Métodos não destrutivos para escavação de túneis: Pipe ... - UCSAL

Métodos não destrutivos para escavação de túneis: Pipe Jacking e New
Austrian Tunneling Method i
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Igor Samuel Coêlho Dantas 1
Marcos Jorge Almeida Santana 2
Resumo: Este artigo tem por objetivo apresentar teoricamente dois métodos não destrutivos
para a execução de túneis, justificados, principalmente, devido a escassez cada vez maior do
espaço urbano, muitas vezes sendo necessária a utilização do espaço subterrâneo para o
aumento qualitativo e quantitativo da infra-instrutura, principalmente nas grandes cidades. O
trabalho foi desenvolvido a partir de uma revisão bibliográfica que inicialmente expõe a
metodologia de execução de ambos os processos de escavação. Neste trabalho são expostas
também algumas obras localizadas na cidade de Salvador, Bahia, onde foram aplicadas as
tecnologias estudadas. Posteriormente, são mostradas as principais vantagens e desvantagens
levando em consideração questões como: custo, qualidade, limitações, impactos e transtornos à
sociedade, qualidade das condições de trabalho, equipamentos e produtividade. Os resultados
mostram que é difícil comparar os métodos, visto que a possibilidade de utilização de ambos os
métodos num mesmo tipo de túnel é bastante limitada devido aos diâmetros aplicáveis.
Verificou-se também que cada tecnologia possui suas peculiaridades e que as principais
condicionantes para a escolha de determinada metodologia envolvem decisões estratégicas para
as empresas, como fluxo de caixa, prazos, valores e, principalmente, questões sociais acerca dos
transtornos que podem ser minimizados ou até mesmo evitados.
Palavras-chave: Túneis; New Austrian Tunelling Method; Pipe Jacking; infra-estrutura.
1.0 Introdução
O crescimento das zonas urbanas corresponde ao aumento qualitativo e quantitativo das
suas atividades, o que, por conseqüência gera a necessidade de se adaptar os espaços necessários
a estas atividades, como a sua infra-estrutura (ZMITROWICZ; ANGELIS NETO, 1997).
Ainda segundo Zmitrowicz e Angelis Neto (1997), infra-estrutura urbana pode ser
definida como um sistema de equipamentos e serviços necessários ao desenvolvimento das
funções urbanas, onde há necessidade de investimentos em bens ou equipamentos, que podem
ser edifícios, máquinas, redes de tubulações ou galerias, túneis e vias de acesso, dentre outros.
Com o desenvolvimento das grandes cidades torna-se imprescindível a constante
melhoria da infra-estrutura, como a criação ou ampliação de vias para o enorme fluxo diário.
Esta necessidade também se reflete nas das redes de serviços, como telefonia, esgoto, energia,
água, gás, TV a cabo, dentre outras. Pode-se destacar, dentre estas, as redes ligadas ao
saneamento básico, como redes de esgoto e de água.
No contexto atual em que vivemos, onde o espaço urbano é cada vez mais escasso e
disputado, em muitos casos, a única forma de se melhorar a infra-estrutura e executar tais redes é
i Artigo apresentado como parte dos requisitos para graduação do curso de Engenharia Civil da Univ. Católica do Salvador .
1 Concluinte do Curso de Engenharia Civil da Universidade Católica do Salvador. E-mail: igordantas@odebrecht.com - Autor
2 Doutor em Engenharia Urbana – Universidade de São Paulo. E-mail: marjoras@ucsal.br - Orientador
1

utilizando-se o espaço subterrâneo. Diversas são as formas de escavação dos túneis que formam
estas redes, como Valas a Céu Aberto (V.C.A.), New Austrian Tunelling Method (N.A.T.M.),
Tunnel Linner, Pipe Jacking, dentre outras.
Isto pode ser observado, por exemplo,
em Salvador, Bahia, onde, nos últimos meses foi
possível ver exemplos de túneis sendo
executados em Pipe Jacking, na execução do
Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe
(SDO do Jaguaribe) (Figura 1), N.A.T.M., no
túnel Dois Leões-Água de Meninos (Figura 2) e
V.C.A., na obra de execução do interceptor da
Avenida Paralela (Figura 3), ligando o sistema
de esgotamento sanitário de Lauro de Freitas ao
SDO do Jaguaribe.
Figura 2: Interceptor da Avenida Luis Viana Filho.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
Diante desta dúvida, inicialmente,
foi imaginado estudar três dos métodos
citados anteriormente: V.C.A., N.A.T.M.
e Pipe Jacking. Por ser considerado um
método destrutivo, segundo Capobianco
apud Garrido (2003), agredindo o meio
ambiente e possuindo grandes impactos
negativos durante a execução, como a
necessidade de se interditar ruas por
longos períodos, destruir pavimentos,
escavar quantidade muito maior que o
volume final do túnel, apresentar muito
mais riscos de recalques e fissuramento
em pavimentos e residências, foi
descartada a idéia inicial de levar em
consideração o estudo das V.C.A.
Figura 1: SDO do Jaguaribe.
Fonte: Construtora Norberto Odebrecht, 2009.
Devido ao envolvimento diário
com tantas opções tecnológicas, que
direcionam e modelam o futuro, não
somente como estudante, mas também
como cidadão e, possível detentor do
conhecimento necessário à aplicação de
tais tecnologias na alteração do meio
ambiente e melhoria da infra-estrutura
urbana, surge uma dúvida: quais as
principais vantagens e desvantagens de
cada tecnologia? É possível compará-las?
