Trabalho escrito (Fundamentos da Geologia) - TÚNEIS

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FUNDAMENTOS DA GEOLOGIA
Aline Lima
Amanda Cavalcanti
Clara Petruccelli
Laura de Sá
Marisa Marçal
Vitória Barros
TÚNEIS
Recife
2019
Aline Lima
Amanda Cavalcanti
Clara Petruccelli
Laura de Sá
Marisa Marçal
Vitória Barros
TÚNEIS
 Trabalho acadêmico apresentado como requisito para obtenção de nota parcial da segunda unidade escolar da disciplina de Fundamentos da Geologia, ministrada no curso de Engenharia Civil da Universidade de Pernambuco pela professora Dra. Kalinny Lafayette
Recife
2019
RESUMO
O estudo elaborou pesquisa sobre túneis e seus fatores geológicos. Começa-se por traçar uma breve sinopse histórica das escavações dos túneis. Para seu desenvolvimento, realizou-se uma abordagem sobre o Tema, sua definição, a evolução da construção e os fatores geológicos condicionantes através de uma pesquisa em livros e sites relacionados ao assunto. Aborda-se, também, os seus tipos e finalidades, os principais métodos de construção em materiais duros e moles (rochas e solos). Por fim, foi realizado um estudo sobre o túnel do metrô de Zhengzhou, na China.
PALAVRAS CHAVES: Túneis, fatores geológicos, finalidades, métodos de construção.
LISTA DE FOTOS
Foto 1: Túnel Eupalinos, Grécia11
Foto 2: Aspecto do interior e da boca de saída da Cloaca Massima, Roma11
Foto 3:Tunel du Malpas, França13
Foto 4: Túnel de Hoosac, Portal Oeste em agosto de 194613
Foto 5: Túnel do Monte Cenis, 201014
Foto 6: grande tuneladora15
Foto 7: Túnel de mineração16
Foto 8: Túnel de Gerede, para transporte de água17
Foto 9: Cloaca Máxima, antiga rede esgoto de Roma18
Foto 10: Antigos túneis de esgoto de Londres18
Foto 11: Túnel de São Gotardo19
Foto 12: Túnel Prefeito Marcello Alencar, Rio de Janeiro19
Foto 13: Eurotúnel20
Foto 14: exemplo de construção do túnel Base de São Gotardo, Suíça 21
Foto 15: remoção de interferências em via no Cuiabá30
Foto 16: escoramento metálico30
Foto 17: guarda remanejando tráfego de veículos31
Foto 18: TBM – tatuzão32
Foto 19: Elementos do TBM32
Foto 20: Exemplo de equipamento mecânico (tatuzão)34
Foto 21: túneis método NATM39
LISTA DE FIGURAS
Figura 1:Qanats, sistema de irrigação inventado na Pérsia no primeiro milênio a.C. 10 
Figura 2: Ilustração do Monte Cenis,1866 14
Figura 3: Túnel sob o Tamisa construído em184314
Figura 4: Escudo usado no túnel do Rio St. Clair14
Figura5: condições geológicas desfavoráveis, causando uma alteração do alinhamento do túnel22
Figura 6: exemplos de situações geológicas23
Figura 7: Método de avanço por galeria frontal e bancada 23
Figura 8: Método de escavação com galerias 25
Figura 9: Avanço de escavação de um túnel seguindo um padrão de perfuração 25
Figura 10: Secções mais comuns de túneis 27
Figura 11: comparação entre as secções escavadas pelo método convencional e o método mecânico 27
Figura 12: Ilustração da sequência construtiva de túnel executado a partir de escavação a céu aberto, através de concretagem de paredes diafragmas28
Figura 13: Tatuzão31
Figura 14: Couraça com escavação manual35
Figura 15: Couraça semi mecanizada36
Figura 16: Couraça mecanizada36
Figura 17: Método NATM37
LISTA DE GRÁFICOS 
Gráfico 1: classificação dos túneis quanto ao método executado 21
Gráfico 2: exemplo de três locações de túneis, relacionadas a posição do N.A23
Gráfico 3: Documentos, fases e conteúdo dos relatórios geotécnicos (Dinis da Gama[41], 1997) 24
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 9 
REGISTROS HISTÓRICOS 10
2.1.PERSAS 10
2.2. GREGOS 10
2.3. ROMANOS 11
3. EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO 12
4. FINALIDADES DOS TÚNEIS 15
4.1. TÚNEIS DE MINERAÇÃO 16
4.2. SERVIÇOS PÚBLICOS 16
4.2.1 TRANSPORTE DE ÁGUA 16
4.2.2 REDES DE ESGOTO 17
4.3 TÚNEIS DE TRANSPORTE 18
4.4. TÚNEIS SUBMERSOS 20
5. FATORES GEOLOGICOS 20
	5.1 METOLOGIA 21
	5.2 INFLUÊNCIAS 22
5.3 RECONHECIMENTO 22
RELATÓRIO GEOTÉCNICO 24
6. MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO 24
	6.1. EM MATERIAIS DUROS (ROCHAS) 24
TRADICIONAL 24
MÉTODOS DE AVANÇO 25
PERFURAÇÃO DAS ROCHAS 26
PADRÕES DE PERFURAÇÃO 26
DETERMINAÇÃO DA SECÇÃO DO TÚNEL: 27
VENTILAÇÃO 28
MÉTODO MECÂNICO 28
EM MATERIAIS MOLES (SOLOS) 29
MÉTODO DE CONSTRUÇÃO A CÉU ABERTO (CUT AND COVER) 29
GENERALIDADES 29
MÉTODOS DE CONSTRUÇÃO 31
MÉTODO DE CONSTRUÇÃO COM COURAÇA (SHIELDS) –TBM 32
COURAÇAS COM ESCAVAÇÃO MANUAL 35
COURAÇAS SEMI MECANIZADAS 35
COURAÇAS MECÂNICAS 36
O NOVO MÉTODO AUSTRÍACO DE TÚNEIS 37
PRINCÍPIOS 38
7. CONCLUSÃO 40
8. REFERÊNCIAS 41
TÚNEIS
INTRODUÇÃO
O crescimento vertiginoso da população em grandes cidades, juntamente com a crescente valorização imobiliária dos terrenos, resulta na necessidade de um melhor aproveitamento do espaço urbano. Assim, têm-se optado pelos processos de escavações subterrâneas em cidades, a adoção de túneis, que têm sido utilizados para diversas finalidades, como adução de água, serviços elétricos e de comunicação levando o tráfico urbano, encurtando as distâncias das viagens; o mesmo gera economia a um país, mas também é difícil estimar. Mas para construções de túneis existe um grande risco e ao mesmo tempo um alto investimento e requer um alto nível de habilidades por parte do corpo técnico (KOLYMBAS, 2005). 
