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1 __________________________________________________ i Artigo apresentado como parte dos requisitos para graduação do curso de Engenharia Civil da Univ. Católica do Salvador . 1 Concluinte do Curso de Engenharia Civil da Universidade Católica do Salvador. E-mail: igordantas@odebrecht.com - Autor 2 Doutor em Engenharia Urbana – Universidade de São Paulo. E-mail: marjoras@ucsal.br - Orientador Métodos não destrutivos para escavação de túneis: Pipe Jacking e New Austrian Tunneling Methodi Igor Samuel Coêlho Dantas 1 Marcos Jorge Almeida Santana 2 Resumo: Este artigo tem por objetivo apresentar teoricamente dois métodos não destrutivos para a execução de túneis, justificados, principalmente, devido a escassez cada vez maior do espaço urbano, muitas vezes sendo necessária a utilização do espaço subterrâneo para o aumento qualitativo e quantitativo da infra-instrutura, principalmente nas grandes cidades. O trabalho foi desenvolvido a partir de uma revisão bibliográfica que inicialmente expõe a metodologia de execução de ambos os processos de escavação. Neste trabalho são expostas também algumas obras localizadas na cidade de Salvador, Bahia, onde foram aplicadas as tecnologias estudadas. Posteriormente, são mostradas as principais vantagens e desvantagens levando em consideração questões como: custo, qualidade, limitações, impactos e transtornos à sociedade, qualidade das condições de trabalho, equipamentos e produtividade. Os resultados mostram que é difícil comparar os métodos, visto que a possibilidade de utilização de ambos os métodos num mesmo tipo de túnel é bastante limitada devido aos diâmetros aplicáveis. Verificou-se também que cada tecnologia possui suas peculiaridades e que as principais condicionantes para a escolha de determinada metodologia envolvem decisões estratégicas para as empresas, como fluxo de caixa, prazos, valores e, principalmente, questões sociais acerca dos transtornos que podem ser minimizados ou até mesmo evitados. Palavras-chave: Túneis; New Austrian Tunelling Method; Pipe Jacking; infra-estrutura. 1.0 Introdução O crescimento das zonas urbanas corresponde ao aumento qualitativo e quantitativo das suas atividades, o que, por conseqüência gera a necessidade de se adaptar os espaços necessários a estas atividades, como a sua infra-estrutura (ZMITROWICZ; ANGELIS NETO, 1997). Ainda segundo Zmitrowicz e Angelis Neto (1997), infra-estrutura urbana pode ser definida como um sistema de equipamentos e serviços necessários ao desenvolvimento das funções urbanas, onde há necessidade de investimentos em bens ou equipamentos, que podem ser edifícios, máquinas, redes de tubulações ou galerias, túneis e vias de acesso, dentre outros. Com o desenvolvimento das grandes cidades torna-se imprescindível a constante melhoria da infra-estrutura, como a criação ou ampliação de vias para o enorme fluxo diário. Esta necessidade também se reflete nas das redes de serviços, como telefonia, esgoto, energia, água, gás, TV a cabo, dentre outras. Pode-se destacar, dentre estas, as redes ligadas ao saneamento básico, como redes de esgoto e de água. No contexto atual em que vivemos, onde o espaço urbano é cada vez mais escasso e disputado, em muitos casos, a única forma de se melhorar a infra-estrutura e executar tais redes é 2 utilizando-se o espaço subterrâneo. Diversas são as formas de escavação dos túneis que formam estas redes, como Valas a Céu Aberto (V.C.A.), New Austrian Tunelling Method (N.A.T.M.), Tunnel Linner, Pipe Jacking, dentre outras. Isto pode ser observado, por exemplo, em Salvador, Bahia, onde, nos últimos meses foi possível ver exemplos de túneis sendo executados em Pipe Jacking, na execução do Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDO do Jaguaribe) (Figura 1), N.A.T.M., no túnel Dois Leões-Água de Meninos (Figura 2) e V.C.A., na obra de execução do interceptor da Avenida Paralela (Figura 3), ligando o sistema de esgotamento sanitário de Lauro de Freitas ao SDO do Jaguaribe. Figura 1: SDO do Jaguaribe. Fonte: Construtora Norberto Odebrecht, 2009. Figura 2: Interceptor da Avenida Luis Viana Filho. Fonte: Igor Dantas, 2009. Devido ao envolvimento diário com tantas opções tecnológicas, que direcionam e modelam o futuro, não somente como estudante, mas também como cidadão e, possível detentor do conhecimento necessário à aplicação de tais tecnologias na alteração do meio ambiente e melhoria da infra-estrutura urbana, surge uma dúvida: quais as principais vantagens e desvantagens de cada tecnologia? É possível compará-las? Diante desta dúvida, inicialmente, foi imaginado estudar três dos métodos citados anteriormente: V.C.A., N.A.T.M. e Pipe Jacking. Por ser considerado um método destrutivo, segundo Capobianco apud Garrido (2003), agredindo o meio ambiente e possuindo grandes impactos negativos durante a execução, como a necessidade de se interditar ruas por longos períodos, destruir pavimentos, escavar quantidade muito maior que o volume final do túnel, apresentar muito mais riscos de recalques e fissuramento em pavimentos e residências, foi descartada a idéia inicial de levar em consideração o estudo das V.C.A. Figura 3: Túnel Dois Leões - Água de Meninos . Fonte: Igor Dantas, 2009. 