Aula - Túneis

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Geologia Aplicada à Tuneis
Obras Subterrâneas (Túneis)
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA TUNEIS
Os principais tipos de obras subterrâneas civis são os túneis, acessos , galerias, poços e cavernas.
- Obras Civis
 Cada tipo de obra civil possui diferentes características geométricas, executadas em diferentes condições geológicas. Em função de tais condições os equipamentos são muitas vezes específicos como o próprio método de avanço que pode ser feito em seção plena ou em duas ou mais fases (abertura inicial da abóbada e posterior rebaixo). Os diferentes tipos de seção são função do uso futuro do túnel. 
Mineração
 A mineração subterrânea exige a construção de uma série de galerias e escavações próximas, assim como poços verticais para transporte de homens ou equipamentos. A seleção do método de escavação depende das características do corpo minério (tamanho, forma, atitude, profundidade) 
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Principais aplicações dos TÚNEIS
Transporte - metrôs, estradas, ferrovias, sistemas viários, estacionamentos, passagens de pedestres
Utilidades públicas- água esgoto, energia elétrica, telefonia, gás, automação semafórica, TV a cabo, armazenamento subterrâneo (água, gás, combustíveis)
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Hospital na Rússia
Parque aquático na Finlandia
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Sistema de abastecimento (água, esgoto, energia, etc)
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15 Bilhões
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The Central Artery – Boston/USA
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CONDICIONANTES 
GEOLÓGICOS
Litologia
Falhas e fraturas
Estratificação e 
 dobramentos
Água, Gases
Temperatura
Minerais expansivos 
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Materiais geológicos como principal material de construção:
		Solos- maciços pseudocontínuos
			- Origem sedimentar
			- de alteração
		Rochas- maciços descontínuos
Principais problemas: 
				- água
				- Dificuldades de investigação
				- Interferências urbanas
PARKER (1999)- Para projetistas e construtores de túneis, as rochas e os solos entorno do túnel, são efetivamente os materiais de construção
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	 PRINCIPAIS FATORES GEOLÓGICOS
Composição mineralógica- condicionando resistência mecânica e alterabilidade- propriedades geomecânicas
Sistema deposicional- (rochas/solos sedimentares)
Diagênese- distribuição espacial e propriedades geomecânicas
Processos metamórficos (rochas metamórficas)- minerais neoformados, foliação, xistosidade
Intemperismo- Processos atuantes e condicionantes
Estruturas e arranjos minerais- resistência mecânica
Tensões atuantes e pretéritas
Hidrogeologia
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EXPECTATIVA QUANDO SE PROJETA
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Realidade !!!
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Escavabilidade
CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAS QUANTO À ESCAVABILIDADE
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Resistência da rocha à compressão e tração
Permeabilidade (Descontinuidades)
Durabilidade (Slake Durability Test)
Velocidade de ondas sísmicas
 
Densidade da Rocha
Impedância da Rocha
CORRELAÇÃO ENTRE VELOCIDADE SÍSMICA E ESCAVAVILIDADE
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INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS
Recomendações Internacionais- comprimento de sondagens equivalente a 1,5 vezes o comprimento do túnel.
informações obtidas com um espaçamento de sondagens de 15 a 60m ao longo do túnel, dependendo das condições geológicas, são equivalentes àquelas fornecidas por um túnel piloto
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Métodos Construtivos
NATM
 Escavação mecanizada
 Escavação a fogo
TBM 
VCA
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MÉTODOS CONSTRUTIVOS
VCA- Vala a céu Aberto- cut &cover
“NATM”- ( New Austrian Tunneling method) -Método observacional baseado no alívio de tensões do maciço.
- Grande influência da geologia durante a construção
Tuneladora “SHIELD” - TUNNEL BORING MACHINE - Equipamento de escavação mecanizada com couraça metálica de proteção; 
Necessidade de precisos conhecimentos prévios da geologia
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MÉTODO VCA
Vala a Céu Aberto
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VCA – Vale a céu aberto
Estação República - Linha 3 Vermelha
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Boston - USA
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MÉTODO NATM
New Austrian Tunneling method
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NATM Túnel Guaianazes - Linha 3 Vermelha
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NATM Túnel de via - Linha 2 Verde
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Escavação a Fogo
Pilão
Alargamento
Contorno
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Pilão
Pilões em V (wedge cuts & fan cuts) pilões em cunha; este tipo de pilões é mais usado em túneis pequenos.
