Tuneis 2015

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ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS 
EM MACIÇOS DE SOLO
Disciplina: Pontes 2
Prof. MSc. Igor LimaESCAVAÇÕES 
SUBTERRÂNEAS EM 
MACIÇOS DE SOLO
HISTÓRICO DOS TÚNEIS
ARQUEAMENTO DE TENSÕES
INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
SISTEMA DE SUPORTE
ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
CUT AND COVER
NATM (NEW AUSTRIAN TONNELLING METHOD)
SHIELD EPB (EARTH PRESURED BALANCED)
ESTUDOS DE CASO
Conceitos
ABERTURA TÚNEL 
MACIÇO EM EQUILÍBRIO REMOÇÃO DAS TENSÕES
EXISTENTES
ACARRETA
REMOÇÃO DAS TENSÕES REARRANJO DO ESTADO DE
TENSÕES DO MACIÇO
BUSCA UMA NOVA CONDIÇÃO DE EQUILÍBRIO
O EQUILÍBRIO ESTABELECIDO PODE SER ALCANÇADO
CLASSIFICADO
SEM A ADOÇÃO AUXILIAR AUTOPORTANTE
NA MAIORIA DOS CASOS...
AUXÍLIO DE SISTEMA DE SUPORTE
ESTRUTURA DE CONCRETO PROJETADO
CONTER AS DEFORMAÇÕES DO MACIÇO
INTERAÇÃO ENTRE O MACIÇO E O SUPORTE
INTERAÇÃO ENTRE O MACIÇO 
ESTRUTURA EMPREGADA PARA
RESTRIÇÃO DAS DEFORMAÇÕES
DEFORMAÇÕES DO MACIÇO ANTES E APÓS A COLOCAÇÃO DA ESTRUTURA DE SUPORTE
ACARRETAM
REDISTRIBUIÇÕES DE TENSÕES PARA ZONAS VIZINHAS NÃO ESCAVADAS
ARQUEAMENTO DE TENSÕES
SISTEMA ALTAMENTE 
HIPERESTÁTICO
DIFÍCIL 
DETERMINAÇÃO
e
constitui
CARREGAMENTO
ATUANTE NO 
SUPORTE
INTERDEPENDENTES
CORRELACIONADOS
NÃO SENDO APENAS 
FUNÇÃO:
- DAS TENSÕES INICIAIS
- CARACTERÍSTICAS 
GEOMÉTRICAS DA 
ABERTURA
MAS TAMBÉM...
PROPRIEDADES 
MECÂNICAS DO MACIÇO 
ENVOLVENTE AO TÚNEL
PROCESSO 
CONSTRUTIVO 
ADOTADO
SISTEMA DE 
ESCAVAÇÃO
VELOCIDADE DE 
AVANÇO
TIPO E CARACTERÍSTICAS 
DO SUPORTE
MOMENTO DA 
COLOCAÇÃO DO 
SUPORTE
os esforços nele 
mobilizados e os 
deslocamentos que nele 
ocorrem.
ARQUEAMENTO 
DE TENSÕES
OCORRE...
SOMENTE...
QUANDO HÁ 
MOBILIZAÇÃO DE 
RESISTÊNCIA AO 
CISALHAMENTO DO 
MACIÇO ENVOLVENTE À 
ABERTURA REALIZADA
Na maioria 
dos casos 
de túneis...
Antes da 
abertura...
A direção das 
tensões 
principais
Coincidem 
com os eixos...
INDICAM... As direções dos 
eixos principais 
de tensões...
As direções 
dos planos 
onde não 
ocorrem:
TENSÕES DE 
CISALHAMENTO
APENAS TENSÕES NORMAIS’
APÓS...
SENDO ASSIM...
SÃO MOBILIZADAS 
TENSÕES DE 
CISALHAMENTO 
NOS ARREDORES 
DA ABERTURA, 
FAZENDO COM 
QUE AS DIREÇÕES 
DAS TENSÕES 
PRINCIPAIS NA 
REGIÃO AFETADA 
SOFRAM 
ROTAÇÕES
ANTES DA 
REALIZAÇÃO DA 
ESCAVAÇÃO, EM 
UMA SITUAÇÃO 
IDEAL, NÃO 
EXISTEM TENSÕES 
DE CISALHAMENTO 
NOS PLANOS 
VERTICAIS E 
HORIZONTAIS DO 
MACIÇO
O AVANÇO DA 
ESCAVAÇÃO DE UM 
TÚNEL
ACARRETA...