3 Estando diretamente ligado à aplicação do N.A.T.M. no túnel Dois Leões-Água de Meninos, como estagiário da Construtora Norberto Odebrecht S.A., esta foi a primeira tecnologia a ser estudada, devido ao convívio quase que diário durante cerca de cinco meses com toda a sua aplicação. A escolha do Pipe Jacking se deu devido à grande curiosidade acerca da metodologia executiva e, principalmente, ao fato de, segundo Kochen apud Garrido (2003), este sistema ter tendência a ser aplicado cada vez mais no futuro. Segundo Carneiro et al. (1975), túneis são passagens subterrâneas que têm por fim, transpor obstáculos ou, oferecer proteção à via de tráfego. Túneis podem ser executados pela própria natureza (Figura 4), através da erosão e de outras forças naturais, ou pelo próprio homem (Figura 5) através dos processos de escavação. Figura 4: Gruta da Lapa Doce, Lençóis – BA. Fonte: www.panoramio.com/photo/622299 Figura 5: Túnel Luís Eduardo Magalhães, Salvador – BA Fonte: www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=549178 Harris (2006) afirma que os túneis são divididos em três grandes categorias: túneis de mineração, usados durante a extração de minérios; túneis de serviços públicos, que servem para transportar água, esgoto ou gás através de grandes distâncias e túneis de transporte, que servem para passar de forma eficiente através de um obstáculo. A execução de obras subterrâneas em V.C.A., método mais antigo, utilizado há muitos séculos, causa impactos sócio-econômicos e ambientais cada vez maiores, por menores que sejam suas profundidades. Por este motivo, obras com custo direto baixo tornam-se quase inviáveis, devido aos elevados custos sociais, a que se diz respeito os atrasos e perturbações causados ao entorno. Dentro deste contexto, as novas tecnologias de aberturas de túneis tornam-se cada vez mais atraentes frente aos tradicionais métodos como VCA. Desta forma, como curiosidade e até mesmo necessidade de aprofundar conhecimentos, justifica-se o grande interesse em intensificar os estudos e pesquisas sobre tais tecnologias. Neste estudo serão abordados dois métodos: o Novo Método Austríaco de Abertura de Túneis, em inglês, N.A.T.M. e o Pipe Jacking, tubos cravados. 4 2.0 Valas a Céu Aberto Mesmo não sendo este o foco principal do trabalho, vale falar um pouco sobre o assunto, afinal, a técnica existe e ainda é utilizada na execução de túneis. Originalmente, as utilidades, privadas e/ou públicas enterradas, tais como coletores de esgoto, adutoras, sistemas elétricos e de telefonia, canalização de gás, cabeamento de TVs, dentre outras,eram instaladas com o emprego da técnica de abertura de valas a céu aberto, também conhecidas como trincheiras ou cut-and-cover. Esta metodologia nada mais é que a escavação por meio de ferramentas como pás, picaretas, ou através de máquinas do tipo escavadeira. A escavação, na maioria dos casos, é feita conjuntamente ao escoramento da vala. O escoramento (Figura 6) consiste na contenção lateral das paredes de solo, através de pranchas metálicas ou de madeira, fincadas perpendicularmente ao solo e travadas entre si com o uso de pontaletes e longarinas, também metálicos ou de madeira. É realizado quando da constatação da possibilidade de alteração da estabilidade de estruturas adjacentes à área de escavação ou com o objetivo de evitar o desmoronamento por ocorrência de solos inconsistentes, pela ação do próprio peso do solo e das cargas eventuais ao longo da área escavada em valas de maiores profundidades. Figura 6: Escoramento com pranchas, longarinas e pontaletes. Fatores que podem atrapalhar ou inviabilizar a execução de túneis com o emprego desta metodologia são: profundidade de assentamento da tubulação, nível do lençol freático, resistência do solo, prazo, impossibilidade de interdição por tempo prolongado da área dos serviços (Figura 7), dentre outros. Figura 7: Vala Metrô Linha 2, São Paulo. Fonte: Panoramio.com 5 O emprego desta técnica está cada vez mais impraticável e isto se deve ao fato de que a execução de obras subterrâneas através de valas a céu aberto, por menores e pouco profundas que sejam, causam enormes transtornos de ordem sócio-econômica-ambiental nestes centros. 3.0 Novo Método Austríaco de Abertura de Túneis Os túneis executados em N.A.T.M., assim como os executados pelos demais métodos construtivos, necessitam de considerável habilidade e cuidado em sua investigação, planejamento, projeto, construção e, principalmente, monitoração para serem implantados com segurança. Desenvolvido por Ladislau Rabcewicz, o método teve significativa evolução 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. Segundo Chiossi (1979) o Novo Método Austríaco de Abertura de Túneis, é um método de escavação de túneis, onde o próprio maciço faz parte da construção, ou seja, ele é um elemento de sustentação fundamental para a sua própria estabilização. Golser (1996) afirma que a Sociedade Austríaca de Pesquisas Rodoviárias define o N.A.T.M. da seguinte forma: "O Novo Método Austríaco de Túneis (N.A.T.M.) segue um conceito segundo o qual o maciço (rocha ou solo) circundando a escavação torna-se um elemento de suporte da escavação, através da ativação, dessa parte do maciço, como se fosse um anel de suporte.” O N.A.T.M. exige, ainda, que alguns procedimentos sejam implementados, visando uma construção segura e eficiente: • considerações das características geomecânicas do maciço, • instalação de medidas de suporte adequadas no momento correto, evitando estados de tensão ou de deformação indesejáveis, • arco invertido estaticamente efetivo executado no momento adequado, emprestando ao anel de suporte a função estática de um tubo fechado • otimização da resistência do revestimento em função das deformações permitidas, • observação instrumental também para o controle desta otimização. De acordo com Campanhã (1995) o método baseia-se no alívio controlado de tensões, assim como as deformações sofridas pelo maciço, devido ao desmonte de rocha/escavação de solo. O tempo de auto-sustentação do maciço, stand up-time, delimita o tipo e a velocidade de avanço das escavações, pois, como o próprio nome já diz, ele determina o tempo que o maciço continua de pé, estável, sem deformar-se a ponto de entrar em colapso. O maciço é previamente estudado, por meio de sondagens, e desta forma irá se definir os tipos de suportes das seções de avanço, caso necessário, CAMPANHÃ (1995). 