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OBRAS
SUBTERRÂNEAS
ênfase em túneis
Sumário
1 .Introdução
2 .Objetivos
3.Geotecnia em obras subterrâneas
4.Influências dos fatores geológicos
5 .Método de Escavação em Materiais Duros (Rochas)
1.INTRODUÇÃO
 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.
 Utilizados desde o antigo Egito, sua técnica consistia em realizar escavações,
simultaneamente, nos dois extremos, encontrando-se no meio da montanha.
 Os gregos abriram, em 532 a.C, uma galeria de 100 m para captar a água de fontes
existentes entre as rochas
 Romanos utilizaram para ligar as suas redes de aquedutos. Aplicavam ácido acético e calor
para provocar a fissuração das rochas e facilitar o processo de escavação.
 Monte Cenis entre França e Itália (1857 a 1871): introduziu-se perfurações nas rochas e
utilização de dinamites
 Londres (1869): foi desenvolvido um aparato que escorava as paredes do túnel conforme o
mesmo ia sendo aberto (túnel sob o Rio Tâmisa)
 Obras de grandes dimensões exige um conhecimento, aprofundado sobre as
características geológicas e mecânicas dos maciços rochosos e rochas constituintes
em que vão ser implantadas.
 Uma adequada caracterização geotécnica dos maciços rochosos, habilita os
responsáveis a definir os processos de construção mais econômicos e mais seguros.
 Nos últimos anos as obras subterrâneas tiveram um desenvolvimento considerável.
 Acessórias particulares, como os sistemas de ventilação, drenagem e
impermeabilização, iluminação.
2.Objetivos
 É permitir uma passagem direta através de certos obstáculos, que podem
ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas.
 Transporte (estradas, caminhos de ferro).
 Vias de condução hidráulica (adutores de água, de saneamento, de gás).
 Galerias mineiras.
 Acessos a instalações subterrâneas militares ,armazenamento de
resíduos.
3. Fases de obras civis
3.1Estudos prévios
3.2 Anteprojeto
3.3 Construção
4.Influências dos fatores geológicos
 Descontinuidade
 Dobras
 Foliação
 hidrogeologia
 Movimentos de massa
4.1 Descontinuidade
 A escolha do alinhamento básico de um túnel é governada primeiramente
pelos interesses de tráfego e transporte.
 A locação exata é controlada pelos fatores geológicos.
4.2 Dobras

4.3 foliação
4.4 hidrogeologia
4.5 fluxo de massa
5. Método de Escavação em Materiais
Duros (Rochas)
 Método Tradicional
 Para túneis escavados em rochas, a não ser nos casos daqueles extremamente curtos (cerca de 200m de comprimento) . são
normalmente estabelecidas, para a construção, duas ou mais frentes de escavação. Genericamente, as seguintes operações são
necessárias .
 a) perfuração da frente de escavação com marteletes;
 b) carregamento dos furos com explosivos;
 c) detonação dos explosivos;
 d) ventilação e remoção dos detritos e da poeira;
 e) remoção da água de infiltração, se necessário;
 f) colocação do escoramento para o teto e paredes laterais, se necessário;
 g) colocação do revestimento, se necessário.
Métodos de Avanço
 Túneis desenvolvidos em rochas podem apresentar diferentes métodos de
avanço, sendo os mais comuns:
 • Escavação Total
 Nesse caso toda a frente é perfurada e dinamitada. Túneis pequenos, cerca
de 3m de diâmetro, são assim escavados, embora os de maiores diâmetros
também o possam ser.
Escavação por Galeria Frontal e
Bancada
 Esse método envolve o avanço da parte superior do túnel, sempre adiante da
parte inferior (figura 07). Se a rocha é suficientemente firme para permitir que o
teto permaneça sem escoramento, o avanço da parte superior é de um turno de
trabalho com relação à inferior.
Ilustração da escavação por galeria frontal e bancada
Escavação com Galerias
 Em túneis bastante largos, pode ser vantajoso desenvolver um túnel
menor, chamado galeria (figura 08), antes da escavação total da frente. De
acordo com sua posição, a galeria é chamada de:
Figura 08 – Ilustração da escavação auxílio de galerias
 As vantagens são as seguintes:
 1. Toda zona de rocha desfavorável ou com presença excessiva de água
será determinada antes da escavação total, permitindo assim certas
precauções.
 2. A quantidade de explosivos poderá ser reduzida.
 3. Os lados da galeria podem facilitar a instalação de suportes de madeira
do teto, especialmente em rochas “quebradiças”.