Figura 3: Túnel Dois Leões - Água de Meninos .
Fonte: Igor Dantas, 2009.
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Estando diretamente ligado à aplicação do N.A.T.M. no túnel Dois Leões-Água de
Meninos, como estagiário da Construtora Norberto Odebrecht S.A., esta foi a primeira
tecnologia a ser estudada, devido ao convívio quase que diário durante cerca de cinco meses com
toda a sua aplicação. A escolha do Pipe Jacking se deu devido à grande curiosidade acerca da
metodologia executiva e, principalmente, ao fato de, segundo Kochen apud Garrido (2003), este
sistema ter tendência a ser aplicado cada vez mais no futuro.
Segundo Carneiro et al. (1975), túneis são passagens subterrâneas que têm por fim,
transpor obstáculos ou, oferecer proteção à via de tráfego.
Túneis podem ser executados pela própria natureza (Figura 4), através da erosão e de
outras forças naturais, ou pelo próprio homem (Figura 5) através dos processos de escavação.
Figura 4: Gruta da Lapa Doce, Lençóis – BA.
Fonte: www.panoramio.com/photo/622299
Figura 5: Túnel Luís Eduardo Magalhães, Salvador – BA
Fonte:
www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=549178
Harris (2006) afirma que os túneis são divididos em três grandes categorias: túneis de
mineração, usados durante a extração de minérios; túneis de serviços públicos, que servem para
transportar água, esgoto ou gás através de grandes distâncias e túneis de transporte, que servem
para passar de forma eficiente através de um obstáculo.
A execução de obras subterrâneas em V.C.A., método mais antigo, utilizado há muitos
séculos, causa impactos sócio-econômicos e ambientais cada vez maiores, por menores que
sejam suas profundidades. Por este motivo, obras com custo direto baixo tornam-se quase
inviáveis, devido aos elevados custos sociais, a que se diz respeito os atrasos e perturbações
causados ao entorno.
Dentro deste contexto, as novas tecnologias de aberturas de túneis tornam-se cada vez
mais atraentes frente aos tradicionais métodos como VCA.
Desta forma, como curiosidade e até mesmo necessidade de aprofundar conhecimentos,
justifica-se o grande interesse em intensificar os estudos e pesquisas sobre tais tecnologias.
Neste estudo serão abordados dois métodos: o Novo Método Austríaco de Abertura de
Túneis, em inglês, N.A.T.M. e o Pipe Jacking, tubos cravados.
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2.0 Valas a Céu Aberto
Mesmo não sendo este o foco principal do trabalho, vale falar um pouco sobre o
assunto, afinal, a técnica existe e ainda é utilizada na execução de túneis.
Originalmente, as utilidades, privadas e/ou públicas enterradas, tais como coletores de
esgoto, adutoras, sistemas elétricos e de telefonia, canalização de gás, cabeamento de TVs,
dentre outras, eram instaladas com o emprego da técnica de abertura de valas a céu aberto,
também conhecidas como trincheiras ou cut-and-cover.
Esta metodologia nada mais é que a escavação por meio de ferramentas como pás,
picaretas, ou através de máquinas do tipo escavadeira. A escavação, na maioria dos casos, é
feita conjuntamente ao escoramento da vala.
O escoramento (Figura 6) consiste na contenção lateral das paredes de solo, através de
pranchas metálicas ou de madeira, fincadas perpendicularmente ao solo e travadas entre si com o
uso de pontaletes e longarinas, também metálicos ou de madeira. É realizado quando da
constatação da possibilidade de alteração da estabilidade de estruturas adjacentes à área de
escavação ou com o objetivo de evitar o desmoronamento por ocorrência de solos inconsistentes,
pela ação do próprio peso do solo e das cargas eventuais ao longo da área escavada em valas de
maiores profundidades.
Figura 6: Escoramento com pranchas, longarinas e pontaletes.
Fatores que podem
atrapalhar ou inviabilizar a
execução de túneis com o
emprego desta metodologia
são: profundidade de
assentamento da tubulação,
nível do lençol freático,
resistência do solo, prazo,
impossibilidade de
interdição por tempo
prolongado da área dos
serviços (Figura 7), dentre
outros.
Figura 7: Vala Metrô Linha 2, São Paulo.
Fonte: Panoramio.com
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O emprego desta técnica está cada vez mais impraticável e isto se deve ao fato de que
a execução de obras subterrâneas através de valas a céu aberto, por menores e pouco
profundas que sejam, causam enormes transtornos de ordem sócio-econômica-ambiental
nestes centros.
3.0 Novo Método Austríaco de Abertura de Túneis
Os túneis executados em N.A.T.M., assim como os executados pelos demais métodos
construtivos, necessitam de considerável habilidade e cuidado em sua investigação,
planejamento, projeto, construção e, principalmente, monitoração para serem implantados com
segurança.
Desenvolvido por Ladislau Rabcewicz, o método teve significativa evolução na Europa
entre o final da década de 1950 e a primeira metade da década seguinte. Este desenvolvimento é
fruto da experiência com trabalhos de execução de túneis em minas de carvão.
Segundo Chiossi (1979) o Novo Método Austríaco de Abertura de Túneis, é um método
de escavação de túneis, onde o próprio maciço faz parte da construção, ou seja, ele é um
elemento de sustentação fundamental para a sua própria estabilização.
