UNIVERSIDADE DE BRASLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PROPOSTA DE DIRETRIZES GERAIS PARA PROJETO DE TNEIS RODOVIRIOS
JEAN CARLO TREVIZOLO DE SOUZA
ORIENTADOR: ANDR PACHECO DE ASSIS, PhD
DISSERTAO DE MESTRADO EM GEOTECNIA
PUBLICAO: G.DM-203/12
BRASLIA/DF: JANEIRO DE 2012
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UNIVERSIDADE DE BRASLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PROPOSTA DE DIRETRIZES GERAIS PARA PROJETO DE TNEIS RODOVIRIOS
JEAN CARLO TREVIZOLO DE SOUZA
DISSERTAO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA UNIVERSIDADE DE BRASLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE.
APROVADA POR:
_________________________________________
ANDR PACHECO DE ASSIS, PhD (UnB) (ORIENTADOR)
_________________________________________
LUIS FERNANDO MARTINS RIBEIRO, DSc (UnB) (EXAMINADOR INTERNO)
_________________________________________
JOS ALLAN CARVALHO MAIA, DSc (PRODEC) (EXAMINADOR EXTERNO)
DATA: BRASLIA/DF, 19 de JANEIRO de 2012.
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FICHA CATALOGRFICA
SOUZA, JEAN CARLO TREVIZOLO DE Proposta de Diretrizes Gerais para Projeto de Tneis Rodovirios [Distrito Federal] 2012 xxiii, 225 p., 210x297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Geotecnia, 2012) Dissertao de Mestrado - Universidade de Braslia. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental 1. Projeto e Construo de Tneis 2. Instalaes em tneis 3. Obras Subterrneas 4. Acessrios tuneleiros I. ENC/FT/UnB II. Ttulo (srie)
REFERNCIA BIBLIOGRFICA
SOUZA, J.C.T. (2012). Propostas de Diretrizes Gerais para Projeto de Tneis Rodovirios. Dissertao de Mestrado, Publicao G.DM-203/12, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Braslia, Braslia, DF, 225 p.
CESSO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Jean Carlo Trevizolo de Souza TTULO DA DISSERTAO DE MESTRADO: Proposta de Diretrizes Gerais para Construo de Tneis. GRAU / ANO: Mestre / 2012
concedida Universidade de Braslia a permisso para reproduzir cpias desta dissertao de mestrado e para emprestar ou vender tais cpias somente para propsitos acadmicos e cientficos. O autor reserva outros direitos de publicao e nenhuma parte desta dissertao de mestrado pode ser reproduzida sem a autorizao por escrito do autor.
_____________________________
Jean Carlo Trevizolo de Souza
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DEDICATRIA
Dedico este trabalho aos meus pais Waldir e Marta, que ao lado dos meus irmos Juninho e Vvian me proporcionaram uma forte estrutura familiar, essencial apoio para todas as minhas realizaes, e a minha sempre amiga e companheira Llia Jlia, pelo insistente incentivo em
meu aperfeioamento profissional. Sem estas pessoas ao meu lado eu certamente no conseguiria alcanar vos to altos.
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AGRADECIMENTOS
Agradeo acima de tudo a Deus, que com sua voz mgica sempre me orientou a seguir pelo melhor caminho e com sua presena invisvel sempre esteve comigo, me ajudando a tornar possvel todos os meus sonhos.
Tambm no poderia deixar de agradecer a todos aqueles que me apoiaram na concretizao de mais este sonho, como o meu orientador, o Professor Andr Pacheco de Assis, que com sua habitual pacincia, compreenso e muito ensinamento, conduziu esta produo tcnica de maneira sempre cordial e com um entusiasmo contagiante.
Agradeo tambm a todos os meus amigos do DNIT, em especial ao eng. Marco Aurlio Fonteles Cabral, eng. Zilda Maria dos Santos Mello e ao eng. Marcelo Almeida Pinheiro Chagas por me compreenderem e ajudarem quando surgiam dificuldades com horrios, devido s aulas presenciais.
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RESUMO
PROPOSTA DE DIRETRIZES GERAIS PARA PROJETOS DE TNEIS RODOVIRIOS
Embora a construo dos primeiros tneis tenha sido registrada na antiguidade, a explorao do espao subterrneo para a finalidade rodoviria desenvolveu-se somente nos ltimos sculos, com maior nfase nas dcadas mais recentes devido a exploso tecnolgica observada em todo o mundo. Com isso, sugiram vrias publicaes sobre os mais diversos assuntos, principalmente nos pases que detm maior domnio financeiro e tecnolgico, como Japo, pases europeus e Estados Unidos. Embora a bibliografia nacional concentrada no estudo de tneis rodovirios ainda apresente abrangncia limitada, as pesquisas internacionais so vastas e alcanam os mais diversos temas. Entretanto, normalmente estas publicaes so especficas para cada assunto, restando ao interessado procurar pela publicao que esteja interessado. Este trabalho foi elaborado no sentido de reunir os estudos dos mais variados temas em um s material, possibilitando ao interessado, seja um projetista um mero leitor, pesquisar em um s material o funcionamento dos sistemas de iluminao, ventilao, impermeabilizao, drenagem, segurana, anlise de risco, definio da seo transversal, entre outros. O objetivo inicialmente proposto foi alcanado da maneira satisfatria e, assim, este documento pode ser considerado uma interessante Proposta de Diretrizes Gerais para Projetos de Tneis Rodovirios.
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ABSTRACT
PROPOSAL OF GENERAL GUIDELINES FOR ROAD TUNNELS PROJECTS
Although the construction of the first tunnels have been recorded in antiquity, the exploitation of underground space for the purpose of road was developed only in recent centuries, with greater emphasis in recent decades due to technological explosion seen in the world. Therefore, several publications on many subjects has emerged, especially in countries with greater financial and technological domain, such as Japan, European countries and the United States. Although the national literature concentrated on the study of road tunnels provide limited coverage, international researches are vast and delivers the most diverse subjects. However, normally these publications are specific to each theme, hence interested people must look for the intended publication. This was done in bringing together the study of several subjects in one material, enabling any person, since a designer until a mere reader, searching for a single material the functioning of various systems, as operation of lighting
systems, ventilation, waterproofing, drainage, safety, risk analysis, definition of the cross section, among others. Finally, observing the success reached, it was suggested the development of similar documents designed specifically for building railway tunnels. The goal initially proposed was achieved in a satisfactory manner and thus this document may be considered as an interesting Proposal of General Guidelines for Road Tunnels Projects.
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SUMRIO
1. INTRODUO ________________________________________________________ 1 1.1. Problemtica ______________________________________________________ 3
1.2. Objetivos _________________________________________________________ 3 1.3. Metodologia _______________________________________________________ 4
1.4. Organizao da Dissertao __________________________________________ 4
2. RAZES PARA A EXPLORAO DO ESPAO SUBTERRNEO______________ 6 2.1. Utilizao do Espao Subterrneo_____________________________________ 6
2.2. Aspectos do Espaos Subterrneo _____________________________________ 7 2.2.1 Isolamento _______________________________________________________ 7
2.2.1.1 Clima _______________________________________________________ 7 2.2.1.2 Desastre Natural e Terremoto ____________________________________ 7
2.2.1.3 Proteo_____________________________________________________ 7 2.2.1.4 Conteno ___________________________________________________ 8
2.2.1.5 Segurana ___________________________________________________ 8 2.2.2 Preservao Ambiental _____________________________________________ 8 2.2.2.1 Esttica _____________________________________________________ 8
2.2.2.2 Ecologia_____________________________________________________ 9 2.2.3 Topografia _______________________________________________________ 9 2.2.4 Benefcios Sociais _________________________________________________ 9
2.3. Tneis no Brasil e no Mundo ________________________________________ 11
2.4. Demandas de Obras de Tneis_______________________________________ 13
3. ESTUDOS E INVESTIGAES GEOTCNICAS___________________________ 18 3.1. Estudos Iniciais ___________________________________________________ 20 3.1.1 Coleta de Informaes Disponveis___________________________________ 20
ix
3.1.2 Fotogrofia Area _________________________________________________ 21 3.1.3 Mapeamento Geolgico-Geotcnico__________________________________ 22
3.1.4 Meio Ambiente __________________________________________________ 23 3.1.5 Sistema de Gesto de Dados Geoespaciais _____________________________ 24
3.2. Investigaes de Campo ____________________________________________ 25 3.2.1 Investigaes do Subsolo __________________________________________ 25 3.2.2 Sondagens ______________________________________________________ 27 3.2.3 Identificao e Classificao de Solos e Rochas_________________________ 31 3.2.4 Tcnicas de Investigao___________________________________________ 33 3.2.4.1 Ensaios in situ _______________________________________________ 33
3.2.4.2 Ensaios Geofsicos ___________________________________________ 35
3.3. Investigaes Complementares Durante a Construo do Tnel___________ 38 3.3.1 Instrumentao Geotcnica _________________________________________ 39 3.3.2 Tneis Pilotos ___________________________________________________ 40
4. SEO DE TNEIS ___________________________________________________ 41 4.1. Largura da Faixa e da Pista de Rodagem______________________________ 43
4.2. reas Adjacentes Pista de Rodagem ________________________________ 45 4.3. Passeio __________________________________________________________ 50
4.4. Gabarito Vertical__________________________________________________ 52
5. ILUMINAO ________________________________________________________ 55 5.1. Projetos de Iluminao de Tneis ____________________________________ 55 5.1.1 Iluminao e Equipamentos Auxiliares________________________________ 56 5.1.2 Sistemas de Iluminao____________________________________________ 59 5.1.3 Distncia de Segurana (DS)________________________________________ 61 5.1.4 Classe de Iluminao dos Tneis ____________________________________ 62 5.1.4.1 Intensidade do Trfego ________________________________________ 62 5.1.4.2 Composio do Trfego _______________________________________ 62 5.1.4.3 Orientao Visual ____________________________________________ 63 5.1.4.4 Conforto na Conduo. ________________________________________ 63 5.1.5 Iluminao Diurna________________________________________________ 65 5.1.6 Iluminao Noturna_______________________________________________ 66
x
5.2. Luminncia na Zona de Acesso ______________________________________ 67
5.3. Luminncia na Zona de Entrada_____________________________________ 69
5.4. Luminncia na Zona de Transio ___________________________________ 70
5.5. Iluminao na Zona Interior ________________________________________ 72
5.6. Iluminao na Zona de Sada. _______________________________________ 73
5.7. Iluminao Noturna. _______________________________________________ 73
5.8. Tneis de Cumprimento Reduzido ___________________________________ 74
5.9. Equipamentos de iluminao ________________________________________ 74 5.9.1 Tecnologia Atual e Tendncias ______________________________________ 76 5.9.2 Dispositivos de Regulao _________________________________________ 76