 Entre as desvantagens, temos:
 1. O avanço do túnel principal pode se atrasar até o termino da galeria.
 2. O custo de pequenas galerias será alto, em virtude de serem
desenvolvidas manualmente, ao invés de automaticamente.
determinação da secção do túnel
 A sua seleção é influenciada por vários fatores, dependendo do objetivo
do túnel:
 1. tamanho dos veículos;
 2. tipo, resistência, conteúdo de água e pressões do solo;
 3. o método de escavação;
 4. o material e a resistência do revestimento do túnel;
 5. a necessidade de usar 1 ou 2 sentidos de circulação.
Figura 11 – Ilustração de algumas secções geométricas
comuns de túneis.
5.1 Método Mecânico
 conceito de perfurar túneis mecanicamente é antigo. As vantagens do método, quando
comparadas com as dos métodos convencionais (tradicional), são evidentes, vejamos:
 1) segurança – abertura de paredes arredondadas (figura 12), que são mais resistentes
(capacidade de sustentação). O perigo da queda de blocos é menor, e usualmente o
suporte é pequeno e desnecessário.
 2) ”overbreak” - em túneis que exijam revestimento, a economia de concreto será
grande, uma vez que não existirá “overbreak” causado pelas explosões.
 3) menor número de trabalhadores – sempre menor, comparados com os métodos
convencionais de escavação.
 4) avanço rápido.
 5) danos de explosões - o método mecânico elimina essa perspectiva, não causando
danos a propriedades em áreas densamente habitadas ou no próprio material
encaixante do túnel
Aspecto comparativo entre as seções escavadas pelo convencional (uso de
explosivos) e o método mecânico (corte por equipamento).
 O alto investimento inicial requerido pelo equipamento, o que elimina sua
aplicação em túneis curtos.
 O sistema de ventilação necessita ser mais largo e/ou mais complexo para
proporcionar o controle da poeira do calor.
 Deve ser efetuado cuidadoso controle na direção e no “grade” do túnel,
para evitar possíveis desvios, de difícil correção.
 A aplicação do método é também mais comum em materiais em materiais
relativamente moles.
5.2 Escavação em Materiais Moles
(Solos)
 Método da Couraça – “shields”
 O método de construção de túneis com couraça, que é uma variante do
método mineiro, é um dos mais modernos.
 O método de construção com couraça é o que traz menores problemas,
tanto para o tráfego superficial como para a remoção de interferências.
 Ele é aplicável em quase todos os tipos de solo, nos moles como nos
muito rígidos, acima ou abaixo do lençol freático. Ele se adapta muito bem
às mais variadas condições.
 Para um funcionamento seguro, é necessária a existência de uma altura
mínima de terra acima do túnel.
5.2.1 Couraças com escavação
manual
 Esse tipo de couraça é o mais seguro para resolver todos os problemas,
dentro das mais variadas condições.

 Com relação ao escoramento do solo na frente de trabalho, usam-se dois
sistemas: As plataformas de trabalho são dispostas de modo a permitir
que as pessoas trabalhem de pé. A escavação do solo e o escoramento são
feitos de cima para baixo, sendo que a plataforma de trabalho avança
empurrada hidraulicamente. O escoramento também é feito com auxílio
de macacos hidráulicos.
5.2.2 Couraças semi-mecanizadas
Exemplo de avanço da perfuração com couraças semi-mecanizada.
5.2.3 Couraças mecânicas
 Nas couraças mecanizadas conhecidas, o solo é escavado, na frente de
trabalho, por placas fresadoras rotativas, sendo levantado mecanicamente
e conduzido por correias transportadoras ou vagonetes.
 Todas as instalações auxiliares são instaladas na couraça ou em um
"reboque".
 A colocação dos segmentos dos anéis e a injeção de argamassa são feitas
como nos outros tipos de couraça.
 Deve-se distinguir couraças com a frente de trabalho escorada ou não, isto
é, se a escavação e feita por um disco fechado ou aberto
5.2.4 NEW AUSTRIAN TUNNELING
METHOD”(NATM)
 Basicamente, logo após a escavação parcial do maciço é instalada a estrutura de
suporte.
 Esta estrutura é feita com concreto projetado e complementada, quando necessário,
por tirantes e cambotas.
 Mobilização das tensões de resistência do maciço :
 O maciço que circunda o túnel, que inicialmente atua como elemento de carga, passa
a se constituir em elemento de escoramento. Isto se deve à mobilização de suas
tensões de resistência. É o princípio da estabilização pelo alívio das tensões por
deformações controladas.
