-
i
Dentre as obras de construo civil, as de tneis so certamente as
que apresentam os maiores percalos para a sua execuo, devido
dificuldade em se conhecer com preciso todas as condies do terreno
a ser atravessado. O atual conhecimento da mecnica dos solos e das
rochas, aliado aos novos equipamentos de investigao do terreno e
novos instrumentos de auscultao, permitem a elaborao de modelos
geomecnicos com adequado grau de preciso para definio de mtodos
construtivos mais seguros e eficazes. Este MANUAL TCNICO destina-se
aos engenheiros trainees, tcnicos e mestres de obra que vo iniciar
suas atividades nas obras de tneis em terrenos pouco consistentes
executados pelo NATM. So apresentados os conceitos que regem o
NATM, algumas noes sobre o conhecimento do terreno, a instrumentao
mais usada e um pequeno fundamento terico do processo. dada nfase
ao mtodo construtivo, particularmente ao concreto projetado, e ao
acompanhamento e controle da execuo. A conscientizao de toda a
equipe executora sobre os princpios que regem a execuo de tneis em
terrenos pouco consistentes fundamental para que sejam tomadas as
precaues necessrias contra acidentes to comuns nesse tipo de obra.
Sero sempre benvindas sugestes e contribuies dos leitores no
sentido de aperfeioar o Manual, que podero ser incorporadas nas
prximas edies.
Os Autores Eng. Carlos Augusto Campanh FIGUEIREDO FERRAZ
Consultoria e Engenharia de Projeto Ltda Eng. Pedro Boscov CBPO
Engenharia Ltda Reviso Final: Prof. Dr. Victor F. B. de Mello
-
ii
MANUAL TCNICOMANUAL TCNICOMANUAL TCNICOMANUAL TCNICO
TNEIS EM TERRENOS POUCO CONSISTENTES INTRODUO
................................................................................1
I. CRITERIOS DE PROJETO
................................................10 1. LEVANTAMENTO
TOPOGRFICO ................................................10
2. CONHECIMENTO DO TERRENO
................................................10
2.1. Ensaios Ssmicos
..........................................................10 2.2.
Sondagens
..........................................................11 2.3.
Ensaios Geotcnicos
..........................................................12 2.3.1.
Nveis d gua
..........................................................12 2.3.2.
Poos e Trincheiras
..........................................................12 2.3.3.
Investigaes Complementares dentro do Tnel .................12
3. PARCIALIZAO DA SEO DO TNEL
......................................13
3.1. Critrios Bsicos da Parcializao
......................................13 3.2. Mtodos Construtivos
......................................14
4. INSTRUMENTAO
....................................................................16
4.1. Instrumentao Externa
................................................16 4.2.
Instrumentao Interna
................................................18
R1
-
iii
II. EXECUO DA OBRA
1. PROCESSOS DE ESTABILIZAO DO MACIO
1.1. Drenagem Rebaixamento do Lenol Fretico ..................24
1.2. Enfilagens
......................................................................27
1.3. Injees
......................................................................28
1.4. Congelamento
......................................................................29
1.5. Jet-Grouting
......................................................................30
1.6. Agulhamento
......................................................................32
2. SISTEMAS DE ESCORAMENTO ASSOCIADOS AO CONCRETO PROJETADO
........33
2.1. Cambotas
......................................................................33
2.2. Tirantes
......................................................................36
2.3. Malha de Ao
......................................................................39
2.4. Fibras de Ao
......................................................................40
3. SISTEMA DE ESCORAMENTO DE PR-CORTE
.............................41 4. ESCAVAO
................................................................................42
4.1. Execuo dos Emboques
.................................................42 4.2. Escavao do
Tnel
............................................................46
5. CONCRETO PROJETADO
............................................................48
5.1. Equipamento de Projeo
.................................................48 5.2. Cuidados
na Projeo .................................................53 5.3.
Tcnica de Projeo
.................................................59 5.4.
Caractersticas do Concreto
.................................................64 5.5.
Treinamento da Equipe e Capacitao do Mangoteiro ........66 5.6.
Moldagem de Placas Para Ensaio
.......................................77
6. ARCO INVERTIDO
......................................................................79
7. REBAIXO
................................................................................80
III. ACOMPANHAMENTO E CONTROLE DA EXECUO ........81
-
iv
1. MEDIDAS DE ATENDIMENTO S FRENTES DE SERVIO
..................81
1.1. Medidas preventivas e corretivas de menor porte
..................81 1.2. Medidas de conteno e recuperao
significativas ..................88
2. ACOMPANHAMENTO DAS DEFORMAES E CRITRIOS PARA TOMADA
DE DECISES
................................................................................95
2.1. Deformaes excessivas
.................................................96 2.2. Critrios
para tomada de deciso de intervir no macio ou estrutura
......103
3. DANOS LOCALIZADOS NAS ESTRUTURAS
...........................104 4. RECURSOS PERMANENTES PRXIMOS S
FRENTES DE SERVIO ................108
-
1
INTRODUO Terrenos pouco consistentes so os que apresentam baixa
resistncia e/ou grande deformabilidade quando submetidos a esforos
resultantes de eventos tais como escavao em seu interior (tnel, ou
fundo de vala, etc.): podem ter tal comportamento independentemente
da condio da gua do subsolo circundante ao volume escavado; mas
ficam muito menos consistentes e menos estveis quando a escavao
abaixo do lenol dgua. Um comportamento agravante, bastante variado
de solo para solo, e muito importante para a fase de obra, a
rapidez com que a instabilizao e/ou acentuada deformao se
manifesta, o que se chama de Tempo de Auto-Sustentao. Nas areias
este tempo prximo de zero, enquanto mas argilas ele bem maior,
amplo. Modernamente os tneis em terrenos pouco consistentes so
executados por dois mtodos: o NATM (New Austrian Tunneling Method -
Novo Mtodo Austraco de Execuo de Tneis) e o de Couraa (Tatuzo).
Neste MANUAL TCNICO ser tratado somente o NATM. NATM O principio
bsico do NATM fazer com que o terreno, em vez de atuar somente como
carga sobre o revestimento do tnel, ele prprio atue como um
elemento colaborante da resistncia da estrutura. Para se conseguir
isso a superfcie escavada deve ser imediatamente revestida com
material relativamente flexvel, que permita a sua deformao e
consequentemente a distribuio das tenses ao longo do seu permetro.
Esse revestimento flexvel o concreto projetado, associado a
cambotas de ao, ou malhas de ao, ou chumbadores e tirantes, ou
fibras de ao ou a combinao de dois ou mais deles. Logo que se
processa a escavao, o terreno comea a se movimentar e o
revestimento flexvel deve ser aplicado antes que haja demasiado
deslocamento da superfcie exposta ou queda de blocos,
desplacamentos. necessrio, portanto, que o solo tenha um certo
tempo mnimo de auto-sustentao. Quando o tempo de auto-sustentao
insuficiente para permitir a execuo dos trabalhos de suporte, o
terreno deve ser previamente
R1
-
2
tratado para prolongar esse tempo. Os diversos mtodos utilizados
para esse fim esto descritos no item EXECUO DA OBRA. Para a aplicao
bem sucedida do NATM devem ser rigorosamente obedecidos os seus
conceitos bsicos, 22 ao todo, sendo que os 15 mais importantes so:
Conceito 1: o macio circundante participa do suporte
Figura 2.1
O macio circundante ao tnel, que inicialmente atua como elemento
de carregamento, deve passar a constituir um elemento de
escoramento por sofrer um deslocamento mnimo, comedido, que promove
a mobilizao de sua resistncia interna. o principio da estabilizao
pelo alvio de tenses, com deformaes mnimas, controladas, inferiores
s que levam ruptura. Conceito 2: preservao da qualidade do macio
circundante
Figura 2.2
Conservar a qualidade do macio tanto quanto possvel, com
cuidados durante a escavao (seja ela manual, mecanizada ou a fogo)
e aplicao imediata do suporte (concreto projetado com cambotas,
telas, tirantes,
N A T M
CONCRETO PROJETADO
PARTE DO MACIO QUEPARTICIPA DO SUPORTE
MTODO ANTIGO N A T M
-
3
conforme necessrio), evitando o inicio de um processo de
deteriorao do macio, quando as deformaes ultrapassam o limite que
causa rupturas.
Conceito 3: afrouxamento no interior do macio prejudicial
Figura 3.1
A acomodao interna das camadas no interior do macio, devido ao
no preenchimento dos vazios entre o suporte e o terreno, ou a
deformaes excessivas de um suporte por demais flexvel, ou pela
demora na colocao do escoramento, deve ser evitada. A acomodao faz
com que o macio perca sua capacidade de auto-suporte e passe a
constituir um peso total, solto, sobre o suporte. Conceito 4:
mobilizao da capacidade portante do macio
Figura 3.2
Evitando-se deformaes excessivas no macio, a capacidade de
auto-suporte no perdida. H, ento, a mobilizao de uma capa de proteo
prxima superfcie escavada, que se torna um elemento de
escoramento.
MTODO ANTIGO N A T M
MTODO ANTIGO N A T M
" CAPA PROTETORA "
-
4
Conceito 5: caracterizao geolgico-geotcnica minuciosa do macio A
realizao de ensaios in situ e de laboratrio, somando-se s
investigaes de prospeco geolgica, permite a caracterizao e
determinao de parmetros de comportamento do tipo resistncia,
deformabilidade e permeabilidade do macio a ser escavado. O
conhecimento detalhado do material oferece subsdios para a definio
do mtodo construtivo e para o dimensionamento do suporte e do
revestimento definitivo.
Figura 4.1
Conceito 6: adequao da parcializao frente s condies
geotcnicas do macio
Figura 4.2 A parcializao adequada da frente de escavao funo do
comportamento do macio, que se traduz no tempo de auto-sustentao e
deformabilidade do material. Quanto maior o nmero de etapas (menor
rea unitria de escavao) maior ser o tempo de auto-suporte da
abertura no escorada e menores os recalques. Os fatores que influem
na parcializao so o
a) Ensaios de determinao da deformabilidade atravs de macacos
planos
b) Ensaio de cisalhamento direto sobre descontinuidade do macio,
em tneis piloto
T1 T3
T2 T4
-
5
equipamento existente no mercado, os prazos de execuo e os
custos. As solues ideais so as que permitem avanos rpidos e com
possibilidade de economia do suporte. A deciso quanto a
parcializaes tem que ser cuidadosa: em alguns terrenos, e condies,
cada etapa prejudica o terreno um pouco, tornando a seguinte um
pouco menos competente. Conceito 7: utilizao do suporte adequado no
momento certo
Figura 5.1
Este o conceito que apresenta a maior dificuldade na aplicao do
NATM, dependendo muito da experincia da equipe executora da obra
para a avaliao da deformabilidade do prprio suporte e o momento de
sua aplicao. A aplicao de suportes pouco deformveis e muito cedo,
exige que suas capacidades sejam superiores quelas realmente
necessrias no caso timo, devido ao fato de se trabalhar com nveis
de tenso mais elevados, quando o macio suportaria ainda um certo
alvio. Alguns fatores que influem no comportamento da interao
solo-estrutura, ou na convergncia do macio, so: deformabilidade do
macio e do suporte; tamanho da abertura; defasagem entre a escavao
e aplicao do suporte; espessura do suporte; mtodo de escavao;
etc.