6 Ainda segundo Campanhã (1995), para que o alívio das tensões seja gradual e suave, muitas vezes, os avanços são feitos de forma parcial. A preocupação com a forma da seção é outra condicionante através da qual busca-se a geometria mais adequada à escavação do túnel. Segundo Botelho (2006), registros mostram que os povos antigos construíam arcos e abóbodas de igrejas com a utilização de pedras montadas em forma de arcos, visto que não se possuía conhecimentos acerca do comportamento do aço como material resistente à tração. Esta geometria gera, basicamente, esforços de compressão por serem os mais facilmente assimilados pelo material utilizado, sendo basicamente o que acontece nos túneis. Em determinados intervalos, segundo Iyomasa (1998), devem ser executadas sondagens horizontais, com o objetivo de ter-se maior garantia do tipo de avanço pré-estabelecido através das sondagens verticais. As sondagens horizontais irão garantir que o estado do maciço previamente estudado é realmente aquele, garantindo assim que os suportes escolhidos (tratamento primário) irão garantir a estabilização do maciço até o tratamento final. Detectando-se a presença de água deve-se executar drenos, fazendo com que ela escoe pelos caminhos mais adequados, não percorrendo as veias rochosas, o que poderia desestabilizar o maciço, comprometendo assim todo o serviço. Franciss (1998) afirma em sua obra que o N.A.T.M. é versátil quanto ao tipo de maciço escavado, assim como quanto à forma e dimensões da seção exigida. Quando a escavação da seção plena tende a ficar instável, sua escavação pode ser feita por etapas, com arco invertido provisório ou em mais de duas fases, os side drifts. Segundo Teixeira (1999), a instrumentação, tem fundamental importância neste tipo de obra. Através dela tem-se conhecimento da intensidade das vibrações e deslocamentos provocados pelo uso dos explosivos. Este monitoramento é realizado através de medições dos deslocamentos durante a execução de túneis, através de medidas de convergência , tassômetros, inclinômetros, marcos superficiais, piezômetros, dentre outros. A instrumentação também fornece os dados que serão utilizados para definir como será feito o avanço. • Marcos de superfície para controle de recalques; Figura 8 – Exemplos de parcialização de seção. Fonte: Manual Técnico Solotrat, 2003. 7 • Tassômetro para controle de recalques logo acima da calota do túnel; • Pinos para o controle de recalques nas edificações vizinhas; • Nivelamento interno do túnel; • Seções de convergência para controle de deslocamentos internos no revestimento do túnel; • Piezômetro para controle da pressão hidráulica no maciço. • Indicadores de nível d’água para o controle do nível freático. • Inclinômetros. No N.A.T.M., dados oriundos das instrumentações de campo têm papel muito importante, pois eles permitem medir o desenvolvimento das deformações, o alívio das tensões e, consequentemente, a interação entre suporte e maciço circundante, e além disso: • Alertam para situações imprevistas, possibilitando tomar decisões rápidas; • Fornecem subsídios para aferir as hipóteses iniciais do projeto, permitindo adaptações e correções do método construtivo, ajustando o espaçamento entre as cambotas e os tratamentos previstos; • Promovem condições para melhorar o desempenho da obra quanto à produtividade, segurança, economia e qualidade, através da interpretação das leituras dos instrumentos associada aos eventos observados na obra. Com estas informações pode-se alterar o tempo de avanço, visto às dificuldades encontradas no entorno da obra, ou do próprio estado de tensões do maciço, afirma TEIXEIRA (1999). No projeto do Túnel Dois Leões-Água de Meninos, foi prevista a instalação de cinco marcos superficiais e um tassômetro, com afastamento de 5,5 m entre eles, por estacado túnel. ------5,5m------ ------5,5m------ ------5,5m------ ------5,5m------ Cota do terreno Marcos Superficiais Marcos Superficiais (Tassômetro) 8 Ao final da execução do túnel foram levantadas as quantidades dos instrumentos utilizados, obtendo-se os seguintes valores: • 175 m – Inclinômetros; • 25 un – Pinos de recalque; • 10 sc – Pinos de convergência; • 27 un – Marcos superficiais; • 60 m – Tassômetros; • 150 un – Bench Mark. Amaral Filho (1995) afirma que o tratamento primário da calota escavada é executado utilizando-se concreto projetado, telas, cambotas e as enfilagens garantem a estabilização do teto do túnel. 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. A 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. O concreto projetado é aplicado na espessura determinada no projeto. No caso de armação com tela, aplica-se uma camada de concreto projetado com 3 cm de espessura, que evita possíveis desplacamentos do solo. De acordo com Lópes (1997), os avanços usuais nos diversos tipos de solos ou rochas “brandas” (de fácil ruptura ou escavação), variam de 0,6 a 1,2 m, rapidamente revestidos por uma camada primária de concreto projetado, o que garante a preservação da resistência do maciço e, conseqüentemente, sua estabilidade. Após a primeira camada de concreto projetado, é fixada por meio de grampos a camada externa de tela soldada, obedecendo-se o transpasse estipulado no projeto. Figura 9: Drain-Pack, drenos superficiais. Fonte: Igor Dantas, 2009. 