DESSA FORMA...
MOVIMENTO DE TODO O 
MACIÇO PARA O INTERIOR 
DA CAVIDADE CRIADA
OS DESLOCAMENTOS NO 
MACIÇO PROCESSAM-SE 
FUNDAMENTALMENTE NA 
DIREÇÃO LONGITUDINAL 
AO EIXO DO TÚNEL
ADIANTE DA FRENTE DE 
ESCAVAÇÃO OCORRE 
INFLUÊNCIA DA ABERTURA 
REALIZADA
COM O AVANÇO...
CRESCE (+)
ESTA COMPONENTE 
LONGITUDINAL DOS 
DESLOCAMENTOS...
ATINGINDO UM 
VALOR MÁXIMO (+) 
QUANDO DA 
PASSAGEM DA 
FRENTE
APÓS A PASSAGEM 
DA FRENTE, 
APRESENTA UM 
VALOR CONTRÁRIO 
AO ORIGINAL
ANULANDO-SE A 
CERTA DISTÂNCIA
JÁ OS DESLOCAMENTOS RADIAIS CRESCEM COM A 
APROXIMAÇÃO DA FRENTE, APRESENTANDO UM VALOR 
MÁXIMO A UMA CERTA DISTÂNCIA
PODE-SE CONCLUIR, CONFORME FIGURA
A ESCAVAÇÃO ORIGINA 
NAS PROXIMIDADES DA 
PAREDE (E) UMA ZONA DE 
MACIÇO ONDE O ESTADO 
DE DEFORMAÇÃO É DE 
NATUREZA 
TRIDIMENSIONAL
SENDO, NO ENTANTO, O 
EQUILÍBRIO PÓS-
ESCAVAÇÃO ATINGIDO 
NUMA ZONA ONDE A 
INFLUÊNCIA DA FRENTE JÁ 
NÃO SE FAZ SENTIR E EM 
CONDIÇÕES MUITO 
PRÓXIMAS DE UM ESTADO 
PLANO DE DEFORMAÇÃO
PASSADA A FRENTE DE 
ESCAVAÇÃO, A DISTÂNCIA 
ONDE OCORRERÁ O 
ESTABELECIMENTO DO 
EQUILÍBRIO E A 
CONDIÇÃO DE ESTADO 
PLANO DE DEFORMAÇÃO 
É FUNÇÃO:
DAS 
CARACTERÍSTICAS 
DO MACIÇO
DO SISTEMA 
DE SUPORTE 
ADOTADO
QUANTO MENOR A RESISTÊNCIA DO MACIÇO, MAIOR O DESENVOLVIMENTO DA 
ZONA PLASTIFICADA E CONSEQUETEMENTE MAIOR A DISTÂNCIA REQUERIDA 
PARA SE ATINGIR A CONDIÇÃO DE EQUILÍBRIO E DE ESTADO PLANO DE 
DEFORMAÇÃO
COM RELAÇÃO AO SISTEMA DE SUPORTE ADOTADO, 
QUANTO MAIS RÍGIDO ELE FOR E QUANTO MAIS RÁPIDO 
ELE FOR INSTALADO, MAIS RÁPIDO SE DARÁ O 
ESTABELECIMENTO DA SITUAÇÃO DE EQUILÍBRIO
NA MAIORIA DOS CASOS PRÁTICOS, O EFEITO DA 
ESCAVAÇÃO É SENTIDO ATÉ APROXIMADAMENTE DOIS 
DIÂMETROS ADIANTE E DOIS DIÂMETROS ATRÁS DA FRENTE 
DE ESCAVAÇÃO, CONFORME ILUSTRAÇÃO.
Influência da 
Frente de 
Escavação
ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS 
EM MACIÇOS DE SOLOFILME 01
TECNOLOGIAS
SHIELD
CUT AND COVER
NATM - (New Austrian Tunnelling
Method)
Cut and Cover
O sistema 
Cut and
Cover exige, 
em primeiro 
lugar, a 
execução de 
uma parede-
diafragma de 
concreto 
delineando 
toda a 
periferia da 
área a ser 
trabalhada
São 
executadas 
em seguida as 
escavações e 
o 
escoramento 
das valas com 
perfis 
metálicos ou 
cabos 
protendidos.