Golser (1996) afirma que a Sociedade Austríaca de Pesquisas Rodoviárias define o
N.A.T.M. da seguinte forma:
"O Novo Método Austríaco de Túneis (N.A.T.M.) segue um conceito segundo o
qual o maciço (rocha ou solo) circundando a escavação torna-se um elemento de
suporte da escavação, através da ativação, dessa parte do maciço, como se fosse um
anel de suporte.”
O N.A.T.M. exige, ainda, que alguns procedimentos sejam implementados, visando uma
construção segura e eficiente:
• considerações das características geomecânicas do maciço,
• instalação de medidas de suporte adequadas no momento correto, evitando estados de
tensão ou de deformação indesejáveis,
• arco invertido estaticamente efetivo executado no momento adequado, emprestando
ao anel de suporte a função estática de um tubo fechado
• otimização da resistência do revestimento em função das deformações permitidas,
• observação instrumental também para o controle desta otimização.
De acordo com Campanhã (1995) o método baseia-se no alívio controlado de tensões,
assim como as deformações sofridas pelo maciço, devido ao desmonte de rocha/escavação de
solo.
O tempo de auto-sustentação do maciço, stand up-time, delimita o tipo e a velocidade de
avanço das escavações, pois, como o próprio nome já diz, ele determina o tempo que o maciço
continua de pé, estável, sem deformar-se a ponto de entrar em colapso.
O maciço é previamente estudado, por meio de sondagens, e desta forma irá se definir os
tipos de suportes das seções de avanço, caso necessário, CAMPANHÃ (1995).
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Ainda segundo Campanhã (1995), para que o alívio das tensões seja gradual e suave,
muitas vezes, os avanços são feitos de forma parcial. A preocupação com a forma da seção é
outra condicionante através da qual busca-se a geometria mais adequada à escavação do túnel.
Segundo Botelho (2006), registros mostram que os povos antigos construíam arcos e
abóbodas de igrejas com a utilização de pedras montadas em forma de arcos, visto que não se
possuía conhecimentos acerca do comportamento do aço como material resistente à tração. Esta
geometria gera, basicamente, esforços de compressão por serem os mais facilmente assimilados
pelo material utilizado, sendo basicamente o que acontece nos túneis.
Em determinados intervalos, segundo Iyomasa (1998), devem ser executadas sondagens
horizontais, com o objetivo de ter-se maior garantia do tipo de avanço pré-estabelecido através
das sondagens verticais.
As sondagens horizontais irão garantir que o estado do maciço previamente estudado é
realmente aquele, garantindo assim que os suportes escolhidos (tratamento primário) irão
garantir a estabilização do maciço até o tratamento final.
Figura 8 – Exemplos de parcialização de seção.
Fonte: Manual Técnico Solotrat, 2003.
Detectando-se
a presença de água
deve-se executar
drenos, fazendo com
que ela escoe pelos
caminhos mais
adequados, não
percorrendo as veias
rochosas, o que
poderia desestabilizar
o maciço,
comprometendo assim
todo o serviço.
Franciss (1998)
afirma em sua obra
que o N.A.T.M. é
versátil quanto ao tipo
de maciço escavado,
assim como quanto à
forma e dimensões da
seção exigida. Quando a escavação da seção plena tende a ficar instável, sua escavação pode ser
feita por etapas, com arco invertido provisório ou em mais de duas fases, os side drifts.
Segundo Teixeira (1999), a instrumentação, tem fundamental importância neste tipo de
obra. Através dela tem-se conhecimento da intensidade das vibrações e deslocamentos
provocados pelo uso dos explosivos. Este monitoramento é realizado através de medições dos
deslocamentos durante a execução de túneis, através de medidas de convergência , tassômetros,
inclinômetros, marcos superficiais, piezômetros, dentre outros.
A instrumentação também fornece os dados que serão utilizados para definir como será feito
o avanço.
• Marcos de superfície para controle de recalques;
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• Tassômetro para controle de recalques logo acima da calota do túnel;
• Pinos para o controle de recalques nas edificações vizinhas;
• Nivelamento interno do túnel;
• Seções de convergência para controle de deslocamentos internos no revestimento
do túnel;
• Piezômetro para controle da pressão hidráulica no maciço.
• Indicadores de nível d’água para o controle do nível freático.
• Inclinômetros.
No N.A.T.M., dados oriundos das instrumentações de campo têm papel muito importante,
pois eles permitem medir o desenvolvimento das deformações, o alívio das tensões e,
consequentemente, a interação entre suporte e maciço circundante, e além disso:
• Alertam para situações imprevistas, possibilitando tomar decisões rápidas;
• Fornecem subsídios para aferir as hipóteses iniciais do projeto, permitindo
adaptações e correções do método construtivo, ajustando o espaçamento entre as
cambotas e os tratamentos previstos;
• Promovem condições para melhorar o desempenho da obra quanto à
produtividade, segurança, economia e qualidade, através da interpretação das
leituras dos instrumentos associada aos eventos observados na obra.
Com estas informações pode-se alterar o tempo de avanço, visto às dificuldades encontradas no
entorno da obra, ou do próprio estado de tensões do maciço, afirma TEIXEIRA (1999).
No projeto do Túnel Dois Leões-Água de Meninos, foi prevista a instalação de cinco
marcos superficiais e um tassômetro, com afastamento de 5,5 m entre eles, por estaca do túnel.