9 Segundo Amaral Filho (1995), na escavação de túneis as telas são utilizadas com o objetivo de absorver os esforços de tração, causados pela tendência de fechamento do maciço, visto que são aplicadas próximas à superfície. Sendo o primeiro suporte instalado após o desmonte da rocha ou escavação do solo, as cambotas (Figura 10) garantem suporte imediato, basicamente trabalhando como suporte à compressão. Para estabilizar previamente trechos a serem escavados, ou os emboques, são utilizadas enfilagens (Figura 10) cravadas ou injetadas. São elementos estruturais longitudinais, instalados no contorno do teto da escavação, executados previamente à escavação para manter a sustentação do maciço até a conclusão da aplicação do suporte. Instaladas na face frontal de escavação do túnel por meio de cravação ou perfuração e preenchimento com cimento ou resina, as pregagens são elementos estruturais em forma de barras ou tubos, geralmente constituídos de fibras de vidro, tubos de PVC ou aço. Sua função é fornecer tensão de confinamento horizontal, aumentando a resistência ao cisalhamento do solo. Após a colocação da tela (Figura 10), efetua- se sua cobertura com aproximadamente 3 cm de concreto projetado, finalizando-se assim o revestimento deste passo de avanço. O revestimento final do túnel seria a última camada de concreto, projetada após o tratamento inicial (cambotas, enfilagens e outros tipos de suporte que auxiliam na escavação do túnel), CORRÊA (1992). Segundo Corrêa (1992), o revestimento final irá garantir a estabilidade do túnel, pois irá aumentar mais ainda a resistência gerada pelos suportes citados, além, claro, de protegê-los contra as intempéries que viriam a degradar a estrutura. Figura 10: Enfilagens, cambotas e tela metálica. Fonte: Igor Dantas, 2009. 10 Figura 11: Perspectiva ilustrativa de túnel em N.A.T.M. Fonte: Manual Técnico Solotrat, 2003. Figura 12: Tipos de suporte de túneis N.A.T.M. Fonte: Terratek, 2009. 1 – Enfilagens; 2 – Pregagens; 3 – Cambotas; 4 – Concreto Projetado; 5 – Chumbadores; 6 – Arco Invertido. 4.0 Pipe Jacking Nos grandes centros urbanos, em quase todo o mundo, os túneis passaram a ter importância decisiva na execução das obras, porque se apresentaram como a solução para a transposição de múltiplos obstáculos. Dentre os métodos existentes para a execução de túneis em áreas urbanas, um dos resultados de desenvolvimento tecnológico relativamente recente é o sistema Pipe Jacking. 11 A Associação Brasileira dos Fabricantes de Tubo de Concreto, ABTC, define a metodologia como a execução de túneis em vários diâmetros através da cravação de tubos de concreto de alta resistência (50 a 80 MPa), destinados a canalizações em geral (drenagem pluvial, esgotamento sanitário, galerias técnicas etc). A utilização do Pipe Jacking é uma metodologia classificada como não destrutiva segundo Corrêa (2002) e tem o objetivo de reduzir os riscos inerentes à escavação, assim como as dificuldades e transtornos causados pelas obras às pessoas e, principalmente, ao meio ambiente. “O método Pipe Jacking constitui um processo de abertura de túneis, que se caracteriza pela instalação subterrânea de tubos de concreto pré-moldados, por meio de cravação. Esta operação se faz entre dois pontos, sem a interrupção do espaço superficial.” (DRÖSEMEYER, 2004). Os primeiros registros da utilização do Pipe Jacking datam do século passado, entretanto, a partir da década de 60, principalmente, vem evoluindo tecnologicamente, o que o tornou uma alternativa interessante (DRÖSEMEYER, 2004). Negro Júnior e Coutinho (1995) afirmam que a evolução do Pipe Jacking deriva, principalmente, da necessidade de se eliminar ou minimizar a utilização de V.C.A. “As razões são obvias: o espaço subterrâneo encontra-se congestionado de utilidades e a instalação de novas, requer o remanejamento daquelas, necessidade de reduzirem-se os custos e prazos de instalação, elevado custo social associado à abertura de valas, busca de soluções que representem menores margens de risco técnico e econômico.” (DRÖSEMEYER, 2004) O método Pipe Jacking é atualmente bastante utilizado na Europa, Japão e Estados Unidos (NICHOLAS, 1998; OSAKO, 1998; STEIN, 1998 apud DRÖSEMEYER, 2004). Moreira (1995) afirma em sua obra que para que a frente da escavação seja suportada a velocidade de retirada do solo deve ser equivalente à velocidade de avanço da máquina. Figura 13: Máquina de corte, shield. Fonte: Igor Dantas, 2009. Segundo Drösemeyer (2004), na metodologia Pipe Jacking existem formas distintas para sua execução: métodos tripulados e métodos não tripulados; e quanto à escavação pode-se dividir em manual ou mecânica. Por sua vez, a escavação mecânica pode ser classificada como de frente aberta ou de frente fechada e de frente pressurizada ou não pressurizada. Em sua obra, Garrido (2003) afirma que o sistema pode utilizar vários diâmetros de tubos de concreto, de 300 a 2000 milímetros, ainda que vários especialistas defendam sua utilização para diâmetros de 2500 e até de 3000 milímetros. Nogueira (1997) afirma que os túneis, em função dos seus diâmetros, podem pertencer a três classes: • Micro-túneis: obras com diâmetro menor que 1000mm; 12 • Mini-túneis: obras com diâmetros de 1000mm a 2500mm; • Túneis: obras com diâmetro superior a 2500mm. A seguir, pode-se ver as etapas de escavação utilizando-se a metodologia Pipe Jacking: 1: Construção dos poços de serviço, shafts, de emboque e desemboque em concreto projetado. Esta etapa continua em paralelo à execução do túnel. 2: Instalação do Pipe Jacking no poço de emboque e também a instalação do canhão laser que direciona em alinhamento e declividade oShield na escavação do túnel. 