa de trabalhos com
operações vinculantes para o Empreiteiro; estudos
geológicos e geotécnicos.
Memória descritiva e justificativa com os seguintes
aspectos: definição e descrição da obra, análise do
cumprimento do Programa Base, indicação da
natureza e condições do terreno, implantação e
integração da obra no local, descrição das soluções
que satisfazem as leis em vigor, caracterização dos
materiais, dos elementos de construção, das
instalações e dos equipamentos, justificação técnico-
económica; cálculos e justificação dos diferentes
componentes da obra; medições da quantidade e
qualidade dos trabalhos de execução (segundo a
legislação e especificações LNEC); orçamento; peças
desenhadas; condições técnicas, gerais e especiais do
Caderno de Encargos.
Empreiteiro

28
Em termos de honorários devidos a cada fase de projecto, estes estão distribuídos da
seguinte forma: Programa Base (20%), Estudo Prévio (15%), Projecto Base (25%),
Projecto de Execução (30%) e Assistência Técnica (10%) (Porto Editora[142]
, 1995). No
caso das obras subterrâneas, devido ao desconhecimento do maciço nas fases anteriores à
escavação, o valor dos honorários para a Assistência Técnica poderia ser superior.
3.1.2. ESTUDO PRÉVIO
O Estudo Prévio de uma obra subterrânea tem uma importância decisiva na prossecução do
empreendimento, sendo nesta fase que se tomam as decisões mais abrangentes,
nomeadamente no que se refere à continuidade da obra, localização, cenários de execução
e seus custos associados e a determinação das exigências das etapas subsequentes.
Desta forma, este elemento de projecto destina-se ao estudo regional de implantação da
obra, obrigando-se a identificar o meio envolvente e as consequências da interacção entre a
obra e o ambiente. O Estudo Prévio terá assim de disponibilizar a informação suficiente
para que sejam tomadas as decisões de carácter geral e para direccionar os estudos futuros.
A identificação das condicionantes da obra, onde se destacam os aspectos de envolvente
ambiental, as ocorrências geológicas, e as possíveis interferências provocadas pela e à
execução, revestem-se de importância acrescida, podendo limitar os métodos e técnicas a
utilizar ou, mesmo, abandonar a concepção inicialmente definida. Contam-se como
factores importantes, o tipo e paisagem da região interessada (urbana, rural, etc.), as
estruturas geológicas envolvidas, a acessibilidade ao local, a existência de meios técnicos
especializados na região (prospectores, empreiteiros, etc.), entre outros.
Em termos geotécnicos, esta fase do projecto é elaborada com base no Reconhecimento
Preliminar (ver capítulo 2.1.2), definindo-se um conjunto de condicionalismos que
merecerão um tratamento posterior de maior detalhe. A informação proveniente dos
trabalhos de prospecção deverá permitir a definição de alternativas para a execução da
obra, condicionadas pelos resultados dos estudos posteriores que são também, por sua vez,
estabelecidos e identificados neste estudo. É pois, o Estudo Prévio quem estabelece o rumo
inicial das soluções técnicas, vistas à escala regional e, portanto, ainda pouco
pormenorizadas. Estas opções terão, necessariamente, de ser ajustadas e afinadas com a
introdução de informação mais minuciosa, à medida que se avança nas fases de projecto.