------5,5m------ ------5,5m------ ------5,5m------ ------5,5m------ Cota do terreno
Marcos Superficiais Marcos Superficiais
(Tassômetro)
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Ao final da execução do túnel foram levantadas as quantidades dos instrumentos
utilizados, obtendo-se os seguintes valores:
• 175 m – Inclinômetros;
• 25 un – Pinos de recalque;
• 10 sc – Pinos de convergência;
• 27 un – Marcos superficiais;
• 60 m – Tassômetros;
• 150 un – Bench Mark.
Amaral Filho (1995) afirma que o tratamento primário da calota escavada é executado
utilizando-se concreto projetado, telas, cambotas e as enfilagens garantem a estabilização do teto
do túnel.
A acomodação excessiva do solo faz com que o maciço perca sua capacidade de autosuporte
e passe a exercer um esforço sobre a estrutura. A aplicação imediata do revestimento de
concreto projetado impede esta acomodação, bem como a formação de vazios na junção
estrutura-maciço, mantendo sua qualidade. A aplicação deste revestimento possibilita que o
suporte aja em toda a superfície escavada, melhorando sua interação com o maciço.
O concreto projetado é aplicado na espessura determinada no projeto. No caso de
armação com tela, aplica-se uma camada de concreto projetado com 3 cm de espessura, que evita
possíveis desplacamentos do solo.
De acordo
com Lópes (1997),
os avanços usuais
nos diversos tipos de
solos ou rochas
“brandas” (de fácil
ruptura ou
escavação), variam
de 0,6 a 1,2 m,
rapidamente
revestidos por uma
camada primária de
concreto projetado, o
que garante a
preservação da
resistência do maciço
e, conseqüentemente,
sua estabilidade.
Figura 9: Drain-Pack, drenos superficiais.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
Após a primeira camada de concreto projetado, é fixada por meio de grampos a camada
externa de tela soldada, obedecendo-se o transpasse estipulado no projeto.
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Segundo Amaral Filho (1995), na escavação de túneis as telas são utilizadas com o
objetivo de absorver os esforços de tração, causados pela tendência de fechamento do maciço,
visto que são aplicadas próximas à superfície.
Sendo o primeiro suporte instalado após o desmonte da rocha ou escavação do solo, as
cambotas (Figura 10) garantem suporte imediato, basicamente trabalhando como suporte à
compressão.
Para estabilizar previamente trechos a serem escavados, ou os emboques, são utilizadas
enfilagens (Figura 10) cravadas ou injetadas. São elementos estruturais longitudinais, instalados
no contorno do teto da escavação, executados previamente à escavação para manter a
sustentação do maciço até a conclusão da aplicação do suporte. Instaladas na face frontal de
escavação do túnel por meio de cravação ou perfuração e preenchimento com cimento ou resina,
as pregagens são elementos estruturais em forma de barras ou tubos, geralmente constituídos de
fibras de vidro, tubos de PVC ou aço. Sua função é fornecer tensão de confinamento horizontal,
aumentando a resistência ao cisalhamento do solo.
Figura 10: Enfilagens, cambotas e tela metálica. Fonte:
Igor Dantas, 2009.
Após a colocação
da tela (Figura 10), efetuase
sua cobertura com
aproximadamente 3 cm de
concreto projetado,
finalizando-se assim o
revestimento deste passo de
avanço.
O revestimento
final do túnel seria a última
camada de concreto,
projetada após o tratamento
inicial (cambotas,
enfilagens e outros tipos de
suporte que auxiliam na
escavação do túnel),
CORRÊA (1992).
Segundo Corrêa (1992), o revestimento final irá garantir a estabilidade do túnel, pois irá
aumentar mais ainda a resistência gerada pelos suportes citados, além, claro, de protegê-los
contra as intempéries que viriam a degradar a estrutura.
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Figura 11: Perspectiva ilustrativa de túnel em N.A.T.M.
Fonte: Manual Técnico Solotrat, 2003.
Figura 12: Tipos de suporte de túneis N.A.T.M.
Fonte: Terratek, 2009.
4.0 Pipe Jacking
1 – Enfilagens;
2 – Pregagens;
3 – Cambotas;
4 – Concreto Projetado;
5 – Chumbadores;
6 – Arco Invertido.
Nos grandes centros urbanos, em quase todo o mundo, os túneis passaram a ter
importância decisiva na execução das obras, porque se apresentaram como a solução para a
transposição de múltiplos obstáculos.
Dentre os métodos existentes para a execução de túneis em áreas urbanas, um dos
resultados de desenvolvimento tecnológico relativamente recente é o sistema Pipe Jacking.
10

A Associação Brasileira dos Fabricantes de Tubo de Concreto, ABTC, define a
metodologia como a execução de túneis em vários diâmetros através da cravação de tubos de
concreto de alta resistência (50 a 80 MPa), destinados a canalizações em geral (drenagem
pluvial, esgotamento sanitário, galerias técnicas etc).
A utilização do Pipe Jacking é uma metodologia classificada como não destrutiva
segundo Corrêa (2002) e tem o objetivo de reduzir os riscos inerentes à escavação, assim como
as dificuldades e transtornos causados pelas obras às pessoas e, principalmente, ao meio
ambiente.
“O método Pipe Jacking constitui um processo de abertura de túneis, que se caracteriza
pela instalação subterrânea de tubos de concreto pré-moldados, por meio de cravação. Esta
operação se faz entre dois pontos, sem a interrupção do espaço superficial.” (DRÖSEMEYER,
2004).
Os primeiros registros da utilização do Pipe Jacking datam do século passado, entretanto,
a partir da década de 60, principalmente, vem evoluindo tecnologicamente, o que o tornou uma
alternativa interessante (DRÖSEMEYER, 2004).
