O documento descreve os procedimentos de segurança para escavação de túneis subterrâneos, incluindo o controle de pressão, deformações e injeções durante e após a escavação com escudo para garantir a estabilidade da frente de escavação e proteger terceiros.

1. Construção de Túneis em Segurança para Terceiros
Neste artigo pretende-se explicar de uma forma simples o conjunto de actuações do dia
a dia para que as escavações subterrâneas se desenvolvam em níveis de segurança
adequados.
Quando se fala de Obras Subterrâneas associa-se a trabalhos complicados e onde a
segurança é difícil de obter. Esta ideia está associada a este tipo de Obras porque
normalmente há pouca informação dos métodos construtivos e dos parâmetros
utilizados para o seu controlo.
A segurança na execução deste tipo de obras está relacionada com o conhecimento
profundo do tipo de terreno e do seu comportamento à escavação.
Critérios de segurança estão basicamente dependentes dos seguintes aspectos:
- Tipo de Obra
- Grau de conhecimento do terreno
- Fiabilidade do modelo de Cálculo
- Acompanhamento da obra e supervisão
1.1 -Tipo de Obra
É evidente que a segurança, ou melhor o coeficiente de segurança, depende do tipo
de obra. Para se poder entender, não é utilizado o mesmo coeficiente de segurança
para uma obra urbana (Metro), que para uma obra rodoviária ou hidráulica fora de
zonas urbanas, isto deve-se ao facto de as consequências para terceiros não serem as
mesmas que podem trazer um acidente numa ou na outra. Deste modo uma obra em
meio urbano (Metro) deve apresentar os coeficientes de segurança mais altos
durante os trabalhos de escavação de forma a salvaguardar a envolvente à obra.
1.2 - Grau de conhecimento do Terreno
É a fase de investigação do terreno um elemento fundamental de segurança na
construção de obras subterrâneas. É imprescindível ter um conhecimento adequado
do terreno a atravessar e saber as limitações na caracterização deste de forma a se
poder utilizar todas as ferramentas disponíveis em prol da segurança.
Num caso do Granito do Porto por ser um terreno muito variável deve-se realizar
uma importante campanha de sondagens e ensaios de forma a conseguir-se
caracterizar o maciço de modo a eleger o método mais seguro de escavação e ter
uma informação das possíveis zonas de passagem brusca de terrenos estáveis a maus
ou instáveis. Estas informações são elementos fundamentais tanto na fase de
elaboração do projecto como na fase de obra e que podem por si só podem evitar
acidentes/incidentes bem como garantir o cumprimento dos prazos planeados.
1.3 - Fiabilidade do Modelo de Cálculo
Actualmente estão disponíveis potentes métodos de cálculo, testados, que
conseguem modelizar as escavações e comportamentos do sustimento, mas há que
ter em conta que os parâmetros que caracterizam o terreno, que são os dados de
entrada nos programas devem ser os mais representativos possível, a sua fiabilidade

2. depende a segurança na construção. Os coeficientes de segurança e a adopção de um
método de cálculo correcto, serão consequência dos parâmetros escolhidos pelo
projectista. O projecto deverá indicar os elementos básicos da escavação,
sustimento, deformações esperadas, limites de atenção e alerta e análise de danos
provocados na envolvente da escavação. A partir destes dados, serão tomadas
medidas mitigadoras de forma a minimizar estes efeitos.
1.4 - Acompanhamento do projecto da obra. Supervisão.
Os esquemas de controlo e supervisão, numa obra subterrânea constituem um
elemento básico na segurança na execução da obra. Os projectos desenvolvem-se
com algumas premissas que em alguns casos podem não se verificar em obra. Isto
não significa que o projecto esteja mal elaborado, mas sim que a sua adaptação ao
conjunto das condições encontradas na execução da obra não se apresenta válido
nessas zonas. Aqui tem um papel importante o acompanhamento dos trabalhos, por
parte do projectista, supervisão externa da produção e do projecto, onde os casos em
que o projecto não se adapte às condições encontradas, seja detectada no momento
oportuno de forma a evitar qual tipo de incidência/acidente. Após detecção destas
anomalias deverão ser tomadas medidas em tempo útil para melhorem a segurança e
evitar implicações negativas na envolvente dos trabalhos.
No caso de Metro do Porto este acompanhamento é feito através de reuniões diárias
entre as partes envolvidas, director de Obra, Projectista, Fiscalização, consultores
MP e MP.
Nestas reuniões é analisado o trabalho executado, nomeadamente, dados da
escavação obtidos e resultados da monotorização, fazendo a comparação com o
esperado. A partir destes elementos verifica-se se estamos perante situações
anómalas ou não, caso se esteja perante alguma situação anómala decide-se por
tomada de medidas com o objectivo de contrariar os efeitos e verificam-se os
resultados destas actuações.
2 - Escavação de Túneis. Escavação com escudo dos Túneis das linhas C
(Campanhã -Trindade) e S (Salgueiros - S. Bento)
2.1 - O que é escavação com escudo EPB?
As escavações dos túneis nas Linhas C e S, executam-se com um escudo EPB de 8,7
e 8,9 m de diâmetro, respectivamente. Convém recordar qual é o princípio de
actuação de uma máquina escudo EPB – (Earth Pressure Balanced).
A ideia base deste tipo de escavação teve início no princípio do século XIX onde os
trabalhadores durante a fase da escavação eram protegidos por um escudo em aço
das instabilidades na periferia da escavação do túnel.