 A acomodação excessiva do solo faz com que o maciço perca sua capacidade de auto-
suporte e passe a exercer um esforço sobre a estrutura.
 aplicação imediata do revestimento de concreto projetado impede esta acomodação, bem
como a formação de vazios na junção estrutura-maciço, mantendo sua qualidade
 A aplicação deste revestimento possibilita que o suporte aja em toda a superfície escavada,
melhorando sua interação com o maciço.
 A utilização de, tirante e cambota.
 Drenagem do maciço.
 Geometria mínima da seção escavada e, preferencialmente, arredondada.
 Drenagem do maciço
6. Impermeabilização
Como qualquer estrutura em contatp com o solo, existem duas maneiras a se reagir
com a ação da água. Uma consiste em reforçar a impermeabilização e aouta
permite a passagem e controla eu fluxo.
Geocomposto(Geomembrana de PVC, acoplada com
Geotêxtil de polipropileno).
7. Colapsos em obras subterrâneas
 Os colapsos são subdivididos conforme vários fatores, em que se incluem local
, extensão , efeitos , consequências, causas e mecanismos.
 Suas categorias segundo SEIDENFUSS(2006) são:
 colapsos à luz do dia (Dá-se o nome de colapso à luz do dia ao tipo de
colapsos em que o maciço é exposto à superfície, geralmente devido à erosão
provocada por águas subterrâneas, podendo o túnel tornar-se visível desde a
cratera à superfície ou não.
 Colapsos subterrâneos.
 rock burst17 (ruptura violenta e espontânea de uma rocha)
 squeezing18 (material rochoso de pouca resistência se desloca para o interior
da escavação do túnel por gravidade e elevado campo de tensões)
 inundações e infiltrações de água.
7.1 exemplo de colapso no Brasil
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  • 2. Sumário 1 .Introdução 2 .Objetivos 3.Geotecnia em obras subterrâneas 4.Influências dos fatores geológicos 5 .Método de Escavação em Materiais Duros (Rochas)
  • 3. 1.INTRODUÇÃO  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.  Utilizados desde o antigo Egito, sua técnica consistia em realizar escavações, simultaneamente, nos dois extremos, encontrando-se no meio da montanha.  Os gregos abriram, em 532 a.C, uma galeria de 100 m para captar a água de fontes existentes entre as rochas  Romanos utilizaram para ligar as suas redes de aquedutos. Aplicavam ácido acético e calor para provocar a fissuração das rochas e facilitar o processo de escavação.  Monte Cenis entre França e Itália (1857 a 1871): introduziu-se perfurações nas rochas e utilização de dinamites  Londres (1869): foi desenvolvido um aparato que escorava as paredes do túnel conforme o mesmo ia sendo aberto (túnel sob o Rio Tâmisa)
  • 4.  Obras de grandes dimensões exige um conhecimento, aprofundado sobre as características geológicas e mecânicas dos maciços rochosos e rochas constituintes em que vão ser implantadas.  Uma adequada caracterização geotécnica dos maciços rochosos, habilita os responsáveis a definir os processos de construção mais econômicos e mais seguros.  Nos últimos anos as obras subterrâneas tiveram um desenvolvimento considerável.  Acessórias particulares, como os sistemas de ventilação, drenagem e impermeabilização, iluminação.
  • 5. 2.Objetivos  É permitir uma passagem direta através de certos obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas.  Transporte (estradas, caminhos de ferro).  Vias de condução hidráulica (adutores de água, de saneamento, de gás).  Galerias mineiras.  Acessos a instalações subterrâneas militares ,armazenamento de resíduos.
  • 6. 3. Fases de obras civis
  • 10. 4.Influências dos fatores geológicos  Descontinuidade  Dobras  Foliação  hidrogeologia  Movimentos de massa
  • 11. 4.1 Descontinuidade  A escolha do alinhamento básico de um túnel é governada primeiramente pelos interesses de tráfego e transporte.  A locação exata é controlada pelos fatores geológicos.
  • 15. 4.5 fluxo de massa
  • 16. 5. Método de Escavação em Materiais Duros (Rochas)  Método Tradicional  Para túneis escavados em rochas, a não ser nos casos daqueles extremamente curtos (cerca de 200m de comprimento) . são normalmente estabelecidas, para a construção, duas ou mais frentes de escavação. Genericamente, as seguintes operações são necessárias .  a) perfuração da frente de escavação com marteletes;  b) carregamento dos furos com explosivos;  c) detonação dos explosivos;  d) ventilação e remoção dos detritos e da poeira;  e) remoção da água de infiltração, se necessário;  f) colocação do escoramento para o teto e paredes laterais, se necessário;  g) colocação do revestimento, se necessário.