5.10. Manuteno ______________________________________________________ 77
5.11. Revestimento _____________________________________________________ 77
6. VENTILAO ________________________________________________________ 79 6.1. Sistemas de Ventilao _____________________________________________ 79 6.1.1 Ventilao Longitudinal ___________________________________________ 80 6.1.2 Ventilao Transversal ____________________________________________ 81 6.1.3 Ventilao Semi-Transversal _______________________________________ 83
6.2. Tecnologia de Tratamento de Emisses _______________________________ 84 6.2.1 Precipitao Eletrosttica __________________________________________ 84 6.2.2 Precipitao Eletrosttica Seca (ESP seca) ___________________________ 85 6.2.3 Precipitao Eletrosttica mida (ESP mida) ________________________ 85 6.2.4 Desnitrificao __________________________________________________ 86 6.2.5 Absoro _______________________________________________________ 87 6.2.6 Biofiltrao _____________________________________________________ 87 6.2.7 Aglomerao ____________________________________________________ 89 6.2.8 Purificao______________________________________________________ 89 6.2.9 Mtodo das Turbinas______________________________________________ 89
6.3. Tratamento do Ar em Tneis pelo Mundo _____________________________ 89
7. DRENAGEM E IMPERMEABILIZAO _________________________________ 91
xi
7.1. Viso Global______________________________________________________ 92
7.2. Drenagem durante o Projeto ________________________________________ 93 7.3. Estudos Geolgico, Geotcnico e Hidrogeolgico do Tnel________________ 94
7.4. Impermeabilizao e Drenagem _____________________________________ 95
7.5. Viso Especfica da Drenagem de Tneis _____________________________ 101
7.6. Consideraes Prticas ____________________________________________ 105 7.6.1 Traado _______________________________________________________ 105 7.6.2 Dispositivos para Drenagem e Impermeabilizao______________________ 105 7.6.2.1 Geotxtil __________________________________________________ 107 7.6.2.2 Geomembrana ______________________________________________ 107 7.6.2.3 Drenos laterais______________________________________________ 108 7.6.3 Sistema de Drenagem ____________________________________________ 108 7.6.3.1 Tubulao _________________________________________________ 108 7.6.3.2 Acesso Tubulao Externa ___________________________________ 109 7.6.3.3 Poos de Inspeo ___________________________________________ 110 7.6.3.4 Teste do Sistema de Drenagem _________________________________ 111
7.7. Viso Especfica da Impermeabilizao ______________________________ 112
8. SINALIZAO ______________________________________________________ 116 8.1. Sinalizao nos Tneis ____________________________________________ 117 8.1.1 Sinalizao Vertical______________________________________________ 117
8.1.1.1 Sinal de Tnel ______________________________________________ 117 8.1.1.2 reas de Parada de Emergncia ________________________________ 118 8.1.1.3 Sadas de Emergncia ________________________________________ 119 8.1.1.4 Postos de Emergncia ________________________________________ 119 8.1.1.5 Rdiotransmisso ___________________________________________ 120 8.1.1.6 Sinais Variveis de Mensagem _________________________________ 120 8.1.2 Sinalizao Horizontal ___________________________________________ 121
9. SEGURANA________________________________________________________ 122 9.1. Gerenciamento Operacional________________________________________ 123
9.2. Situaes de Emergncia __________________________________________ 123
xii
9.3. Plano de Resposta Emergncia ____________________________________ 124
9.4. Centro de Controle Operacional ____________________________________ 124
9.5. Sistemas de Segurana Contra Incndio______________________________ 125
9.6. Efetividade do Sistema de Segurana ________________________________ 127
9.7. Sistema de Hidrantes _____________________________________________ 129
9.8. Sistema de Extintores _____________________________________________ 129
9.9. Sadas e Passagens de emergncia ___________________________________ 129
9.10. Sistemas de Comunicao__________________________________________ 130
9.11. Sistema de Energia _______________________________________________ 132
9.12. Sistema de Coleta de Lquidos ______________________________________ 132
9.13. Geometria do Tnel ______________________________________________ 133
9.14. Ensaios de Equipamentos e Sistemas ________________________________ 133
9.15. Comissionamento do Tnel ________________________________________ 133
9.16. Teste Simulado de Incndio ________________________________________ 134
10. ANLISE DE RISCOS ______________________________________________ 135 10.1. Caracterizao do Empreendimento Tnel (CT)_______________________ 138
10.2. Identificao de Perigos em Tneis (IPT) _____________________________ 139
10.3. Anlise de Conseqncias e Vulnerabilidade (ACV) ____________________ 139
10.4. Estimativa de Freqncias (EF)_____________________________________ 139
10.5. Avaliao de Riscos (AR) __________________________________________ 140
10.6. Aceitabilidade de Riscos (ACR) _____________________________________ 140
10.7. Gerenciamento de Riscos (GR) _____________________________________ 140
10.8. Resposta a Emergncias ou Contingncias (REC) ______________________ 140
10.9. Medidas Mitigadoras de Riscos (MMR) ______________________________ 141
10.10. Anlise de Conformidade de Segurana (ACS) ______________________ 141
10.11. Descrio da Tcnica Check-List __________________________________ 142
xiii
10.12. Descrio da Tcnica APP (Anlise Preliminar de Perigo)_____________ 143
10.13. Descrio da Tcnica What-If (E-Se)_______________________________ 144 10.14. Descrio da Tcnica FMEA (Fail mode & Effect Analysis) ____________ 145 10.15. Descrio da Tcnica rvore de Eventos (AAE) _____________________ 146 10.16. Descrio da Tcnica rvore de Falhas (AAF) ______________________ 147 10.17. Disponibilidade dos Sistemas de Proteo e de Segurana _____________ 147
10.18. Aceitabilidade de Riscos _________________________________________ 148
11. MANUTENO____________________________________________________ 150 11.1. Experincia Internacional com Manuteno de Tneis _________________ 151 11.1.1 Estados Unidos _______________________________________________ 151 11.1.2 Japo _______________________________________________________ 153 11.1.3 Alemanha ___________________________________________________ 153 11.1.4 Frana ______________________________________________________ 153 11.1.5 Repblica Tcheca _____________________________________________ 153
11.2. Experincia Brasileira com Manuteno de Tneis_____________________ 154
11.3. Principais Danos em Tneis ________________________________________ 155
11.4. Ensaios _________________________________________________________ 158
11.5. Georadar _______________________________________________________ 159
11.6. Termografia Infravermelha ________________________________________ 160
11.7. Anlise Multiespectral ____________________________________________ 162
11.8. Inspees Rpidas com Equipamentos Instalados em Veculos ___________ 163
12. PROPOSTA DE DIRETRIZES GERAIS PARA PROJETO DE TNEIS RODOVIRIOS __________________________________________________________ 164 12.1. Estudos e Investigaes Geotcnicas _________________________________ 165
12.2. Seo de Tneis __________________________________________________ 168
12.3. Iluminao ______________________________________________________ 170
12.4. Ventilao_______________________________________________________ 174
12.5. Impermeabilizao _______________________________________________ 175
xiv
12.6. Drenagem _______________________________________________________ 176
12.7. Sinalizao ______________________________________________________ 178
12.8. Segurana_______________________________________________________ 182
12.9. Anlise de riscos _________________________________________________ 186 12.9.1 Check-List ___________________________________________________ 188 12.9.2 Anlise Preliminar de Perigo (APP) _______________________________ 189 12.9.3 What If (E Se...)_______________________________________________ 190 12.9.4 FMEA (Fail Mode & Effect Analysis) _____________________________ 191 12.9.5 rvore de Eventos (AAE)_______________________________________ 193 12.9.6 rvore de Falhas (AAF) ________________________________________ 194
12.10. Manuteno ___________________________________________________ 194
13. CONCLUSES ____________________________________________________ 196
13.1. Razes para Explorar o Espao Subterrneo__________________________ 196
13.2. Regimentos e Normas _____________________________________________ 197
13.3. Estudo e Investigaes Geotcnicas __________________________________ 197
13.4. Seo Transversal ________________________________________________ 198
13.5. Iluminao ______________________________________________________ 200
13.6. Ventilao_______________________________________________________ 201
13.7. Drenagem e Impermeabilizao ____________________________________ 201
13.8. Sinalizao ______________________________________________________ 202
13.9. Segurana_______________________________________________________ 203
13.10. Anlise de Riscos _______________________________________________ 203
13.11. Sugestes Para Pesquisas Futuras _________________________________ 204
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ________________________________________ 205 APNDICE A - REGULAMENTOS E NORMAS_______________________________ 210
xv
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 Maiores tneis rodovirios do mundo (Scabbia, 2007).___________________ 11
Tabela 2.2 Maiores tneis destinados ao transporte no mundo.______________________ 11
Tabela 2.3 Maiores tneis do Brasil (Tneis do Brasil, 2006). ______________________ 12
Tabela 2.4 Tneis rodovirios urbanos no Brasil. ________________________________ 13
Tabela 2.5 Tneis Rodovirios (no-urbanos) no Brasil.___________________________ 14
Tabela 2.6 Tneis rodovirios e ferrovirios sob a responsabilidade do DNIT. _________ 16
Tabela 3.1 Espaamento sugerido entre sondagens em funo do tipo de escavao e das condies previstas para o subsolo a ser atravessado (FHWA, 2009). __________________ 28
Tabela 3.2 Ensaios in situ para solos (modificado - FHWA, 2009). __________________ 34
Tabela 3.3 Ensaios in situ para rochas (modificado - FHWA, 2009). _________________ 35
Tabela 3.4 Tcnicas de investigao geofsica (modificado - FHWA, 2009).___________ 36
Tabela 3.5 Procedimentos de ensaios geofsicos (FHWA, 2009). ____________________ 36
Tabela 4.1 Sees Transversais e Mtodos de Construo tpicos (modificado - PIARC, 2001).____________________________________________________________________ 41
Tabela 4.2 Comparao internacional entre faixas de rolamento (PIARC, 2001). _______ 43
Tabela 4.3 Dimenses rea adjacente pista de rodagem na ausncia de faixa de emergncia (modificado - PIARC, 2001). _________________________________________________ 46
Tabela 4.4 Dimenses na presena de faixa de emergncia (modificado - PIARC, 2001). 47
Tabela 4.5 Dimenses da rea adjacente pista de rodagem ao lado da faixa de ultrapassagem (modificado - PIARC, 2001). _____________________________________ 48
xvi
Tabela 4.6 Dimenses dos passeios (modificado - PIARC, 2001). ___________________ 49