3: Instalação do Shield no poço de serviço e início das escavações do túnel. 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. Figura 15: Instalação do Shield no poço de serviço. Fonte: Igor Dantas, 2009. Figura 16: Instalação dos tubos de concreto no Pipe Jacking. Fonte: Igor Dantas, 2009. 4: Instalação dos tubos de concreto no Pipe Jacking através do poço de serviço e cravação do tubo no interior do solo já escavado pelo Shield. 5: Realiza-se as etapas 3 e 4, sucessivamente, até que o Shield atinja o desemboque, estando pronto o trecho de túnel entre o poço de emboque e o desemboque. Figura 14: Poço de serviço com o Pipe Jacking. Fonte: Igor Dantas, 2009. 13 Figura 17: Seção de um Slurry Shield Machine. Fonte: HERRENKNECHT, 2001. Figura 18: Arranjo Geral da metodologia Pipe Jacking. Fonte: Revista Saneas, 2002. 14 5.0 N.A.T.M. e Pipe Jacking: vantagens e desvantagens Uma das desvantagens do Pipe Jacking é o investimento inicial para a aquisição dos equipamentos segundo Koshima apud Garrido (2003). Levando em consideração somente os equipamentos necessários para a abertura e estabilização do túnel, o Pipe Jacking tem grande desvantagem, devido ao fato da grande maioria dos equipamentos de escavação (shield) e dos cravadores dos tubos de concreto serem importados, o que, somado ao alto valor dos impostos alfandegários, deixa os serviços com altíssimos custos iniciais. No mesmo trabalho, Koshima afirma que há também a necessidade de que a construtora tenha escala de produção, ou seja, ganhe contratos grandes que permitam amortizar o investimento inicial com a compra das máquinas. Este método torna-se viável para escavações de longos túneis. É preciso também que se analise o que será feito com este equipamento após a finalização dos serviços, visto que cada túnel tem suas peculiaridades e, pouco provavelmente, o mesmo equipamento poderá ser utilizado pela mesma empresa na construção de um túnel de igual diâmetro, logo após a finalização deste serviço. Devido ao alto custo do equipamento de corte, o Pipe Jacking torna-se mais oneroso à medida que exigem-se maiores diâmetros dos túneis, visto que, o quanto maior o shield, maior será o seu valor e mais peculiar será o túnel. Também em relação ao diâmetro do túnel, sendo escavado em N.A.T.M., é possível alterar o seu diâmetro devido a eventuais exigências do projeto. Utilizando-se o Pipe Jacking isto é impossível, visto que o equipamento de corte tem seu tamanho fixo. O projeto também pode limitar a forma escolhida para a abertura dos túneis, visto que, somente é possível executar bifurcações utilizando-se a metodologia N.A.T.M., assim como curvas de pequenos raios. Quanto à questão mão-de-obra, o Pipe Jacking, segundo Capobianco apud Garrido (2003) a mão-de-obra aplicada é muito especializada e escassa, o que, mais uma vez, torna a sua utilização mais onerosa. “O operador tem que entender um pouco de geologia, o mínimo indispensável de mecânica do solo, de mecânica de equipamentos, de hidráulica e de informática, para estar gabaritado a trabalhar sem fazer com que o equipamento pare ou tenha algum outro tipo de contratempo.” (CAPOBIANCO apud GARRIDO, 2003). Na metodologia N.A.T.M. não se faz necessária a abertura de poços em 100% dos casos para se iniciar e finalizar a escavação. Com a utilização do Pipe Jacking, na grande maioria das vezes é necessário que tais poços sejam abertos para que seja possível, no emboque, descer os equipamentos, shield e cravador de tubos de concreto (Pipe Jacking), assim como os próprios tubos de concreto e também o no desemboque, para que o equipamento de corte seja retirado. Para que seja possível executar escavações em rochas, mais uma vez o N.A.T.M. não exige equipamentos adicionais. Com o Pipe Jacking, segundo Corrêa apud Garrido (2003), exigem-se cabeças de corte especiais e conseqüentemente, mais onerosas. Caso sejam encontradas rochas ou matações, não previstos nas investigações preliminares, a retomada dos serviços utilizando-se o shield pode ser mais lenta, visto a necessidade de se conseguir equipamentos não previstos, tais como cabeças de corte especiais, ou até mesmo danificar o 15 equipamento de corte. Caso o último problema fosse identificado, seria necessário abrir poços de serviço intermediários. Utilizando a metodologia N.A.T.M. não é necessário que tais poços sejam abertos para que seja retirado nenhum equipamento. Com o Pipe Jacking, eventuais problemas que venham a impossibilitar a continuação da escavação pelo shield, podem exigir que novos poços sejam abertos com o intuito de se fazer a manutenção ou até mesmo a substituição do equipamento. Há também a questão da localização de tais poços, pois caso se faça necessária a abertura, por exemplo, em avenidas com intenso fluxo, um enorme transtorno seria trazido à sociedade devido à interdição para a escavação, manutenção ou substituição e reconstituição do pavimento retirado. Túneis executados em Pipe Jacking possuem alta qualidade. Garrido (2003) afirma que devido à taxa de precisão de 0,2%, garantida devido ao nivelamento e alinhamento a laser, o Pipe Jacking torna-se ideal para a execução de túneis que irão abrigar condutos livres, tais como galerias de esgoto e de drenagem. Como o Pipe Jacking utiliza tubos de concreto normalizados pela NBR 15319/2006, o método tem alto controle da qualidade do revestimento e, devido às altíssimas especificações dos tubos utilizados, Corrêa (2002) afirma que este fato permite controle prévio do revestimento. No N.A.T.M. o revestimento é executado in loco em concreto projetado, tornando-se