3. Patenteado por Marc Isambard Brunel em 1818 a Escavação com Escudo foi
utilizada na Escavação do Túnel Thames, tendo começado a ser um método viável.
A figura mostra uma secção do Escudo utilizado na escavação do referido
Túnel…
A figura mostra um corte da Máquina TBM – EPB da Linha C (MICAS)

4. Pormenor da montagem TBM – EPB Linha S
Pormenor da Cabeça de Corte TBM – EPB Linha S

5. A escavação em terrenos instáveis atinge-se nos escudos por meio de Ar
Comprimido, Bentonite ou com a utilização das próprias terras escavadas (EPB).
1ª Figura – Ar Comprimido; 2ª Figura – Bentonite; 3ª figura – EPB
O EPB, consegue a estabilização através de uma câmara estanque onde entra o
material escavado, aqui o produto da escavação é acondicionado com bentonite,
polímeros ou espumas de forma que este se transforme num material minimamente
homogéneo, trabalhavel, denso e impermeável de modo a criar uma "barreira" que
com a pressão correcta de estabilização controla a deformação da frente e as
sobrescavações e portanto garante a estabilidade da frente de escavação.
O material após ter adquirido estas características, na câmara criar-se-á uma pressão
que estabiliza teoricamente a frente (e que será ou não confirmado durante a
execução da escavação). Esta pressão é regulada da seguinte forma: quando o

6. escudo avança consequência da pressão que os macacos exercem sobre o último
anel de betão montado (que será o revestimento definitivo do túnel a construir) o
material existente na câmara é comprimido e a pressão aumenta, seguindo-se a
retirada do material da câmara através de um parafuso sem-fim que desce a pressão
até à de referência. Este processo de escavação/retirada do material da câmara é que
nos permite manter a pressão de estabilização da frente dentro dos limites de
segurança. Este processo de escavação fica completo assim que a folga entre o
diâmetro de escavação e o diâmetro exterior do anel é preenchido com argamassa,
confinando-os.
2.2 - Controlo das Escavações:
2.2.1 - Controlo do volume escavado. Controlo de sobrescavações e deformações
não previstas na frente de Escavação.
- Controlo de pressões
- Inspecções da frente
2.2.2 - Controlo das deformações. Controlo antes, durante e depois da passagem do
escudo
- Controlo de deformações em profundidade
- Controlo de deformações em superfície
2.2.3 - Controlo das injecções. Controlo após passagem do escudo
- Injecções primárias
- Injecções secundárias
2.2.1 - Controlo do volume escavado. Controlo de sobrescavações e deformações
não previstas na frente de Escavação:
Ao estar em terrenos potencialmente instáveis a pressão deve evitar que o material
flua à câmara do escudo, esta situação evita-se tendo uma pressão que seja igual à
soma da pressão de água do maciço, mais a pressão de terras, isto quer dizer, que a
pressão da câmara deve ser tal que evite a afluência de água, por consequência que
arraste o material alterado até à câmara e por uma pressão de terra que evite que a
“massa” sólida exterior entre na câmara em maior quantidade do que a que é
retirada.
A pressão é medida em sensores situados na câmara. Nas máquinas utilizadas na
escavação do Metro do Porto existem três níveis de sensores cada nível está
distanciado do outro de 2 metros, estando o nível mais alto a um metro do ponto
mais alto do túnel. O granito do Porto tem como sabemos densidades diferentes que
dependem do seu grau de alteração, durante o avanço do escudo devemos observar
que não se produzem:
- Durante as paragens subidas de pressão, se for verificada esta situação a
pressão de referência durante a escavação deverá subir-se acima deste valor;

7. – Se acontecer uma variação da pressão durante o processo de escavação
superior a 0,3 bar, é porque o material existente na câmara não está
homogeneizado;
- A diferença de pressões entre os sensores de diferentes níveis nos garantam
uma densidade mínima do material na câmara, neste projecto admitiu-se que o
material na câmara não pode ter menos de 1,4 ton/m3;
- Não se devem acontecer variações importantes no impulso da máquina, isto
pode indicar variações bruscas do tipo de terreno;
- Nas paragens para intervenções em condições hiperbáricas, manutenção da
Cabeça de Corte da TBM ou levantamento das condições geotécnicas da frente
deve verificar-se que as densidades que resultam do material pesado nas
balanças correspondem ao que o geólogo identifica na frente e que não há fluxo
de água à câmara na pressão de trabalho.
Gráfico do controlo de pressões nos vários sensores
Os escudos que estão a trabalhar no Metro do Porto dispõem ainda de sistemas
de segurança que seguidamente enumeramos:
- Um sistema automático de injecção de bentonite na câmara, caso se verifique
nos sensores uma descida brusca da pressão, abaixo de um limite de segurança
adoptado, relativamente à pressão de referência, permitindo manter sempre o
controlo das pressões da frente de escavação;
- Uma bomba de duplo pistão para actuar na extracção pontual de material
fluído da câmara em casos de anomalia por perda das características
(densidade) do material da câmara;