P PRESSES
U DEFORMAES
Po TENSES INICIAIS
CURVA DE CONVERGNCIADO MACIO
PLSTICO
NM
RIGIDEZ DO SUPORTE
INCIO DA REAODO SUPORTE
SUPORTE
MACIO
MUITO
DEFOR
MVEL
RUPTUR
A
TIMO
PREM
ATURO
RGIDO
DEMAIS
CONFINAMENTODO SUPORTE
DEFORMAO URBANAMXIMA TOLERVEL
P'
Ps= GANHO DE SEGURANA NO CASO "TIMO"
M = TIMO POR RESISTNCIASN = TIMO POR DEFORMAES TOLERVEIS PARA
TERCEIROS
-
6
No caso de tneis urbanos, o ponto timo de equilbrio de
funcionamento costuma ser ditado no tanto por resistncias, mas mais
por limites de deformaes toleradas por terceiros. Conceito 8:
eliminao de vazios na interface macio-suporte
Figura 6.1
O desenvolvimento do concreto projetado possibilitou que o
suporte aja em toda a superfcie escavada do macio, melhorando a
interao do suporte com o terreno. Mtodos clssicos, com escoramento
de madeira (1), tem atuao pontual sobre o macio, por mais cuidadoso
que seja o encunhamento de fixao. Destes processos resultavam
vazios na interface, dando condies para o inicio do desagregamento
do material, que contribuam para a perda de auto-suporte do macio.
(1) Nota: Na ltima trintena de anos, a madeira tem sido banida
tambm por
apodrecimento a longo prazo. O princpio vale para peas rgidas
(ao, etc.) localizadamente encunhadas.
Conceito 9: utilizao de ancoragens, cambotas e telas
Figura 6.2
MTODO ANTIGO N A T M
CAMBOTAMETLICA
VAZIOS
CONCRETOPROJETADO
MTODO ANTIGO N A T M
CAMBOTAS
CHUMBADORES
TIRANTES
-
7
Quando necessrio e para melhorar as condies de sustentao,
utilizar elementos estruturais adicionais ao concreto projetado,
como cambotas ou telas embutidas no concreto, e ancoragem do tipo
tirante ou chumbador. A colocao sistemtica de ancoragem permite a
mobilizao da capacidade portante do macio, impondo s tenses
confinantes ao redor da abertura que elas se mantenham em nveis
inferiores plastificao, limitando as deformaes. Conceito 10-
fechamento do arco invertido
Figura 7.1
Olhando a seo transversal, o suporte do tnel calculado e
trabalha como um anel contnuo, exigindo a necessidade de fechamento
do arco invertido prximo frente de escavao. Nos casos em que
previsto um avano pronunciado da calota, por questes de otimizao
construtiva, costuma-se executar um arco invertido provisrio, no
sentido de fechar, durante esse perodo, o anel do suporte. Na
ocasio da execuo do rebaixo esse arco demolido e o arco definitivo
executado na sua posio de projeto. Conceito 11: reduo da seo
escavada ao mnimo necessrio
Figura 7.2
MTODO ANTIGO N A T M
MTODO ANTIGO N A T M
A=152 m A=102 m
-
8
A reduo da seo ao mnimo necessrio, associada colocao de suporte
delgado (concreto projetado), sem perda de rea til, altera menos as
condies do macio, pois h condies de formao da capa protetora mais
perto da abertura. Conceito 12: preferncia por sees
arredondadas
Figura 8.1
Evitando-se sees transversais com cantos vivos eliminado o
problema de locais com concentrao de tenses, que podem levar o
material plastificao (ruptura). Conceito 13: acompanhamento da
execuo por meio de leituras
intensivas da instrumentao de campo
Figura 8.2
No NATM a auscultao de campo tem papel fundamental, pois permite
medir o desenvolvimento das deformaes, alvio das tenses no macio, a
interao do suporte com o macio circundante, variao das presses,
etc. Medidas intensivas da instrumentao de campo, em princpio, do
subsdios para uma reviso e otimizao do mtodo construtivo como, por
exemplo,
MTODO ANTIGO N A T M
CONVERGNCIA
EXTENSMETRO
-
9
redimensionamento da ancoragem (nmero e capacidade), espaamento
das cambotas, redefinio da parcializao da frente de escavao,
verificao da capacidade de suporte do concreto projetado, etc.
Conceito 14: estabilizao das deformaes do conjunto macio-
suporte
Figura 9.1
Aps o fechamento do arco invertido do suporte, o conjunto
estabiliza, ou seja, as deformaes cessam. Este fato ocorre mesmo
nos casos de existncia de tenses tectnicas elevadas. O revestimento
definitivo tem por objetivo melhorar as condies de estabilidade e
indeformabilidade e garant-las a longo prazo. Conceito 15:
minimizao das presses neutras por meio de drenagem
Figura 9.2
A instalao de drenos na interface permite o alvio das presses
neutras sobre a superfcie do suporte do tnel, melhorando as condies
de segurana da obra. importante salientar que em todos os casos de
insucessos na execuo de tneis pelo NATM, verificou-se que um ou
mais dos princpios acima no foram obedecidos.
REVESTIMENTO
"INVERT"CALOTABANCADA
TERRENO NATURALZONA SATURADA
DRENO HORIZONTALPROFUNDO
-
10
I. CRITERIOS DE PROJETO
1. LEVANTAMENTO TOPOGRFICO
Toda a rea a ser atravessada pelo tnel deve ter um levantamento
topogrfico preciso, em escala de no mnimo 1: 2.000 e curvas de nvel
a cada metro. Devem constar da planta topogrfica todas as
caractersticas da superfcie do terreno, tais como afloramentos de
rocha, tipo de vegetao, eroses, bacias com gua, deslizamentos,
falhas, rastejamento de encostas, etc. Na rea dos emboques a escala
da planta deve ser 1:500 de preferencia e curvas de nvel a cada
metro para permitir a elaborao do projeto de terraplenagem.
2. CONHECIMENTO DO TERRENO
Evidentemente, quanto melhor for o conhecimento do terreno
melhor ser a previso do seu comportamento durante a escavao do tnel
e consequentemente menor a possibilidade de colapsos evitveis.
O primeiro passo para a elaborao do projeto a conceituao
geolgica do macio atravs dos estudos geolgicos, que
compreendem:
Pesquisa bibliogrfica e mapeamento geolgico-geotcnico da rea de
implantao do tnel.
Elaborao de modelo geolgico: nfase em compreenso estrutural e
geomorfolgica.
Elaborao do plano de investigao do macio por meio de sondagens
mecnicas e/ou geofsicas.
Caracterizao geolgica/geotcnica das amostras das sondagens e
elaborao da classificao geomecnica do macio.
Elaborao do modelo geomecnico e setorizao do macio.
2.1. Ensaios Ssmicos Geofsicos Apropriados Os ensaios ssmicos
consistem em aplicar em furos no terreno cargas explosivas, cuja
detonao produz ondas de choque no macio, que so captadas em
aparelhos registradores. Os grficos obtidos do a velocidade de
propagao da onda, que varia em funo do tipo de material do subsolo.
Obtem-se assim uma avaliao qualitativa das camadas a serem
atravessadas pelo tnel, que servir de base para a programao das
sondagens geomecnicas.
-
11
Podem ser empregados tambm ensaios de prospeces geofsicas, tais
como: Eletroresistividade, Refrao, Tomografias, etc. 2.2.
Sondagens
As sondagens mecanizadas utilizadas na prospeco do macio so de
trs tipos: a percusso, esttica e rotativa. Nas sondagens a percusso
medida a resistncia do solo pela penetrao de um amostrador cravado
por um peso em queda livre. A resistncia expressa pelo valor SPT
(standard penetration test), isto , nmero de golpes no topo das
hastes ou downhole para a penetrao do amostrador de 30 cm no solo,
entre os 15 e 45cm de penetrao. Assim, se uma determinada camada do
macio apresentar um valor de SPT=35, significa que foram necessrios
35 golpes para descer o trpano em 30 cm nessa camada. Em solos
homogneos o valor SPT geralmente cresce com a profundidade. No caso
de argilas moles saturadas podemos ter SPT = 0, o que significa que
o conjunto de hastes e amostrador descem pelo seu prprio peso, sem
necessidade de qualquer golpe. A sondagem com cone de penetrao (CPT
cone penetration test) consiste na cravao esttica de um cone de ao
fixado na extremidade de uma haste de ao. O ensaio d a resistncia
de ponta do terreno varivel com a profundidade e a resistncia mdia
no trecho ensaiado, em kg/cm2. As sondagens rotativas so utilizadas
quando a camada a ser investigada impenetrvel ao trpano, geralmente
no contato com a rocha subjacente ou ocorrncia de mataces. A
perfurao feita por meio de uma broca ca, que permite a retirada de
testemunhos do material. Os testemunhos so colocados em caixas
apropriadas na seqncia de sua extrao, com a marcao da profundidade
correspondente. Desse modo o gelogo pode facilmente verificar as
caractersticas da rocha, tais como sanidade, grau de fraturamento e
ndice de recuperao. Este ndice muito importante, pois mostra se o
macio rochoso ou no homogneo. Por exemplo, se foi feita uma
perfurao de 6 m e forem recuperados testemunhos totalizando apenas
4 m, isto significa que existe um total de 2 m de espessura de
material fraco que foi modo no processo de perfurao, seja numa srie
de fraturas decompostas, ou no limite, numa s camada fraca.
-
12
2.3- Ensaios Geotcnicos Os ensaios geotcnicos destinam-se a
definir o comportamento dos diversos materiais do macio quando
submetidos s cargas oriundas do processo de escavao do tnel.
Normalmente so executados os seguintes ensaios: 2.3.1-Niveis D gua
O conhecimento dos nveis dgua no interior do macio de fundamental
importncia, pois a sua presena vai afetar sobremaneira o
comportamento do terreno durante a escavao, alm de perturbar a
execuo dos trabalhos. A gua encontrada acima do piso do tnel em
primeira instncia agrava muito a instabilizao durante a fase
construtiva, e vai exercer presses que vo induzir cargas adicionais
sobre a estrutura, o que vai exigir medidas de conteno muito
maiores do que seriam necessrias no caso de ausncia de gua. A locao
exata do lenol dgua obtida por meio de aparelhamento descrito no
Item 4. 2.3.2. Poos e Trincheiras As investigaes de sub-superficie,
por meio de poos e trincheiras, so muito importantes para um exame
visual do macio e para retirada de amostras a serem ensaiadas em
laboratrio. Infelizmente so menos praticveis nas condies mais
desfavorveis que mais necessitam de investigao, isto , em terrenos
inconsistentes e abaixo do lenol dgua. 2.3.3. Investigaes
Complementares dentro do Tnel Durante a execuo do tnel recomendvel
a execuo de investigaes destinadas a antecipar as condies de avano
em complementao instrumentao. Um a trs furos executados a partir da
frente de escavao para uso de aparelho com obturador de bexiga para
registro de presses-vazes. Esses furos servem tambm para drenagem,
extremamente importantes em rochas, onde os fluxos so muito
errticos. Em macios terrosos so feitos furos sub-horizontais
mediante penetrao empurrada, para investigaes tipo CPT, DTM, PMT (e
mesmo SPT cravados com martelete).
R1
-
13
3. PARCIALIZAO DA SEO DO TNEL 3.1. Critrios Bsicos da
Parcializao Para a execuo de um tnel em terreno pouco consistente
necessrio dividir a sua seo em subsees menores afim de minimizar os
esforos atuantes e consequentemente os riscos. Os critrios que vo
definir a melhor parcializao levam em conta: Dimenses da seo
Caractersticas geomecnicas do macio Alcance dos equipamentos
existentes no mercado Espessura da camada de cobertura sobre o tnel
Prazo de execuo da obra Custos Tneis de pequena seo em macio de boa
capacidade de auto-sustentao podem e devem ser escavados a seo
plena, que a condio ideal. Em tneis maiores usual a parcializao em
duas etapas: calota e rebaixo. Tneis de grande seo, como no caso de
rodovias de 2 e 3 faixas de trfego, ou cavernas de estaes de Metr,
exigem parcializaes em grande nmero, que podem chegar a 6 etapas ou
mais.