Um túnel é, portanto, um grande feito da engenharia; uma escavação estreita, alongada e essencialmente linear, com comprimento superior à largura ou altura e atua como uma passagem, normalmente subterrânea, que possibilita ou facilita oacesso a um determinadolocal. Muitos são os fatores que devem ser observados antes de sua construção.
A importância da obra subterrânea depende, portanto, fundamentalmente, das suas dimensões, das coberturas, da envolvente superficial da obra e das características geológico-geotécnicas dos terrenos em que está inserida. É na Crosta Terrestre, em conjunto ou não com um suporte, que se encontra o sistema que assegura a sua estabilidade. 
A Geologia, que se ocupa da constituição e propriedades da crosta, tem um papel preponderante no estudo das soluções subterrâneas. O grande desenvolvimento da sociedade, provocando a renovação de métodos construtivos com novas tecnologias, torna também fundamental um conhecimento cada vez mais aprofundado das características geológicas. Um bom senso, a sensibilidade e as experiências adquiridas são fundamentais no dimensionamento de uma obra subterrânea. Esses projetos assumem características distintas das restantes áreas da engenharia, dado que apenas terminam após a conclusão da obra. Tais obras necessitam de uma conjugação plena entre projetista, fiscalização e construtor, resultando o projeto final de uma constante adaptação às condições geológico-geotécnicas encontradas ao longo das escavações. 
No Brasil, por exemplo, encontra-se 42 quilômetros de túneis em construção. Grande parte de túneis rodoviários, o que indica que o Brasil está acordando, e que as soluções subterrâneas são as mais apropriadas no momento (CÁSSIO, 2014). Com o passar dos séculos, é cada vez maior a demanda por obras de infraestruturas e maiores são as cobranças e exigências nas qualidades dos serviços prestados, seja lazer, transporte entre outros. Esse processo de urbanização é, portanto, o grande responsável por obras subterrâneas.
REGISTROS HISTÓRICOS
PERSAS
Os Persas exploraram as nascentes de água encontradas nas escombreiras existentes no sopé de uma cadeia montanhosa, escavando túneis com uma inclinação muito suave, designados qanats (Figura 1), cujas referências datam já do século IX a.C.. Seus principais objetivos eram manter a frescura da água e reduzir as perdas por evaporação.Figura 1:Qanats, sistema de irrigação inventado na Pérsia no primeiro milênio a.C.
Fonte: waterhistory.org
GREGOS
Uns dos primeiros túneis que se tem notícia é o aqueduto de Eupalinos. É um túnel de 1036 metros em Samos, Grécia, construído no século VI a.C, que foi concebido a transpor água entre a montanha monte Kastro até Pitagoreion. A opção pelo túnel foi para evitar possíveis furtos, o que o torna único além de ter sido aberto por ambos os lados até o meio utilizando conceitos básicos de geometria (ROSA, 2003). 
Foto 1: Túnel Eupalinos, Grécia.
Fonte: Google Imagens
ROMANOS
Foi este povo o primeiro, de fato, a dominar as técnicas de escavações subterrâneas, criando a primeira extensa rede de túneis no mundo antigo. Eles construíram estruturas inclinadas, chamadas aquedutos, para o transporte de água das montanhas para cidades e aldeias. Também criaram câmaras subterrâneas e construíram estruturas em arco para o suporte, não só para transportar água fresca para a cidade, mas também para transportar águas residuais (TUNNEL BASICS, 2001). A Cloaca Massima, um monumental esgoto urbano da Roma Antiga (Figura 3) e construído por TarquiniusSuperbus, é a mais vasta rede de túneis da Antiguidade.
Foto 2: Aspecto do interior e da boca de saída da Cloaca Massima, Roma.
Fonte:www.romaspqr.it
O grande estímulo na construção de túneis nos tempos posteriores deveu-se à proliferação de canais de navegação e presenciou-se em grande parte no século XVII, especialmente em França e no Reino Unido. Durante os séculos XIX e XX, o desenvolvimento do transporte ferroviário e automóvel levou a construção de túneis maiores, melhores e mais extensos, tanto na Europa como nos países da América do Norte. 
EVOLUÇÃO DA CONSTRUÇÃO 
A escavação de túneis, nos primórdios da civilização e antes do advento dos explosivosedasmáquinasescavadoras,eradesenvolvidaporoperáriosqueesculpiam os maciços utilizando basicamente ferramentasmanuais.