Tabela 4.7 Comparao dos gabaritos verticais internacionalmente adotados (PIARC, 2001).____________________________________________________________________ 53
Tabela 5.1 Coeficiente de atrito (fi) entre pavimento e roda em funo da velocidade (Cano, 2002).____________________________________________________________________ 62
Tabela 5.2 Fatores de ponderao, de acordo com a intensidade do trfego (Cano & Sergio, 2002).____________________________________________________________________ 62
Tabela 5.3 Fator de ponderao em funo da composio do trfego (Cano, 2002). ____ 63
Tabela 5.4 Fatores de ponderao em funo da orientao visual (Cano, 2002). _______ 63
Tabela 5.5 Os fatores de ponderao em termos do conforto na conduo (Cano, 2002). _ 63
Tabela 5.6 Classes de iluminao de tneis longos (Cano, 2002). ___________________ 64
Tabela 5.7 Valores de k x 10 para a zona de entrada (Cano, 2002).__________________ 64
Tabela 5.8 Luminncias mximas na zona de zcesso em funo das possveis situaes que podem ser observadas._______________________________________________________ 67
Tabela 5.9 Valores de luminncia da rodovia e arredores (Kcd/m) (Cano, 2002)._______ 69
Tabela 5.10 Luminncia em cd/m2 na zona interior.______________________________ 73
Tabela 7.1 Relao espacial-temporal da gua com o tnel (Caja, 2005). _____________ 92 Tabela 7.2 Relao da impermeabilizao e drenagem com o sistema construtivo (Caja, 2005).____________________________________________________________________ 99
Tabela 9.1 Ocorrncia de incndios em tneis. _________________________________ 122
Tabela 10.1 Tcnicas de anlise de riscos para tneis. ___________________________ 142
Tabela 10.2 Modelo de planilha a ser utilizada na tcnica APP. ____________________ 143
Tabela 10.3 Categorias de Severidade. _______________________________________ 143
xvii
Tabela 10.4 Categorias de Probabilidade. _____________________________________ 144
Tabela 10.5 Modelo de planilha para a tcnica What If. __________________________ 145
Tabela 10.6 Modelo de Planilha usada na Tcnica FMEA ________________________ 145
Tabela 10.7 Critrio de Freqncia. __________________________________________ 146
Tabela 11.1 Danos tpicos em estruturas de tneis dependendo da sua idade (modificado - Haack, 1998). ____________________________________________________________ 156
Tabela 12.1 Tcnicas de anlise de riscos para tneis. ___________________________ 188
Tabela 12.2 Modelo de planilha a ser utilizada na tcnica APP. ____________________ 189
Tabela 12.3 Categorias de Severidade. _______________________________________ 190
Tabela 12.4 Categorias de Probabilidade. _____________________________________ 190
Tabela 12.5 Modelo de planilha para a tcnica What If. __________________________ 191
Tabela 12.6 Modelo de Planilha usada na Tcnica FMEA ________________________ 191
Tabela 12.7 Critrio de Freqncia. __________________________________________ 193
Tabela A.1 Normas e legislaes no mundo relacionada s obras subterrneas (ITA COSUF, 2008). ___________________________________________________________ 211
Tabela A.2 Principais publicaes no mundo (ITA COSUF, 2008)._________________ 218
Tabela A.3 Principais publicaes de organismos internacionais (ITA COSUF, 2008). _ 221
xviii
Lista de Figuras
Figura 3.1 Modelo geolgico esquemtico (modificado Gorick, 2006) ______________ 26
Figura 3.2 Atividades de investigao do subsolo, onde em (a) se apresenta uma sondagem vertical e em (b) sondagem horizontal (FHWA, 2009). _____________________________ 29
Figura 4.1 Configurao tpica de um tnel rodovirio (modificado - PIARC, 2001). ____ 42
Figura 4.2 Gabaritos usualmente adotados em tneis rodovirios (modificado - PIARC, 2001).____________________________________________________________________ 43
Figura 4.3 Elementos da rea adjacente pista de rodagem (PIARC, 2001). ___________ 45 Figura 4.4 Rebaixamento de meio-fio para permitir trfego em situaes especiais (PIARC, 2001).____________________________________________________________________ 52
Figura 5.1 Zonas de Iluminncia em Tneis Longos (Cano, 2002). __________________ 58
Figura 5.2 Zonas de iluminao de um tnel tpico em perspectiva. __________________ 59
Figura 5.3 Sistema Simtrico de Iluminao. ___________________________________ 60
Figura 5.4 Sistema Assimtrico de Iluminao.__________________________________ 60
Figura 5.5 Efeito do buraco negro no portal de um tnel rodovirio. _________________ 65
Figura 5.6 Nveis de luminncia em tneis unidirecionais. _________________________ 66
Figura 5.7 Condies da Zona de Acesso. ______________________________________ 67
Figura 5.8 Campo de viso cnico, formado por um cone de 20 (Cano, 2002). ________ 68
Figura 5.9 Reduo da curva de luminncia ____________________________________ 70
Figura 5.10 Curva de adaptao visual (Buraczynski et al., 2010).___________________ 71
Figura 5.11 Painis no Interior de um Tnel.____________________________________ 78
xix
Figura 5.12 Painis Desde a Zona de Acesso. ___________________________________ 78
Figura 6.1 Ventilao longitudinal em tneis rodovirios (Child & Associates, 2004). ___ 80
Figura 6.2 Perfil esquemtico do sistema de ventilao longitudinal em tneis rodovirios (FHWA, 2004). ____________________________________________________________ 81
Figura 6.3 Ventilao transversal em tneis rodovirios (Child & Associates, 2004). ____ 82
Figura 6.4 Perfil esquemtico do sistema de ventilao transversal em tneis rodovirios (FHWA, 2004). ____________________________________________________________ 82
Figura 6.5 Ventilao semi-tranversal em tneis rodovirios(Child & Associates, 2004). _ 83
Figura 6.6 Perfil esquemtico do sistema de ventilao semi-tranversal em tneis rodovirios (FHWA, 2004). __________________________________________________ 84
Figura 6.7 Precipitao eletrosttica seca (Child & Associates, 2004). ______________ 85
Figura 6.8 Precipitao eletrosttica mida (Child & Associates, 2004). ____________ 86
Figura 6.9 Mecanismo Tpico de Biofiltrao (Child & Associates, 2004). ____________ 88
Figura 6.10 Processo Tpico de Biofiltrao (Child & Associates, 2004). _____________ 88
Figura 7.1 Presso da gua no tnel (Szchy, 1970).______________________________ 97
Figura 7.2 Casos tpicos de solues de impermeabilizao e drenagem (Caja, 2005). ___ 98 Figura 7.3 Esquema dos dispositivos de drenagem.______________________________ 102
Figura 7.4 Drenagem do pavimento. _________________________________________ 103
Figura 7.5 Esquema do sistema de drenagem preconizado pela CETU. ______________ 104
Figura 7.6 Seo tipo do sistema de drenagem e impermeabilizao.________________ 106
Figura 7.7 Diferena entre o geotxtil tecido e o no-tecido. ______________________ 107
Figura 7.8 Detalhe do acesso ao dreno lateral (Clay, 1998). _______________________ 109
Figura 7.9 Perfil longitudinal da tubulao externa e dos seus pontos de acesso (Clay, 1998).________________________________________________________________________ 110
Figura 7.10 Poo de inspeo da tubulao de drenagem (Clay, 1998). ______________ 111
xx
Figura 7.11 Ao da limpeza da bola (Clay, 1998).______________________________ 112
Figura 7.12 Sistema de impermeabilizao e drenagem em tneis __________________ 113
Figura 7.13 Exemplos de geomembranas. _____________________________________ 114
Figura 7.14 Exemplo de geotxtil de proteo. _________________________________ 114
Figura 7.15 Exemplos de elementos complementares. ___________________________ 115
Figura 8.1 Placa de sinalizao de tnel e sua extenso (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu).______________________________________________________ 118
Figura 8.2 Sinalizao utilizada na identificao das reas de parada de emergncia (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu). _________________________________ 118
Figura 8.3 Indicao de sada de emergncia (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu). ________________________________________________________________ 119
Figura 8.4 Indicao da distncia da sada de emergncia mais prxima (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu). _________________________________________ 119
Figura 8.5 Sinalizao empregada na identificao de postos de emergncia (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu). _________________________________________ 120
Figura 8.6 Sinalizao sobre rdio e freqncia (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu). ________________________________________________________________ 120
Figura 8.7 Sinais de mensagem varivel (Diretiva 2004/54/CE do Paralamento europeu).121
Figura 9.1 Sistema global de segurana contra incndio. _________________________ 128
Figura 10.1 Anlise de risco. _______________________________________________ 136
Figura 10.2. Etapas da MART. _______________________________________________ 138
Figura 10.3 Esquema da tcnica de arvore de eventos. ___________________________ 147
Figura 10.4 rvore de falhas - Incndio no interior do tnel_______________________ 147 Figura 10.5 Grfico da aceitabilidade de riscos em tneis_________________________ 149
xxi
Figura 11.1 Exemplo de geo-radar (Esteio, 2004). ______________________________ 159
Figura 11.2 Imagem de um tnel com infravermelho (Aperio, 2004). _______________ 162
Figura 11.3 Prottipo de um sistema de inspeo (Takenaka, 2001). ________________ 163
Figura 12.1 Dimenses da seo proposta. ____________________________________ 170
Figura 12.2 Sinal de Tnel. ________________________________________________ 179
Figura 12.3 Placas de sinalizao para a Parada de Emergncia. ___________________ 180
Figura 12.4 Indicao de sada de emergncia. _________________________________ 180
Figura 12.5 Indicao da distncia da sada de emergncia mais prxima.____________ 180
Figura 12.6 Sinalizao de postos de emergncia (telefone de emergncia e extintor). __ 181
Figura 12.7 Sinalizao para sintonizar o rdio do veculo na frequncia indicada. _____ 182
Figura 13.7 Sinais de mensagem varivel._____________________________________ 182
Figura 12.9 Esquema da tcnica de arvore de eventos. ___________________________ 193
Figura 12.10 rvore de falhas - Incndio no interior do tnel______________________ 194
xxii
ABREVIAES,
NOMENCLATURAS E SMBOLOS
ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas; BS - British Standard; c' Coeso Efetiva; cc ndice de Compresso; cm Centmetro; COSUF Comittee on Operational Safety of Underground Facilities; CP Corpo-de-prova; CTA Chicargo Transit Authority; cv Coeficiente de Variao Volumtrica; d dimetro do corpo-de-prova; DNER Departamento Nacional de Estradas e Rodagem; DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes; e0 ndice de Vazios Natural; EUA Estados Unidos da Amrica; FHWA Federal Highway Administration; GPR Ground Penetrating Radar; GPS Global Positionig System; h Altura do corpo-de-prova; IP ndice de Plasticidade; ISRM International Society for Rock Mechanics; ITA International Tunnelling Association; KPa QuiloPascal; m Metro; METR-DF Sistema metrovirio do Distrito Federal; Metr-Rio Sistema metrovirio do Rio de Janeiro; Metr-SP Sistema metrovirio de So Paulo; mm Milmetro; MPa MegaPascal;
xxiii
MHz MegaHertz; NA Nvel dgua subterrneo; NATM New Austrian Tunnelling Method; NBR Norma Brasileira; nm Nanmetro; NYCTA New York City Transit Authority; PIARC Permanent International Association of Road Congress; SIG Sistema de Informao Geogrfica; SPT Standard Penetration Test; TBM Tunnel Boring Machine; UnB Universidade de Braslia; VCA Vala cu aberto; wL Limite de Liquidez; wP Limite de Plasticidade; ngulo de Atrito Efetivo; d Peso especfico Seco Natural; k0 Coeficiente de Empuxo no Repouso.