Na seqüência, 
é a vez da 
estrutura 
definitiva, dos 
aterros e da 
recomposição 
do sistema 
viário de 
superfície.
Com o método 
NATM, 
conhecido no 
Brasil como 
túnel mineiro, 
a perfuração é 
feita com 
escavadora e 
fresa (espécie 
de broca em 
forma de cone 
denteado)
NATM - (New Austrian Tunnelling
Method)
O trecho 
perfurado é 
imediatamente 
dotado de uma 
estrutura 
provisória, que 
serve de 
revestimento e 
de acomodação 
do maciço
A estrutura é 
provida de 
cambotas 
(arcos) 
metálicas, 
recobertas de 
concreto 
projetado com 
bombas 
especiais, 
enquanto o 
revestimento 
final é todo de 
concreto 
armado.
A cambota é utilizada
como gabarito, para
auxiliar a projeção do
concreto. A escavação
no NATM é manual OU
mecânica quando
o diâmetro seja grande
o suficiente para que se
instale uma escavadeira
dentro do poço de
serviço.
CAMBOTAS
CONSTITUÍDAS
TRELIÇA DE BARRAS
OU
FERFIS METÁLICOS
NATM - NEW AUSTRIAN TUNNELING METHOD
NATM - NEW AUSTRIAN TONNELING METHOD
INSTALAÇÃO DAS CAMBOTAS
NATM - NEW AUSTRIAN TONNELING METHOD
SHIELD
SHIELD
O Shield é um equipamento "elétrico-hidráulico"
que escava o solo através de sua cabeça rotativa. O
solo escavado penetra pelas "janelas" na frente do
Shield que cai em uma esteira transportadora, que
transporta o solo escavado até uma caçamba
metálica, que é transportada até o poço de serviço,
onde o solo é descarregado em caminhão
basculante e daí para o bota fora.
ESCORAMENTO COM COURAÇA METÁLICA DO 
EQUIPAMENTO
REVESTIMENTO 
PRÉ-FABRICADO
PERFURAÇÃO MECANIZADA POR MEIO DE 
FRESAS
CHAPAS METÁLICAS
PLACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
CARACTERÍSTICAS DO SHIELD
ALTÍSSIMO RENDIMENTO
FALTA DE FLEXIBILIDADE
CUSTO ELEVADO
SEÇÃO E TIPO DE MACIÇO
1 - Cabeça de Corte
2 - Lama Bentonítica / solo
3 - Ar bolha
7 - lama bentonítica / alimentação
8 - lama bentonítica / solo retorn
4 - Braços Axiais
5 - segmentos
6 - selante
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Representação esquemática de uma máquina shield
ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS 
EM MACIÇOS DE SOLOFILME 02
OUTRAS TECNOLOGIAS
1 - MTBM - MICRO TUNNEL 
BORING MACHINE
2 - TUNNEL LINER
MTBM (Micro Tunnel Boring Machine)
MINI SHIELD
DIÂMETROS COMPATÍVEIS COM O ESGOTO
O MTBM desce em um poço vertical 
até a profundidade da rede. Ela 
avança, escavando, e atrás dela é 
instalada a tubulação. Em conjunto 
com o MTBM, é empregado 
atualmente o processo de cravação de 
tubos, chamado de pipe-jacking. O 
processo pipe-jacking utiliza um 
macaco hidráulico.
Um tipo de MTBMbastante 
empregado é a Slurry
Pressure Balance Shield
(SPB), conhecida como 
"lameira". A máquina 
trabalha com lama 
bentonítica− dependendo das 
condições do solo − na frente 
da escavação, e essa lama 
equilibra as pressões do solo. 
Assim, não há praticamente 
nenhuma perda de solo nem 
recalque. 
A produtividade da 
SBP Shield varia 
muito com o tipo 
de solo e o 
diâmetro do serviço 
executado. Com 
esse método, a 
Sabesp executa até 
oito tubos por dia 
− uma 
produtividade 
estipulada de 15 m 
a 20 m por dia
MTBM (MICRO TUNNEL BORING MACHINE
MTBM
PIPE-JACKING
. Para a execução de túneis 
por
esse sistema necessita-se de 
um
escavador (shield) e um 
cravador (pipe
jacking) e, no mínimo, dois 
poços para
entrada e saída dos 
materiais e equipamentos 
(emboque e desemboque).