mais suscetível a erros. Neste caso não é possível evitar eventuais problemas, somente remedia-los ou repará-los. Garrido (2003) afirma que por serem fabricados com cimento resistente a sulfatos, com baixa absorção de água (abaixo de 4%) e concreto de alta resistência (acima de 45 MPa), os tubos resistem aos esforços de cravação alem de possuíram vida útil longa. Sendo o revestimento do túnel os próprios tubos. Túneis em N.A.T.M. têm a necessidade de se preencher os overbreaks em concreto projetado assim, possuindo maiores gastos com mais mão-de-obra. Devido aos tubos de concreto serem o próprio suporte do túnel, assim como o seu revestimento final, não há necessidade de se escorar a sua abertura. No N.A.T.M. há a necessidade deste escoramento e, segundo diversos autores, dentre eles Amaral Filho (1995), são utilizadas cambotas, enfilagens, pregagens e concreto projetado, sendo este executado em duas etapas: como suporte inicial e como revestimento final. Devido à escavação feita pelo shield ser executada no diâmetro exato da tubulação, acrescido apenas de um pequeno sobrecorte (normalmente entre 1% e 2% do diâmetro externo do equipamento), Telles apud Garrido (2003) afirma que os recalques são minimizados e, conseqüentemente, trincas e fissuras nas construções acima da escavação são evitadas, o que, por sua vez, evita transtornos com a sociedade. Também devido à escavação feita pelo shield, a metodologia Pipe Jacking mostra-se trás grandes benefícios na questão social. Mais uma vez os recalques são minimizados, segundo Corrêa apud Garrido (2003), visto que não se transmitem vibrações às fundações das edificações. No N.A.T.M. é necessário se preocupar com o deslocamento do ar causado pelas detonações que pode estilhaçar janelas, levantar grande quantidade de poeira e, até mesmo, lançar pequenos fragmentos de rocha, caso não sejaexecutado o fechamento do túnel de maneira correta. 16 Quanto à questão “sociedade” a utilização da metodologia Pipe Jacking associada aos equipamentos de corte, shield têm ótimos resultados. Segundo Corrêa; Corrêa (2002), em obras com grande interferência do entorno, esta questão, muitas vezes, pode atrasar o andamento dos serviços, o que, conseqüentemente, aumenta ainda mais o seu custo. Quando a questão são os trabalhadores, o N.A.T.M. pode ser preocupante. Sendo o ambiente de trabalho mais insalubre, devido à manipulação de explosivos e ao fato do revestimento do túnel ser executado por operários, em várias etapas, o risco de colapso do túnel é muito maior. Somam-se também o fato do trabalho ser executado em locais escuros, com iluminação artificial, na grande maioria das vezes, precária, o trabalho em local úmido, a possibilidade inalação de gases tóxicos, caso não seja respeitado o tempo de dispersão destes gases ou não seja executada uma boa ventilação do túnel e a grande poeira de concreto causada pela sua projeção na execução do revestimento. Uma das grandes vantagens da utilização do Pipe Jacking é o fato do trabalho poder ser executado abaixo do nível d’água, segundo diversos autores, dentre eles Gimenez apud Garrido (2003), não sendo necessário o rebaixamento do lençol freático, serviço muitíssimo oneroso e que também pode causar instabilidade nas construções vizinhas. Quando analisa-se a questão da produtividade o Pipe Jacking comprova o que pode ser uma das suas maiores qualidades. Segundo Corrêa apud Garrido (2003) para a faixa de diâmetros nominais entre 600 e 1.200 milímetros, observam-se, normalmente, produtividades médias entre 250 a 450 metros por mês, em projetos executados por Pipe Jacking. No mesmo trabalho, Frenceschini afirma que a principal vantagem na utilização do sistema Pipe Jacking é a redução do tempo de execução da obra que, em alguns casos, chega a ser 80% menor. Tabela 1 – Resumo: Pipe Jacking e N.A.T.M Pipe Jacking N.A.T.M Investimento inicial Exige equipamentos especiais, normalmente importados. Grande investimento inicial. Não exige equipamentos especiais, sendo facilmente encontrados no Brasil. Volume de serviço Exige grande quantidade de serviço para amortizar o custo inicial com equipamentos. Não exige grande quantidade de serviço visto que os equipamentos não possuem valor tão alto. Reutilização dos equipamentos Equipamentos utilizados para um único diâmetro de túnel o que faz com que a reutilização em outros contratos seja limitada. Equipamentos podem ser utilizados para escavar diversos diâmetros de túneis, podendo ser facilmente reutilizados. Modificações e limitações de projeto. Impossível alterar o diâmetro do túnel ou fazer curvas de pequenos raios ou bifurcações. Possível alterar o diâmetro do túnel e/ou fazer curvas de pequenos raios ou bifurcações. Mão-de-obra Exige mão-de-obra muito especializada. Não exige mão-de-obra tão especializada. Poços de trabalho Exige aberturas de poços na grande maioria dos casos. Não exige abertura de poços na maioria dos casos. Poços de serviço Eventual necessidade de Não exige abertura de poços 17 abertura de poços de serviço intermediários para manutenção ou substituição dos equipamentos em locais ou vias de grande fluxo. para manutenção ou substituição dos equipamentos. Escavação em rocha Exige equipamentos (cabeças de corte) especiais. Não exige equipamentos adicionais. Escavação em solo Não exige equipamentos adicionais e a velocidade de avanço praticamente não se altera. Reduz-se a velocidade de avanço devido à necessidade da instalação dos suportes com menores distâncias e de mais parcializacões. Qualidade do revestimento O revestimento são os próprios tubos de concreto fabricados com altíssimas especificações o que permite