Negro Júnior e Coutinho (1995) afirmam que a evolução do Pipe Jacking deriva,
principalmente, da necessidade de se eliminar ou minimizar a utilização de V.C.A.
“As razões são obvias: o espaço subterrâneo encontra-se congestionado de utilidades e
a instalação de novas, requer o remanejamento daquelas, necessidade de reduzirem-se
os custos e prazos de instalação, elevado custo social associado à abertura de valas,
busca de soluções que representem menores margens de risco técnico e econômico.”
(DRÖSEMEYER, 2004)
O método Pipe Jacking é atualmente bastante utilizado na Europa, Japão e Estados
Unidos (NICHOLAS, 1998; OSAKO, 1998; STEIN, 1998 apud DRÖSEMEYER, 2004).
Moreira (1995) afirma em sua obra que para que a frente da escavação seja suportada a
velocidade de retirada do solo deve ser equivalente à velocidade de avanço da máquina.
Figura 13: Máquina de corte, shield.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
Segundo Drösemeyer (2004), na
metodologia Pipe Jacking existem formas
distintas para sua execução: métodos tripulados e
métodos não tripulados; e quanto à escavação
pode-se dividir em manual ou mecânica. Por sua
vez, a escavação mecânica pode ser classificada
como de frente aberta ou de frente fechada e de
frente pressurizada ou não pressurizada.
Em sua obra, Garrido (2003) afirma que o sistema pode utilizar vários diâmetros de tubos
de concreto, de 300 a 2000 milímetros, ainda que vários especialistas defendam sua utilização
para diâmetros de 2500 e até de 3000 milímetros.
Nogueira (1997) afirma que os túneis, em função dos seus diâmetros, podem pertencer a
três classes:
• Micro-túneis: obras com diâmetro menor que 1000mm;
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• Mini-túneis: obras com diâmetros de 1000mm a 2500mm;
• Túneis: obras com diâmetro superior a 2500mm.
A seguir, pode-se ver as etapas de escavação utilizando-se a metodologia Pipe Jacking:
Figura 14: Poço de serviço com o Pipe Jacking.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
3: Instalação do Shield no poço
de serviço e início das escavações do
túnel. O Shield é um equipamento
"elétrico-hidráulico" que escava o solo
através de sua cabeça rotativa. O solo
escavado penetra pelas "janelas" na
frente do Shield que cai em uma esteira
transportadora, que transporta o solo
escavado até uma caçamba metálica,
que é transportada até o poço de
serviço, onde o solo é descarregado em
caminhão basculante e daí para o bota
fora.
Figura 16: Instalação dos tubos de concreto no Pipe Jacking.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
1: Construção dos poços de
serviço, shafts, de emboque e
desemboque em concreto projetado.
Esta etapa continua em paralelo à
execução do túnel.
2: Instalação do Pipe
Jacking no poço de emboque e
também a instalação do canhão
laser que direciona em alinhamento
e declividade o Shield na escavação
do túnel.
Figura 15: Instalação do Shield no poço de serviço.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
4: Instalação dos tubos de
concreto no Pipe Jacking através do
poço de serviço e cravação do tubo
no interior do solo já escavado pelo
Shield.
5: Realiza-se as etapas 3 e 4,
sucessivamente, até que o Shield
atinja o desemboque, estando pronto
o trecho de túnel entre o poço de
emboque e o desemboque.
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Figura 17: Seção de um Slurry Shield Machine.
Fonte: HERRENKNECHT, 2001.
Figura 18: Arranjo Geral da metodologia Pipe Jacking.
Fonte: Revista Saneas, 2002.
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5.0 N.A.T.M. e Pipe Jacking: vantagens e desvantagens
Uma das desvantagens do Pipe Jacking é o investimento inicial para a aquisição dos
equipamentos segundo Koshima apud Garrido (2003). Levando em consideração somente os
equipamentos necessários para a abertura e estabilização do túnel, o Pipe Jacking tem grande
desvantagem, devido ao fato da grande maioria dos equipamentos de escavação (shield) e dos
cravadores dos tubos de concreto serem importados, o que, somado ao alto valor dos impostos
alfandegários, deixa os serviços com altíssimos custos iniciais. No mesmo trabalho, Koshima
afirma que há também a necessidade de que a construtora tenha escala de produção, ou seja,
ganhe contratos grandes que permitam amortizar o investimento inicial com a compra das
máquinas.
Este método torna-se viável para escavações de longos túneis. É preciso também que se
analise o que será feito com este equipamento após a finalização dos serviços, visto que cada
túnel tem suas peculiaridades e, pouco provavelmente, o mesmo equipamento poderá ser
utilizado pela mesma empresa na construção de um túnel de igual diâmetro, logo após a
finalização deste serviço.
Devido ao alto custo do equipamento de corte, o Pipe Jacking torna-se mais oneroso à
medida que exigem-se maiores diâmetros dos túneis, visto que, o quanto maior o shield, maior
será o seu valor e mais peculiar será o túnel.
Também em relação ao diâmetro do túnel, sendo escavado em N.A.T.M., é possível
alterar o seu diâmetro devido a eventuais exigências do projeto. Utilizando-se o Pipe Jacking
isto é impossível, visto que o equipamento de corte tem seu tamanho fixo.
O projeto também pode limitar a forma escolhida para a abertura dos túneis, visto que,
somente é possível executar bifurcações utilizando-se a metodologia N.A.T.M., assim como
curvas de pequenos raios.