Pilões paralelos (large diameter & burn cuts) pilões de grande diâmetro e pilões tipo queimado. Esta técnica permite uma boa fragmentação da rocha e reduz o tempo de carga e o explosivo usado.
Alargamento
 Furos auxiliares deverão providenciar uma fragmentação satisfatória, partindo das superfícies livres criadas pelo pilão.
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Contorno
Escavação Fraca 
 Boa Escavação
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Equipamento de perfuração
Martelo de avanço pneumático simples
JUMBO, carreta com perfuratrizes pesadas montadas sobre lanças de avanço movimentadas por braços hidrâulicos. O diâmetro dos furos varia entre 45 mm e 64 mm.
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Carregamento de Explosivos
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SEQUÊNCIA DE DETONAÇÃO E FRATURA Detonação em sequência
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 Escavações em rochas “duras” e “brandas”
Duras, maciços relativamente resistentes, instabilidades localizadas (blocos delimitados por descontinuidades) e controladas. 
 Auto-sustentação maior
Brandas, Maior instabilidade, são mais abrangentes. Ruptura por cisalhamento ou tração.
O comportamento da escavação dependedos níveis de tensões induzidas e da resistência do maciço à escala da obra 
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Tratamento
Chumbadores, Tirantes
Concreto Projetado
Cambotas Mecânicas 
Suportes Anelares
Injeções de Impermeabilização e Consolidação
Instrumentação
Convergência e Recalques
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VIDEO NATM
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MÉTODO TBM 
Tuneladora
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Tuneladora “Shield - Linha 2 Verde
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Seção geológica- Metrô de Singapura
Granito Bukit timah - (190 MPa resist. Comp)
Tuneladora utilizada em Singapura
face mista
Túnel
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Diâmetro (m)
Extensão
Tempo (semanas)
Avanço médio (m/dia)
Melhor avanço
(m/dia)
6,52
1012.5
39
4.5
17.5
6,52
1524
26
8.75
18.75
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Cabeça de corte para solo
Metrô de Singapura
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Lyon-Velocidade de avanço Rocha - 3,5 cm/min (2 m/h)
 Solo- 8 cm/min (4,8 m/h)
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perfis de alteração muito irregulares
Variação acentuada e brusca das características físicas e mecânicas
Máx. velocidade de avanço: 80 mm/min (prática: 35 mm/min)
Metrô do Porto- Portugal
Formação geológica predominante: “Granito do Porto” intensamente fraturado
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Terreno: Depósitos aluviais (cascalho, 	areia, silte e argila), interface 	solo-rocha, granito são- 		resistência a compressão 		(granito são):100 a 250 mPa
Metrô de Hong-Kong 
Mixed Face EPB e Open-Face f 8.75 m
 Taxa de avanço médio:8 to 10 x 1.8 m 	em 17 horas	
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Metrô de Guangzhou, China
Diâmetro: 4 x 6,250 mm	
Ext. do Túnel :2 x 1,320 m, 2 x 1,950 m
Geologia: Argila, rocha muito alterada
	(resist. acima de 66 mPa)	
Produções semanais maiores que 90 m tem sido freqüentes. A melhor produção semanal, de 97,5m, foi efetuada pela S-180 TBM operando no Túnel Norte 
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VIDEO TBM
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SE NÃO HOUVER UMA INVESTIGAÇÃO GEOLÓGICO GEOTÉCNICA, O QUE PODE ACONTECER?
12 de janeiro de 2007
7 mortos
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Um dos motivos: o sentido da escavação foi invertido
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SOLUÇÃO: ALARGAMENTO E ATIRANTAMENTO (CONTENÇÕES)
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Estabilidade de Taludes - Prof. João Paulo
Universidade Federal do Tocantins
Estabilidade de Taludes - Prof. João Paulo
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Universidade Federal do Tocantins