8. - Também existe a possibilidade de injectar bentonite no extradorso da carcaça
(escudo) para diminuir assentamentos em zonas de pouca cobertura e terreno
de má qualidade geotécnica.
Estes elementos citados supõem incrementos de segurança não disponíveis em
numerosos escudos que efectuam escavações em zonas urbanas.
2.2.2 - Controlo das deformações. Controlo antes, durante e depois da passagem do
escudo
-Outra verificação é a instrumentação, especialmente a colocada em
profundidade, neste caso os extensómetros ou os inclino-extensómetros (INCREX).
Estes equipamentos medem os "movimentos" do maciço nas proximidades da
escavação, deste modo, temos informação em profundidade de como é o
comportamento do terreno com a aproximação da roda de corte na vertical do
aparelho, sabendo-se desta forma se a pressão de trabalho é correcta. A
instrumentação (monotorização) verificará que a deformação se estabiliza com a
passagem da carcaça (escudo) pela secção instrumentada, após injecção da
argamassa no extradorso do anel montado. Sendo assim temos um controlo dos
"movimentos" do maciço antes, durante e depois da escavação.
- As marcas superficiais indicam-nos a parte das deformações em profundidade que
se transmitem à superfície e servem para avaliar o impacto das obras.
Medição da instrumentação

9. Régua colocada para medir assentamentos dos edifícios
Secção de instrumentação
2.2.3 - Controlo das injecções. Controlo após passagem do escudo.
Controlo do espaço anelar entre o extradorso do anel e a escavação. Este controlo é
efectuado através do volume de argamassa que é injectada após a saída do anel de
dentro do escudo. Se o volume injectado é superior ao teoricamente definido em
projecto, indica-nos que houve um volume de escavação superior à prevista,
alertando para o controlo de escavação que se está a executar. O preenchimento por
argamassa no espaço entre a escavação e o extradorso do anel deve ser total, para
que assim se proceda a consistência da argamassa deverá ser a adequada, assim
como a pressão de injecção. Se o volume for inferior pode dever-se à qualidade do

10. terreno que é má e se tenha "fechado" parcialmente sobre o escudo no momento
entre a escavação, montagem do anel e preenchimento do vazio anel com a referida
argamassa, estas são as perdas de solo consideradas em projecto que com o apoio da
instrumentação serão confirmadas.
Esquema das injecções de argamassa
Verificação do Túnel construído:
Esta verificação é efectuada estatisticamente com as injecções secundárias confirmando
que não há espaços vazios no contorno do Túnel escavado ou material descomprimido.
À parte deste controlo estatístico, serão efectuadas injecções secundárias sempre que se
verifiquem anomalias, possíveis aumentos de peso do material escavado, variações
superiores aos valores previstos nos volumes de argamassa injectada e deformações
detectadas pela instrumentação que não tendem para a estabilização após passagem da
carcaça do escudo pelo perfil de instrumentação. Estas injecções em paralelo com a
informação obtida da instrumentação constituem um último controlo. A curto prazo os
efeitos não detectados durante a escavação do Túnel o instrumentação continua
operativa continuam a dar informação após os controlos indicados anteriormente.
3 - Resumindo, cada dia os Técnicos que acompanham a escavação do Túnel deverão
conseguir responder às seguintes questões:
3.1 - A pressão de escavação está adequada ao tipo de terreno encontrado?
3.2 - O peso escavado está de acordo com o previsto?
3.3 - Se é superior ao previsto, verifica-se que o material escavado mudou? As
inspecções à frente confirmam esta mudança?
3.4 - Se existem na zona aparelhos de instrumentação em profundidade, mostram
deformações antes de chegar a roda de corte na vertical da secção? Na passagem
do escudo as deformações por perda de solo durante a passagem e a injecção da
argamassa estão dentro dos limites previstos?
3.5 - Existe alguma anomalia no material que sai do parafuso?
3.6 - Existe alguma saída de água com pressão pelo parafuso?
3.7 - A densidade do material na câmara é a adequada?
3.8 - Os volumes de argamassa estão dentro dos limites preconizados pelo projecto?
3.9 - As deformações à superfície estão dentro dos limites de atenção previstos em
projecto?

11. 3.10 - Atingido o limite de atenção nos assentamentos à superfície, foi incrementada
a frequência de medidas e inspecções?
3.11- Atingido o limite de atenção nas deformações, foram tomadas acções
correctivas?
Aspecto do Túnel construído
Paulo Ferreira
José Gomez