Quanto à questão mão-de-obra, o Pipe Jacking, segundo Capobianco apud Garrido
(2003) a mão-de-obra aplicada é muito especializada e escassa, o que, mais uma vez, torna a sua
utilização mais onerosa.
“O operador tem que entender um pouco de geologia, o mínimo indispensável de
mecânica do solo, de mecânica de equipamentos, de hidráulica e de informática, para
estar gabaritado a trabalhar sem fazer com que o equipamento pare ou tenha algum
outro tipo de contratempo.” (CAPOBIANCO apud GARRIDO, 2003).
Na metodologia N.A.T.M. não se faz necessária a abertura de poços em 100% dos casos
para se iniciar e finalizar a escavação. Com a utilização do Pipe Jacking, na grande maioria das
vezes é necessário que tais poços sejam abertos para que seja possível, no emboque, descer os
equipamentos, shield e cravador de tubos de concreto (Pipe Jacking), assim como os próprios
tubos de concreto e também o no desemboque, para que o equipamento de corte seja retirado.
Para que seja possível executar escavações em rochas, mais uma vez o N.A.T.M. não
exige equipamentos adicionais. Com o Pipe Jacking, segundo Corrêa apud Garrido (2003),
exigem-se cabeças de corte especiais e conseqüentemente, mais onerosas. Caso sejam
encontradas rochas ou matações, não previstos nas investigações preliminares, a retomada dos
serviços utilizando-se o shield pode ser mais lenta, visto a necessidade de se conseguir
equipamentos não previstos, tais como cabeças de corte especiais, ou até mesmo danificar o
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equipamento de corte. Caso o último problema fosse identificado, seria necessário abrir poços de
serviço intermediários.
Utilizando a metodologia N.A.T.M. não é necessário que tais poços sejam abertos para
que seja retirado nenhum equipamento. Com o Pipe Jacking, eventuais problemas que venham a
impossibilitar a continuação da escavação pelo shield, podem exigir que novos poços sejam
abertos com o intuito de se fazer a manutenção ou até mesmo a substituição do equipamento. Há
também a questão da localização de tais poços, pois caso se faça necessária a abertura, por
exemplo, em avenidas com intenso fluxo, um enorme transtorno seria trazido à sociedade devido
à interdição para a escavação, manutenção ou substituição e reconstituição do pavimento
retirado.
Túneis executados em Pipe Jacking possuem alta qualidade. Garrido (2003) afirma que
devido à taxa de precisão de 0,2%, garantida devido ao nivelamento e alinhamento a laser, o
Pipe Jacking torna-se ideal para a execução de túneis que irão abrigar condutos livres, tais como
galerias de esgoto e de drenagem.
Como o Pipe Jacking utiliza tubos de concreto normalizados pela NBR 15319/2006, o
método tem alto controle da qualidade do revestimento e, devido às altíssimas especificações dos
tubos utilizados, Corrêa (2002) afirma que este fato permite controle prévio do revestimento. No
N.A.T.M. o revestimento é executado in loco em concreto projetado, tornando-se mais suscetível
a erros. Neste caso não é possível evitar eventuais problemas, somente remedia-los ou repará-los.
Garrido (2003) afirma que por serem fabricados com cimento resistente a sulfatos, com
baixa absorção de água (abaixo de 4%) e concreto de alta resistência (acima de 45 MPa), os
tubos resistem aos esforços de cravação alem de possuíram vida útil longa. Sendo o revestimento
do túnel os próprios tubos. Túneis em N.A.T.M. têm a necessidade de se preencher os
overbreaks em concreto projetado assim, possuindo maiores gastos com mais mão-de-obra.
Devido aos tubos de concreto serem o próprio suporte do túnel, assim como o seu
revestimento final, não há necessidade de se escorar a sua abertura. No N.A.T.M. há a
necessidade deste escoramento e, segundo diversos autores, dentre eles Amaral Filho (1995), são
utilizadas cambotas, enfilagens, pregagens e concreto projetado, sendo este executado em duas
etapas: como suporte inicial e como revestimento final.
Devido à escavação feita pelo shield ser executada no diâmetro exato da tubulação,
acrescido apenas de um pequeno sobrecorte (normalmente entre 1% e 2% do diâmetro externo
do equipamento), Telles apud Garrido (2003) afirma que os recalques são minimizados e,
conseqüentemente, trincas e fissuras nas construções acima da escavação são evitadas, o que, por
sua vez, evita transtornos com a sociedade.
Também devido à escavação feita pelo shield, a metodologia Pipe Jacking mostra-se trás
grandes benefícios na questão social. Mais uma vez os recalques são minimizados, segundo
Corrêa apud Garrido (2003), visto que não se transmitem vibrações às fundações das edificações.
No N.A.T.M. é necessário se preocupar com o deslocamento do ar causado pelas
detonações que pode estilhaçar janelas, levantar grande quantidade de poeira e, até mesmo,
lançar pequenos fragmentos de rocha, caso não seja executado o fechamento do túnel de maneira
correta.
15

Quanto à questão “sociedade” a utilização da metodologia Pipe Jacking associada aos
equipamentos de corte, shield têm ótimos resultados. Segundo Corrêa; Corrêa (2002), em obras
com grande interferência do entorno, esta questão, muitas vezes, pode atrasar o andamento dos
serviços, o que, conseqüentemente, aumenta ainda mais o seu custo.