controle prévio. Revestimento em concreto projetado mais suscetível a erros, não permitindo controle prévio, somente reparar eventuais problemas. Escoramentos Não há necessidade de escoramento da frente de escavação, pois os tubos de concreto são, ao mesmo tempo, o revestimento final e os suportes do túnel Necessidade de diversos escoramentos tais como cambotas, enfilagens e pregagens, além do próprio concreto projetado aplicado na primeira fase. Recalques / Sociedade Maciço cortado, não transmitindo vibrações às fundações de edificações vizinhas, minimizando recalques e problemas com a vizinhança. Inexistência da necessidade de interdição de ruas devido a detonações. Devido às detonações para desmonte de rocha, maiores vibrações são transmitidas às fundações de edificações vizinhas, possibilitando maiores recalques. Necessária a interdição de ruas devido a detonações. Possibilidade de se estilhaçar janelas, levantar grande quantidade de poeira e até mesmo lançar fragmentos. Ambiente de trabalho Possibilidade de operação do equipamento fora do túnel. Menor risco de colapso devido ao suporte. Melhor qualidade do ambiente de trabalho. Perigoso devido à possível manipulação de explosivos. Maior risco de colapso por erros humanos. Trabalho em local úmido e escuro com iluminação artificial precária. Possibilidade de inalação de gases tóxicos e poeira de concreto projetado. Lençol freático Possibilidade de execução do túnel abaixo do nível d’água, sem rebaixamento do lençol freático, reduzindo custos e a possibilidade de causar instabilidade nas edificações vizinhas. Não é possível trabalhar abaixo do nível d’água, sendo necessário o rebaixamento do lençol freático. 18 Produtividade Altíssima produtividade, chegando a reduzir o tempo da obra em até 80%. Baixa produtividade devido à necessidade de se executar vários tipos de suportes. Fonte: Igor Dantas 6.0 Tecnologias na Cidade de Salvador 6.1 Exemplo da utilização do N.A.T.M. em Salvador, Bahia. Em Salvador, Bahia, muitos são os túneis que ainda estão sendo construídos ou já foram finalizados no ano de 2009. Como exemplo da utilização do N.A.T.M. temos a execução da segunda etapa do túnel Dois Leões-Água de Meninos, executado pela Construtora Norberto Odebrecht S.A (CNO), que irá prover à cidade de Salvador um novo acesso viário entre os bairros das “cidades” alta e baixa, em um ponto intermediário entre as duas principais ligações existentes e já saturadas, além de representar mais uma via de escoamento de carga e passageiros em direção ao Porto de Salvador, fazendo parte das obras da Via Expressa Baía de Todos os Santos, que por sua vez, interligará o Porto de Salvador à BR 324, principal estrada para acesso à cidade. No caso da segunda etapa da escavação do túnel Dois Leões-Água de Meninos, a curta extensão do túnel que ainda restava ser escavada, cerca de 50 m, inviabilizava a mobilização de um shield. 19 Figura 19: Mapeamento geológico/geotécnico do túnel Fonte: Terratek, 2009. Um forte trabalho social foi realizado com os moradores, comerciantes e transeuntes das áreas do entorno para que todo o processo de escavação fosse explanado e para que eventuais problemas pudessem ser resolvidos e as dúvidas esclarecidas. Com o monitoramento através da instrumentação realizada pela Universidade Federal da Bahia (UFBA), observou-se que os prédios sofreram recalques que chegaram a - 21 mm (diferença entre conjuntos de marcos superficiais), com recalques diferenciais de até 3 mm (diferença no mesmo conjunto de 3 marcos superficiais entre 2 marcos), de forma contínua e controlada conforme o avanço do túnel. Durante a escavação foi encontrada rocha sã, rocha alterada e saprolito. A figura 9 ilustra o mapeamento geológico/geotécnico do túnel. 20 No dia 27 de maio de 2009 foi feita a comunicação das duas frentes de escavação do túnel, como pode ser vistona figura 10. Alguns dados da obra: • Os avanços do túnel variaram de 0,8 a 2,5m; • Foram feitas até três parcializacões durante as escavações. 6.2 Exemplo da utilização do Pipe Jacking em Salvador, Bahia. Um exemplo da utilização da tecnologia Pipe Jacking em Salvador, Bahia foi a execução do Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDO do Jaguaribe), contrato firmado entre a Empresa Baiana de Águas e Saneamento (Embasa) e a Concessionária Jaguaribe S.A. (formada pela Odebrecht Investimentos em Infra-estrutura e a Construtora Norberto Odebrecht) executado pela Construtora Norberto Odebrecht S.A. Segundo Maia (2009), o SDO do Jaguaribe, quando em funcionamento, irá beneficiar mais de 1 milhão de pessoas nas cidades de Salvador e Lauro de Freitas. O projeto inclui um emissário terrestre em túnel, revestido de concreto, com 1.300 m de comprimento, e um emissário submarino de 3.600 m, dos quais 3.200 m são de tubos de polietileno de alta densidade (PEAD) e o restante em túnel. Figura 21: Configuração do SDO do Jaguaribe. Fonte: Igor Dantas, 2009. Figura 20: Comunicação das frentes de escavação no Emboque Porto Fonte: Igor Dantas, 2009. 21 Com a metodologia escolhida para a escavação do túnel responsável pelo transporte da vazão de trabalho, a comunidade, o meio ambiente e a cidade ganharão em qualidade e preservação. O trecho executado em Pipe Jacking passa por baixo de toda a Avenida Jorge Amado e praia dos Artistas, saindo à profundidade de 12,00 m. Neste ponto ocorre a transição do túnel em tubos de concreto armado para a tubulação em PEAD, onde os efluentes tratados serão lançados a uma profundidade de 44 m. Nas obras do SDO do Jaguaribe, os esforços de cravação são de aproximadamente 300 toneladas, proporcionando velocidade de avanço média de 2,5 tubos por dia, ou seja, 7 m. A velocidade de avanço do shield deve ser muito bem monitorada, pois, podendo causar recalques, tanto negativos quanto positivos, caso não seja muito bem controlada. 