Tanto em Portugal, França e Bélgica, onde havia túneisparaextraçãodeouro,cobreesaldasmontanhas, como nos tempos que decorreram desde o Império Romano até a Idade Medieval, alguns exércitos atacavam castelosinimigosatravésdetúneisescavadosusandoutensíliosmanuais. Taistúneiseramemgeralsuportadosportroncos de madeira, aos quais era depois ateado fogo, nos casos em que se pretendia provocar a suadestruição.
Outratécnicaancestralutilizadanaexecuçãodetúneis consistiaemprovocarvariaçõesrepentinasdetemperaturanasrochas,induzindo-as à quebraempedaços.Provocava-seoaquecimentodasparedesdotúnelatravésdefogo e depois o seu arrefecimento brusco por meio de água. As primeiras notícias da utilizaçãodestemodusoperandidatamde2000A.C.ereferem-seaosprocessosde mineraçãodecobreeourodesenvolvidospelosegípcios.
Comainvençãodosexplosivos,aescavaçãodetúneisexperimentouumsignificativo incremento (principalmente o encurtamento da execução), evoluindo na seguinte sequência:
1679: Utilizou-se pela primeira vez a pólvora na construção de um túnel com 157m de extensão, localizado no sul da França e incluído na ligação do Mediterrâneo ao oceano Atlântico conhecida como Canal duMidi.
Foto 3:TunelduMalpas, França.
Fonte: canaldumidi.com
1867: Verificou-se a primeira escavação subterrânea através de nitroglicerina, durante a construção do túnel de Hoosac no estado americano do Massachu- setts (Figura 4), precisamente no mesmo ano em que Alfred Nobel descobriu outro explosivo muito mais seguro, a dinamite;
Foto 4: Túnel de Hoosac, Portal Oeste em agosto de 1946
Fonte:www.intact.com
1870: Foi realizada perfuração com uso de ar comprimido no túnel do monte Cenis, entre França e Itália.
Figura 2: Ilustração do Monte Cenis,1866. Foto 5: Túnel do Monte Cenis, 2010.
Fonte: www.structurae.net/structures/mont-cenis-tunnel
A utilização deste equipamento veio revolucionar a escavação dos túneis, e não só melhorou substancialmente as condições de trabalho e segurança dos operários no interior da obra, como também se mostrou cerca de três vezes mais eficiente que o recurso a explosivos. Além disso, o ar que deste modo era introduzido na frente do túnel, trouxe benefícios importantes ao nível da ventilação e arejamento do local.
1857/1871: OprimeiroescudoperfuradorfoiconcebidoporumengenheirochamadoMarc Brunele usado pela primeira vez, na cidade de Londres,duranteaconstruçãodoprimeirotúnelsubfluvialsoboTamisa.
 Figura 3: Túnel sob o Tamisa construído em1843. Figura 4: Escudo usado no túnel do Rio St. Clair.
Fonte: www.pbs.org Fonte: M. ROCHA, 1976
Autilizaçãodeumescudoperfuradorcomosuportedaparededotúnel, emuitas vezes também da frente, destinadoa impedir o seucolapso, constituiu um avanço tecnológico importantíssimo no horizonte da construção de túneis.
1957:Tuneladoras, grandes, também conhecidas por toupeiras, foram utilizadas pela primeira vezemToronto,noCanadá,paraaberturadeumtúneldeesgotoatravés de formações de xisto ecalcário.
Foto6: grande tuneladora.
Fonte: Google imagens
Essas grandesmáquinasescavadorasdetúneis têm muito contribuídotanto para otimizar procedimentos característicos da construção, como para garantir a segurança dos operários e a estabilidade da cavidade.
Outro aspecto em que se avançou bastante está relacionado com a construção de túneis em ambiente subaquático, a qual é particularmente delicada, uma vez que deve ser evitada a infiltração da água durante o processo de escavação do túnel. Nas primeiras obras do gênero foram usadas câmaras pressurizadas para impedir a inundação da obra. Atualmente, é possível pré-fabricar troços de túnel, os quais são depois postos a flutuar e afundados no local onde serão ligados aos restantes troços já colocados.
FINALIDADES DOS TÚNEIS
Os túneis facilitam a passagem de algo através de algum obstáculo, quando o seu contorno é inviável, seja por questões econômicas ou por razões geológicas ou até mesmo por causa da distância. Dessa forma, a grande maioria dos túneis são elementos de transporte. Porém, também existem os túneis de mineração, muito importantes para a extração de minerais. As principais categorias de túnel, em relação a sua finalidade, são: de mineração, serviços públicos e transporte. Existem ainda os túneis submersos, que podem ser para transporte ou para serviços públicos.
4.1. Túneis de Mineração
	Os túneis de mineração têm a função de facilitar a passagem dos operários e das vagonetas durante a exploração das minas. Sua construção era feita principalmente com o uso de explosivos para perfurar as rochas, o que ocasionou diversos acidentes. Hoje em dia, existem técnicas mais seguras e mais tecnológicas para abrir esses túneis. 
Foto 7: Túnel de mineração
Fonte: https://tecnicoemineracao.com.br/mecanica-das-rochas/
4.2 Serviços Públicos
	Os túneis de serviços públicos são usados para transportar água, esgoto, gás e outros serviços importantes para a população, através de grandes distâncias, geralmente por baixo das cidades. As civilizações antigas já construíam túneis para abastecer as cidades com água e também como rede de esgoto. 