Figura 13.1
1 - CALOTA2 - REBAIXO
1 e 2 - GALERIAS LATERAIS ("SIDE-DRIFT")3 - ALARGAMENTO DA
CALOTA4 - REBAIXO
GALERIAS LATERAIS (1 e 2) EALARGAMENTO DA CALOTA (3 e 4)EM DOIS
ESTGIOS
1 - PILOTO2 - ALARGAMENTO DA CALOTA3 e 4 - REBAIXO
ARCO INVERTIDOPROVISRIO
ARCO INVERTIDOPROVISRIO
ARCO INVERTIDOPROVISRIO
ARCO INVERTIDODEFINITIVO
ARCO INVERTIDODEFINITIVO
ARCO INVERTIDODEFINITIVO
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14
3.2. Mtodos Construtivos Vimos no Item 2 que o conhecimento do
terreno se traduz num modelo geomecnico com a setorizao do macio,
isto , a diviso do tnel ao longo do seu comprimento em trechos nos
quais se prev comportamento homogneo na fase de escavao. A
parcializao da seo transversal definida para cada um desses
trechos. Por exemplo, num determinado trecho podemos ter calota e
rebaixo e no trecho seguinte a parcializao da prpria calota em
piloto e posterior alargamento, devido mudana do tipo de material
do macio. Uma vez definidos os setores geomecnicos e as respectivas
parcializaes da seo transversal, elabora-se o projeto do mtodo
construtivo, que compreende: Extenso do avano dos ciclos de escavao
Nmero mximo de ciclos de avano permitido para fechamento do
arco
invertido. Necessidade de ncleo protetor da face de escavao.
Tipos de escoramentos associados ao concreto projetado, tais
como
cambotas de perfil de ao ou treliadas, telas metlicas, tirantes.
Sistemas de estabilizao adicional do macio a partir da frente
de
escavao, tais como drenagem, injees, enfilagens, jet-grouting,
agulhagem.
POR MAIS DETALHADO QUE TENHA SIDO O PROJETO DO MTODO
CONSTRUTIVO, SOMENTE NA FASE DE EXECUO QUE SE TEM O PROJETO FINAL,
MEDIANTE AJUSTES DEFINIDOS PELO MAPEAMENTO GEOLGICO-GEOTCNICO
DETALHADO DAS FRENTES DE ESCAVAO, TENDO COMO BASE O MODELO
GEOMECNICO ELABORADO ANTERIORMENTE. DURANTE A ESCAVAO COMUM
SURGIREM SITUAES NO DETETADAS NOS TRABALHOS ANTERIORES DE
INVESTIGAO, QUE EXIGIRO UM TRATAMENTO ADEQUADO, OU AT MESMO
REFORMULAO DE CRITRIOS DE CLASSIFICAO E DE PROJETO. NESTA FASE O
MAPEAMENTO CRITERIOSO E O ACOMPANHAMENTO DO AVANO DAS ESCAVAES
ASSUMEM IMPORTANCIA FUNDAMENTAL, POIS PERMITIRO VERIFICAR: VALIDADE
DOS PARMETROS UTILIZADOS PARA DEFINIES DE PROJETO
OU INADEQUALIBIDADE DOS CRITRIOS UTILIZADOS , SENDO NECESSARIA
A
REFORMULAO E REVISO DO PROJETO.
-
15
SO FEITAS VERIFICAES PARA AS POSSIVEIS ADAPTAES ENTRE CLASSES DE
MACIO, MTODO CONSTRUTIVO E TIPO DE SUPORTE, VISANDO MINIMIZAR O
CUSTO DO SISTEMA ESCAVAO/SUPORTE, REDUZINDO PRAZOS OU AUMENTANDO A
SEGURANA. ESTA ADAPTAO BASEADA NA INTERPRETAO DOS CONDICIONANTES
GEOLGICOS-GEOTCNICOS E NA INSTRUMENTAO. A INSTRUMENTAO DESEMPENHA
PAPEL IMPORTANTE NESTA FASE, POIS ALGUMAS VEZES OS SEUS RESULTADOS
SO OS NICOS INDICADORES DE QUE A CORRELAO CLASSE DE MACIO X MTODO
CONSTRUTIVO X SUPORTE EST ADEQUADA. PODER SER NECESSARIA, ENTO, A
EXECUO DE INVESTIGAES COMPLEMENTARES, TAIS COMO: SONDAGENS
HORIZONTAIS COM RECUPERAO OU NO DE TESTEMUNHOS, DRENAGEM, ENSAIOS
DE CARACTERIZAO FSICA E MECNICA DO MACIO OU CONDICIONANTES
ESPECFICOS QUE VENHAM A CONTROLAR A ESTABILIDADE DO TNEL.
-
16
4. INSTRUMENTAO A instrumentao compreende um conjunto de
aparelhos e sistemas para a observao e medio do comportamento do
macio durante a fase de escavao e eventualmente durante a vida do
tnel. A instrumentao instalada externa e internamente ao tnel. 4.1.
Instrumentao Externa A instrumentao externa instalada antes do
inicio das escavaes, seguindo rigorosamente as indicaes do projeto.
Normalmente tem sido instalados os seguintes sistemas e
aparelhos:
Instrumento ou sistema Finalidade
Marcos superficiais Medir os recalques superficiais do terreno
por meio de nivelamento topogrfico.
Tassmetros Medir os recalques dentro do macio
Piezmetros Medir a presso dgua no macio
Medidores do nvel dgua Medir o nvel do lenol fretico, geralmente
(salvo com artesiansmos) dando um limite mximo da piezometria
Inclinmetros Detetar movimentos laterais e frontais do macio
Pinos nos edifcios Medir os recalques das fundaes por meio de
levantamento topogrfico
Observaes de fissuras Monitorar progresso de efeitos nos pontos
fracos
Figura 16.1 MARCO SUPERFICIAL
BASE: CHAPA DE FF0,01 x 0,20 x 0,20
HASTE TUBO FG 3/4"
0,50
m
0,20m
0,30
m
0,30
m
CONCRETO
ARGILA
COMPA
CTA
DA
TAMPA DE CONCRETO
PINO DE LATO
-
17
Figura 17.1
Figura 17.2
MEDIDOR DE NVEL D'GUA
TAMPA DE PROTEO
CAP. COM ROSCA/ADAPTADOR
FILTRO DE AREIA
SELO DE LAMA
TUBO PVC 1" PERFURADO
TELA
CAP. SEM ROSCA 1"
CAIXA DE CONCRETO
COTA DO TERRENO
COTA DO PROJETO
TASSMETRO
CONCRETO PLUG DE 4"
COTA DOTERRENO
PINO DE LATO
FURO 3"
TUBO FG 1"
FIM DO TUBO PVC 2"
COTA DE PROJETO
REDUO 4" x 2"
TUBO PVC 2"
CALDA DE CIMENTO
1,00
PZ - PIEZMETRO
TAMPA DE PROTEO
CAP. COM ROSCA
FILTRO DE AREIA
ADAPTADORPREENCHIMENTO IMPERMEVELDE LAMA DE ARGILA COMPOUCO
CIMENTO
1,50m
1,00
m0,50m
TUBO PVC 1"
TELA
TUBO PERFURADO
CAP. SEM ROSCA 1"
CAIXA DE CONCRETO
COTA DO TERRENO
-
18
4.2. Instrumentao Interna A instrumentao interna instalada
medida que a escavao avana. Medidas de Convergncia Uma instrumentao
imprescindvel a da medida de convergncia, que indica as deformaes
da superfcie escavada, aps umas deformaes iniciais quase
instantneas no registrveis, salvo por comparaes com as medidas
externamente. Os valores aceitveis dessas deformaes, para cada
setor geomecnico, so indicados no projeto e no podem ser
ultrapassados, sob o risco de graves acidentes. Valores menores que
os aceitveis so determinados como nveis de alerta, os quais
permitem a tomada de medidas preventivas e/ou corretivas antes que
as deformaes atinjam os valores-limite estabelecidos. O sistema
usual (1), de medidas de convergncia consiste na leitura de
distancias entre pinos instalados no revestimento do tnel, conforme
indicado na figura abaixo. A leitura feita por meio de fita de ao
invar acoplada a um Distmetro ou por sistema tico. Um sistema
moderno de medidas de convergncia a instalao de raios laser que
incidem sobre alvos fixos em vez de pinos. O ponto do raio, ao se
deslocar no alvo, indica a movimentao do revestimento primrio sob
aes do terreno e da presso da gua. Eventualmente o sistema laser
pode ser substitudo por leituras ticas (estao total).
Figura 18.1
(1) Estas medidas refletem j os efeitos sobre o revestimento
primrio, com as
redistribuies estruturais providas pela casca.
MEDIES DE CONVERGNCIACOM FITA DE AO INVAR
PERFIL LONGITUDINAL
MEDIES DE CONVERGNCIACOM RAIOS LASER
OS ALVOS SO FIXADOS NOS SUPORTESEMBUTIDOS NO CONCRETO.O RAIO
LASER PASSA POR UMA FRESTANO MEIO DO ALVO.QUALQUER DESLOCAMENTO DO
TERRENO,IMPEDE A PROPAGAO DO RAIO.A REPOSIO DO ALVO PARA A
PASSAGEMDO RAIO MEDE O DESLOCAMENTO DOTERRENO NESSE PONTO.
PINOS
ALVORAIO LASER
ALVO COMFRESTA
-
19
Presso Hidrosttica no Macio Uma presso hidrosttica no macio
superior quela prevista no projeto poder aumentar a tenso no
revestimento at causar a sua ruptura e conseqente desmoronamento do
tnel. A medio da presso feita por meio de tubos curtos cravados no
macio providos de um T com registro numa sada e manmetro na outra
extremidade externa. Assim se pode drenar e medir intermitentemente
conforme convenha. No caso de terem sido instalados tubos de
drenagem os mesmos podem ser aproveitados para a instalao dos
manmetros.
Figura 19.1
Extensmetro Enquanto as medidas de convergncia indicam os
deslocamentos da superfcie escavada do tnel, o extensmetro permite
medir os deslocamentos dentro do macio, a distancias
pre-determinadas a partir da superfcie escavada. O aparelhamento
consiste de barras cravadas radialmente no macio, cujo deslocamento
medido a partir do interior do tnel por meio de Distmetro ou
automaticamente por meio eletrnico. Deslocamentos dentro do macio
significam afrouxamento do terreno e consequentemente aumento da
carga sobre o revestimento. A sua verificao em tempo hbil permite a
tomada de medidas para a estabilizao do macio.
Figura 19.2 Foto 19.1
CONVERGNCIA
EXTENSMETRO
MANMETRO
TUBO DE MEDIO
IMPORTANTE MEDIR NA BASE POR CAUSA DA CAPACIDADE DECARGA NO P DA
CALOTA/CAMBOTAS
DRENODRENO
-
20
Figura 20.1
Medidor mecnicoanalgico
Tunel
~1 - 1.5 Dimetro
Extensmetro, 1 - 8 barras
Medidas de convergnciacom distmetro
Extensmetro
Furo com defletmetrode corrente
Medidor automtico de leituraremota em aparelho digital
Centralizador para ascabeas dos medidores
Cabea medidora singela
Selo
Camisa protetorade PVC das barrasdo extensmetro
Pontas de ancoragemdos extensores
Argamassa
Furo
Selo opcionalde argamassa
EXTENSMETRO
-
21
Defletmetro de Corrente O defletmetro de corrente consiste de um
conjunto de barras unidas por dispositivo eletrnico introduzidos em
um tubo de revestimento cravado sub-horizontalmente no topo da
calota do tnel. Os deslocamentos do macio alm da face em escavao e
ogo acima do tnel so registrados graficamente em uma central de
controle remota. Em geral o comprimento do tubo de 24 m. Quando a
escavao chega a uma determinada distancia da extremidade do tubo,
novo tubo cravado e o defletmetro transferido para mesmo. Quando se
escava um tnel, o terreno frente da face escavada, numa distancia
equivalente a cerca de 2 dimetros, sofre deslocamentos acusados
pelo defletmetro e eventualmente pelos tassmetros e marcos
superficiais. Cerca de 2 dimetros atrs da face, na parte j escavada
do tnel, os recalques devem normalmente estar estabilizados. Se os
recalques frente da face de escavao forem maiores do que os
observados nos trechos j escavados, significa que h alguma
anormalidade no macio, como bolses de material mole, falhas
geolgicas, etc. Nesse caso devero ser tomadas medidas de
estabilizao do macio antes que a frente de escavao atinja essa
rea.