  • 17. Métodos de Avanço  Túneis desenvolvidos em rochas podem apresentar diferentes métodos de avanço, sendo os mais comuns:  • Escavação Total  Nesse caso toda a frente é perfurada e dinamitada. Túneis pequenos, cerca de 3m de diâmetro, são assim escavados, embora os de maiores diâmetros também o possam ser.
  • 18. Escavação por Galeria Frontal e Bancada  Esse método envolve o avanço da parte superior do túnel, sempre adiante da parte inferior (figura 07). Se a rocha é suficientemente firme para permitir que o teto permaneça sem escoramento, o avanço da parte superior é de um turno de trabalho com relação à inferior. Ilustração da escavação por galeria frontal e bancada
  • 19. Escavação com Galerias  Em túneis bastante largos, pode ser vantajoso desenvolver um túnel menor, chamado galeria (figura 08), antes da escavação total da frente. De acordo com sua posição, a galeria é chamada de: Figura 08 – Ilustração da escavação auxílio de galerias
  • 20.  As vantagens são as seguintes:  1. Toda zona de rocha desfavorável ou com presença excessiva de água será determinada antes da escavação total, permitindo assim certas precauções.  2. A quantidade de explosivos poderá ser reduzida.  3. Os lados da galeria podem facilitar a instalação de suportes de madeira do teto, especialmente em rochas “quebradiças”.  Entre as desvantagens, temos:  1. O avanço do túnel principal pode se atrasar até o termino da galeria.  2. O custo de pequenas galerias será alto, em virtude de serem desenvolvidas manualmente, ao invés de automaticamente.
  • 21. determinação da secção do túnel  A sua seleção é influenciada por vários fatores, dependendo do objetivo do túnel:  1. tamanho dos veículos;  2. tipo, resistência, conteúdo de água e pressões do solo;  3. o método de escavação;  4. o material e a resistência do revestimento do túnel;  5. a necessidade de usar 1 ou 2 sentidos de circulação. Figura 11 – Ilustração de algumas secções geométricas comuns de túneis.
  • 22. 5.1 Método Mecânico  conceito de perfurar túneis mecanicamente é antigo. As vantagens do método, quando comparadas com as dos métodos convencionais (tradicional), são evidentes, vejamos:  1) segurança – abertura de paredes arredondadas (figura 12), que são mais resistentes (capacidade de sustentação). O perigo da queda de blocos é menor, e usualmente o suporte é pequeno e desnecessário.  2) ”overbreak” - em túneis que exijam revestimento, a economia de concreto será grande, uma vez que não existirá “overbreak” causado pelas explosões.  3) menor número de trabalhadores – sempre menor, comparados com os métodos convencionais de escavação.  4) avanço rápido.  5) danos de explosões - o método mecânico elimina essa perspectiva, não causando danos a propriedades em áreas densamente habitadas ou no próprio material encaixante do túnel
  • 23. Aspecto comparativo entre as seções escavadas pelo convencional (uso de explosivos) e o método mecânico (corte por equipamento).
  • 24.  O alto investimento inicial requerido pelo equipamento, o que elimina sua aplicação em túneis curtos.  O sistema de ventilação necessita ser mais largo e/ou mais complexo para proporcionar o controle da poeira do calor.  Deve ser efetuado cuidadoso controle na direção e no “grade” do túnel, para evitar possíveis desvios, de difícil correção.  A aplicação do método é também mais comum em materiais em materiais relativamente moles.
  • 25. 5.2 Escavação em Materiais Moles (Solos)  Método da Couraça – “shields”  O método de construção de túneis com couraça, que é uma variante do método mineiro, é um dos mais modernos.  O método de construção com couraça é o que traz menores problemas, tanto para o tráfego superficial como para a remoção de interferências.  Ele é aplicável em quase todos os tipos de solo, nos moles como nos muito rígidos, acima ou abaixo do lençol freático. Ele se adapta muito bem às mais variadas condições.  Para um funcionamento seguro, é necessária a existência de uma altura mínima de terra acima do túnel.
  • 26. 5.2.1 Couraças com escavação manual  Esse tipo de couraça é o mais seguro para resolver todos os problemas, dentro das mais variadas condições.   Com relação ao escoramento do solo na frente de trabalho, usam-se dois sistemas: As plataformas de trabalho são dispostas de modo a permitir que as pessoas trabalhem de pé. A escavação do solo e o escoramento são feitos de cima para baixo, sendo que a plataforma de trabalho avança empurrada hidraulicamente. O escoramento também é feito com auxílio de macacos hidráulicos.