Quando a questão são os trabalhadores, o N.A.T.M. pode ser preocupante. Sendo o
ambiente de trabalho mais insalubre, devido à manipulação de explosivos e ao fato do
revestimento do túnel ser executado por operários, em várias etapas, o risco de colapso do túnel é
muito maior. Somam-se também o fato do trabalho ser executado em locais escuros, com
iluminação artificial, na grande maioria das vezes, precária, o trabalho em local úmido, a
possibilidade inalação de gases tóxicos, caso não seja respeitado o tempo de dispersão destes
gases ou não seja executada uma boa ventilação do túnel e a grande poeira de concreto causada
pela sua projeção na execução do revestimento.
Uma das grandes vantagens da utilização do Pipe Jacking é o fato do trabalho poder ser
executado abaixo do nível d’água, segundo diversos autores, dentre eles Gimenez apud Garrido
(2003), não sendo necessário o rebaixamento do lençol freático, serviço muitíssimo oneroso e
que também pode causar instabilidade nas construções vizinhas.
Quando analisa-se a questão da produtividade o Pipe Jacking comprova o que pode ser
uma das suas maiores qualidades. Segundo Corrêa apud Garrido (2003) para a faixa de
diâmetros nominais entre 600 e 1.200 milímetros, observam-se, normalmente, produtividades
médias entre 250 a 450 metros por mês, em projetos executados por Pipe Jacking.
No mesmo trabalho, Frenceschini afirma que a principal vantagem na utilização do
sistema Pipe Jacking é a redução do tempo de execução da obra que, em alguns casos, chega a
ser 80% menor.
Tabela 1 – Resumo: Pipe Jacking e N.A.T.M
Pipe Jacking N.A.T.M
Exige equipamentos especiais, Não exige equipamentos
Investimento inicial normalmente importados. especiais, sendo facilmente
Grande investimento inicial. encontrados no Brasil.
Volume de serviço
Exige grande quantidade de
serviço para amortizar o custo
inicial com equipamentos.
Não exige grande quantidade
de serviço visto que os
equipamentos não possuem
valor tão alto.
Equipamentos utilizados para Equipamentos podem ser
Reutilização dos
equipamentos
um único diâmetro de túnel o
que faz com que a reutilização
em outros contratos seja
utilizados para escavar
diversos diâmetros de túneis,
podendo ser facilmente
limitada.
reutilizados.
Impossível alterar o diâmetro Possível alterar o diâmetro do
Modificações e limitações de do túnel ou fazer curvas de túnel e/ou fazer curvas de
projeto.
pequenos raios ou
pequenos raios ou
bifurcações.
bifurcações.
Mão-de-obra
Exige mão-de-obra muito
especializada.
Não exige mão-de-obra tão
especializada.
Poços de trabalho
Exige aberturas de poços na
grande maioria dos casos.
Não exige abertura de poços
na maioria dos casos.
Poços de serviço Eventual necessidade de Não exige abertura de poços
16

Escavação em rocha
Escavação em solo
Qualidade do revestimento
Escoramentos
Recalques / Sociedade
Ambiente de trabalho
Lençol freático
abertura de poços de serviço
intermediários para
manutenção ou substituição
dos equipamentos em locais
ou vias de grande fluxo.
Exige equipamentos (cabeças
de corte) especiais.
Não exige equipamentos
adicionais e a velocidade de
avanço praticamente não se
altera.
O revestimento são os
próprios tubos de concreto
fabricados com altíssimas
especificações o que permite
controle prévio.
Não há necessidade de
escoramento da frente de
escavação, pois os tubos de
concreto são, ao mesmo
tempo, o revestimento final e
os suportes do túnel
Maciço cortado, não
transmitindo vibrações às
fundações de edificações
vizinhas, minimizando
recalques e problemas com a
vizinhança. Inexistência da
necessidade de interdição de
ruas devido a detonações.
Possibilidade de operação do
equipamento fora do túnel.
Menor risco de colapso
devido ao suporte. Melhor
qualidade do ambiente de
trabalho.
Possibilidade de execução do
túnel abaixo do nível d’água,
sem rebaixamento do lençol
freático, reduzindo custos e a
possibilidade de causar
instabilidade nas edificações
vizinhas.
para manutenção ou
substituição dos
equipamentos.
Não exige equipamentos
adicionais.
Reduz-se a velocidade de
avanço devido à necessidade
da instalação dos suportes
com menores distâncias e de
mais parcializacões.
Revestimento em concreto
projetado mais suscetível a
erros, não permitindo controle
prévio, somente reparar
eventuais problemas.
Necessidade de diversos
escoramentos tais como
cambotas, enfilagens e
pregagens, além do próprio
concreto projetado aplicado
na primeira fase.
Devido às detonações para
desmonte de rocha, maiores
vibrações são transmitidas às
fundações de edificações
vizinhas, possibilitando
maiores recalques. Necessária
a interdição de ruas devido a
detonações. Possibilidade de
se estilhaçar janelas, levantar
grande quantidade de poeira e
até mesmo lançar fragmentos.
Perigoso devido à possível
manipulação de explosivos.
Maior risco de colapso por
erros humanos. Trabalho em
local úmido e escuro com
iluminação artificial precária.
Possibilidade de inalação de
gases tóxicos e poeira de
concreto projetado.
Não é possível trabalhar
abaixo do nível d’água, sendo
necessário o rebaixamento do
lençol freático.
17

Produtividade
Fonte: Igor Dantas
Altíssima produtividade,
chegando a reduzir o tempo
da obra em até 80%.