1
1.1.1.1. INTRODUOINTRODUOINTRODUOINTRODUO
Conforme Assis (2002), a utilizao do espao subterrneo no recente, desde a pr-histria os humanos j procuravam abrigos em cavernas e cavidades. O tnel mais antigo que se tem registro foi construdo a cerca de 4000 anos na Babilnia sob o leito do rio Eufrates, tendo a finalidade de estabelecer uma comunicao subterrnea entre o palcio real e o templo, separados por uma distncia de cerca de um quilmetro (seo 1,5 x 1,5 m). Esta obra impressiona, afinal o tnel seguinte, escavado sob o leito de um rio, s foi executado quatro milnios mais tarde, em 1843, sob o rio Tmisa em Londres. A 2700 anos, um tnel de aduo de gua foi construdo na ilha grega de Samos, tendo 1,5 km de extenso e seo transversal de 1,8 x 1,8 m. Em Atenas, 1800 anos atrs, outro tnel de aduo foi construdo, o qual foi reformado em 1925 e ainda opera no sistema de aduo de gua para a cidade. Ainda na Idade Antiga, a maior rede de tneis foi construda em Roma na poca da perseguio aos cristos. Uma srie de cmaras escavadas ao longo de diversos corredores compe as catacumbas onde cerca de 6 milhes de cristos esto enterrados.
Na Idade Mdia, a construo de tneis teve propsito prioritariamente militar. Alguns avanos ocorreram j no final desta fase, principalmente devido construo dos grandes canais de navegao na Europa (tnel Malpas no Canal de Midi, Frana, com 161 m de extenso, concludo em 1681). Em 1679, empregou-se, pela primeira vez em obras civis, explosivos (plvora) para o desmonte da face de escavao. At ento, eram utilizados martelos e cinzis na abertura de cavidades.
Com a Revoluo Industrial e o desenvolvimento das mquinas a vapor, deu-se incio a Era das Ferrovias, que foi um dos perodos mais produtivos para a engenharia de tneis. Alguns desenvolvimentos desta fase valem ser lembrados. A construo do tnel sob o leito do rio Tmisa em Londres, foi iniciado em 1807, sendo sua construo abandonada por cerca de quinze anos devido a dificuldades construtivas e posteriormente concluda em 1843 graas utilizao da primeira couraa (shield) projetada por Marc Brunel. A partir desse perodo
2
houve uma rpida evoluo nos mtodos de abertura de tneis, com a introduo das mquinas de escavao hidrulicas e pneumticas (1857), da dinamite (1864), do ar comprimido para expulsar a gua do lenol fretico e dos shields cilndricos (1869).
No entanto, somente com o advento do NATM (New Austrian Tunnelling Method) que ocorreu uma mudana na concepo dos sistemas de suporte, que evoluram at atingir o estgio atual.
Em todas as pocas, observa-se o uso considervel de estruturas subterrneas de minerao e para finalidades de defesa. No entanto, o aumento mais rpido na utilizao de obras subterrneas s ocorreu nos sculos 19 e, particularmente, no sculo 20, graas ao impulso do desenvolvimento econmico e o surgimento de tecnologias melhoradas para obras subterrneas. Durante estes perodos, houve um aumento substancial no uso do espao subterrneo, na minerao, na rea de transporte com o desenvolvimento de estradas, hidrovias e ferrovias, e em outros campos, como o desenvolvimento de usinas hidreltricas. Assim, desde os primrdios da atividade humana, de forma mais intensiva durante os ltimos sculos, e acima de tudo durante as ltimas dcadas, inmeras razes, como gerao de energia eltrica, tranportes em geral (ferrovia e rodovia), abrigos de segurana (defesa blica ou para produtos radioativos, por exemplo) ou utilidades pblicas diversas (saneamento, cabeamento, tubulaes, entre outros) tm incentivado a humanidade na utilizao e desenvolvimento do espao subterrneo.
Para uma boa compreenso destas razes, necessrio ter em mente certas caractersticas fundamentais do espao subterrneo.
Em primeiro lugar, o subterrneo um espao que pode proporcionar a criao de atividades ou infra-estruturas que so difceis, impossveis, ambientalmente indesejveis ou menos rentveis para instalar acima do solo;
Uma outra caracterstica fundamental do espao subterrneo est na proteo natural que se oferece ao que colocado no subsolo. Essa proteo , simultaneamente, mecnica, trmica e acstica;
Por outro lado, a conteno criada por estruturas subterrneas tem a vantagem de proteger o meio ambiente contra os riscos superficiais e/ou distrbios inerentes em certos tipos de atividades;
3
Por ltimo, outra caracterstica importante do espao subterrneo a sua opacidade. Graas a tela visual natural criada pelo meio geolgico, uma estrutura subterrnea visvel apenas no ponto onde se conecta superfcie.
1.1. PROBLEMTICA A explorao do espao subterrneo para o transporte virio um tema que vem ganhando grande expresso nas ltimas dcadas, principalmente devido ao progresso tecnolgico observado recentemente. Isso contribuiu para a elaborao de diversos estudos das mais variadas reas relacionadas a este tema. Observa-se grande contribuio para a bibliografia tuneleira principalmente nos pases mais desenvolvidos e que apresentam topografia irregular, como Sucia, Japo, Noruega, Estados Unidos, Frana, Itlia e recentemente Espanha e Portugal, entre outros.
No Brasil este tema tambm vem recebendo bastante ateno da rea acadmica e de construo. J existem vrias produes bibliogrficas em portugus no setor, contribuindo de alguma maneira para o contexto internacional no qual estamos vivenciando.
Entretanto, assim como acontece no restante do mundo, existe dificuldade em se encontrar um material completo, com capacidade de fornecer informaes dos mais diversos sub-temas existentes aglutinados em uma nica obra literria. Um profissional envolvido com um planejamento, projeto ou obra de tnel necessita pesquisar diversas fontes para conseguir entender genericamente a complexidade de uma construo tuneleira, ou seja, precisa procurar separadamente cada tema que pretende entender ou estudar em artigos, livros ou outras obras.
1.2. OBJETIVOS Este trabalho foi elaborado no intuito principal de auxiliar os profissionais envolvidos com a construo de tneis no desenvolvimento de suas atividades. Pretende-se agrupar os mais diversos temas relacionados com empreendimentos tuneleiros, com maior nfase para aqueles voltados para o modal rodovirio.
Secundariamente, pretende-se alcanar um material que se aproxime ao mximo de um manual tcnico para obras de tneis, no qual o profissional poder compreender com clareza e riqueza de detalhes o dimensionamento geomtrico, as investigaes geotcnicas, o funcionamento dos sistemas de iluminao, ventilao, emergncia, sinalizao, manuteno
4
e gesto de riscos. Atenta-se que no objetivo explorar temas voltados s metodologias de construo, para isso a bibliografia nacional e principalmente internacional j est bastante avanada e com grande riqueza de informaes.
1.3. METODOLOGIA O desenvolvimento deste trabalho consistiu basicamente em pesquisa bibliogrfica nas mais diversas fontes. Foram explorados artigos tcnicos, livros, stios na internet e produes em congressos e seminrios. Para a elaborao de cada captulo, procedeu-se a uma profunda pesquisa sobre o tema e selecionou-se a essncia do que foi considerado de melhor utilidade, qualidade, clareza e riqueza de informaes. Portanto, este trabalho o resultado de uma vasta reviso bibliogrfica nacional e internacional.
1.4. ORGANIZAO DA DISSERTAO Para possibilitar melhor clareza e compreenso deste trabalho, esta dissertao foi dividida em captulos e apndices, sucintamente descritos a seguir.
O Captulo 1 apresenta o tema a ser explorado ao longo desta dissertao, os objetivos e a metodologia adotada.
No Captulo 2 discute-se os motivos que tm levado a humanidade atual a explorar o espao subterrneo pelo mundo.
As Investigaes Geotcnicas voltadas para a construo tuneleira so estudas com clareza no Captulo 3.
J o Captulo 4 apresenta estudos direcionados para a definio da geometria da seo transversal, onde cada elemento da seo profundamente discutido.
O Captulo 5 destina-se aos sistemas de iluminao de tneis, com a separao em zonas de iluminao e luminosidade requerida para cada seo.
No captulo 6 discute-se os sistemas de ventilao utilizados no controle de poluentes e introduo de ar limpo em tneis.
Ao longo do captulo 7 buscou-se explorar os estudos referentes aos sistema de drenagem e impermeabilizao, uma vez que estes sistemas possuem bastante proximidade e muitas vezes so complementares e, por isso, optou-se por estud-los em conjunto neste captulo.
5
O Captulo 8 foi dedicado para melhor explorar a sinalizao horizontal e vertical voltada para tneis.
No Captulo 9 exploram-se os diversos itens que esto relacionados com a obteno de uma melhor condio de segurana. Enquanto o Captulo 10 aprofunda as pesquisas nos estudos de anlise de riscos, que cada vez vem ocupando mais espao no cenrios destes empreendimentos.
O Captulo 11 dedica-se estudos de aes que visam a manuteno de tneis rodovirios, apresentando ensaios que podem ser realizados e rotinas adotadas em diversos pases, inclusive no Brasil, para a verificao da real condio da estrutura, possibilitando a providncia de medidas corretivas tempestivas.
J no Captulo 12 o autor apresenta sua proposta para a elaborao de projetos e construo de tneis rodovirios no Brasil. Trata-se de uma sugesto de diretrizes gerais que podem ser adotadas a fim de normatizao e padronizao de diversos temas correlacionados contruo e projetos de tneis rodovirios. Por fim, chega-se s concluses possibilitadas pelo estudo dos diversos temas presentes neste trabalho, no Captulo 13, onde, ao final, o autor tambm sugere temas que podem ser pesquisados no futuro, complementando o documento em anlise.
Aps isso, h somente o Apndice, elaborado no sentido de apresentar uma relao com vrias normas encontradas em todo o mundo que exploram o tema (tneis), assim como as poucas e escassas normas brasileiras existentes at o momento.