Figura 21.1
D E F L E T M E T R O D E C O R R E N T EIn s ta l a o p a r a r
e v e s t im e n to d e 2 4 md e c o m p r im e n t o
A p s a e s c a v a o d oe s t g io 4 , o d e f l e t m e t r od
e c o r r e n te r e in s t a l a d on o r e v e s t im e n t os e
g u in te
-
22
Dilatmetro O dilatmetro um instrumento utilizado para a
determinao do mdulo de deformao do solo ou rocha em furos de l00
mm. Ele consiste basicamente de uma luva de borracha reforada que
exerce uma presso nas paredes do furo. As deformaes podem ser
medidas em tres direes diretamente por meio de extensmetros. A
presso aplicada na luva e as deformaes so eletricamente
transferidas para uma ponte de medio.
Figura 22.1
a
Camisa de Lodo
DILATMETRO
Camisa Metlica
Extensmetro
Luva de borracha
Pressimetro
Linha de Pressoe Cabo Eltrico
a
a a
3
2
1
1
2
3
95
1'oo
o
-
23
BST Ensaio de Cisalhamento em Furo de Sondagem O ensaio BST
(Bore Hole Shear Test) mede o ngulo de atrito e a coeso do solo com
rapidez e diretamente, por meio de um ensaio direto de
cisalhamento, executado in situ nos lados de um furo de sondagem de
75 mm. O BST um ensaio porttil que pode ser executado com um
amostrador shelby de paredes finas, de modo que as amostras do
material podem ser usadas em ensaios de laboratorio. O BST pode ser
usado em furos de lavagem, furos a trado de haste oca ou mesmo em
furos feitos a mo. A cabea descartvel de cisalhamento inserida
profundidade desejada e expandida transversalmente no furo por meio
de presso controlada de gas, que aplica um tenso normal constante,
pre-selecionada. O processo repetido com aplicao de presses
crescentes, para se obter uma curva Tenso Normal x Tenso de
Cisalhamento.
Figura 23.1
-
24
II. EXECUO DA OBRA
1. PROCESSOS DE ESTABILIZAO DO MACIO
Conforme j foi mencionado, para que seja possvel a escavao de um
tnel em terreno pouco consistente pelo NATM, necessrio que o
terreno tenha capacidade auto-portante durante, pelo menos, o tempo
que permita a instalao do suporte. Caso isso no ocorra, dever ser
feita uma estabilizao do macio para garantir essa capacidade.
Vrios so os processos existentes para essa finalidade, sendo que
a sua adoo depende dos seguintes fatores principais:
Viabilidade Tcnica Custo Prazo de execuo
Pode acontecer que uma soluo de menor custo no possa ser adotada
devido ao prazo de sua execuo ser incompatvel com o cronograma da
obra.
Atualmente os processos mais utilizados so: 1.1- Drenagem -
Rebaixamento do Lenol Fretico
A drenagem por gravidade obtida por meio de furos no macio,
objetivando aliviar a presso dgua atuante em cotas acima do tnel a
escavar. So instalados drenos sub-horizontais na face de escavao,
paralelos ao eixo do tnel e tambm abrindo para as laterais.
Quando se deseja reforar a estabilizao provida pela drenagem
gravitacional, fazendo com que a percolao no aflore com fluxo
emergente instabilizador, e quando se deseja incrementar o
potencial hidrulico em cerca de 5 6m, recorre-se a acoplar o
sistema a vcuo s ponteiras drenantes. Ambas as metas so
particularmente indicadas para os solos finos mais instveis, as
areias finas e os siltes, inclusive especialmente os saprlitos.
Quando a cobertura sobre o tnel muito grande e h necessidade de uma
drenagem mais efetiva, a drenagem por gravidade pode ser obtida
atravs de uma galeria escavada abaixo do tnel e a partir da qual so
instalados os drenos formando um leque.
Quando a cobertura pequena, o mtodo mais adequado a instalao de
poos profundos executados a partir da superfcie do terreno e
localizados em duas linhas laterais paralelas ao eixo do tnel. Os
poos so desativados somente aps a concluso e cura do revestimento
final do tnel.
-
25
Figura 25.1 O rebaixamento do nvel dgua abaixo do piso do tnel,
quando necessrio para dar estabilidade aos ps da calota na fase de
execuo do rebaixo, obtido por meio de drenos sub-horizontais
laterais e drenos semi-verticais executados a partir da frente de
escavao. Os drenos sub-horizontais podem ser operados por gravidade
e/ou vcuo e os semi-verticais sempre a vcuo.
Figura 25.2
TERRENO NATURALZONA SATURADA
DRENO HORIZONTALPROFUNDO
REBAIXAMENTO POR POOS PROFUNDOS
REBAIXAMENTO POR GRAVIDADE
TERRENO NATURAL
N.A. ORIGINAL
LINHA DO N.A. REBAIXADO
BOMBABOMBA
TNEL
GALERIA
FUROS DE DRENAGEM
FUROS DE DRENAGEM
-
26
Figura 26.1
MANGOTES FLEXVEIS
CONTATO AREIA x ARGILA
CONTATO AREIA x ARGILA
PONTEIRASFILTRANTES
DRENO SUBHORIZONTAL
DRENO SUBHORIZONTAL
PONTEIRASFILTRANTES
TUBULAES COLETORASA VCUO
TUBULAES COLETORASCOM OU SEM VCUO
ESQUEMA DE DRENAGEM AUXILIAR COM PONTEIRAS A VCUO
ESQUEMA DE DRENAGEM AUXILIAR COM DRENOSSUB HORIZONTAIS COM OU
SEM VCUO
-
27
1.2 Enfilagens As enfilagens destinam-se a estabilizar o topo da
calota antes da escavao, sendo executadas a partir da face de
escavao. O tipo mais usual de enfilagem um tubo de ao de 100 mm
cravado sub-horizontalmente no macio, paralelamente ao eixo do
tnel. O comprimento de 10 a 12 m, sendo 8 a 9 m efetivos e o
restante para o trespasse. O espaamento entre tubos de 20 a 60 cm,
dependendo do tipo de macio a estabilizar. Mais recentemente comeou
a ser usado um sistema de enfilagem formando uma superfcie em arco
cilndrico contnua, consistindo de tubos de ao intertravados,
semelhana de estacas-prancha. Os tubos so enchidos com concreto
bombeado, formando assim uma abboda de concreto armado sobre o
tnel. A enfilagem tubular composta de um tubo de ao como principal
elemento resistente provido de manchetes que permitem a injeo de
cimento em pontos determinados, formando um bulbo ao seu redor. As
enfilagens tubulares devem ser escoradas por cambotas com
espaamentos definidos previamente no projeto. As enfilagens de
bulbo contnuo so constitudas por colunas sub-horizontais de
solo-cimento semelhantes ao CCP horizontal (Jet-Grouting) diferindo
deste por utilizarem presses de injeo mais reduzidas e formarem
consequentemente colunas com dimetro menor (30 a 40 cm). Estas
enfilagens podem ou no conter tubos de ao no seu interior para
aumentar sua capacidade estrutural.
Figura 27.1
1 LINHA DE ENFILAGENSDO EMBOQUE
ENFILAGENSDE AVANO
LINHA DEESCAVAO
SEO A-A
-
28
Figura 28.1
1.3 Injees Conforme o tipo de rocha, seu grau de fraturamento e
o estado de decomposio dos preenchimentos das fraturas, a sua
estabilizao pode ser obtida por meio de injeo de cimento no
interior do macio. No caso de materiais de baixa permeabilidade,
tais como areias finas e argilas arenosas, so utilizadas injees
qumicas (silicato de sdio) que, sendo solues, tem poder de penetrao
nos vazios do material, o que impossvel com suspenses de finos tal
como o cimento. Os furos de injeo, a partir da frente de ataque, so
dirigidos de modo a atingir a rea a ser tratada, cuja dimenso vai
definir o comprimento dos furos e a sua inclinao em relao ao eixo
do tnel. As presses de injeo dependem do tipo de material (ndice de
vazios) e do produto utilizado, porm devem ser to baixas quanto
possvel, para evitar uma possvel ruptura do macio e
consequentemente a sua instabilizao, efeito esse oposto ao que se
deseja.
Figura 28.2
INJEES SEO A-A
TRECHO A CONSOLIDAR
SOLO-CIMENTOTUBO DE AO
ENFILAGENS DE BULBO CONTNUO
-
29
1.4. Congelamento O congelamento utilizado em situaes muito
especiais, como em trechos de solos moles e saturados, de difcil
drenagem e difcil injeo, devido ao seu custo mais elevado que os
outros processos de estabilizao. O congelamento normalmente obtido
por meio de ponteiras cravadas no macio que conduzem o nitrognio
lquido. Quando o tempo de escavao muito longo, mais econmico usar o
nitrognio at se obter o congelamento do material e a partir da,
para manuteno do processo, utilizar uma central convencional de
refrigerao com amnia. As ponteiras so cravadas a partir da
superfcie do terreno quando a cobertura pequena ou a partir de uma
galeria no caso de grandes coberturas, para formar uma capa de
material congelado sobre a calota do tnel. No caso de
impossibilidade de cravao das ponteiras a partir da superfcie do
terreno, pode-se fazer a cravao a partir da frente de ataque, em
todo o permetro do tnel.
Figura 29.1
9,80m 6,60m
10,20m
AREIA
PEDREGULHO
REVESTIMENTODE CONCRETOPROJETADO
MEDIDOR DETEMPERATURA
TUBO DE INFILTRAO
TUBO DECONGELAMENTO
GALERIA AUXILIAR PARAINFILTRAO DE GUA
SUBTERRNEA
REACONGELADA
27,70m
OBRACONCLUDA
EXEMPLO DE APLICAO DE CONGELAMENTO
OBRA EMEXECUO
CONGELAMENTO A PARTIR DE GALERIAOU SUPERFCIE DO TERRENO
CONGELAMENTO A PARTIR DA FRENTE DE ESCAVAO
-
30
1.5. Jet-Grouting O jet-grouting consiste na desagregao do solo
por meio de jato de calda de cimento a alta velocidade formando
colunas de solo-cimento no interior do macio. As colunas podem ser
verticais, horizontais ou inclinadas. Podem ser isoladas ou
encostadas uma outra ou mesmo secantes, e ter o comprimento que se
desejar dentro do macio. Para a estabilizao do macio ao redor do
tnel prefervel sempre a utilizao de colunas verticais, por serem
mais fceis de executar e de menor custo do que as horizontais.
Estas s devem ser empregadas quando a execuo das colunas verticais
impedida por obstculos na superfcie do terreno, tais como
edificaes, vias pblicas, etc., ou quando a profundidade grande
perdendo a garantia do direcionamento at as posies necessrias.
Enquanto as colunas verticais podem ser executadas em dimetros de
at l,50 m, as colunas horizontais ficam limitadas a dimetros de 50
cm, devido ao tipo de equipamento empregado. As colunas de
solo-cimento podem ter seu dimetro consideravelmente aumentado pela
combinao de jatos de gua e ar combinados com o jato da calda de
cimento, podendo atingir dimetros maiores que 2,00m, dependendo da
natureza do terreno.