29
Este documento deverá conter também a elaboração da estimativa dos custos globais da
obra, de forma abrangente, tratando-se de um elemento muito importante a ser fornecido
ao Dono de Obra e aos seus consultores. Esta previsão económica constitui um dos
principais elementos decisórios do empreendimento, permitindo compará-lo com os
financiamentos e deliberar, em termos de custo e benefício, sobre a continuidade ou
abandono da obra.
3.1.3. PROJECTO BASE
O Projecto Base, por vezes designado Anteprojecto, constitui um elemento pormenorizado
das soluções a adoptar e respectiva fundamentação, incluindo o dimensionamento das
estruturas e os processos construtivos, entre outros.
Este estudo, suportado pela prospecção geotécnica de campo (capítulo 2.1.3), possui um
carácter desenvolvido, pretendendo-se, nesta fase, a elaboração e definição dos materiais a
utilizar e equipamentos, programas de trabalhos e orçamentos das actividades.
Muitas vezes, este documento é elaborado com maior detalhe, constituindo o elemento
posto a concurso para a empreitada, antecedendo imediatamente a execução. Este
procedimento tem o objectivo de permitir a realização do projecto propriamente dito
durante a execução da empreitada, perante os problemas e condicionantes concretos.
Segundo Mello Mendes[104]
(1983), na maioria das obras subterrâneas, é bastante difícil
determinar as características do revestimento sem antes se ter procedido à escavação de um
comprimento apreciável de túnel, com um perfeito controlo do terreno através de
instrumentação apropriada.
Assim, salvo raras excepções, o Projecto de Execução de um túnel só poderá ser
completado no decorrer da obra, a partir dos elementos obtidos e em face das situações que
forem sendo detectadas (Oliveira[122]
, 1977).
Esta moderna abordagem de construção de túneis (método observacional ou as you go),
aponta como elemento de concurso e início de obra, o denominado Anteprojecto
detalhado. Esta modalidade possui algumas vantagens relativamente ao que é usualmente
praticado, uma vez que constitui um modelo que prevê o seu carácter provisório, dando
origem ao projecto de execução em fase de obra.

30
A adopção deste último procedimento, pressupõe o acompanhamento constante da obra por
parte do Projectista, uma vez que é este que possui os conceitos de concepção da obra e
está assim melhor apetrechado para promover as alterações e optimizações necessárias, de
forma a conceber uma obra segura, funcional e com o menor custo. Esta actividade constitui a
assistência técnica à obra, para cuja remuneração existe previsão na proposta do
Projectista.
3.1.4. PROJECTO DE EXECUÇÃO
O Projecto de Execução é, por excelência, o elemento que serve de base à construção da
obra. Este documento define as metodologias de construção, o dimensionamento, as
características dos materiais, os equipamentos, os estudos económicos, etc.
Como foi referido, a execução de um túnel merece atenções particulares relativas à
elaboração deste tipo de documento, que não pode ser entendido como regulador de uma
metodologia fixa de construção. A experiência associada à construção de túneis indica que
o verdadeiro projecto de execução só pode ser elaborado no decorrer da escavação, perante
o contacto directo com o maciço rochoso e, assim, com o perfeito conhecimento das
condições, características e adversidades do meio, denominando-se método observacional
ou passo a passo.
Para a prossecução desta filosofia de projecto, em que geralmente se adopta o Projecto
Base (detalhado) como elemento de projecto anterior à construção, é necessário prever a
implementação dos meios de caracterização e amostragem do maciço a escavar. Este
processo deverá permitir a adaptação e elaboração do verdadeiro projecto no decurso da
obra, em face das condições reais verificadas.
De forma a poder ser seguida esta sequência de actividades, e como já foi referido, o
Projectista deverá ter uma presença constante em obra, com meios técnicos e humanos
consideráveis, dos quais depende a imprescindível capacidade de resposta.
Mesmo em projectos onde não é seguido este método, dever-se-á atender a que uma obra
geotécnica não é imune a imprevistos, sendo mesmo o tipo de obras onde estes ocorrem
com mais frequência. Devido a isso, a concepção de cenários que identifiquem os mais
prováveis desvios à normal execução da obra, é um procedimento vantajoso para todos os
intervenientes em obras desta índole.