4.2.1 Transporte de água
Hoje em dia, o uso de túneis para esses serviços ainda é muito frequente, principalmente para transportar água. O transporte de água pode servir tanto para o abastecimento das cidades como para a obtenção de energia. Na barragem de Funil foi construído um túnel de 430 m de comprimento e 11,5 m de diâmetro para desviar a água do rio Paraíba. Outro caso parecido é o da barragem de Xavantes, em que as águas do rio Paranapanema, foram desviadas através de dois túneis de 572 m de comprimento e 9 m de diâmetro cada um. Geralmente, a construção desses túneis se dá em vales fechados e profundos. Um dos maiores túneis para transporte de água do mundo está sendo construído na Turquia. O Túnel de Gerede terá cerca de 31,5 km de extensão e transportará água do rio Gerede até o reservatório de Camlidere, localizado na cidade de Ankara. Ele começou a ser construído em 2012, mas ainda não foi concluído,sendo uma das obras de escavação mais desafiadoras da Turquia. 
Foto 8: Túnel de Gerede, para transporte de água
Fonte: http://www.tunnelsonline.info/news/gerede-water-tunnel-excavation-finally-over-7020876
4.2.2. Redes de esgoto 
	Civilizações antigas construíram túneis subterrâneos para a passagem do esgoto das cidades como solução para os problemas causados pelo acúmulo de dejetos humanos acumulados nas cidades. Um dos sistemas mais famosos é o Cloaca Máxima, rede de esgoto da Roma antiga, composto por diversos túneis que levavam todos os dejetos até o rio Tiber. Outro sistema muito conhecido, foi de Londres, planejado pelo engenheiro Joseph Bazelgette como uma solução para os problemas causados pelo acúmulo de dejetos na cidade, que causou mau cheiro e surtos de doenças como a cólera. O projeto de Bazelgette foi aprovado após o “The GreatStink”, que foi como ficou conhecido o período em que o problema do esgoto da cidade se tornou inviável. Hoje em dia, em São Paulo, está sendo construído um túnel, abaixo da marginal tietê, para levar o esgoto de cerca de 2 milhões de pessoas que vivem na capital do estado até a estação de tratamento de Barueri. Essa obra faz parte do Projeto Tietê, promovido pela Sabesp (companhia paulista de água e saneamento), que tem como objetivo tornar o rio Tietê mais limpo.
Foto 9: Cloaca Máxima, antiga rede esgoto de Roma
Fonte: https://www.jornalciencia.com/roma-ainda-esta-usando-um-dos-primeiros-sistemas-de-esgoto-mais-antigos-do-mundo/
Foto 10: Antigos túneis de esgoto de Londres
Fonte: https://www.pragmatismopolitico.com.br/2016/03/o-complexo-sistema-que-salvou-londres-do-grande-fedor.html
4.3 Túneis de transporte
	Esses túneis são usados para facilitar a passagem de carros, metrôs através de obstáculos. Os túneis rodoviários são muito importantes para o deslocamento da população. Muitas vezes, quando se está construindo estradas que ligam diversos pontos muito distantes, é comum encontrar alguma rocha ou estrutura de relevo que impede a passagem, e é necessário encontrar alguma alternativa para superá-lo, em certas ocasiões, desviar a rota da estrada não se mostra uma opção viável, então é necessária a construção de túneis para atravessar o obstáculo. Com o aumento das cidades e também da frota de veículos, os túneis ferroviários estão se tornando cada vez mais importantes. Esses túneis abrigam os trilhos por onde passam os metrôs. Geralmente são subterrâneos e comuns nos grandes centros urbanos do mundo. Os túneis de metrô de nova York, por exemplo, se estendem ao longo do subterrâneo da cidade, ligando os principais pontos da região.
Foto 11: Túnel de São Gotardo
Fonte: https://www.metropoles.com/mundo/transporte-int/suica-inaugura-tunel-ferroviario-de-us-12-bi-o-mais-longo-do-mundo
Foto 12: Túnel Prefeito Marcello Alencar, Rio de Janeiro
Fonte: https://noticias.band.uol.com.br/noticias/100000815555/rj-aberto-maior-tunel-rodoviario-urbano-do-pais.html
4.4. Túneis submersos
	Os túneis submersos passam por baixo da água. Facilitam o transporte entre locais cortados por rios, oceanos, canais. Um dos principais túneis do mundo, o Eurotúnel, conta com um trecho de 37,9 km que fica submerso. É um dos maiores túneis submersos do mundo. Ele liga a França e a Inglaterra através do Canal da Mancha. Através dele, é possível chegar a um local, que antes só poderia ser alcançado com auxílio de barco ou avião, viajando de trem. Os trens que passam pelo Eurotúnel pertencem a empresa Eurostar, e conseguem atingir uma velocidade de 300 km/h, o que faz que a viagem seja muito rápida.
Foto 13: Eurotúnel
Fonte: https://24.sapo.pt/noticias/internacional/artigo/eurotunel-que-liga-franca-a-inglaterra-chama-se-getlink-a-partir-de-hoje_23290152.html
FATORES GEOLÓGICOS
O objetivo de um túnel é possibilitar uma passagem direta por meio de obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais ou áreas densamente povoadas. O critério para o alinhamento básico de um túnel é conduzido primordialmente por dois interesses: tráfego e transporte. Sua localização exata é orientada pelos fatores geológicos e hidrológicos particulares da área do túnel.
Foto 14: exemplo de construção do túnel Base de São Gotardo, Suíça.
Fonte: https://www.home.sandvik/br/
5.1 METOLOGIA
Metodologia dos estudos geológicos e geotécnicos para túneis consiste em:
Dados do projeto (traçado, secção, emboquilhamentos);
Condições geológicas e hidrogeológicas do traçado;
Investigações geotécnicas (prospecção e ensaios);
Classificações geomecânicas e zoneamento geotécnico;
Recomendações para os cálculos da estrutura subterrânea;
Cartografia geológica e adequações para as condições encontradas.