Figura 30.1
PERFURAO
ELEVAO E ROTAODA HASTE COM
VELOCIDADE PROGRAMADA
INCIO DA INJEODE CIMENTO
COLUNAS COMPLETAS TIPOS DE CABEAS DE JATO
AR ~ 7kg/cm
"JET GROUNTING"MTODO EXECUTIVO
AR ~ 7kg/cm
CIMENTO = 300 a 400kg/cm
GUA = 300 a 500 kg/cm
CIMENTO = 30 a 60 kg/cm
(J.S.G.)
(J.G.3)
-
31
Figura 31.1
NVEL DO TERRENO
SOBREPOSIO
CUNHA DESUPORTE
CUNHA DESUPORTE
GALERIALATERAL
GALERIALATERAL
ARCO INVERTIDODA CALOTA
GALERIAS
LATERAIS
15 m
4,5 m2 m
8,5 m
I = 1:10I = 1:20
"JET-GROUTING" VERTICAL
"JET-GROUTING" HORIZONTAL CORTE A-A
-
32
1.6. Agulhamento Para garantir a estabilidade da face de escavao
deve-se sempre deixar uma parte do macio protuberante frente da
face, com talude adequado ao tipo de material, servindo de escora.
Quando o material no suficientemente estvel para configurar o
talude, utiliza-se o processo de agulhamento da face, que consiste
na cravao de tubos de fibra de vidro de pequeno dimetro na face
escavada, atingindo a profundidade de 4 a 8 m, dependendo da
consistncia do material. A cada ciclo de avano da escavao os tubos
so rompidos e removidos juntamente com o material escavado. O mesmo
processo pode ser utilizado para estabilizao de taludes em solo nos
emboques dos tneis. Nesse caso, como o agulhamento tem carater
definitivo, utilizam-se vergalhes de ao de armao de 20 a 25 mm de
dimetro e 4 m de comprimento, cravados por meio de martelete a ar
comprimido.
Figura 32.1
TUBOS DE FIBRADE VIDRO
BARRAS DE AO
TALUDEDO EMBOQUE
SEO A-A
-
33
2. SISTEMAS DE ESCORAMENTO ASSOCIADOS AO CONCRETO PROJETADO
Conforme j foi mencionado, o concreto projetado o elemento
fundamental do NATM. At que ele adquira a resistncia necessria para
suportar as cargas do macio, preciso contar com o tempo de
auto-suporte do terreno e associa-lo a um ou mais sistemas de
escoramento. Atualmente so empregados os seguintes sistemas: 2.1.
Cambotas As cambotas so arcos de perfis laminados ou trelias de
vergalhes de ao. Dependendo da seo do tnel, as cambotas so
fabricadas em segmentos e montadas no local de aplicao por meio de
parafusos por motivo de facilidade de manuseio. Como a finalidade
das cambotas suportar as cargas do terreno nas primeiras horas aps
a escavao, muito importante que o espao entre o seu extradorso e o
terreno seja encunhado e/ou preenchido com concreto imediatamente
aps a sua colocao. Em seguida feito o preenchimento do espao entre
cambotas. Antes de posicionar a cambota preciso cobrir a superfcie
escavada com uma camada de concreto projetado de 2 a 5 cm de
espessura para estabilizar localmente o terreno, impedindo a queda
de material, por menor que seja, e servir como recobrimento do ao
da cambota.
A colocao da primeira cambota logo no inicio da escavao deve ser
extremamente cuidadosa, devendo ficar o seu plano
perpendicularmente ao eixo do tnel. As cambotas seguintes ficaro
paralelas primeira graas aos espaadores. Se as cambotas no ficarem
em planos perpendiculares ao eixo do tnel, elas sofrero esforos de
toro e deslocamento do p, dificultando a sua unio ao segmento do
rebaixo. Em casos extremos a toro poder ocasionar o colapso da
cambota. Quanto comparao das cambotas em perfil de ao e trelia de
vergalhes, esta leva a vantagem de ter menor peso e maior
facilidade no preenchimento com concreto projetado reduzindo
sombras e funcionando como concreto armado enquanto a de perfil
funciona como estrutura mista. A mesa do perfil I dificulta o
preenchimento do espao com concreto projetado entre a mesma e o
terreno.
-
34
Dependendo do tipo de material do macio e da seo do tnel, o
espaamento entre cambotas varia de 0,60 a l,20 m. Espaamentos
menores so utilizados pontualmente para o caso de necessidade de
reforos adicionais. Espaamentos maiores so empregados quando se
trata de rocha mais estvel e algumas vezes apenas para servir de
gabarito da geometria da seo.
Figura 34.1
CAMBOTAS
EIXO
CERTO
ESPAADOR ESPAADOR
BARRA AO CA-50 TIRANTE
0,15m
0,5 - 1,0m 2,0 - 5,0m
ERRADO
90
POSICIONAMENTO DAS CAMBOTAS
CAMBOTA DE PERFIL CAMBOTA DE TRELIA
CAMBOTAS MOLDADAS "IN SITU" COM BARRAS DE AOTIRANTES E CONCRETO
PROJETADO COM FIBRAS DE AO
-
35
Figura 35.1
CONCRETO PROJETADO
EVENTUALVAZIO
CAMBOTA DE PERFIL CAMBOTA TRELIADA
CAMBOTA DE PERFIL METLICO I
CORTE A-A
EMENDA COM FLANGESE PARAFUSOS
PLACA DE APOIO
CAMADA DE SELAGEM e = 2 a 5cm
LEGENDA
PREENCHIMENTO DO VAZIO ENTREA MESA DO PERFIL E O TERRENO
PREENCHIMENTO ENTRE CAMBOTASNA ESPESSURA ESPECIFICADA
~
-
36
2.2. Tirantes Na escavao de tneis em rocha, pelo NATM, os
tirantes so usados para a estabilizao da camada do macio
circundante ao tnel escavado, desempenhando papel similar ao das
cambotas metlicas. Os tirantes so em geral conjugados com tela
metlica e concreto projetado.
Nos tneis em solo os tirantes com injeo de calda de cimento no
so adequados devido ao grande tempo necessrio para a cura do bulbo
de injeo e seu posterior tensionamento. No entanto, existem
tirantes especiais no tensionados para casos especficos de
sustentao provisria at que seja feito o revestimento
definitivo.
Os tirantes para rocha so de dois tipos:
Tirantes tensionados Tirantes no tensionados
A ancoragem dos tirantes tensionados em sua extremidade pode ser
feita por meio mecnico (coquilha expansiva) ou por meio de resina
de pega rpida.
Os tirantes no tensionados trabalham por atrito entre a haste do
tirante e a rocha. Existem vrios tipos. Num caso por exemplo, o
atrito obtido forando um tirante fendilhado de dimetro maior do que
o dimetro do furo. Um outro tipo de tirante no tensionado, usado h
mais de 30 anos, composto de duas meias-canas de chapa de ao
perfurada, enchidas com argamassa plstica de cimento. O conjunto
introduzido no furo. O vergalho, ao ser forado dentro da argamassa,
faz a mesma se expandir pelos furos da chapa, preenchendo
completamente o furo na rocha e assim soldando os blocos. No caso
de tirante expansivo, a sua dilatao dentro do furo da rocha obtida
por meio de injeo de gua a alta presso.
Nas pginas seguintes so mostrados os tirantes atualmente em uso
no mercado.
O tipo de tirante e os espaamentos entre eles so determinados em
funo das caractersticas geolgicas do macio e do memorial de clculo.
Continua vlida a recomendao de se aplicar uma camada de concreto
projetado de 2 a 5 cm de espessura logo aps a escavao e remoo dos
chocos, antes de iniciar a perfurao para instalao dos tirantes.
-
37
Figura 37.1
TUBO DE RETORNO DA ARGAMASSAATADO HASTE DO TIRANTE
A - TIRANTE ANCORADO MECANICAMENTE, TENSIONADO E INJETADO COM
ARGAMASSA.
B - TIRANTE ANCORADO COM RESINA, TENSIONADO E INJETADO
C - TIRANTE DE HASTE ARGAMASSADA, ONDE A ARGAMASSA COLOCADA EM
DUAS MEIA-CANAS PERFURADAS
VEDADOR DE BORRACHACOLOCADO NA BOCA
DO FURO
ARRUELAESFRICA
PORCA
ARRUELA ESFRICAAUTO-CLAVANTE E PORCA
PLACA DE FACE
MEIA CANA PERFURADA
ARGAMASSA
A ARGAMASSA EXTRUDADA CONFORME OTIRANTE INTRODUZIDO
RESINA DEPEGA RPIDA
RESINA DEPEGA LENTA
RESINA MISTURADA COM ENDURECEDORPELA ROTAO DA BARRA DURANTE A
INSERO
FIG. A
FIG. B
FIG. C
COQUILHA DEANCORAGEM
TUBO DE ENTRADA DA ARGAMASSA
PLACA DE FACE COM FUROS PARA OSTUBOS DE INJEO
-
38
Figura 38.1
Alm dos tirantes, so tambm usados chumbadores (rock-bolts), que
so hastes curtas de colocao e atuao rpida, passivos. Os tirantes so
mais longos, atravessando a camada protetora.
TIRANTE PRENSADOINSERIDONO FURODIMETRO 25-28mm
13mm
2,3mm
38mm
TIRANTEPRENSADO
PLACA DE FACE
TIRANTE EXPANDIDOANCORADO NO FURO
PLACA DE FACE
TUBO DENDILHADO FORADONO FURO DE 35mm
TIRANTEEXPANDIDO
FURO 33-39mm
D - TIRANTE SWELLEX, DA ATLAS COPCO, NO TENSIONADO, EXPANDIDO
POR MEIO DE GUA E ALTA PRESSO
E - TIRANTE FENDILHADO, NO TENSIONADO, DA SIMMONS-RAND.
FIG. D
FIG. E
-
39
2.3. Malha de Ao A malha de ao soldada usada singelamente ou
combinada com cambotas e tirantes, dependendo das condies geolgicas
do macio. Na utilizao em conjunto com cambotas, a malha colocada
entre as almas dos perfis metlicos da cambotas ou fora das mesas
externas, de modo que o preenchimento com concreto projetado entre
cambotas feito aps a colocao da malha no primeiro caso; no segundo
caso o preenchimento feito antes da colocao da malha. No caso de
utilizao com tirantes, inicialmente projetada uma camada de 2 a 5
cm de concreto sobre a superfcie escavada. Em seguida so instalados
os tirantes e colocada a malha, fixada sobre o concreto por meio de
pinos ou chumbadores.
Figura 39.1
1 ETAPACAMADA DESELAGEM
2 a 5cm
1 ETAPA
2 ETAPA
2 a 5cm
CAMADA DESELAGEM
CAMBOTA
5cm
TIRANTE
PLACATELA
TELA
TELA COM TIRANTES
TELA COM CAMBOTAS
-
40
2.4. Fibras de Ao Embora em uso h mais de 20 anos na Europa, as
fibras de ao incorporadas ao concreto projetado foram recentemente
introduzidas no Brasil substituindo a malha de ao. Conforme foi
exposto no item anterior, logo que termina a escavao necessrio
projetar uma camada de concreto de 2 a 5 cm para selar o terreno
antes da colocao da malha de ao. Em seguida feita a fixao da malha
e concluda a projeo do concreto na espessura especificada em
projeto. So portanto trs ciclos operacionais, enquanto que no caso
de se usar fibras de ao toda a operao executada num nico ciclo.