31
Nas últimas décadas tem sido utilizada uma técnica de dimensionamento das obras
subterrâneas, que utiliza a divisão do maciço em zonas, denominada Zonamento
Geotécnico. Esta divisão do maciço pode ser realizada na fase de Projecto Base, mas é com
o Projecto de Execução que adquire uma configuração mais precisa, à custa dos resultados
de ensaios de campo e de laboratório mais detalhados (Oliveira[125]
, 1986).
O Zonamento Geotécnico tem a finalidade de definir maciços geológicos com idênticas
respostas geotécnicas a curto e a longo prazo (Oliveira[124]
, 1986). Esta forma de repartir o
maciço em zonas que exibem comportamentos geomecânicos semelhantes, tem sido um
valioso auxiliar dos técnicos ligados à Engenharia de Túneis, uma vez que permite a
aplicação das mesmas técnicas em zonas com características comparáveis, fornecendo
facilidade no dimensionamento e permitindo a optimização da execução. Segundo
Oliveira[125]
(1986), trata-se assim de balizar o maciço rochoso dentro de limites bem
definidos e aceitáveis, relativos à deformabilidade, resistência, permeabilidade e estado de
tensão.
O zonamento geotécnico é assim uma eficiente metodologia de trabalho, se forem
atendidos os constrangimentos próprios das obras desta natureza. Por si só, esta
metodologia não é suficiente no ordenamento total do processo construtivo, apesar de
definir valores mecânicos característicos de cada zona geotécnica. O âmbito do zonamento
geotécnico não pode, muitas vezes, abranger simultaneamente os métodos de escavação,
sustimento, constrangimentos ambientais, etc. A título de exemplo, duas zonas com a
mesma classificação geotécnica, a nível de geologia e de propriedades mecânicas do
maciço, poderão ter de sofrer distintos métodos de escavação e sustimento, pelo simples
facto de se encontrarem em áreas urbanas ou não, perto ou longe de estruturas de risco,
com grande ou pequeno recobrimento, etc.
Desta forma, o zonamento geotécnico não pode ser entendido como um receituário de
soluções pré-determinadas que dispense estudos específicos localizados, mas antes uma
abordagem de cenários característicos para zonas relativamente homogéneas, onde a sua
aplicação não induza custos acrescidos (na escavação e suporte) ou a redução das
condições de segurança. A adopção eficaz desta metodologia carece igualmente de
reconhecimento e instrumentação contínuos do maciço a escavar, que terá de ir muito para
além da mera classificação geológica das frentes de desmonte, por si só insuficiente para a
aferição das condições mecânicas e estruturais do maciço rochoso.

32
O projecto das estruturas de apoio da obra, nomeadamente a ventilação, iluminação e
drenagem é, geralmente, relegado para o executante da obra. Este critério, suportado pelo
conhecimento prático que permite ao empreiteiro esta concepção operacional, pode
acarretar consequências nefastas para a segurança, qualidade e prazos do empreendimento.
Assim, considera-se como uma tarefa importante do Projectista, o estabelecimento de
limites para estes parâmetros, de forma a assegurar as condições mínimas de segurança e
salubridade no decorrer da execução da obra.
3.2. CONSTRANGIMENTOS AO PROJECTO
Numa obra subterrânea existem vários condicionalismos associados à sua elaboração.
Estes elementos redutores, que impedem os técnicos de exercer livremente as suas
capacidades e criatividade, prendem-se com as imposições de traçado, geometria do túnel,
condições geotécnicas, particularidades ambientais, entre outras.
A dimensão do túnel é geralmente um aspecto inibidor da livre movimentação de pessoas e
equipamentos, facto que é agravado nos casos de túneis hidráulicos ou de saneamento,
onde as secções são reduzidas. Assim, uma pequena secção de um túnel influencia a
funcionalidade dos sistemas de escavação, remoção, ventilação, drenagem, iluminação, etc.
Do mesmo modo, o comprimento do túnel pode igualmente condicionar os sistemas
referidos, com especial ênfase para a ventilação, drenagem, distribuição de energia
eléctrica e remoção. Cabe ao Projectista, no âmbito das suas actividades, estudar os meios
de minorar estes efeitos, recorrendo às soluções técnicas adequadas, nomeadamente pelo
estudo da viabilidade de execução de poços (para extracção, ventilação, etc.) ou mesmo o
redimensionamento de certas secções do túnel através do alargamento destas, de forma a
permitir o cruzamento de veículos ou a instalação de bombas e ventiladores intercalares .
Neste contexto de túneis de reduzida secção, há a assinalar a recente tecnologia de
microtunelação, correspondentes a túneis de diâmetro inferior a 900 mm, ou minitunelação
para diâmetros entre 900 e 2800 mm. Esta técnica constitui uma alternativa às valas escavadas
a céu aberto, geralmente para instalação de condutas de água, gás e cabos eléctricos ou de
telecomunicações, utilizando-se equipamentos com controlo remoto de grande precisão.
Este processo pode representar uma opção viável, fundamentada pela gama de materiais
que escava (desde solos a maciços rochosos) e versatilidade em termos de diâmetros e de
precisão. Em termos técnicos e ambientais, este método de abertura é atractivo, porquanto