6
2.2.2.2. RAZES PARA A EXPLORRAZES PARA A EXPLORRAZES PARA A EXPLORRAZES PARA A EXPLORAO DO ESPAO AO DO ESPAO AO DO ESPAO AO DO ESPAO
SUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEOSUBTERRNEO
2.1. UTILIZAO DO ESPAO SUBTERRNEO Para Sterling & Godard (2000), a utilizao do espao subterrneo resulta da falta de espao na superfcie. Alm disso, o espao subterrneo capaz de comportar atividades ou infraestruturas complexas cuja instalao no possvel na superfcie, quer devido a falta de espao ou por questes ambientais e/ou sociais. Existem muitos tipos de instalaes que so melhores ou necessariamente destinados ao espao subterrneo, pois sua presena fsica na superfcie indesejvel, por exemplo: utilitrios publicos (cabos, fios, tubulaes), armazenagem de material menos desejvel, e parques de estacionamento. Alm disso, muitas vezes h a necessidade de separar atividades de transporte conflitantes ou fornecer conexes fceis entre elas. Um exemplo deste tipo de necessidade a distribuio de pedestres em torno das estaes de trem principais, assim como a necessidade de troca de transporte de nibus para trem, ou vice versa, em transportes intermodais integrados. Em reas urbanas, diferentes tipos de meios de transporte podem ser adequados juntos aos eixos de transporte mais importantes da cidade.
Este tipo de soluo tambm permite construes nas proximidades de instalaes existentes ou, em caso contrrio, em locais onde no permitida ou mesmo possvel uma construo civil, oferecendo melhores servios comunidade local.
Sterling & Godard (2000) aprofundaram ainda mais os estudos a respeito dos motivos que nos leva a explorar o espao subterrneo com a utilizao de obras subterrneas, conforme sintetizado nos itens a seguir.
Em resumo, a seleo de uma obra subterrnea a soluo para um problema especfico, que em funo da sua complexidade, normalmente adotada como ltima alternativa.
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2.2. ASPECTOS DO ESPAOS SUBTERRNEO
2.2.1 ISOLAMENTO
O espao subterrneio macio e opaco fornecendo assim uma variedade de vantagens em termos de isolamento que, por sua vez, fornece um importante impulso para a instalao de atividades indesejveis na superfcie.
2.2.1.1 CLIMA
A temperatura no interior do macio terroso ou rochoso oferece um ambiente trmico moderado e uniforme em comparao com a ampla variao das temperaturas observadas na superfcie. Estas temperaturas moderadas associadas lenta resposta da grande massa trmica do solo proporciona uma eficiente e amplas vantagens de armazenamento de energia. Assim, o espao subterrneo fornece isolamento de climas adversos e pode fornecer quantidades substanciais de economia de energia.
2.2.1.2 DESASTRE NATURAL E TERREMOTO
Estruturas subterrneas so naturalmente protegidas contra fenmenos naturais (furaces, tornados, tempestade etc). Estas estruturas podem tambm resistir danos estruturais causados por enchentes, sempre quando requerimentos especiais de isolamento sejam considerados. Alm disso, apresentam vrias vantagens intrnsecas no sentido de resistir a terremotos. Elas tendem a ser menos afetadas pela superfcie das ondas ssmicas que estruturas de superfcie, e, apesar de algumas falhas significativas nas estruturas e equipamentos do transporte subterrneo, infraestruturas subterrneas sobreviveram bem aos recentes terremotos de Kobe (Japo) em 1995, e anteriormente em So Francisco (Estados Unidos) e na Cidade do Mxico (Mxico).
2.2.1.3 PROTEO Estruturas subterrneas oferecem vantagens em termos de preservao de objetos ou produtos armazenados em seu interior. Por exemplo, a conservao de alimentos reforada pelas condies de temperatura moderadas e constantes, alm da garantia de um ambiente selado e fechado. Pequenas coberturas da terra ou rocha so muito eficazes na proteo contra a transmisso de rudo areo. Da mesma forma, se as fontes de vibrao esto dentro ou perto da superfcie do solo, o nvel de vibrao diminuir rapidamente com a profundidade abaixo
8
do solo e distncia da fonte. Tal como acontece com o rudo e vibrao, o terreno fornece a proteo de absorver o choque e energia vibracional originada por explosivos. Em casos de exploso, precipitao radioativa e acidentes de trabalho, as estruturas subterrneas podem servir como abrigos de emergncia, caso sejam equipadas com equipamentos de extrao e injeo de ar exterior livre de contaminantes.
2.2.1.4 CONTENO O aspecto de conteno das estruturas indesejveis muito importante para proteger a superfcie dos incmodos e perigos gerados por estas atividades, como o armazenamento de resduos nucleares, isolamento de usinas industriais perigosas, estocagem de produtos petroqumicos etc.
2.2.1.5 SEGURANA A vantagem principal de segurana para obras subterrneas que os pontos de acesso so geralmente limitados e facilmente protegidos. Mas alm disso, tneis rodovirios so considerados mais seguros para o usurio que estradas convencionais na superfcie. Isso porque as condies de trafegabilidade para o motorista se aproximam do ideal, pois elementos que provocam acidentes, como cruzamentos, lombadas, animais, pedestres e chuvas so bastante restritos nestes locais.
2.2.2 PRESERVAO AMBIENTAL O espao subterrneo tambm fornece uma variedade de vantagens em termos de preservao do meio ambiente. Estes aspectos so especialmente importantes na concepo de estruturas com um baixo impacto ambiental, tais como os tneis rodovirios em contraposio escavao de grandes cortes rodovirios.
2.2.2.1 ESTTICA Uma estrutura totalmente ou parcialmente subterrnea tem menor impacto visual do que uma estrutura de superfcie. Isso pode ser importante para esconder desinteressantes instalaes em locais sensveis ou as instalaes industriais localizadas junto s reas residenciais, alm de promover a preservao da paisagem natural. A exigncia crescente de todos os servios de utilidade pblica a serem instalados no subsolo resulta essencialmente de consideraes sobre o impacto visual.
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2.2.2.2 ECOLOGIA
Normalmente as obras subterrneas ajudam a preservar a vegetao natural. Por meio da reduo dos danos causados sobre o ciclo ecolgico local e global. Alm disso, flora, habitat e passagens de animais, e transpirao e respirao de plantas so mantidas em maior medida do que com a construo de uma estrutura de superfcie.
2.2.3 TOPOGRAFIA
Em reas acidentadas ou montanhosas, o uso de tneis melhora ou torna vivel o transporte de diferentes modais, tais como estradas, ferrovias, canais etc. Tneis tambm so uma opo importante para a travessia de rios. Geralmente a utilizao do espao subterrneo oferece muitas vantagens, levando em conta o layout das instalaes e infraestruturas. Estas vantagens derivam essencialmente de liberdade (dentro das limitaes geolgicas, de custo e de propriedade da terra) para planejar instalaes de trs dimenses e da remoo de obstculos fsicos sobre o solo.
2.2.4 BENEFCIOS SOCIAIS As cidades que so capazes de funcionar economicamente, socialmente e ecologicamente proporcionam o pr-requisito para uma melhor qualidade de vida em reas urbanas. Neste aspecto, o espao subterrneo tem um papel importante a desempenhar, ou seja, o alcance de um desenvolvimento ambiental amigvel, seja na reduo da poluio do ar ou sonora, com o uso eficiente do espao, no desenvolvimento econmico, na preservao do meio ambiente, promoo da sade ou segurana pblica. Nestas reas, as obras subterrneas oferecem inmeras vantagens:
Desempenham um papel ambiental vital, transportando gua limpa para as comunidades e transportando as guas residuais provenientes de reas urbanas para locais mais adequados;
Fornecem segurana, ambiente sonoro adequado e sistemas de transporte urbano de massa rpidos e sem obstrues;
Os tneis de transporte urbano (metr, trens, carros etc) reduzem a quantidade de veculos da superfcie da cidade, com isso, o rudo do trfego reduzido, o ar torna-se menos poludo e as reas de superfcie podem ser parcialmente utilizadas para outros fins, geralmente mais nobres, como moradia, comrcio, parques, entre outros;
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Estacionamentos e centros comerciais subterrneos em centros urbanos podem liberar espao para reas de recreao na superfcie;
Tneis utilitrios multiuso so menos vulnerveis s condies externas do que as instalaes de superfcie e provoca apenas perturbao insignificante ao solo, quando os equipamentos instalados so submetidos reparao ou manuteno;
Por ltimo, mas no menos importante, o local mais seguro para armazenar os
resduos nucleares e outros materiais indesejveis ou perigosos so os espaos subterrneos corretamente projetados para receber esta funo. Os tneis oferecerem as seguintes vantagens:
Menor impacto ambiental;
Permite a transposio de cidades densamente povoadas sem interferir no j catico trfego local;
Interliga reas, encurtando distncias;
Maior segurana no trfego;
Superao de limitaes topogrficas;
Maiores benefcios sociais (ruidos, drenagem, gua e esgoto);
Tendncia a melhor a qualidade de vida;
Superfcie liberada para fins mais nobres;
Valorizao imobiliria local;
Diminuio do custo energtico;
Diminuio da poluio.
Em contrapartida, os tneis tambm apresentam algumas desvantagens:
Maiores riscos associados;
Acidentes automobilsticos de maior gravidade;
Resistncia psicolgica;
Impacto permanente sobre a natureza do terreno.
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2.3. TNEIS NO BRASIL E NO MUNDO A necessidade de construir tneis para transpor obstculos ambientais no sculo XXI, perodo focado na globalizao, obriga a aplicao de novos mtodos construtivos para ligar dois pontos de difcil acesso. Os maiores tneis rodovirios construdos no planeta esto prximos dos 25.000 m (Tabela 2.1), sendo que para a prxima gerao espera-se muito mais, inclusive a interligao de continentes Amrica/Europa e Europa/frica.
Tabela 2.1 Maiores tneis rodovirios do mundo (Scabbia, 2007).
CONTINENTE PAS TNEL COMPRIMENTO
(m) INAUGARAO Europa Noruega Laerdal 24.510 2000
sia China Zhongnanshan 18.040 2008 Europa Suia San Gottardo 16.918 1980 Europa Austria Arlberg 13.972 1978
sia Taiwan Hsuehshan 12.917 2006
Europa Frana /
Itlia Frjus 12.895 1980
Europa Frana /
Itlia Mont-Blanc 11.611 1965
Entretanto, conforme observado na Tabela 2.2, deve-se ressaltar que atualmente no mundo os maiores tneis destinados ao transporte so destinados ao modal ferrovirio e metrovirio, enquanto o maior tnel rodovirio no aparece nem mesmo na lista dos dez maiores tneiso.
Tabela 2.2 Maiores tneis destinados ao transporte no mundo.
POS PAS TNEL COMPRIMENTO (km) INAUGURAO MODAL
1 Suia Tnel Base de So Gotardo 57,0 2017 Ferrovirio
2 Japo Seikan 53,8 1988 Ferrovirio
3 Frana / Inglaterra Eurotnel 50,4 1994 Ferrovirio
4 Rssia Serpukhovsko-Timiryazevskaya 41,5 1983 Metrovirio
5 Espanha Linha 07 - metr Madri 40,9 1999 Metrovirio
6 Japo Toei Oedo 40,7 1991 Metrovirio
7 Rssia Kaluzhsko-Rizhskaya 37,6 1990 Metrovirio
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8 Suia Base de Ltschberg 34,5 2007 Ferrovirio
9 Espanha Linha 07 - metr Madri: Hospital
del Henares - Pitis
32,9 2007 Metrovirio
10 Alemanha Rathaus Spandau-Rudow 31,8 1984 Metrovirio
No Brasil, alguns tneis rodovirios mais antigos, nasceram da adequao de estruturas construdas para circulao de bondes. Entre eles destaca-se o Tnel 9 de Julho, que apesar de possuir apenas 726 m passou por sucessivas recapacitaes, em funo do volume de trfego, tipo de veculo que circula e cargas transportadas. Aa Tabela 2.3 indica que os maiores tneis no Brasil esto destinados aos modais ferrovirios e metrovirios, acompanhando o observado no mundo.