Logo aps a aplicao da camada de selagem, a camada final executada
sem interrupo. Outra grande vantagem do concreto projetado com
fibras de ao, principalmente em rochas, o de permitir acompanhar as
irregularidades da superfcie escavada mantendo a espessura
especificada em projeto. A utilizao de tela no permite o
acompanhamento da superfcie do terreno, exigindo a aplicao de
volumes de concreto consideralvelmente maiores, alm de prejudicar a
sua qualidade pelo efeito de sombras e vibrao da tela.
Figura 40.1 A ruptura do concreto simples do tipo frgil, isto ,
ruptura repentina aps uma deformao muito pequena. O concreto armado
com malha apresenta um certo nmero de fissuras antes de romper,
consumindo uma energia muito maior do que no caso do concreto
simples. As fibras de ao conferem ao concreto uma grande
dutilidade, consumindo uma energia de deformao ainda maior do que
no caso do concreto armado com malha. As fissuras so muito menores
e mais bem distribudas.
Figura 40.2
CONCRETO PROJETADOCOM FIBRAS
MALHA DE AO
ROCHA ROCHA
SOMBRA
-
41
3. SISTEMA DE ESCAVAO DE PR-CORTE O Pr-Corte um tipo moderno de
escoramento da escavao. O equipamento especial para a sua execuo
uma espcie de moto-serra gigante para cortar rocha ou solo duro,
que opera sobre um gabarito-cremalheira com o formato do tnel ou
acoplada a um brao hidrulico. A cada avano feito um corte perifrico
de 3m de comprimento e 10 cm de espessura na calota do tnel,
preenchido com concreto projetado imediatamente aps o corte,
configurando uma casca. As cascas consecutivas tem uma sobreposio
de 50 cm, o que d um comprimento til de avano de 2,50 m. medida que
a escavao avana, as cascas so escoradas com cambotas metlicas,
quando necessrio. No caso de terrenos suficientemente estveis, as
cambotas so dispensadas. Este processo produz recalques muito
pequenos da calota at atingir a estabilizao, quando comparado com o
NATM, chegando a ser at 5 vezes menor.
Figura 41.1 Foto 41.1
MOTO-SERRA
MQUINA DE PR-CORTE
1 - CASCA EM EXECUO2 - CASCA SEM CAMBOTA3 - CASCA COM
CAMBOTA
-
42
4. ESCAVAO 4.1. Execuo dos Emboques Outro ponto a ser definido
em funo da setorizao do macio a definio dos emboques. A primeira
funo do emboque servir de arrimo, ou seja, a estrutura do emboque
deve ser tal que no interfira na estabilidade do macio no local,
sem antes de mais nada agir no sentido inverso , isto , deve
aumentar a segurana local. Outra caracterstica fundamental do
emboque a de interferir o mnimo possvel com o meio ambiente. O
emboque, de modo geral, deve tambm propiciar praa de trabalho
adequada s instalaes das utilidades necessrias, manejo e estocagem
de materiais e manobra dos equipamentos. Alguns dos requisitos
necessrios aos emboques agem em sentidos opostos, como a mnima
interferncia com o meio ambiente e a praa de trabalho, que deve ser
a mais ampla possvel, dentro das condies econmicas. Deve-se,
portanto, buscar um equilbrio entre as mltiplas funes dos emboques.
Os tipos mais comuns de emboques so: Tnel Falso Poo Cortina
Atirantada, Muro de Arrimo, Parede Diafragma Corte Combinao desses
tipos. O projetista deve optar pela soluo que melhor atenda s
necessidades locais, sem perder de vista as condies de execuo do
tnel propriamente dito junto s estruturas dos emboques. Em condies
e situaes de implantao normais, o tnel falso deve ter preferencia
sobre as demais solues, pois a que agride menos o macio, alem de
proporcionar um arrimo adequado estabilidade frontal do talude e
que serve ao mesmo tempo de proteo efetiva das obras contra a queda
de blocos e a ao das guas pluviais.
-
43
Figura 43.1
TERRENO NATURAL
TNEL TNEL
TNEL TNEL
AVANO AVANO
POO
O DIMETRO DO POO DEFINIDO EM FUNO DOEQUIPAMENTO QUE SER
INTRODUZIDO PARA EXECUO DO TNEL
EMBOQUE EM POO
SEO A-A
-
44
Figura 44.1
PAREDE DE CORTINA DIAFRAGMAOU ESTACAS ESCAVADAS ATIRANTADAS
TIRANTES
TNEL
TNEL
AVANO
AVA
NO
TERRENO NATURAL
EMBOQUE EM VALA ABERTA
SEO A-A
PLANTA
-
45
Figura 45.1 - Foto 45.1, Foto 45.2, Foto 45.3
TNEL
TALUDETERRAPLENADO
TNEL FALSOAVANO
TERRENO NATURAL
EMBOQUE EM TNEL FALSO
POO DE ACESSO TNEL FALSO DO EMBOQUE
VALA ABERTA EM CORTINAS E ARRIMOS
-
46
Os poos tem sido muito utilizados principalmente em obras
urbanas onde os acessos horizontais so muitas vezes inviveis por
causa da maior extenso em topografia usual e densa ocupao em
superfcie. As cortinas e arrimos so fundamentais para garantir
acesso e praa de trabalho em situaes de topografia difcil como no
caso de estradas em regies serranas. Algumas vezes so utilizados
aterros iniciais para conformar uma geometria mais adequada e
segura ao emboque e constituir a praa de trabalho. A combinao
destas solues de emboque so tambm muito empregadas como estruturas
provisrias de arrimo e posterior execuo de tnel falso, etc. O
projetista deve sempre colocar-se no lugar do executor e verificar
as dificuldades executivas e as conseqncias da soluo para a regio
no entorno do emboque. Caso haja grandes dificuldades construtivas
ou danos severos ao local deve-se optar por outra soluo. 4.2.
Escavao do Tnel A escavao de cada ciclo de avano deve ser feita
sempre dentro do menor tempo possvel para evitar que o terreno se
movimente antes da aplicao do concreto projetado de estabilizao
inicial e colocao do escoramento (cambotas/ telas/tirantes). Para
isso a escavao deve se restringir inicialmente ao mnimo necessrio
para introduo do escoramento, mediante a abertura de um nicho. Na
face de escavao costuma ser deixada uma cunha protuberante para
garantir a estabilidade da face quando necessrio. Mesmo em situaes
estveis ela til por favorecer as condies de trabalho. Essa cunha
removida em etapas correspondentes ao avano. No caso de se prever a
interrupo da obra por perodo prolongado toda a face escavada deve
ser protegida com uma camada de concreto projetado de no mnimo 5 cm
de espessura. No caso de terreno muito instvel recomenda-se
utilizar malha de ao ou fibras de ao incorporadas ao concreto.
-
47
Figura 47.1
NICHO
CALOTA
REBAIXOAVANOS
CUNHA DE SUPORTEDA FRENTE
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
NICHO
CUNHA DESUPORTE
SEO A-A
-
48
5. CONCRETO PROJETADO
Conforme j foi mencionado, o concreto projetado elemento
fundamental no NATM. Da sua aplicao correta depende grande parte do
sucesso do NATM. A qualidade do concreto projetado depende no s do
seu trao, mas com maior preponderncia do equipamento de lanamento e
do operador (mangoteiro).
O concreto projetado de dois tipos: Via Seca e Via mida
Na via seca os materiais componentes e a gua so misturados na
sada do bico ejetor. O aditivo acelerador de pega adicionado
mistura seca quando em p e gua quando lquido. Atualmente utiliza-se
a via semi-mida, que a via seca onde a gua injetada no mangote a
uma distancia de 3 a 5 m do bico ejetor.
Na via mida o concreto j vem pronto da betoneira ou da central
de concreto para ser aplicado. Neste caso o aditivo acelerador de
pega lquido e misturado ao concreto na sada do bico ejetor. 5.1.
Equipamento de Projeo O conjunto de equipamentos da via seca
compreende basicamente uma mquina de projeo, um equipamento de
produo da mistura seca (betoneira ou central), alimentadora,
dosador de aditivo, bomba de gua e compressor. Alm desses
equipamentos sero descritos alguns aspectos da pr-umidificao, do
bico ejetor e do sistema de injeo de gua, fundamentais para a
otimizao do processo.
Betoneira
As betoneiras devem ter capacidade de produo compatvel com a
demanda da frente de servio. No caso de grandes produes ou nas
situaes em que se deseja a simplificao do processo, podem ser
utilizados caminhes-betoneira. Neste caso devem ser tomados
cuidados para se evitar a pr-hidratao do cimento, uma vez que os
volumes produzidos so grandes e pode haver grande distncia entre a
usina e a obra.
-
49
Alimentadora Contnua
A utilizao da alimentao contnua se justifica pela necessidade de
se propiciar um fluxo constante da mistura seca, o que possibilita
uma dosagem controlada do aditivo e da gua, garantindo-se o seu
teor e a umidificao uniforme da mistura. Alm disso, se obtm uma
maior produtividade com reduo nas perdas de material.
Existem basicamente dois sistemas de alimentao contnua: um
provido de esteira rolante e outro de rosca-sem-fim. Qualquer que
seja o tipo de alimentadora, esta deve ter um reservatrio com
capacidade que garanta o fornecimento da mistura seca. Por outro
lado a vazo de mistura seca na correia ou rosca-sem-fim deve ser no
mnimo igual produtividade dos equipamentos por ela servidos.
Caso o lay-out da obra possibilite, a alimentao direta mquina de
projeo pode ser feita atravs de dutos tipo tromba de elefante.
Deve-se dar preferncia a esta opo pela praticidade da mesma. Alm
disso, nessa situao, tem-se garantido o teor e homogeneidade da
mistura do aditivo acelerador de pega em p, uma vez que a sua
dosagem pode ser feita diretamente na betoneira. Dosador de
Aditivo
Aditivo em P O dosador de aditivo em p deve ser constitudo,
basicamente, de um silo metlico com capacidade mnima de l,5 sacos
de aditivo. Este silo deve ser revestido internamente com papelo ou
plstico de modo a evitar o contato das paredes com o p do aditivo,
reduzindo assim o processo de corroso. Dever ainda contar com um
dispositivo dosador tipo rosca-sem-fim com velocidade controlada de
modo a possibilitar a variao dos teores, e de um outro dispositivo
que evite a aglutinao do material.
Aditivo Lquido O dosador de aditivo lquido consiste de uma bomba
dotada de reservatrio que envia o aditivo para a mangueira de gua.
A vazo do aditivo deve ser controlada por um registro e medida
atravs de um medidor de vazo ou de um manmetro com curva de presso
versus vazo determinada para permitir a dosagem precisa do
mesmo.
Um sistema alternativo o que utiliza um reservatrio de gua com o
aditivo diludo. Neste caso a mistura bombeada e o teor controlado
por medidor de vazo ou manmetro e pelo consumo verificado
diretamente no reservatrio.
-
50
Deve-se ter o cuidado de ajustar a diluio em funo da umidade dos
agregados. Qualquer que seja a soluo adotada deve-se verificar
constantemente se ocorrem variaes no fluxo da mistura que sai do
bico de projeo, o que pode ser ocasionado pela ocluso total ou
parcial das cmaras do rotor da mquina de projeo. Bomba de gua Em
processos usuais a bomba de gua deve ser tal que fornea uma vazo na
faixa de 5 a 20 litros/min presso de no mnimo 100 Kpa, superior
presso de ar do mangote. Entretanto, para obter-se uma umidificao
otimizada do fluxo de mistura seca que passa no mangote, necessrio
que a gua penetre nele de forma que nenhuma poro do material passe
sem entrar em contato direto com a gua. Para tanto, necessita-se de
presses da ordem de 1 a 3 MPa e sistemas especiais de injeo de gua.