  • 27. 5.2.2 Couraças semi-mecanizadas Exemplo de avanço da perfuração com couraças semi-mecanizada.
  • 28. 5.2.3 Couraças mecânicas  Nas couraças mecanizadas conhecidas, o solo é escavado, na frente de trabalho, por placas fresadoras rotativas, sendo levantado mecanicamente e conduzido por correias transportadoras ou vagonetes.  Todas as instalações auxiliares são instaladas na couraça ou em um "reboque".  A colocação dos segmentos dos anéis e a injeção de argamassa são feitas como nos outros tipos de couraça.  Deve-se distinguir couraças com a frente de trabalho escorada ou não, isto é, se a escavação e feita por um disco fechado ou aberto
  • 29.
  • 30. 5.2.4 NEW AUSTRIAN TUNNELING METHOD”(NATM)  Basicamente, logo após a escavação parcial do maciço é instalada a estrutura de suporte.  Esta estrutura é feita com concreto projetado e complementada, quando necessário, por tirantes e cambotas.  Mobilização das tensões de resistência do maciço :  O maciço que circunda o túnel, que inicialmente atua como elemento de carga, passa a se constituir em elemento de escoramento. Isto se deve à mobilização de suas tensões de resistência. É o princípio da estabilização pelo alívio das tensões por deformações controladas.
  • 31.  A acomodação excessiva do solo faz com que o maciço perca sua capacidade de auto- suporte e passe a exercer um esforço sobre a estrutura.  aplicação imediata do revestimento de concreto projetado impede esta acomodação, bem como a formação de vazios na junção estrutura-maciço, mantendo sua qualidade  A aplicação deste revestimento possibilita que o suporte aja em toda a superfície escavada, melhorando sua interação com o maciço.  A utilização de, tirante e cambota.  Drenagem do maciço.  Geometria mínima da seção escavada e, preferencialmente, arredondada.  Drenagem do maciço
  • 32. 6. Impermeabilização Como qualquer estrutura em contatp com o solo, existem duas maneiras a se reagir com a ação da água. Uma consiste em reforçar a impermeabilização e aouta permite a passagem e controla eu fluxo.
  • 33.
  • 34. Geocomposto(Geomembrana de PVC, acoplada com Geotêxtil de polipropileno).
  • 35. 7. Colapsos em obras subterrâneas  Os colapsos são subdivididos conforme vários fatores, em que se incluem local , extensão , efeitos , consequências, causas e mecanismos.  Suas categorias segundo SEIDENFUSS(2006) são:  colapsos à luz do dia (Dá-se o nome de colapso à luz do dia ao tipo de colapsos em que o maciço é exposto à superfície, geralmente devido à erosão provocada por águas subterrâneas, podendo o túnel tornar-se visível desde a cratera à superfície ou não.  Colapsos subterrâneos.  rock burst17 (ruptura violenta e espontânea de uma rocha)  squeezing18 (material rochoso de pouca resistência se desloca para o interior da escavação do túnel por gravidade e elevado campo de tensões)  inundações e infiltrações de água.
  • 36. 7.1 exemplo de colapso no Brasil

Notas do Editor

  1. A escolha do alinhamento básico de um túnel é governada primeiramente pelos interesses de trafego e transporte. A locação exata é controlada pelos fatores geológicos e hidrológicos particulares da área do túnel. A tendência para a implantação de um alinhamento de túnel é mantê-lo o mais reto possível, não só por seu percurso menor, custos inferiores, melhor visibilidade, mais também pela simplificação da construção e de sua locação topográfica. A fase mais importante dos trabalhos preliminares para túneis é a exploração cuidadosa das condições geológicas. A locação geral de um túnel, apesar de governada pelos interesses econômicos e de trafego, somente é definida quando são definidas as condições geológicas (figura 03).
  2. Fazer pergunta para o pessoal, sobre qual condição geooooo é favorável a construção do túnel ???????????????????????????????
  3. Quando possível, a locação de um túnel deve ser acima do nível da água, caso contrário, deve ser esperada a entrada d’água através do teto e das paredes laterais. Em certas condições, pode ser necessária a aplicação de métodos especiais à construção, como o da couraça, ou a aplicação de rebaixamento do nível d’água, etc. A figura 06 mostra um exemplo de três locações diferentes de túneis, relativas à posição do nível d’água. A locação no3 é mais desfavorável.