Gráfico 1: classificação dos túneis quanto ao método executado.
Fonte:https://slideplayer.com.br/slide/1810818/
5.2 INFLUÊNCIAS
É necessário um estudo do posicionamento das camadas rochosas que devem ser atravessada por um túnel, para obter-se uma definição de qual será a sua influência na construção, são elas:
- Rochas maciças: resultará na construção mais rápida e barata, caso disponha de um tipo de rocha, nessa situação, as ideais são as rochas magmáticas, devido a sua presença de camadas;
- Camadas inclinadas: a locação do túnel deverá ser paralela á direção da camada ou cortando a direção das camadas;
- Camadas verticais: o túnel pode ser escavado paralelo ou perpendicular a direção das camadas ;
- Camadas horizontais: é vantajosa na construção de galerias, na forma de camadas espessas, proporciona segurança à estrutura.
Nos trabalhos iniciais para construção do túnel, a fase mais importante é a exploração cuidadosa das condições geológicas.
Figura5: condições geológicas desfavoráveis, causando uma alteração do alinhamento do túnel.
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
5.3 RECONHECIMENTO
O reconhecimento geológico é feito por meio de investigações superficiais, complementadas com sondagens espaçadas adequadamente (método geométrico não deve ser utilizado), as quais proporcionam informações para o projeto.
Figura 6: exemplos de situações geológicas
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
Condições hidrológicas: quando possível, a cota de um túnel deverá ser acima do nível de água, caso as escavações possuam presença de água, dificulta a construção, havendo a necessidade de utilização de métodos especiais, como o da couraça ou aplicação do rebaixamento do nível da água. Caso a região seja de calcários, deverá ser obtido um cuidado especial, devido a sua presença de cavernas e canais de dissolução, assim como é preciso estabelecer um sistema de drenos, a fim da remoção de possíveis águas de infiltração.
Gráfico 2: exemplo de três locações de túneis, relacionadas a posição do N.A
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
5.4 RELATÓRIO GEOTÉCNICO
A metodologia e as fases de um Relatório Geotécnico incluem um conjunto de documentos, de índole geotécnica, com conteúdos e objetivos específicos. São apresentadas as três fases do relatório geotécnico e os principais aspectos do seu conteúdo a serem desenvolvidos. Esta metodologia é seguida e regulamentada em bastantes países europeus e nos EUA, através de normas específicas.
Gráfico 3: Documentos, fases e conteúdo dos relatórios geotécnicos (Dinis da Gama[41], 1997).
Fonte: http://www.visaconsultores.com/pdf/Tese_MSc_MB.pdf
MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO
EM MATERIAIS DUROS (ROCHAS)
6.1.1 Tradicional 
Para os túneis escavados em rochas, com exceção dos extremamente curtos (aproximadamente 200m), são geralmente estabelecidas para a construção, duas ou mais frentes de escavação. São necessárias as seguintes operações:
Perfuração da frente de escavação com marteletes;
Carregamento dos furos com explosivos;
Detonação dos explosivos;
Ventilação e remoção dos detritos e da poeira;
Remoção da água de infiltração, caso necessário;
Colocação do escoramento parao teto e paredes laterais, caso necessário;
Colocação do revestimento, caso necessário.
Métodos de avanço
Os túneis desenvolvidos em rochas apresentam diferentes métodos de avanço, os mais utilizados são: 
Escavação total: neste método toda a frente é perfurada e detonada com explosivos. É utilizado geralmente para túneis pequenos, com aproximadamente 3m de diâmetro.
Escavação por galeria frontal e bancada: este método envolve o avanço da parte superior do túnel, sempre anteriormente à parte inferior. Se a rocha for suficientemente firme, permitindo que o teto permaneça sem escoramento, o avanço da parte superior é de um turno de trabalho em relação a inferior. Esse método está exemplificado na figura abaixo:
Figura 7: Método de avanço por galeria frontal e bancada.
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf.
Escavação com galerias: em túneis muito largos, pode ser vantajoso se desenvolver um túnel menor (galeria) antes de ser feita a escavação frontal total. As galerias são classificadas de acordo com a sua posição: 
Figura 8: Método de escavação com galerias.
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf.
Tem como vantagens:
Toda a zona de rocha desfavorável ou que contenha presença excessiva de água, será determinada antes da escavação total, permitindo determinadas precauções.
A quantidade de explosivos poderá ser reduzida.
Os lados das galerias poderão facilitar a instalação de suportes de madeira do teto, principalmente em rochas consideradas quebradiças.
Tem como desvantagens: 
O avanço do túnel principal pode se atrasar até o termino da galeria.
O custo de pequenas galerias será alto, em função de serem desenvolvidas manualmente.
6.1.1.2. Perfuração das rochas:
Existem vários equipamentos para a perfuração, e a escolha da mais adequada vai depender da: 
Natureza topográfica do terreno;
Profundidade necessária dos furos;
Dureza da rocha;
O grau de fraturamento da rocha;
Dimensões da obra;
Disponibilidade de água para a perfuração.
O padrão de perfuração, ou seja, a posição dos furos na frente de avanço de um túnel também varia de acordo com o tipo de rocha e o diâmetro do túnel. Quando os explosivos em um furo simples são detonados, é aberta uma cavidade cujos lados formarão ângulos de aproximadamente 45º com a face do túnel. 