Mquina de Projeo A funo bsica do equipamento o bombeamento da
mistura seca at o local de aplicao. No entanto, duas caractersticas
so essenciais para que o bombeamento proporcione uma projeo
otimizada. Primeiro deve-se garantir que o ar comprimido tenha vazo
e presso adequados, de modo a assegurar a compactao do material
atravs de uma velocidade de projeo elevada. Segundo, o equipamento
deve fornecer a mistura seca num fluxo constante, permitindo assim
uma correta dosagem de gua e aditivo lquido no mangote. Manuteno
Deve-se proceder a um programa constante de manuteno da mquina de
projeo, pois, caso contrario, aumenta-se o custo do processo e cai
a qualidade do concreto. Isto se deve maior dificuldade de descida
do material para as cmaras do rotor e grande liberao de poeira
provocadas pelo vazamento de ar entre os discos de frico e os
discos de borracha. Esses vazamentos, aliados aos entupimentos dos
respiros, produzem um borbulhamento caracterstico da mistura seca
na cuba da mquina de projeo, cujo produto mais poeira e reflexo
aliados variao do fluxo do
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51
material no mangote, tornando ainda mais insalubres as condies
de trabalho dos operrios. A manuteno comea por uma inspeo e limpeza
cuidadosa das peas aps a utilizao da mquina. O equipamento deve ser
engraxado, lubrificado e receber manuteno geral de acordo com as
recomendaes do programa fornecido pelo fabricante. Para garantia do
servio recomendvel que se tenha equipamento e peas de reserva na
obra, o que evitar grandes interrupes do trabalho. A relao das peas
mais sujeitas a desgaste, e a vida til estimada das mesmas, devem
ser obtidas do fabricante da mquina. Compressor de Ar
O ar comprimido um dos principais responsveis pela garantia da
velocidade de projeo atravs da regulagem de sua presso e,
principalmente, da sua vazo. Na Tabela seguinte esto indicadas as
recomendaes da vazo mxima de ar comprimido (volume de ar) em funo
do dimetro do mangote para 700 Kpa de presso, que devem ser
atendidas pelo compressor.
Dimetro (mm)
Capacidade (pcm)
Esses valores devem ser corrigidos de acordo com as especificaes
do fabricante
25 350 32 450 38 600 51 750 64 1000
Sistema de Pr-Umidificao e Bicos
Dever ser preferencialmente utilizado o sistema de
pr-umidificao, mais conhecido como via semi-mida, nas projees de
concreto via seca. O objetivo a reduo da poeira pelo aumento do
tempo de contato, no mangote, entre a mistura seca e a gua. Para
tanto esta ltima deve entrar no mangote a 3m do bico, no mnimo.
Cabe lembrar que para a otimizao do processo como um todo,
importante que a entrada de gua ocorra sob elevada presso.
-
52
Para se evitar o problema de diminuio da rea til do mangote
provocada pela incrustao de anis de pasta de cimento e aditivo nas
paredes do mesmo (problema agravado com o uso de aditivos lquidos
base de aluminatos e micro-slica) deve-se limitar a 5 m a distncia
entre a entrada da gua e o bico de projeo, como mostra a figura
abaixo.
Figura 52.1
Alm disso, deve-se procurar eliminar todas as irregularidades
neste percurso, particularmente comuns nas junes, que podem reter
certa quantidade de material que, quando se desprende, produz um
golpe no mangoteiro. Para que se minimize o efeito de incrustao e
entupimento, recomendvel que a entrada de aditivo ocorra na gua e
nunca diretamente no mangote, de modo a diminuir a concentrao no
momento de entrar em contato com o cimento.
O bico deve ter uma forma tronco-cnica e apresentar uma reduo de
no mnimo 1/5 e no mximo 1/4 do dimetro do mangote e um comprimento
no inferior a 40 cm, objetivando concentrar o jato de concreto para
diminuir a reflexo e aumentar a compactao.
Figura 52.2
At h alguns anos, os equipamentos de lanamento dos concretos via
seca e mida eram distintos. Atualmente a ALIVA, da Sua, tem no
mercado mquinas que operam com os dois tipos de concreto e com
diversas capacidades de produo.
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53
Os equipamentos prprios para via seca so de baixa produo, de 3 a
6 m3/h, enquanto os de via mida vo de 8 a 20 m3/h. Porisso a projeo
via seca pode ser feita manualmente, enquanto a via mida sempre
exige um rob. Geralmente o concreto projetado de 1 fase, de
preenchimento dos espaos entre cambotas, de via seca, devido aos
pequenos volumes e sua maior resistncia nas primeiras horas. O
concreto por via mida utilizado para o revestimento final do tnel,
onde os volumes so muito maiores e a resistncia inicial no to
importante. 5.2. Cuidados Na Projeo A seguir apresentado um resumo
dos cuidados a serem tomados quando da realizao do processo de
projeo por via seca com mquina de projeo a rotor.
-
54
Figura 54.1 e Foto 54.1
PARAFUSO DE AJUSTE
ENTRADA DE AR
ENTRADA DE AR
EQUIPAMENTO VIA SECA
"ARANHA"
CUBA DE ALIMENTAO
PARAFUSO DE AJUSTE
DISCO DE BORRACHA
ROTOR
DISCO DE BORRACHA
SADA PARA O MANGOTE
-
55
Figura 55.1 e Foto 55.1
BOMBA DE ROTOR
BOMBA DE PISTO
BICO PROJETOR VIA MIDA
EQUIPAMENTO VIA MIDA
CONCRETO
ADITIVO
AR COMPRIMIDO
200 125
-
56
Figura 56.1 e Foto 56.1
1 - CUBA DE ALIMENTAO2 - ROTOR3 - FLUXO DE MATERIAL PARA A CMARA
DE AR COMPRIMIDO4 - QUEDA DO MATERIAL POR GRAVIDADE OU COM AUXLIO
DE AR5 - O TRAO OU MATERIAL A SER CONDUZIDO INTRODUZIDO NO FLUXO DE
AR6 - O TRANSPORTE DO MATERIAL PELA TUBULAO OBTIDO PELO MTODO DE
CORRENTE DILUDA (SUSPENSO NO AR)7 - COM O AUXLIO DO AR INTRODUZIDO
EM 7, O MATERIAL CHEGA AO BICO DE PROJEO
VIA SECA/VIA MIDA
-
57
Verificao das Condies dos Equipamentos Dever ser efetuada
vistoria prvia das condies de funcionamento e limpeza dos seguintes
equipamentos: Betoneira Alimentadora Dosador de aditivos e suas
mangueiras Bomba de gua e suas mangueiras Mquina de projeo, mangote
e bico Compressor de ar e sua mangueiras Mangueiras Todas as
mangueiras, e principalmente o mangote, esto sujeitos a
entupimentos e rupturas que podem originar srios acidentes em
obras. Para se evitar isso so recomendados os seguintes cuidados:
Usar mangueiras cuja capacidade seja igual ao dobro da carga de
servio. Instalar correntes ou cabos de segurana nas junes do
mangote. Limpar cuidadosamente as mangueiras aps a utilizao,
principalmente o
trecho compreendido entre o bico e a entrada da gua
(pr-umidificao) Desmontar o bico de entrada da gua e aditivo e
remover todo o material
incrustado. Confeco da Mistura Seca Concreto Projetado
Convencional Para se obter melhores condies de homogeneidade da
mistura seca recomenda-se a seguinte ordem de colocao dos materiais
na betoneira: 1. agregado grado 2. agregado mido
mistura inicial (30 a 60 Seg.) 3. adio do cimento
mistura final (2,5 a 3 min)
Devem ser utilizadas betoneiras com ps com afastamento mximo do
casco (parede da betoneira) de 5 cm. Isto visa evitar a intensa
segregao da
-
58
mistura seca. As betoneiras de eixo horizontal so preferveis em
relao s de eixo inclinado; no caso de utilizao destas,
posiciona-las com o eixo o mais prximo possvel da posio horizontal
e, se possvel, com tampas. Concreto Projetado com Adio de Fibras
Neste caso a ordem de colocao dos materiais na betoneira : 1.
agregado grado 2. agregado mido
mistura inicial (30 a 60 seg) 3. adio gradual de fibras, com a
betoneira em movimento, cuidando para
que no haja formao de ourios (aglomerados de fibras) 4. adio de
cimento com a betoneira parada
mistura final (22,5 a 3 seg)
A mistura por tempo inferior ao especificado implica em falta de
homogeneidade do material, enquanto que a mistura por tempo
superior desencadeia o processo de formao de aglomerados de fibras
com formato esfrico com dimetro de cerca de 4 cm, semelhantes a
ourios, que levam ao desperdcio de fibras e que podem obstruir o
mangote durante a projeo. Cabe salientar que a ocorrncia deste
fenmeno depende muito do tipo de fibra. Concreto Projetado com Adio
de Micro-Slica A ordem de colocao recomendada dos materiais na
betoneira : 1. agregado grado 2. agregado mido
mistura inicial (30 a 60 Seg) 3. cimento
mistura (2,5 a 3 min) 4. adio da micro-slica
vedao da boca da betoneira mistura final (2,5 a 3 min)
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59
5.3. Tcnica de Projeo Projeo da Camada Inicial Antes da projeo
do concreto propriamente dita, recomendvel executar uma projeo
preliminar de 2 a 5 cm de espessura para preparar um substrato mais
adequado para a projeo da camada especificada, diminuindo-se assim
o desplacamento, alm de garantir a estabilidade da superfcie
escavada at a colocao das cambotas (ou telas ou tirantes). Outra
vantagem dessa camada inicial o seu comportamento de lacre, que
denota pelo seu fissuramento qualquer movimento do terreno. Projeo
das Demais Camadas Geralmente a espessura especificada de concreto
projetado obtida atravs de vrias camadas formadas pelo movimento
constante do bico de projeo e pelas sucessivas passadas sobre a rea
que est sendo trabalhada. As espessuras mximas obtidas sem que
ocorra o desplacamento so influenciadas pela adio de micro-slica ou
alteraes no processo de projeo (como a substituio do aditiva
acelerador de pega base de carbonatos por aluminatos ou pelo
aumento da velocidade de projeo). Durante a operao de projeo
deve-se procurar atingir a maior espessura possvel, desde que no
haja desplacamento, pelo fato de assim minimizar a reflexo, sempre
maior no inicio, e diminuir o nmero de juntas e a laminao
responsveis pela perda de resistncia do concreto. A espessura mxima
pode ser determinada em testes feitos na ocasio da dosagem e
confirmada durante o andamento da obra. Dessa forma pode-se
determinar o nmero mnimo de camadas necessrias para o preenchimento
da seo entre cambotas. De qualquer modo a espessura mxima das
camadas deve ser limitada por aquela que evite desplacamentos. A
superfcie da camada anterior, onde vai ser projetada a 2 camada,
deve estar limpa, isenta de material refletido, de bolses de areia
e material segregado nas disperses (sombra). Estalatites
provenientes de infiltraes, bem como todo o material solto ou
frivel, devem ser removidos por meio de ar comprimido ou jato de
gua e/ ou areia. Qualquer que seja a situao, o mangote deve ser
esvaziado quando houver a interrupo da projeo, principalmente
quando o ponto de aplicao estiver em posio mais elevada que a
mquina.
-
60
Do mesmo modo, em servio abaixo do nvel da mquina, aconselhvel
fazer uma volta em O no mangote, afim de evitar pulsaes e melhorar
o fluxo da mistura em suspenso. Projeo Entre as Cambotas Assim que
o jato estiver ajustado, o mangoteiro deve comear a mover o bico
rapidamente em toda a rea de trabalho selecionada, distribuindo uma
primeira camada de concreto. Em seguida prossegue-se projeo do
concreto comeando sempre do p da cambota para cima e das cambotas
para o centro do vo, formando um recncavo para minimizar o problema
das disperses (sombras). Em seguida executa-se o preenchimento da
parte central, seguindo a seqncia mostrada na figura abaixo.