6.3 Análise Com o advento das tecnologias, a cidade de Salvador mostra sua evolução no campo da engenharia. Obras como o túnel Dois Leões-Água de Meninos e o SDO do Jaguaribe ilustram e comprovam tal evolução. Pode-se afirmar que no mínimo, a utilização do N.A.T.M. na área da Ladeira da Soledade foi ousada por se tratar de uma área com edificações tombadas pelo Instituto do Patrimônio Artístico e Cultural da Bahia (IPAC). Tamanha ousadia trouxe grande experiência e rendeu notoriedade para a equipe responsável pela obra, assim como para a própria cidade, dentro do cenário da geotecnia. A utilização do Pipe Jacking quando a escavação é feita principalmente em rocha, como é o caso do SDO do Jaguaribe, é sempre complexa, visto as diversas dificuldades encontradas, como travamento do shield, podendo ser causado por falhas no monitoramento ou interpretação dos dados enviados ao container de controle. Estes dados referem-se à força de cravação do Figura 22: Tubulação de PEAD lançada no mar. Fonte: Odebrecht Informa Online, 2009. 22 macaco hidráulico, torque do motor que gira a cabeça do shield, excesso ou falta de água/lama ou de pressão na frente da escavação. 7.0 Considerações Finais No universo da Engenharia, principalmente na atualidade, devido aos grandes avanços tecnológicos e aos constantes estudos acerca dos materiais, diversos são os meios para se executar um mesmo tipo de serviço, seja ele de pequeno, médio ou grande porte. Deve-se analisar, cautelosamente, todos os condicionantes que poderão afetar ou não o processo de criação, execução e, posteriormente, a operação do sistema desenvolvido. Diante das diversas opções, deve-se levar em consideração todas as variáveis possíveis, pois, um pequeno detalhe pode ser decisivo para a exclusão de determinada tecnologia dentro do leque de opções que é conhecido. Não são somente questões acerca dos métodos executivos, mas também questões que envolvem decisões estratégicas para as empresas, como fluxo de caixa, destino dos equipamentos e mão-de-obra ao final dos serviços, questões de contrato, como prazos e, principalmente valores. Outra questão que deve ser analisada com muita atenção é o transtorno social que, por menor que seja nunca deixa de existir e que também tem grande peso na decisão final, pois, muitas vezes, problemas com a sociedade podem fazer com que os serviços fiquem parados por longos períodos, prejudicando todo um planejamento e também reduzindo a margem de lucro previamente determinada. Felizmente, no campo da Engenharia possuímos uma gama de opções e alternativas que, aplicamos da melhor maneira possível, modificando a natureza. Dentro deste contexto, a cidade de Salvador pode ser considerada como um ótimo ponto de partida para estudos acerca de túneis, pois, como citado anteriormente, possui túneis em execução ou já executados onde foram aplicadas diferentes tecnologias. Com 460 anos de fundação e ocupando a posição de terceira maior capital do país, segundo Santana (2009), a cidade possui diversas edificações antigas e, em muitos casos, tombadas pelo Instituto do Patrimônio Artístico e Cultural da Bahia (IPAC). Pode-se afirmar que seria no mínimo arriscado utilizar a tecnologia N.A.T.M. na execução de túneis, como por exemplo, no Pelourinho. Para túneis de serviço, muito provavelmente o mais indicado seria a utilização do Pipe Jacking devido todas as afirmações já feitas durante este trabalho, que, minimizam recalques e até mesmo evitam trincas e fissuras nas construções acima da escavação. Qualidade e produtividade são as principais vantagens da utilização do Pipe Jacking. Qualitativamente, em relação ao acabamento do túnel e ao ambiente de serviço para os operários, a utilização da tecnologia torna o método muito mais atraente. Mais uma vez, vale à pena citar, como afirma Frenceschini apud Garrido (2003), a redução do tempo de execução da obra, chega a 80%, o que torna a produtividade com a utilização do Pipe Jacking muito mais alta. Na mesma obra afirma Kochen, a tendência da maior utilização do Pipe Jacking no futuro é evidentemente clara e mais vantajosa, porém, o estudo de viabilidade econômica deve ser sempre realizado, pois, em alguns casos, a extensão do túnel pode ser considerada pequena 23 para se amortizar os custos dos equipamentos, sendo mais vantajoso arcar com custos de escoramentos nas edificações e também com instrumentação mais intensa do que aquela que seria normalmente utilizada. Após todo o estudo realizado, considerando as principais vantagens e desvantagens de cada tecnologia, pôde-se perceber que é inviável comparar os métodos, visto que na prática, a faixa de diâmetros onde pode-se utilizar as duas tecnologias é de 1800mm a 4000mm, intervalo considerado pequeno diante dos diversos diâmetros possíveis para a execução de túneis em N.A.T.M, maiores que 4000mm ou ainda em Pipe Jaking, menores que 1800mm. 4000 mm – Pipe Jacking 1800mm – N.A.T.M. Figura 23: Diâmetros de aplicação: Pipe Jacking e N.A.T.M. Fonte: Igor Dantas, 2009. REFERÊNCIAS AMARAL FILHO, Epaminondas Melo do. Tecnologia de Concreto. Aplicado a Revestimento de Túneis. 1º Simpósio Sobre Túneis Urbanos. TURB, Associação Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental , ABGE, São Paulo, março de 1995. BOTELHO, Manoel Henrique Campos; MARCHETTI, Osvaldemar. Concreto Armado Eu Te Amo, vol. I, 4ª edição. São Paulo, 2006. CAMPANHÃ, Carlos Augusto. 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