6.1.1.3. Padrões de perfuração: 
Quando os explosivos que foram colocados em furos em torno da face do túnel (cunha) são disparados, o quebramento da rocha por furos será aumentado em função dessa cavidade. Nos furos executados para um turno de avanço, como representado na figura abaixo, é comum se perfurar um certo número de furos que se inclinem em direção à um mesmo ponto ou à uma mesma linha, próxima ao centro da frente. Os explosivos são detonados nestas cavidades, inicialmente com espoleta instantânea e em seguida outros furos são disparados em intervalos progressivos, por meio de espoletas de tempo.
Figura 9: Avanço de escavação de um túnel seguindo um padrão de perfuração.
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf.
6.1.1.4. Determinação da secção do túnel:
Essa determinação sofre a influência de diversos fatores, variando de acordo com o objetivo do túnel:
Tipos dos veículos;
Tipo, resistência, conteúdo de água e pressões do solo;
Método de escavação;
O tipo de material e a resistência do revestimento do túnel;
A necessidade de 1 ou 2 sentidos de circulação.
A figura abaixo apresenta alguns tipos mais comuns das secções de túneis.
Figura 10: Secções mais comuns de túneis.
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf.
6.1.1.5. Ventilação:
A ventilação é necessária por várias razoes, tais como:
Fornecimento de ar puro para os trabalhadores;
Remoção de gases produzidos pelos explosivos;
Remoção da poeira resultante da perfuração, explosão e de outras operações.
O volume de ar necessário para ventilar um túnel depende do número de operários e da quantidade de explosões. Cada trabalhador necessita de 200 a 500 pés cúbicos/minuto.
6.1.2 Método mecânico
A perfuração mecânica é antiga e tem como vantagens em relação aos métodos convencionais: 
Segurança: abertura de paredes arredondadas, representada na figura e que tem uma maior capacidade de sustentação.
“overbreak”: em túneis que exijam revestimento, a economia de concreto será grande, uma vez que não existirá “overbreak” causado pelas explosões.
Menor número de trabalhadores: é sempre menor comparado aos métodos convencionais de escavação. 
Avanço rápido.
Danos de explosões: o método mecânico elimina essa perspectiva, pois não causa danos a propriedades em áreas muito habitadas ou no próprio material encaixante do túnel.
Figura 11: comparação entre as secções escavadas pelo método convencional e o método mecânico.
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf.
	E tem como desvantagens:
O alto investimento inicial necessário pelo equipamento, que elimina a sua utilização em túneis curtos.
O sistema de ventilação precisa ser mais largo para controlar a poeira resultante.
Cuidadoso controle na direção do túnel para evitar possíveis desvios.
EM MATERIAISMOLES (SOLOS)
6.2.1 Método de construção a Céu Aberto (cutand cover)
“São aquelas cujas escavações são executadas a partir da superfície e as estruturas permanecem enterradas com o reaterro”. (SALVADORI ETAL,1993)
	
6.2.1.1. Generalidades: 
No método a céu aberto, o túnel propriamente dito tem uma secção transversal retangular para duas ou mais vias, estando sua base geralmente 10 m a 20 m abaixo da superfície e tendo em consequência um reaterro de 4 m a 14 m de altura. 
Os diversos métodos de construção a Céu Aberto se caracterizam, principalmente, pelo tipo de parede de escoramento.
As principais etapas que acompanham esse método, sem levar em conta a desapropriação do terreno, são: 
Remoção das interferências: sob as ruas das grandes cidades, encontra-se grande número de linhas, cabos e sistemas de distribuição de todos os tipos. Nos lugares onde não é possível sustentar essas linhas sem comprometer o bom andamento da obra, elas devem ser relocadas. Canais comuns para todas as linhas de distribuição só são feitos raramente, devido ao custo elevado e a problemas administrativos e técnicos. 
Foto 15: remoção de interferências em via no Cuiabá
Fonte: https://www.midianews.com.br/cuiaba-2014/consorcio-prepara-avenidas-para-receber-via-permanente/166816
Escoramento de prédios: para determinar o traçado da construção a céu aberto, o engenheiro deve seguir o traçado das ruas, o que muitas vezes não corresponde a um traçado ideal. Ainda assim, não é possível evitar totalmente que sejam atingidos prédios. O escoramento ou a demolição dos prédios não pode ser determinado unicamente por cálculos econômicos. 
Foto 16: escoramento metálico
Fonte: http://portoloc.com.br/escoramento_metalico.php
Medidas para o remanejamento do tráfego: um dos principais problemas durante a construção do túnel é o remanejamento do tráfego de veículos. Muitas vezes, necessitam-se medidas bastante delicadas, como mudança de linhas de tráfego, colocação de sinais e semáforos novos, etc. Todas essas medidas devem ser tomadas antes de iniciar-se a escavação.
Foto 17: guarda remanejando tráfego de veículos
Fonte: https://artigojuridico.com.br/2017/07/09/prefeitura-de-sao-paulo-pode-usar-multas-para-pagar-pessoal-da-cet-ate-decisao-final-da-justica/
6.2.1.2. Métodos de construção: 
Os métodos de construção a céu aberto propriamente ditos são:
1. com taludes inclinados; 
2. com paredes de escoramento de diversos tipos: métodos de Berlim e de Hamburgo; 
3. com paredes que farão parte da estrutura da obra: método de Milão ou de paredes-diafragma; 
4. métodos especiais.