Tabela 2.3 Maiores tneis do Brasil (Tneis do Brasil, 2006). ESTADO TNEL COMPRIMENTO (m) INAUGARAO MODAL
RJ Tunelo (Tnel da
Mantiqueira - Ferrovia do ao)
8.645 1984 Ferrovirio
DF Tnel Asa Sul 7.200 1999 Metrovirio
SP Linha 2 - Metr de SP (2 tneis) 5.400 1990 Metrovirio
SP Linha 3 - Metr de SP (2 tneis) 3.600 1983 Metrovirio
SP Linha 1 - Metr de SP (2 tneis) 3.200 1974 Metrovirio
SP Rodovia dos Imigrantes (TD1) 3.146 2002 Rodovirio
SP Rodovia dos Imigrantes (TD3) 3.045 2002 Rodovirio MG Contorno de Sabar 2.910 1990 Ferrovirio RJ Antnio Rebouas 2.800 1965 Rodovirio RJ Andr Rebouas 2.800 1965 Rodovirio
RJ Eng. R. de Paula Soares 2.187 1997 Rodovirio
SP Rodovia dos Imigrantes (TD2) 2.080 2002 Rodovirio MG Tnel Maremb 2.112 1990 Ferrovirio RS EF-491 2.072 1979 Ferrovirio SP Mrio Covas 1.730 2002 Rodovirio
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2.4. DEMANDAS DE OBRAS DE TNEIS Atualmente, a maior necessidade de obras subterrneas se concentra na construo de tneis de trfego e cavernas de estocagem, principalmente em centros urbanos densamente ocupados, liberando espao na superfcie para utilizaes mais nobres tais como, reas para moradia e lazer.
O desenvolvimento scio-econmico tem gerado um aumento na demanda do transporte tanto de passageiros quanto de mercadorias. Entretanto, obstculos naturais ou artificiais, podem tornar invivel este transporte pelos meios convencionais. Neste contexto, a execuo de obras subterrneas tem se mostrado uma boa alternativa na soluo desta questo.
Tneis so hoje utilizados com as mais diversas finalidades. Pode-se citar, como exemplo, a escavao de tneis em montanhas que reduzem significativamente as distncias a serem cobertas por vias de transporte, satisfazendo a inclinao mxima permitida. Outras utilizaes so aduo de gua, esgoto, transportes urbanos, passagem de cabos, minerao, reservatrios etc.
A Tabela 2.4 apresenta os tneis urbanos nas principais cidades brasileiras.
Tabela 2.4 Tneis rodovirios urbanos no Brasil. TNEIS URBANOS
CIDADE TNEL EXTENSO
(m) INAUGURAO
Amrico Simas 300 1969 Lus Eduardo Magalhes 300 - Salvador
Teodoro Sampaio 100 - Prefeito Souza Lima 435 1981 Belo
Horizonte Presidente Tancredo Neves 435 1984 Rua Alice 220 1887
Alaor Prata 182 1892 Engenheiro Coelho Cintra 250 1906
Joo Ricardo 293 1921 Engenheiro Marques Porto 250 1949
S Freire Alvim 326 1960 Major Rubens Vaz 220 1963
Santa Brbara 1357 1963 Rebouas 2800 1967 Acstico 550 1971
Zuzu Angel 1590 1971 So Conrado 260 1971
Rio de Janeiro
Jo 426 1971
14
Martim de S 304 1977 Noel Rosa 720 1978
Eng.Raimundo de Paula Soares 2187 1997 Eng. Enaldo Cravo Peixoto 153 1997
Gelogo Enzo Totis 165 1997 Mergulho 100 1997 Raul Veiga 620 1981 Niteri Roberto Silveira 260 -
Dr. Euclydes de Jesus Zerbini 420 1993 Sebastio Camargo 1170 1995
Jnio Quadros 1900 1994 Tribunal de Justia 824 1994
Ayrton Senna 1950 1995 Sena Madureira 205 1996
Tom Jobim 329 1995 Maria Maluf 1020 1994
Escola de Engenharia Mackenzie 180 1996
Dr. Antnio Bias da Costa Bueno 360 1973
Noite Ilustrada 884 1973 Francisco Matarazzo 120 1970 Presidente Roosevelt 1120 1971 Takeharu Akagawa 393 1969
Daher E. Cutait 1060 1938 Papa Joo Paulo II 582 1988
Jorn. Fernando Vieira de Melo 583 2004 Max Feffer 756 2004
Odon Pereira 180 2006
So Paulo
Paulo Autran 150 2008
Barueri Complexo Virio Yojiro
Takaoka 250 - Jo Penteado[1] 370 2009 Campinas Jo Penteado[2] 450 1992
Guaruj Juscelino Kubitschek 355 - Santos Rubens Fereira Martins 385 1950
Taubat Visconde de Trememb 300 1996
Tabela 2.5 Tneis Rodovirios (no-urbanos) no Brasil.
ESTADO TNEL EXTENSO
(m) INAUGURAO Par Tucuru 100 -
Pernambuco Cascavel 370 - Sa-Mangaratiba 474 1970
Muriqui-Itacuru 528 1970 Ldice-Angra dos Reis 100 -
Rio de Janeiro
Tnel da Estrada Velha 340 1928
15
Tnel do Quitandinha 268 1928 Tnel de Descida 1 220 1950 Tnel de Descida 2 112 1950 Tneis de Reverso 445 - Rio Grande do
Sul Tnel do Morro Alto 1662 2009 Santa Catarina Morro do Boi 1.001 -
TA-0 - 1974 TA-1 - 1974 TA-2 - 1974 TA-3 - 1974 TA-4 - 1974 TA-5 - 1974 TA-6 - 1974 TA-7 - 1974 TA-8 - 1974 TA-9 - 1974
TA-10 - 1974 TD-0 110 2002 TD-1 3146 2002 TD-2 2080 2002 TD-3 3009 2002 TN-1 270 1947 TN-2 170 1947 TS-1 230 1947 TS-2 170 1947 T1 510 1998 T2 390 1998 T3 680 1998
Tnel 250 - Mata Fria 250 1958
Quilombos 940 1998 TI-0/TE-0 1710 2001 TI-1/TE-1 680 2001
So Paulo
TI-2/TE-2 465 2001
importante observar que no novo milnio a demanda por obras subterrneas vem crescendo ainda mais. Alguns tneis j foram inaugurados no final da dcada de 1990, a partir do ano de 2000 vrios j foram inaugurados e muitos outros devem ser inaugurados em breve. Na Tabela 2.6, elaborada a partir de informaes obtidas junto ao Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), observa-se que vrios tneis devem ser inaugurados no Brasil em um futuro prximo.
16
Tabela 2.6 Tneis rodovirios e ferrovirios sob a responsabilidade do DNIT. UF OBRA - VIA FINALIDADE SITUAO EXTENSO SEO
Ferrovia do Frango (Leste-
Oeste) "em estudo"
SC EF-116 e EF-
499
Ferrovirio Em fase de Estudo de
Viabilidade
(96 tneis previstos,
totalizando em 53.000
km de extenso)
"em estudo"
Acesso Angra dos Reis RJ BR-101
Rodovirio Em fase de Estudo de
Viabilidade "em estudo" "em
estudo"
L03 Prainha I MG BR-381/MG Rodovirio
Prestes a contratar Projeto
600 m ~120 m
L03 Prainha II MG
BR-381/MG Rodovirio
Prestes a contratar Projeto
720 m ~120 m
So Flix Obra paralisada
ESTU
DO
S
BA EF-025
Ferrovirio (Projeto em reviso)
"em estudo" "em estudo"
Morro Formigo
Obra a iniciar SC
BR-101 Rodovirio (Projeto
Aprovado) 500 m 120 m
Morro dos Cavalos
Obra a iniciar SC
BR-101 Rodovirio (Projeto em
elaborao) 2 x 1.440 m ~120 m
Variante Toritama
Obra a iniciar PE
BR-104 Rodovirio (Projeto
Aprovado) 360 m 120 m
Itana I MG EF-116 Ferrovirio
Projeto em execuo m 41 m
2
Itana II MG EF-116 Ferrovirio Projeto em execuo m 41 m
2
Divinpolis Obra a iniciar MG EF-116
Ferrovirio Licitao concluda
440 m 41 m2
L03 Ferrovia
PRO
JETO
S
MG BR-381/MG Rodovirio Estudo de
viabilidade tnel x corte
2 x 290 m ~120 m
17
L06 Corte grande MG
BR-381/MG Rodovirio
Estudo de viabilidade tnel x corte
260 m ~120 m
L09 vrios
MG BR-381/MG Rodovirio
Estudo de viabilidade tnel x corte, estacas 85, 193, 350,
385
~120 m
L10 Santa Brbara I MG
BR-381/MG Rodovirio
Prestes a contratar Projeto
2 x 350 m ~120 m
L10 Santa Brbara II MG
BR-381/MG Rodovirio
Prestes a contratar Projeto
2 x 550 m ~120 m
L10 vrios
MG BR-381/MG Rodovirio
Estudo de viabilidade tnel x corte, estacas 700 e
785
~120 m
Translitornea SC EF-140 Ferrovirio Projeto em execuo ~10,5 km ~ 60 m
Morro Vieira Obra a iniciar SC BR-280
Rodovirio (Projeto em elaborao)
2 x ~1,1 km 120 m
Morro Alto RS BR-101 Rodovirio
Obra em execuo 2 x 1.840 m 120 m
Morro Agudo SC BR-101 Rodovirio
Obra em execuo 990 m 120 m
Via Porturia Obra a iniciar BA BR-324
Rodovirio - contrato assinado
2 x 130 m 120 m
Transnordestina Obra a iniciar
OBR
AS
CE EF-232
Ferrovirio (Projeto Aprovado)
120 m 50 m
18
3.3.3.3. ESTUDOS EESTUDOS EESTUDOS EESTUDOS E INVESTIGAES GEOTCINVESTIGAES GEOTCINVESTIGAES GEOTCINVESTIGAES GEOTCNICASNICASNICASNICAS
O planejamento, projeto e construo de um tnel rodovirio exige um amplo estudo e trabalho de investigaes para obter um espectro pertinente de dados e informaes, tais como, topogrficas, geolgicas, de subsolo, hidrogeolgicas, estruturais e etc. Embora a maioria das tcnicas e procedimentos sejam similares quelas aplicadas para estradas e projetos de ponte, no mbito especfico das obras subterrneas, os objetivos e focos das investigaes so consideravelmente diferentes e podem variar significativamente com as condies geolgicas e mtodos de escavao.