33
implica menores transtornos às populações, minimiza possíveis deslocamentos de
fundações de estruturas e edifícios, não carece de colocação de fundações para as tubagens
(minorando possíveis roturas por flexão) e a sua aplicação em larga escala pode motivar
menores custos que os métodos tradicionais (Nicholas[118]
, 1998 e Fernandes[51]
, 1991).
A obrigatoriedade do cumprimento de um traçado fixo, imposto por critérios de serviço e
independente das condições geotécnicas, hidrogeológicas, ambientais e outras, é outro
factor condicionante tanto do projecto como da execução, sujeitando-os, muitas vezes, a
factores adversos relacionados com o tipo de maciço rochoso, condições de recobrimento,
sensibilidade das estruturas superficiais, etc.
Outro aspecto a atender no projecto, refere-se aos danos e prejuízos, a curto e longo prazo,
causados às populações. Estes condicionantes, de cariz temporário e/ou permanente,
restringem a qualidade de vida das populações, através dos inconvenientes provocados
pela fase construtiva (ruídos, vibrações, poeiras, circulação de veículos pesados,
condicionamento do tráfego, etc.), bem como pelas próprias consequências da implantação
do túnel que poderão provocar restrições à construção, uso do solo e rebaixamento do nível
freático, entre outros. Cabe igualmente ao Projectista antever e minimizar os efeitos
nefastos da obra, através das técnicas e meios apropriados, de forma a causar os menores
transtornos possíveis, sendo mais tarde implementados e supervisionados pela
Fiscalização, durante a actividade do Empreiteiro.
A definição dos locais de estaleiro e das áreas de deposição (aterro) dos materiais
removidos pela escavação dos túneis, são outros aspectos importantes, dos quais podem
resultar graves implicações técnicas e económicas, sobretudo se a obra se localizar em
regiões com elevada densidade populacional.
3.3. CONSTRANGIMENTOS NA EXECUÇÃO
O Projectista de uma obra subterrânea deverá dedicar especial atenção à capacidade que o
seu projecto tem de ser exequível, isto é, terá sempre de equacionar a tecnologia existente,
meios disponíveis e as restrições reinantes, de forma a permitir:
• a realização efectiva e segura da obra;
• um campo alargado de intervenção aos empreiteiros;

34
• a execução no menor prazo e pelo menor custo;
• a minimização dos impactes ambientais e transtornos às populações
Os aspectos acima referidos implicam a incorporação, por parte do Projectista, dos meios
técnicos disponíveis na zona e/ou país de construção, de forma a garantir a exequibilidade
da obra e, simultaneamente, permitir a livre concorrência entre empreiteiros, de forma a
obter menores custos de execução. Assim, deverá ser preocupação do Projectista não
limitar excessivamente os equipamentos a utilizar, bem como possibilitar diversos cenários
para as metodologias de execução.
A execução destas obras em zonas habitacionais, nas imediações de captações de água
(poços), e nas travessias de rios, entre outras, carece de extrema atenção por parte do
Projectista. Não só se deve incorporar estas informações nos métodos de cálculo, como se
devem promover, em fase de projecto, os meios de controlo das actividades construtivas,
nomeadamente a escavação, de forma a que não sejam afectadas as condições pré-existentes.
Um outro aspecto de extrema importância nas fases que antecedem o início da execução, é
a selecção do Empreiteiro e Fiscalização, geralmente da responsabilidade do Dono de Obra
e respectivos Consultores, devendo contar igualmente com a participação do Projectista.
Este procedimento permite avaliar com maior detalhe as metodologias e técnicas propostas
pelo Empreiteiro, e a sua interferência com o meio circundante, com os custos, com os
prazos, com a segurança e com a qualidade final da obra. Analogamente, os meios
colocados à disposição pela entidade fiscalizadora, pode ser de importância determinante
na qualidade da obra e no grau de interferência desta com o meio ambiente.
Entre os factores com maior relevo que devem ser observados nas propostas dos
executantes e fiscalizadores destas obras, contam-se a metodologia e ciclos de trabalho, o
tipo e quantidade dos equipamentos colocados em obra, o grau de formação dos operários
envolvidos, a capacidade técnica e habilitações das chefias e responsáveis e os métodos de
aferição da qualidade.

Geotechnical aspects of tunnel design and construction

Geotechnical aspects of tunnel design and construction

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (6)

Semelhante a Geotechnical aspects of tunnel design and construction

Semelhante a Geotechnical aspects of tunnel design and construction (20)

Geotechnical aspects of tunnel design and construction