Figura 12: Ilustração da sequência construtiva de túnel executado a partir de escavação a céu aberto, através de concretagemde paredes diafragmas
Fonte: Chiossi, 1979
6.2.3. Metodo de construção com couraça (Shields) – TBM
Pela maior produtividade na escavação de túneis, as TunnelBoringMachines (TBM) – ou tatuzões – se tornaram importantes elementos das obras metroviárias. Diversos túneis mundiais já foram escavados por esse tipo de equipamento, como o Eurotúnel no Canal da Mancha, Túnel dos Alpes Suíços, metro de São Paulo e tantos outros. É um dos métodos mais modernos utilizados, o equipamento perfura, em média, de 10 m a 14 m por dia.
Foto 18: TBM – tatuzão
Fonte:http://thecrosstown.ca/tbmcontest
Esse método é o que traz menos problemas, tanto para o tráfego superficial como para a remoção de interferências. Ele se adapta às mais variadas condições, sendo aplicável em vários tipos de solos, nos moles como nos muito rígidos, acima ou abaixo do lençol freático. o TBM é uma máquina capaz de perfurar em diversos tipos de materiais, desde rochas com resistência de 300 MPa a terrenos arenosos, sem a necessidade de explosivos.
Foto 19:Elementos do TBM
Fonte:http://truthseekeratroswell.com/tbms-(tunnel-boring-machines).html
O uso das máquinas depende inicialmente da extensão do túnel, segundo Matheus Herrmann, coordenador de TBM do Consórcio Expresso Linha 6 de São Paulo. “Para túneis padrão, o custo e o prazo de implantação de uma TBM compensam se o túnel tiver comprimento igual ou superior a 4 km.” Além disso, túneis complexos, mesmo de comprimento inferior, exigem o uso da máquina: “É o que ocorre em travessias em zonas pantanosas ou sob grandes densidades demográficas”.
Outro ponto a considerar é o projeto executivo, que deve estar direcionado para essa forma de escavação. É fundamental o conhecimento das características do terreno por meio de sondagens, ensaios laboratoriais e investigações de campo para que a máquina seja construída levando-se em consideração esses parâmetros. O pedido para fabricação deve ser feito um ou dois anos antes de iniciar a escavação.”
Figura 13:Tatuzão
Fonte: https://www.linkedin.com/pulse/voc%C3%AA-sabe-como-funciona-o-tatuz%C3%A3o-usado-metr%C3%B4-de-s%C3%A3o-paulo-brand%C3%A3o
Para um funcionamento seguro, é necessária a existência de uma altura mínima de terra acima do túnel. De resto, sua profundidade só é limitada quando se trabalha com ar comprimido, abaixo do lençol freático. Mesmo trechos em declive ou em curvas, quando necessários para estradas ou metrôs, não apresentam problemas.
Acompanhando-se o desenvolvimento dos últimos dez anos, é possível notar uma evolução nítida a partir da couraça que inicialmente era manual, passando por uma semi mecanizada até a totalmente mecanizada. Essa evolução se deve primeiramente ao aumento do custo da mão-de-obra. Em segundo lugar, com couraças mecanizadas, obtém-se um aumento na velocidade de avanço, com consequente diminuição de custo.
Umas das vantagens de se utilizar esse método é o não acarretamento de abalos sísmicos devido as explosões que ocorrem em métodos que utilizam explosivos, sendo esse ponto bastante importante paras as áreas urbanas. Outras vantagens da não utilização de explosivos é da segurança no trabalho, evitando gases ou quedas de materiais
Pelo outro lado, podemos destacas com desvantagens a necessidade de mão de obra especializada, o custo de aquisição elevado e, também, não haver facilidade nas variações dos diâmetros, sendo usados diâmetros fixos.
Foto 20:Exemplo de equipamento mecânico (tatuzão)
Fonte:http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
Atualmente existem três tipos de couraças: couraça manual, couraça semi mecanizada, onde ferramentas, geralmente hidráulicas, são acionadas individualmente por trabalhadores e couraça totalmente mecanizada.
Couraças com escavação manual
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. Quando a couraça avança, as plataformas de trabalho e o escoramento ficam parados, isto é, retrocedem relativamente à couraça. Isto significa, admitindo-se um trabalho muito cuidadoso, que o solo na frente de trabalho está completamente escorado a qualquer momento e em qualquer fase de trabalho. 
Figura 14: Couraça com escavação manual
Fonte: http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
Couraças semi mecanizadas
A respeito do escoramento do solo na frente de trabalho, as couraças semi-mecanizadas não diferem das de escavação manual. Tenta-se simplesmente racionalizar e acelerar alguns serviços manuais por máquinas adequadas. Contudo, as máquinas são operadas individualmente. Isso pode ser feito tanto no carregamento como na escavação, que é a parte mais importante.
 As duas máquinas trabalham em dois níveis, sobrepostas, separadas por uma plataforma móvel. O solo na frente de trabalho, a qualquer momento, pode ser escorado total ou parcialmente por chapas de aço, usando-se as pás mecânicas para colocá-las ou retirá-las. O escoramento propriamente dito é feito por macacos hidráulicos e pode ser regulado exatamente conforme as condições
Figura 15: Couraça semi mecanizada
Fonte: http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
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 TBM, ao mesmo tempo em que escava, instala anéis pré-moldados de concreto, as aduelas, que formam a estrutura definitiva do túnel seguindo o conceito de arco romano.  Após montados e instalados os anéis, a folga anular entre o solo e o conjunto formado pela carcaça e o lado externo do revestimento é continuamente preenchida com graute, para proporcionar uma vedação externa ao túnel e estabilizá-lo.