Um programa de investigao geotcnica para um projeto tuneleiro deve utilizar os meios e mtodos adequados para obter as informaes necessrias para o planejamento, projeto e construo do tnel e de suas instalaes auxiliares, para identificar os riscos potenciais da construo e para estabelecer uma realista estimativa de custo e cronograma.
A extenso da investigao deve ser coerente com o escopo do projeto (localizao, dimenso e oramento), os objetivos do projeto (tolerncia ao risco e desempenho a longo prazo), e as restries do projeto (geometria, construo, os impactos de terceiros, esttica e impacto ambiental). importante que as partes envolvidas tenham um entendimento comum das bases geotcnicas para o projeto, e que todos estejam conscientes do inevitvel risco de no se poder definir completamente as condies existentes do subsolo ou prever totalmente o comportamento do solo durante a escavao.
De acordo com o FHWA (2009), um programa de investigao para o planejamento e concepo de um projeto de tnel (rodovirio) poder incluir a seguintes componentes: Coleta das informaes existentes;
Pesquisas e reconhecimento do local das obras;
Mapeamento geolgico;
Investigaes do subsolo;
19
Estudos ambientais;
Pesquisas sobre atividades tectnicas da regio;
Gesto de dados geoespaciais.
Em meio ao elevado custo de um programa de investigao geotcnica completo para um projeto de um tnel virio (geralmente cerca de 3% a 5% do custo de construo), mais eficiente realizar investigaes geotcnicas em fases para concentrar os esforos nas reas e
profundidades que so importantes. Especialmente para um tnel rodovirio atravs de terreno montanhoso ou abaixo do lenol fretico, o alto custo, a longa durao, o acesso limitado e a cobertura limitada das investigaes de campo podem exigir que os estudos sejam realizados em vrias fases, com o intuito de se obter as informaes necessrias em cada estgio do projeto de maneira mais eficiente ao menor custo. Alm disso, no incomum levar-se vrias dcadas para um projeto de tnel ser conceituado, desenvolvido, projetado e eventualmente construdo. Assim, as fases tpicas de projeto de tnel, desde a concepo at a concluso so basicamente:
Planejamento; Estudos de alternativas e viabilidade dos diversos traados;
Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e desenvolvimento do anteprojeto; Projeto Preliminar; Projeto Bsico; Projeto Executivo; e Construo.
Ao longo do desenvolvimento do projeto, o alinhamento final do tnel e o perfil longitudinal podem muitas vezes se afastar dos inicialmente previstos. As investigaes geotcnicas podem oferecer informaes preciosas para a execuo destas alteraes de projeto. As investigaes iniciais para o planejamento e estudos de viabilidade podem ser resumidas aos estudos de informaes e reconhecimento preliminar. Mapeamento geolgico e as mnimas investigaes preliminares de subsolo so tipicamente necessrios para o EIA, estudos de alternativas e concepo de projeto. O EIA tambm pode incluir limitadas investigaes topogrficas e ambientais para identificar potenciais "falhas fatais", o que pode levar paralisao dos projetos em uma data posterior. Uma parcela substancial dos esforos
20
de investigao geotcnica deve ir para a fase de projeto preliminar para refinar o alinhamento do tnel e o perfil uma vez que traado geral selecionado, e fornecer as informaes detalhadas necessrias para o projeto. Como o projeto final progride, testes adicionais com perfuraes podem ser necessrios para a cobertura completa do traado final e para os locais onde sero instalados os portais.
No Brasil, o Captulo 12 da Norma NBR 8044 (ABNT, 1983) aborda os estudos geotcnicos que devem ser realizados para um projeto de tnel em solo ou em rocha. Trata-se de um documento de relevante importncia para profissionais que atuam no ramo por ser um raro regulamento para obras subterrneas, mas uma Norma que necessita de atualizaes, pois desde a sua elaborao j houve muitos progressos tecnolgicos, que contribuem sobremaneira para a realizao de estudos e investigaes geolgico-geotcnicas.
Mesmo estando desatualizada e apresentando um contedo bem generalizado, essa Norma possui uma interessante diviso dos estudos e investigaes, montrando resultados que devem ser encontrados em cada etapa de projeto, desde estudos de viabilidade at o projeto executivo.
3.1. ESTUDOS INICIAIS
3.1.1 COLETA DE INFORMAES DISPONVEIS A primeira fase de um programa de investigao para um projeto de tnel comea com a coleta e anlise de informaes disponveis para desenvolver uma compreenso global das condies do local e com poucas restries de custo. Os dados existentes podem ajudar a identificar as condies existentes e as caractersticas que podem afetar o projeto e a construo do tnel proposto, tambm pode orientar no planejamento do escopo e detalhes do programa de investigao do subsolo.
Publicaes topogrficas, hidrolgicas, geolgicas, geotcnicas, ambientais, de zoneamento e outras informaes devem ser recolhidas, organizadas e avaliadas. Em reas onde a condio ssmica pode governar ou influenciar o projeto, os registros ssmicos histricos so utilizados para avaliar os riscos de terremotos. Os registros de deslizamentos de terra provocados por terremotos podem ser teis para evitar destinar portais do tnel e poos nessas reas potencialmente instveis.
21
Alm disso, relatos de casos de obras subterrneas na regio so, por vezes, disponveis atravs de rodovia, ferrovia e tneis de gua que j foram executados. Outras fontes de informaes locais podem incluir pedreiras nas proximidades, minas e poos de gua, publicaes da universidade tambm podem fornecer informaes teis.
Atualmente, os dados existentes so frequentemente disponibilizados eletronicamente, tornando-os mais fceis de acessar e gerenciar. A maioria das informaes existentes, tais como fotografias areas, mapas topogrficos etc, pode ser obtida em formato GIS com baixo ou nenhum custo. Diversos rgos estaduais esto desenvolvendo sistemas de gesto geotcnica (GMS). Uma viso integrada de projetos geo-referenciados (geoespacial) em breve se tornar essencial no incio do projeto e durante a construo para armazenar e gerenciar estes dados extensivos, em vez de registros em papel. Tal sistema de gesto eletrnica de dados aps a concluso do projeto continuar a ser benfico para a operao e manuteno.
3.1.2 FOTOGROFIA AREA Mapas topogrficos e fotografias areas atualmente podem ser facilmente obtidos e so teis para mostrar o terreno e as caractersticas geolgicas (falhas, canais de drenagem, buracos). Quando sobrepostos com mapas geolgicos podem, muitas vezes, por interpretao, mostrar estruturas geolgicas. Fotografias areas tiradas em datas diferentes podem revelar a histria do local em termos de terraplenagem, eroso e construes executadas.
Um levantamento preliminar ser necessrio para o desenvolvimento do conceito e projeto preliminar para expandir dados topogrficos existentes e incluir dados de levantamentos de campo e um reconhecimento do local inicial. Os estudos iniciais no local devem comear com um reconhecimento cuidadoso sobre o traado do tnel, com especial ateno para o portal e poos. Caractersticas identificadas nos mapas e fotografias areas devero ser verificadas. Afloramentos rochosos, frequentemente expostos em cortes de rodovias e estradas de ferro, fornecem uma fonte de informao sobre fraturas do macio rochoso e a localizao dos limites do tipo de rocha, falhas, diques e outras caractersticas geolgicas. Caractersticas identificadas durante o reconhecimento do local devem ser fotografadas, documentadas e, se possvel, locadas manualmente atravs de equipamento GPS.
22
3.1.3 MAPEAMENTO GEOLGICO-GEOTCNICO Aps a coleta e anlise de mapas geolgicos existentes, fotografias areas, as referncias e os resultados de um reconhecimento do local preliminar, o mapeamento geolgico superficial de afloramentos rochosos disponveis deve ser realizado por um gelogo de engenharia experiente para obter informaes detalhadas sobre o local especfico a respeito da qualidade da rocha e estrutura. Segundo o FHWA (2009), o mapeamento geolgico local, dados geolgicos detalhados de forma sistemtica, usado para caracterizar e documentar a condio do macio rochoso ou afloramento para a classificao do macio rochoso, tais como:
Tipo de descontinuidade;
Orientao da descontinuidade;
Preenchimento da descontinuidade;
Espaamento da descontinuidade;
Persistncia da descontinuidade; e
Intemperismo.
A ISRM (1981) sugeriu medidas quantitativas para descrever as descontinuidades do macio rochoso (ISRM, 1981). Ele fornece descries padres para fatores como persistncia, rugosidade, espessura de parede, abertura, enchimento, escoamento e tamanho do bloco.
Ao interpretar e extrapolar todos estes dados, o gelogo deve ter uma melhor compreenso das condies da rocha que possam estar presentes ao longo do tnel proposto, no portal e nas escavaes dos shafts. Os mapeamentos de dados coletados podem ser usados em projees estereogrfica para anlise estatstica usando-se um software de computador adequado, alm de dados obtidos a partir de investigaes do subsolo.
Alm disso, as caractersticas da superfcie a seguir devem ser observadas e documentadas durante a execuo do mapeamento geolgico:
Deslizamentos, particularmente em reas propostas para o portal e o para o eixo;
Falhas, intemperismo, depresses e terrenos crsticos;
Intemperismo da rocha;
Escoadouros e terrenos crsticos;
23
Nascentes, guas termais e gs;
Atividade vulcnica;
Rachaduras de alvio de tenso;
Presena de pedregulhos;
Os dados do mapeamento geolgico tambm contribuiro para a orientao das perfuraes de investigao do subsolo e ensaios in situ em reas de interesse (portais, poos, zonas de falhas etc).
3.1.4 MEIO AMBIENTE
Embora os tneis sejam geralmente considerados estruturas ambientalmente corretas, alguns impactos ambientais durante a construo so inevitveis. Impactos a longo prazo a partir do prprio tnel e dos portais, poos de ventilao e abordagens sobre as comunidades locais, stios histricos, zonas midas, e outras reas estticas, ambientais e ecologicamente sensveis devem ser identificadas e investigadas cuidadosamente durante o planejamento do projeto e a fase de viabilidade, e devidamente abordada nos estudos ambientais e projeto executivo. Investigao e solues de questes ambientais um objetivo essencial para qualquer projeto de obras subterrneas, afinal condies inesperadas descobertas tardiamente durante o projeto ou construo podem comprometer o empreendimento. Os dados ambientais especficos necessrios para um projeto de obra subterrnea dependem muito do ambiente geolgico e geogrfico e das exigncias funcionais das instalaes subterrneas. Alguns problemas comuns esto identificados abaixo:
Infraestruturas existentes e interferncias no subsolo;
Estruturas da superfcie na rea de influncia;
Proprietrios da terra local e usos (pblicos e privados);
Impactos nos ecossistemas;
Contaminao do solo e/ou das guas subterrneas;
Impacto, a longo prazo, nos lenis freticos, aqferos e na qualidade da gua;
Controle do escoamento e da eroso durante a construo;
Solos naturalmente gasosos, ou com dejetos qumicos nas guas subterrneas;
24
Restries de acesso para reas de trabalho e vias de transporte;
reas de bota-fora;
Rudo e vibraes das operaes de construo e do trfego futuro;
Qualidade do ar durante a construo;
Manuteno de trfego de veculos durante a construo;
Manuteno de servios pblicos e outras instalaes existentes durante a construo;
Acesso a propriedades residenciais e comerciais;
Controle de pragas durante a construo;
Impactos na comunidade a longo prazo;
Impactos do trfego a longo prazo;
Caminhos de servio temporrios e permanentes;
Segurana contra incndio nos tneis;
Restries legais e ambientais.