O pipe
jacking é executado por 
meio da crava-
ção de tubos de concreto 
de alta resistência, 
permitindo a realização de 
obras
em uma grande variedade 
de diâmetros.
Além disso, as obras
têm acabamento 
instantâneo
MÉTODO DE CRAVAÇÃO DE TUBOS DE CONCRETO
PIPE JACKING
ADUTORAS; DUTOS 
PARA PASSAGEM DE 
CABOS ELÉTRICOS, 
TELEFÔNICOS E 
FIBRA ÓTICA
O MÉTODO É APROPRIADO PARA:
CONSTRUÇÃO DE 
REDES COLETORAS 
E COLETORAS-
TRONCO DE 
ESGOTO;
GALERIAS DE 
DRENAGEM PLUVIAL
TUBULAÇÕES DE 
GÁS; PASSAGENS 
SUBTERRÂNEAS 
PARA PEDESTRES; 
TUBULAÇÕES DE 
USO MÚLTIPLO
TRANSPORTE 
SUBTERRÂNEO EM 
PLANTAS INDUSTRIAIS 
E OBRAS DE 
RECUPERAÇÃO 
AMBIENTAL
PIPE JACKING
PROCESSO CONSTRUTIVO
O processo 
construtivo inicia-se
com o lançamento do 
equipamento de
cravação no interior 
de um poço de serviço
Lá dentro, o 
tubo é 
impulsionado 
por macacos 
hidráulicos e 
cravado
no solo
A escavação é 
processada por
uma cortadeira 
rotativa equipada 
com
dentes metálicos.
Esta continua
avançando, apoiando-se 
para isso no
trecho de túnel revestido, 
liberando
espaço na sua parte traseira, 
para posicionamento de 
outro tubo
Com o avanço da
máquina, o solo vai sendo 
recolhido
por meio de comportas de 
aberturas
variáveis, comandadas 
hidraulicamente, de maneira a 
controlar a quantidade de material 
escavado recolhido
no interior da máquina
TÚNEL LINE
O tunnel liner guarda uma semelhança com o NATM.
A escavação do túnel 
também é feita 
manualmente, e na 
medida em que se 
avança são instaladas 
cintas metálicas − o 
próprio material que 
reveste o túnel é o seu 
escoramento.
"São segmentos 
metálicos que são 
instalados para você 
fechar um círculo, e 
vai se avançando na 
medida da largura 
dessa cinta"
Com o advento de novas 
tecnologias, passou-se 
a limitar a drenos e a 
trechos curtos e para 
diâmetros menores do 
que o demandado para 
o NATM. 
TÚNEL LINE
Mesmo para execução de trabalhos de diâmetros menores, em que o 
MTBM ou o GBM seriam os métodos mais indicados, pode-se ter que lançar 
mão do tunnel liner por conta da pouca quantidade de máquinas disponíveis 
no Brasil. "Nesses casos, em vez de ter uma máquina para perfuração vai 
ser preciso investir em diversas frentes de liner para poder ter uma 
produção adequada"
ESTUDO DE CASO
TÚNEL PARAÍSO DO METRO DE 
SÃO PAULO
O Túnel Paraíso está situado em um trecho de via situado entre 
a Estação Brigadeiro e a Estação Paraíso, ambas pertencentes 
à linha 2. O Túnel está situado entre o poço Paraíso que foi 
utilizado para a retirada do equipamento do shield que 
escavou o trecho sob a Avenida Paulista e o Poco IOB, que 
serviu também de ataque para as escavações do trecho em cut
and cover da travessia da Avenida 23 de Maio
DESCRIÇÃO DA OBRA
LOCALIZAÇÃO DO TÚNEL PARAÍSO
EM 1972, VISTA AÉREA DAS OBRAS DO METRÔ , LINHA 1.