Figura 60.1
CAMADA 1
CAMADA 2
CAMADA 3
TRMINO DA PROJEO
SEQUNCIA DE PREENCHIMENTO DE PLACASOU DE VO ENTRE CAMBOTAS
-
61
Figura 61.1
Controle do Teor de Aditivo Acelerador O controle do teor de
aditivo acelerador de pega e endurecimento fundamental para o
concreto projetado. Caso seja utilizado um teor reduzido, abaixo do
precisamente indicado, corre-se o risco de no serem atingidas as
resistncias iniciais do concreto projetado, com conseqncias graves
para a estrutura (desplacamentos e at desmoronamentos). Caso seja
utilizado teor excessivo, isto , maior que o precisamente indicado,
as resistncias iniciais so prejudicadas (a supersaturao inibe as
reaes) e tambm as resistncias finais aos 28 dias. Como o teor de
aditivo normalmente baixo (1 a 4% em relao massa de cimento), o
cuidado com o controle deve ser redobrado.
PEQUENO MOVIMENTO CIRCULAR
NGULO DE PROJEO
CERTO
ERRADO
REFLEXOMUITO ALTA REFLEXO
ALTAREFLEXO
BAIXA
NGULO DE PROJEO DO CONCRETO
OPERAO DO BICO PROJETOR PARA PRODUZIR O MELHOR CONCRETO
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62
Cuidado na Moldagem das Placas O cuidado na moldagem de placas
destinadas ao controle de qualidade do concreto projetado deve ser
o mximo, pois os resultados podero ser contestados, principalmente
quando no atendem aos valores especificados. Porisso as placas
devem ser moldadas nas mesmas condies do revestimento do tnel, de
modo a se garantir a sua representatividade. Os pontos principais
onde normalmente ocorrem desacordos so: Utilizao de vazes menores
de ar comprimido Utilizao de maior umidificao Variao no teor de
aditivo Operao de Projeo A tabela seguinte apresenta uma sntese das
atividades a serem desenvolvidas durante a operao de projeo.
ATIVIDADES OBSERVAES
Ordem de ligao dos Equi-pamentos: 1. ar comprimido 2. bomba de
gua 3. alimentadora 4. mquina de projeo 5. dosador de aditivos
Caso a mquina de projeo esteja com sua cuba cheia deve-se
inverter os itens 3 e 4, obviamente. O item 5 s ser efetuado no
caso de aditivos lquidos, pois no caso de se utilizar aditivos em p
ele ocorre concomitantemente com o item 3.
Ajustes iniciais: vazo e presso de ar vazo e presso de gua
Avaliao visual realizada pelo mangoteiro e encarregado. ndices a
serem obtidos com agulhas de Proctor: projeo na horizontal: 40 a
60; projeo no teto: 60 a 80. No caso de aditivos base de aluminatos
estes ndices de-vem estar acima de 80. Ajustada a gua, s poder ser
executada uma alterao quando ocorrer uma no conformi-dade nos
ndices especificados acima.
O jato deve ser perpendicular ao plano de aplicao
Resulta em menor reflexo e maior compacta-o
-
63
O bico deve ser afastado do plano de aplicao de1 a l,5 m
Se os equipamentos no estiverem correta-mente ajustados:
muito prximo do alvo de projeo: tem-se grande reflexo e o
mangoteiro ter dificul-dade de visualizao do trabalho.
muito distante do alvo de projeo: tem-se grande
O bico deve operar com mo-vimentos circulares
Proporciona melhor distribuio do concreto e maior
homogeneidade.
Manuteno de fluxo constante de material seco pelo mangote
Visa manter a umidade constante e evitar poeira, maior reflexo,
desplacamentos, escor-rimentos, etc.
Constatao do entupimento no mangote na linha de gua na linha do
aditivo lquido no dosador do aditivo p
Procedimento: - interromper o processo de projeo - identificar o
ponto de entupimento iniciando a procura em pontos de
estrangula-mento - utilizar - mangote de reserva se a lim-peza for
demorada.
Ordem para trmino de Opera-o 1. desligar a alimentadora de
material seco e dosadora de aditivo
2. esvaziar o mangote 3. desligar a gua e o ar
comprimido
Em interrupo mais longa, desmontar e lim-par a mquina de projeo,
utilizando vas-soura e ar comprimido.
Limpeza do mangote quando utilizada pr-umidificao
Limpar cuidadosamente o bico de projeo e o dispositivo
pr-umidificador, desconectando o mangote, principalmente em
concretos com micro-slica e aditivos lquidos.
Reflexo Um cuidado especial deve ser tomado com a reflexo pois
ela tem papel importante no processo de projeo, onde pode
representar perdas de mais de 50% do material no caso da via seca.
No entanto, o material refletido no pode ser reaproveitado na
projeo devido sua contaminao no solo do tnel, incerteza do trao e
hidratao adiantada do cimento.
-
64
Equipe de Projeo A equipe de projeo deve ter a seguinte composio
mnima: 1 encarregado de projeo 1 mangoteiro 1 auxiliar de
mangoteiro 1 operador de betoneira 2 serventes Esta equipe dever
passar por um processo de qualificao conforme exposto no Item 5.5.
5.4. Caractersticas do Concreto O concreto projetado por via seca
no pode ser enquadrado como um concreto plstico e portanto suas
propriedades no dependem fundamentalmente do fator gua/cimento. O
parmetro que o governa a compacidade e a alta resistncia nas
primeiras horas. O concreto projetado por via mida, devido s
exigncias do processo de projeo, apresenta caractersticas muito
semelhantes s dos concretos plsticos convencionais. Desta forma, o
valor da relao gua/cimento de fundamental importncia para a sua
resistncia e durabilidade. Dosar um concreto projetado por via
mida, portanto, buscar o atendimento dos requisitos bsicos de
projeto (resistncia compresso e ndices de vazios permeveis) a um
custo mnimo sem, no entanto, esquecer as caractersticas exigidas
pelo equipamento de projeo (consistncia, curva granulomtrica da
mistura, compatveis com os requisitos de bombeabilidade, etc.), bem
como as do prprio processo (reflexo). O concreto projetado via mida
difere basicamente do via seca quanto ao processo de produo, pelo
fato de que o concreto que abastece a bomba projetora j possui toda
a gua de amassamento. A utilizao de um aditivo acelerador de pega
(na forma lquida) praticamente imprescindvel para garantir a sua
fixao estrutura, devido consistncia tpica com que produzido o
concreto (abatimento do cone de Abrams de 8 a 14 cm para permitir o
seu bombeamento). Como resultado obtm-se um concreto projetado
isento de poeira, com fator gua/cimento totalmente controlado e,
por conseguinte, uma resistncia com baixa variabilidade (cv
inferior a 13%). Uma caracterstica tambm marcante
-
65
do processo o baixo nvel de reflexo, que se situa geralmente em
valores muito abaixo dos obtidos no processo via seca. Devido s
caractersticas dos equipamentos normalmente utilizados na via mida
(bombas de grande capacidade de produo), o seu emprego recomendado
para obras com alta demanda de concreto e com grandes frentes de
produo, tais como o revestimento final de tneis. Esta alta produo
exige tambm uma adequao de todos os equipamentos envolvidos no
processo. O concreto normalmente produzido em centrais e misturado
e transportado por caminhes-betoneira. Sempre que possvel deve-se
optar pela instalao da central no prprio canteiro. Para a projeo so
necessrios braos mecnicos (robs) para a operao do bico projetor.
Tanto o concreto via seca como o via mida podem ter suas
caractersticas bsicas modificadas com a adio de micro-slica ou
fibras de ao para obteno de melhor desempenho especfico.
Braos Mecnicos (Robs) Figura 65.1
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5.5. Treinamento da Equipe e Capacitao do Mangoteiro
Conforme j mencionado, a boa qualidade do concreto projetado no
depende s de uma boa dosagem e do equipamento, mas fundamentalmente
de sua correta aplicao pela equipe responsvel pelo trabalho. Todo
canteiro de obras deve ter um programa de treinamento do pessoal e
capacitao do mangoteiro. Sugere-se o seguinte roteiro:
A DEFINIES
Definio da obra na qual o pessoal trabalha ou vir a trabalhar
Definio do objetivo da obra e do seu alcance, importncia para a
comunidade, etc. Definio do objetivo das palestras: fornecer o
conhecimento necessrio
para que o operrio trabalhe com mais eficincia e com mais
segurana, por meio de exemplos prticos que o sensibilizem.
B O CONCRETO PROJETADO
Caractersticas do material: um material estrutural que depende
fundamentalmente da qualidade da execuo para atingir as
caractersticas que lhe so exigidas, a saber:
endurecimento rpido resistncia alta a baixas idades resistncia
adequada em altas idades boa aderncia ao substrato baixa
permeabilidade gua mnima reflexo possvel
Nota: Convm utilizar nestas explicaes quadros esquemticos com
nfase em recursos audio-visuais.
C DESCRIO DO PROCESSO
A descrio do processo dever ser realizada ao lado do equipamento
instalado e devero ser explicitados os seguintes aspectos:
Mistura dos materiais Funcionamento e manuteno da mquina de
projeo Dosagem de gua e aditivo Recomendaes sobre segurana
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A abordagem destes itens deve abranger os seguintes tpicos:
Betoneira: ordem de colocao dos materiais e tempo de mistura
Funcionamento da mquina de projeo: entrada do material na cuba,
agitador Preenchimento das cavidades do rotor, entrada do ar
comprimido, transporte do material no mangote at o bico.
Necessidade de manuteno e limpeza contnua da mquina de projeo:
remoo do concreto para evitar incrustaes, troca de peas sujeitas a
desgaste como os discos de borracha, discos de frico, aranha. bocal
de sada, mangote e bico. Comentar o problema da poeira na mquina,
que proporcional ao desgaste dos discos de borracha por onde h o
vazamento de ar. Estes vazamentos produzem jatos de p e
borbulhamento na cuba alimentadora, o que pode tambm ser provocado
pelo fato de os parafusos e porcas de ajuste da cuba sobre o rotor
estarem soltos ou mal ajustados.
Riscos de acidentes como barras que travam o rotor quando o
operrio
encarregado da desagregao do material da cuba se descuida (
sempre prefervel a utilizao de vibradores e telas na entrada da
cuba) ou mesmo quando tenta desobstruir respiros com as mos quando
a mquina est em funcionamento.
Procedimento de dosagem de gua: evidenciar a necessidade de
uma
presso de gua adequada para proporcionar uma boa umidificao da
mistura e, consequentemente, reduo de poeira.
Procedimento de dosagem do aditivo em p ou lquido: explicar
as
conseqncias de um procedimento inadequado na liberao de poeira e
nas propriedades mecnicas do concreto projetado.
Riscos de acidentes que decorrem de um entupimento, que pode
soltar as
junes do mangote, normalmente emperradas ou mal fixadas devido s
incrustaes de concreto no removidas. Aconselhar a utilizao de
correntes nas junes.
Riscos que se originam de um concreto mal executado, com
sombras,
laminao, excesso ou escassez de gua, etc. como desplacamentos,
desmoronamentos, etc.
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Dizer ao operrio que qualquer irregularidade encontrada deve ser
comunicada ao encarregado.
D INSTRUO DO MANGOTEIRO Para a instruo do mangoteiro
necessita-se de um operrio de comprovada experincia, equipamento e
equipe completa para executar projees demonstrativas. Na
demonstrao, qual todos podero assistir, devero ser exemplificados
os seguintes tpicos: Equipamentos de projeo: funcionamento e
disposio Equipe de projeo: funes individuais Cuidados na projeo:
procedimento para incio de projeo,
movimentao do bico, direcionamento do jato, seqncia de
preenchimento de placa e vo entre cambotas, ajuste da projeo
(unidade da mistura e ar comprimido), pr