Figura 16: Couraça mecanizada
Fonte: http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/togot_Unid06EscavacoesTuneis-2007.pdf
6.2.3.O Novo Método Austríaco de Túneis
“ NEW AUSTRIAN TUNNELING METHOD”(NATM)
O NATM, desenvolvido por Ladislau Rabcewicz, teve evolução significativa na Europa entre o final da década de 1950 e a primeira metade da década seguinte. Este desenvolvimento é fruto da experiência com trabalhos de execução de túneis em minas de carvão.
Tem se tornado cada vez mais importante, especialmente no campo de execução de túneis em rochas moles e em solos. A principal característica no NATM é o uso de uma camada delgada de chumbadores que é aplicada à uma superfície da rocha adjacente. Tão cedo seja possível após aplicado, esse revestimento em concreto projetado aberto é fechado no fundo por meio de um “ïnvert” (arco invertido). Se necessário, um revestimento permanente pode ser instalado uma vez atingido o equilíbrio. A partir da primeira aplicação desse método de execução de túneis nos anos 60 um grande número de projetos de túneis foi completado com sucesso sob condições geológicas variáveis, rápidas taxas de avanço, redução de custos e aumento de segurança. Contudo, o conhecimento amplo desse atraente método de execução de túneis é ainda limitado, e seus princípios básicos são frequentemente mal compreendidos. 
Figura 17: Método NATM
Fonte: http://wwwo.metalica.com.br/tunel-natm
6.2.3.1. Princípios:
Quando uma cavidade é aberta pelo avanço do túnel, o estado de tensões na massa rochosa é perturbado e elevados esforços são induzidos na vizinhança da cavidade. Consequentemente, diferenças de tensões podem surgir as quais frequentemente excedem a resistência da massa rochosa adjacente. Os danos à rocha são mais ainda acentuados pelo desmonte a fogo, e como resultado disso a rocha tende a fraturar na vizinhança da abertura. A rocha fraturada pode suportar somente cargas limitadasportanto a região de tensões elevadas induzidas sai das superfícies do túnel e se desloca para a massa rochosa adentro. 
A principal vantagem do NATM é que permite que o escoramento seja aplicado à rocha imediatamente atrás da face em avanço. Esse escoramento aumenta notavelmente a resistência dessa rocha, enfraquecida potencialmente pelo alívio de tensão e pelo desmonte a fogo. Ainda mais, o escoramento promove uma vedação imediata que evita a deterioração da rocha pela ação do tempo. Assim, quando a face do túnel avança mais, e a rocha fica exposta às tensões induzidas totais, a resistência da mesma é muito maior que teria caso outras formas de escoramento fossem instaladas mais tarde, ou que recebessem as cargas um tanto tarde, se utilizadas.Túneis próximos da superfície, isto é, com pouca cobertura, requerem um revestimento mais rígido do que túneis à grande profundidade, isto é, com grande cobertura. Enquanto que na execução de túneis em rocha dura, a massa de rocha deforma mais ou menos elasticamente desde que esforços não excedam a resistência da mesma, a execução de túneis em rocha mole a deformação inicial da massa rochosa geralmente causa fratura, causando deterioração das propriedades mecânicas da massa de rocha adjacente e gera a perigosa pressão afrouxada. 
Uma camada de concreto projetado aplicada logo imediatamente após a abertura da face da rocha atua como uma superfície de proteção que transforma a rocha de pequena resistência num sólido estável.
Devido a íntima interação entre o concreto projetado e a rocha, o restante da rocha vizinha permanece virtualmente em seu estado original não perturbado e portanto participa efetivamente na seção em arco. O NATM foi comprovadamente satisfatório em todas essas condições. Embora pareça ser bastante simples, essa técnica de execução de túneis é bastante delicada em sua aplicação, especialmente em rocha fraca e saturada. A aplicação correta e bem-sucedida desse método requer bastante experiência prática e a íntima colaboração de um geólogo – engenheiro. Para que seja aproveitada ao máximo as possibilidades desse método de execução de túneis, é necessário não somente ter a experiência prática de execução de túneis, mas também é preciso ter um conhecimento profundo das propriedades e do comportamento da rocha. 
Foto 21: túneis método NATM
Fonte: http://www.solotrat.com.br/tuneis-natm-solotrat
CONCLUSÃO
As grandes cidades têm crescido muito, porém desordenadamente. Nas últimas décadas, pode-se assistir um aumento significativo da necessidade de desenvolvimento das redes de transporte no país. Conectando as grandes cidades, as rodovias estão tendo as suas pistas ampliadas e muitas outras tem sido construídas. Nos centros urbanos surgem cada vez mais novas avenidas e novas linhas de metrô. Os novos sistemas de transporte têm criado razoável demanda por obras enterradas, particularmente de túneis, que viabilizem a implantação dos projetos. 
Portanto, diante do exposto no trabalho, é possível perceber a complexidade em torno da construção de um túnel, o que torna imprescindível um profundo conhecimento sobre o assunto, os tipos de túneis, os métodos de construção utilizados para cada situação, como também prezar pela qualidade, preparação técnica, equipamentos adequados e planejamento. 
Além disso, é necessário, e pode-se dizer principal, conhecer as condições geológicas para construção do túnel, analisar o tipo de rocha e solo e suas características. Isso permite identificar e avaliar melhor os riscos da construção em determinada região e diferentes locais por onde o túnel pode passar, também diminui o risco de imprevistos futuros, viabilizando a obra de forma segura e otimizada. 
Dessa forma, pode-se concluir que o trabalho, apresentando informações sobre a história da construção de túneis, suas finalidades, os tipos de túneis, fatores geológicos e os principais métodos de escavação para sua construção, possibilitou ao leitor conhecer peculiaridades de uma atividade de grande importância para a construção civil. 
	
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