PERFIL GEOLÓGICO DA REGIÃO DO TÚNEL
FOI ABTIDO O PERFIL 
GEOLÓGICO ATRAVÉS DE 
VÁRIAS SONDAGENS 
REALIZADAS NA REGIÃO DO 
TÚNEL
CAMADAS:
ATERRO - 2 m ; ARGILA POROSA MOLE - 4 m ; ARGILA 
POROSA MÉDIA A RIJA - 3 m; ARGILA ARENOSA SILTOSA 
RIJA A DURA - 11 m ; AREIA ARGILOSA RIJA A DURA
O método construtivo 
adotado foi baseado nos 
princípios do NATM ( New 
Austrian Tonneling method) e 
previa duas frentes de 
escavação: uma partindo do 
poço paraíso e outra, em 
sentido contrário, partindo 
do poço IOB.
O método construtivo consistia na 
escavação de dois lances de 
avanço com 0,80 m, totalizando, 
1,60 m de escavação, mantendo-
se o núcleo frontal, instalando-se 
imediatamente após a escavação, 
dois lances de cambotas em perfil 
metálico de 15", espaçados de 
0,80 m, incorporadas ao 
revestimento primário com 20 cm 
de concreto projetado
ASPECTOS CONSTRUTIVOS
SEQUÊNCIA CONSTRUTIVA DO TÚNEL PARAÍSO
Para a avaliação do comportamento do túnel Paraíso 
frente as escavações, foram realizadas 
instrumentações em algumas seções ao longo do túnel 
por iniciativa do Metrô -SP
COMPORTAMENTO DO MACIÇO FRENTE AS ESCAVAÇÕES
O gráfico ilustra a evolução 
dos recalques superficiais 
sobre o eixo do túnel. O 
recalque máximo verificado foi 
de 84 mm. Antes da chegada 
da frente de escavação a 
superfície recalcou 39 mm 
(46% do total)
Os deslocamentos se iniciam a 
cerca de um diâmetro e meio 
adiante da face de 
escavação, sendo 
relativamente pequeno e 
crescendo acentuadamente 
com a aproximação a 
passagem da frente de 
escavação
RESULTADOS OBTIDOS COM A 
INSTRUMENTAÇÃO
RECALQUES NA SUPERFÍCIE EM FUNÇÃO DA DISTÂNCIA DA FRENTE
Em 1987, para desenvolvimento do projeto executivo da Linha 
2, o Metrô realizou uma série de ensaios de campo e de 
laboratório com o objetivo de obter parâmetros de resistência 
e deformabilidade das diferentes camadas do subsolo do 
espigão da Avenida Paulista. Para isso, foi escavado um poço 
experimental, denominado Poço Experimental Gazeta, próximo 
ao prédio da Gazeta, número 900 da Avenida Paulista, de 
onde foram extraídos blocos de material indeformado (cubos 
de 45 cm de aresta) à 3,5 m; 6,5 m; 9,5 m e 12,5 m de 
profundidade.
IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO SOLO
Foram realizados ensaios de CARACTERIZAÇÃO 
GRANULOMÉTRICA, LIMITES DE CONSISTÊNCIA, ÍNDICES 
FÍSICOS E ENSAIOS PARA A AVALIAÇÃO DO 
COMPORTAMENTO TENSÃO-DEFORMAÇÃO DOS SOLOS, 
ATRAVÉS DE ENSAIOS ENDOMÉTRICOS, ENSAIOS TRIAXIAIS DE 
COMPRESSÃO POR CARREGAMENTO AXIAL, ENSAIOS 
TRIAXIAIS POR CARREGAMENTO RADIAL, ENSAIOS TRIAXIAIS 
DE EXTENSÃO POR DESCARREGAMENTOAXIAL E ENSAIOS DE 
COMPRESSÃO ISOTRÓPICA.
IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO SOLO
REFERÊNCIAS
JULIANA NAKAMURA. Execução de túnel line. Infraestrutura urbana. São Paulo, 
p.48-50. 01 set. 2012.
O PIPE jacking abre uma janela. , Revista Engenharia, 2003. Disponível em: 
<http://www.geocompany.com.br>. Acesso em: 15 out. 2012.
TUNNEL waterprooling systems. , 2007. Disponível em: 
<http://www.wiskoamerica.com/tebr_application.htm>. Acesso em: 15 out. 
2012.
MARCO ANTÔNIO ANTUNES. Odebrecht informa: Desafios Simultâneos. São 
Paulo, 2004. Disponível em: 
<http://www.odebrechtonline.com.br/materias/00101-00200/198/>. Acesso 
em: 15 out. 2012.
****. **** túnel. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade de 
São Paulo. São Paulo.
OBRIGADO!!!