3.1.5 SISTEMA DE GESTO DE DADOS GEOESPACIAIS O Sistema de Informao Geogrfica (SIG) projetado para gerenciar uma grande quantidade de dados em um complexo ambiente, e uma tima ferramenta para a tomada de decises, planejamento, projeto, construo e programa de gesto. O SIG aceita todos os tipos de dados, tais como digital, texto, grficos, quadros, imagens etc, e organizar esses dados em uma srie de camadas inter-relacionadas para pronta recuperao. As informaes armazenadas no sistema podem ser seletivamente recuperadas, em comparao, sobrepostas em outros dados, compostas com vrias camadas de outros dados, atualizadas, removidas, revistas, plotadas, transmitidas etc.
O georreferenciamento pode fornecer um meio para entrar e recuperar rapidamente uma ampla gama de informaes de utilidade, incluindo a sua localizao, altitude, tipo, tamanho, data da construo e reparao, de propriedade, direito de passagem etc. Estas informaes so armazenadas em camadas dedicadas aos dados, e podem ser facilmente acessadas para mostrar e imprimir informaes tcnicas ou demogrficas.
25
Informaes tpicas que poderiam ser inseridas em um banco de dados SIG para um projeto de tnel podem incluir:
Redes de rua;
Dados topogrficos;
Linhas de propriedade;
Limites da faixa de domnio;
Construes locais existentes, tipo de construo, alturas, elevaes, o estado da construo etc;
Traado do tnel proposto e informaes do perfil;
Fundaes abandonadas e outras interferncias subterrneas;
Alinhamento e elevaes existentes para os tneis;
Estruturas propostas, incluindo os portais, eixos, rampas, edifcios etc;
Layout da linha de utilidade e altitudes, locais e profundidades da abbada;
Informaes de sondagens e outras informaes da investigao do subsolo;
Dados geofsicos;
Informaes da superfcie de vrias camadas de solo e rocha;
reas de lenol fretico ou solo contaminado. Dependendo da situao a que se est exposta, outros dados podem ser inseridos para o monitoramento e acompanhamento do empreendimento. Afinal, os dados geo-referenciados podem ser o mais completo possvel, pois pode-se selecionar a visualizao apenas dos itens de interesse.
3.2. INVESTIGAES DE CAMPO
3.2.1 INVESTIGAES DO SUBSOLO As condies do solo, incluindo as condies geolgicas, geotcnicas e hidrolgicas, tm um impacto importante sobre o planejamento, concepo, construo e custo de um tnel rodovirio, e normalmente determina a sua viabilidade e o seu traado
26
final. Fundamentalmente, a investigao do subsolo o tipo mais importante de investigaes para a obteno das condies do solo, pois o principal meio de:
Definir o perfil do subsolo (estratigrafia, estrutura e principais tipos de solo e de rocha);
Determinao do solo e as propriedades do material da rocha e as caractersticas de massa;
Identificar anomalias geolgicas, zonas de falhas e outros perigos (solos expansivos, gs metano);
Definir condies hidrogeolgicas (nveis freticos, aqferos, a presso hidrosttica);
Identificar os riscos potenciais de construo (pedras).
Figura 3.1 Modelo geolgico esquemtico (modificado Gorick, 2006)
Investigaes de subsolo tipicamente consistem de sondagens, amostragem, ensaios in situ, investigaes geofsicas e ensaios de materiais em laboratrio. Os objetivos principais dessas tcnicas de investigao esto resumidos abaixo:
Sondagens so usadas para identificar a estratigrafia do subsolo, e para obter amostras deformadas e indeformadas para a classificao visual e ensaios laboratoriais;
Ensaios in situ so comumente utilizados para a obteno de propriedades e ndices testando o material no local, a fim de evitar a perturbao causada, inevitavelmente, por amostragem, transporte e manipulao de amostras obtidas a partir de furos. Ensaios in situ tambm podem auxiliar na definio de estratigrafia;
Ensaios geofsicos rapidamente e economicamente obtm informaes de subsolo (estratigrafia e caractersticas gerais de engenharia) sobre uma grande rea para ajudar a definir a estratigrafia e identificar locais adequados para realizao de sondagens; e
27
Ensaios de laboratrio fornecem uma ampla variedade de propriedades de engenharia e ndices atravs de amostras de solo e rochas representativas recuperadas das perfuraes.
Ao contrrio de outras estruturas de rodovia, o solo ao redor de um tnel pode funcionar como um mecanismo de suporte, mecanismo de carga, ou ambos, dependendo da natureza do terreno, do tamanho, mtodo e seqncia de construo do tnel. Assim, para os projetistas do tnel e empreiteiros, a rocha ou solo em torno de um tnel um material de construo, to importante quanto o concreto e o ao utilizados no trabalho.
Uma vez que as condies do solo so as mais inesperadas, muitas vezes a razo para atrasos onerosos, reclamaes e disputas durante a construo do tnel, um projeto com um programa mais completo de investigao de subsolo, provavelmente tem menos problemas e reduz o custo final. Portanto, idealmente, a extenso de um programa de explorao deve ser baseada em requisitos especficos do projeto e complexidade, ao invs de limites oramentrios rigorosos. No entanto, para a maioria dos tneis rodovirios, especialmente tneis em zonas montanhosas ou de travessias de gua, o custo de um programa de investigao do subsolo global pode ser proibitivo. O desafio para os profissionais geotcnicos desenvolver um programa de investigao adequado do subsolo que pode melhorar a previsibilidade das condies do solo dentro de um oramento razovel e nvel de risco aceitvel.
3.2.2 SONDAGENS
As perfuraes verticais, ligeiramente inclinadas e as respectivas amostras de solo e de rocha so elementos-chave de quaisquer investigaes do subsolo para projetos subterrneos. A localizao, profundidade, tipos de amostras e intervalos entre cada sondagem devem ser selecionados para atender s necessidades especficas do projeto, configurao topogrfica e as condies geolgicas inicialmente previstas. Diversas tcnicas de ensaio de campo tambm podem ser realizadas em conjunto com as sondagens. A Tabela 3.1 apresenta o espaamento sugerido entre sondagens em virtude do tipo de escavao e das condies previstas para o subsolo (rocha, solo etc) a ser atravessado. Contudo, o custo e o prazo de execuo so importantes aspectos que governaro o planejamento de uma campanha de sondagens, especialmente em caso de tneis longos escavados atravs de extensas e elevadas cadeias montanhosas, aqueles projetados para cruzar profundos corpos dgua (lagos, rios, mares) e as obras subterrneas em centros urbanos densamente ocupados.
28
Tabela 3.1 Espaamento sugerido entre sondagens em funo do tipo de escavao e das condies previstas para o subsolo a ser atravessado (FHWA, 2009).
Tipo de Execuo
Condies do Subsolo
Espaamento entre Sondagens
(m) Cut-and-Cover (Falso Tnel) - 30 a 90
Adversa 15 a 60 Escavao em rocha Favorvel 150 a 300
Adversa 15 a 30 Escavao em solo Favorvel 90 a 150
Adversa 7 a 15 Escavao em terreno misto (rocha/solo) Favorvel 15 a 20
Em geral, as sondagens devem necessariamente contemplar um comprimento igual ou superior a 1,5 dimetros da obra subterrnea (ou sua maior dimenso) abaixo de sua seo transversal (piso ou arco invertido).
Assim, o projetista dever considerar que as sondagens podero ter um comprimento igual ou superior a 2,0 a 3,0 dimetros abaixo da seo transversal em consequncia dos usuais ajustes no traado e elevao realizados entre as fases de anteprojeto e projeto executivo. As perfuraes horizontais ao longo do traado do tnel podem fornecer um registro contnuo das condies do solo e informaes que so diretamente relevantes para o traado. Embora as perfuraes horizontais apresentem um custo por metro linear muito maior do que sondagem convencional (vertical/inclinada), uma sondagem horizontal pode at ser mais econmica, especialmente para investigar um tnel localizado em um terreno montanhoso, uma vez que a sondagem horizontal pode substituir muitos poos verticais convencionais e evitar a desnecessria perfurao de materiais sobrecarregados e interrupo das atividades da superfcie do terreno (comunitrias e industriais).
A Figuras 3.2 apresenta a utilizao de sondagem vertical e horizontal, respectivamente.
29
(a) (b)
Figura 3.2 Atividades de investigao do subsolo, onde em (a) se apresenta uma sondagem vertical e em (b) sondagem horizontal (FHWA, 2009).
O volume de sondagens requeridas para a elaborao de um projeto de tnel rodovirio ir variar para cada tipo de obra, de acordo com a qualidade do macio rochoso deparado, o que torna impossvel a padronizao do valor do volume ou quantidade de sondagens que devero ser executadas.
Vaz (1999) sugere que a quantidade de investigao a ser desenvolvida numa obra subterrnea depende dos seguintes aspectos:
Grau de complexidade das condies geolgicas locais;
Presena de feies geolgicas potencialmente crticas tais como falhas e contatos; e
Potencial de risco em caso de acidente.
Oliveira (1986) menciona que o comprimento das sondagens executadas deve ser aproximadamente igual ao comprimento do tnel para tneis com menos de 5 km de extenso, diminuindo progressivamente at um limite inferior de 50% do comprimento do tnel para obras muito longas.
As normas do U.S National Committee on Tunnelling Technology de 1985 so mais exigentes, estabelecendo um comprimento de sondagens equivalente a 1,5 vezes o comprimento do tnel.
30
Nagel (1992) considera que os custos das investigaes devem ser relacionados ao custo das contingncias do oramento da obra, ou seja, possvel variao do custo dependa das condies geolgicas, estabelecendo o valor a ser despendido em investigaes em torno de 20% das contingncias.
Nieble (1985) indica que, em relao ao custo da obra, o valor despendido com investigaes deve situar-se entre 1 a 3%.
Como orientao, Vaz (1999) estima a metragaem de sondagens para a investigao de tneis aplicando as seguintes frmulas:
Emboque:
(3.1)
Tnel:
(3.2)
Onde, E = comprimento das sondagens no emboque;
T = Comp
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