6.0 Tecnologias na Cidade de Salvador
6.1 Exemplo da utilização do N.A.T.M. em Salvador, Bahia.
Baixa produtividade devido à
necessidade de se executar
vários tipos de suportes.
Em Salvador, Bahia, muitos são os túneis que ainda estão sendo construídos ou já foram
finalizados no ano de 2009.
Como exemplo da utilização do N.A.T.M. temos a execução da segunda etapa do túnel
Dois Leões-Água de Meninos, executado pela Construtora Norberto Odebrecht S.A (CNO), que
irá prover à cidade de Salvador um novo acesso viário entre os bairros das “cidades” alta e baixa,
em um ponto intermediário entre as duas principais ligações existentes e já saturadas, além de
representar mais uma via de escoamento de carga e passageiros em direção ao Porto de Salvador,
fazendo parte das obras da Via Expressa Baía de Todos os Santos, que por sua vez, interligará o
Porto de Salvador à BR 324, principal estrada para acesso à cidade.
No caso da segunda etapa da escavação do túnel Dois Leões-Água de Meninos, a curta
extensão do túnel que ainda restava ser escavada, cerca de 50 m, inviabilizava a mobilização de
um shield.
18

Figura 19: Mapeamento geológico/geotécnico do túnel
Fonte: Terratek, 2009.
Um forte trabalho social foi
realizado com os moradores,
comerciantes e transeuntes das áreas
do entorno para que todo o processo
de escavação fosse explanado e para
que eventuais problemas pudessem
ser resolvidos e as dúvidas
esclarecidas.
Com o monitoramento através
da instrumentação realizada pela
Universidade Federal da Bahia
(UFBA), observou-se que os prédios
sofreram recalques que chegaram a -
21 mm (diferença entre conjuntos de
marcos superficiais), com recalques
diferenciais de até 3 mm (diferença
no mesmo conjunto de 3 marcos
superficiais entre 2 marcos), de
forma contínua e controlada
conforme o avanço do túnel.
Durante a escavação foi
encontrada rocha sã, rocha alterada e
saprolito. A figura 9 ilustra o
mapeamento geológico/geotécnico
do túnel.
19

Figura 20: Comunicação das frentes de escavação no Emboque Porto
Fonte: Igor Dantas, 2009.
6.2 Exemplo da utilização do Pipe Jacking em Salvador, Bahia.
No dia 27 de maio de
2009 foi feita a comunicação
das duas frentes de escavação
do túnel, como pode ser visto na
figura 10.
Alguns dados da obra:
• Os avanços do
túnel variaram de
0,8 a 2,5m;
• Foram feitas até
três
parcializacões
durante as
escavações.
Um exemplo da utilização da tecnologia Pipe Jacking em Salvador, Bahia foi a execução
do Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDO do Jaguaribe), contrato firmado entre a
Empresa Baiana de Águas e Saneamento (Embasa) e a Concessionária Jaguaribe S.A. (formada
pela Odebrecht Investimentos em Infra-estrutura e a Construtora Norberto Odebrecht) executado
pela Construtora Norberto Odebrecht S.A.
Segundo Maia (2009), o SDO do Jaguaribe, quando em funcionamento, irá beneficiar
mais de 1 milhão de pessoas nas cidades de Salvador e Lauro de Freitas. O projeto inclui um
emissário terrestre em túnel, revestido de concreto, com 1.300 m de comprimento, e um
emissário submarino de 3.600 m, dos quais 3.200 m são de tubos de polietileno de alta densidade
(PEAD) e o restante em túnel.
Figura 21: Configuração do SDO do Jaguaribe.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
20

Com a metodologia escolhida para a escavação do túnel responsável pelo transporte da
vazão de trabalho, a comunidade, o meio ambiente e a cidade ganharão em qualidade e
preservação. O trecho executado em Pipe Jacking passa por baixo de toda a Avenida Jorge
Amado e praia dos Artistas, saindo à profundidade de 12,00 m.
Neste ponto ocorre a transição do túnel em tubos de concreto armado para a tubulação em
PEAD, onde os efluentes tratados serão lançados a uma profundidade de 44 m.
Nas obras do SDO do Jaguaribe, os esforços de cravação são de aproximadamente 300
toneladas, proporcionando velocidade de avanço média de 2,5 tubos por dia, ou seja, 7 m. A
velocidade de avanço do shield deve ser muito bem monitorada, pois, podendo causar recalques,
tanto negativos quanto positivos, caso não seja muito bem controlada.
Figura 22: Tubulação de PEAD lançada no mar.
Fonte: Odebrecht Informa Online, 2009.
6.3 Análise
Com o advento das tecnologias, a cidade de Salvador mostra sua evolução no campo da
engenharia. Obras como o túnel Dois Leões-Água de Meninos e o SDO do Jaguaribe ilustram e
comprovam tal evolução.
Pode-se afirmar que no mínimo, a utilização do N.A.T.M. na área da Ladeira da Soledade
foi ousada por se tratar de uma área com edificações tombadas pelo Instituto do Patrimônio
Artístico e Cultural da Bahia (IPAC). Tamanha ousadia trouxe grande experiência e rendeu
notoriedade para a equipe responsável pela obra, assim como para a própria cidade, dentro do
cenário da geotecnia.
A utilização do Pipe Jacking quando a escavação é feita principalmente em rocha, como
é o caso do SDO do Jaguaribe, é sempre complexa, visto as diversas dificuldades encontradas,
como travamento do shield, podendo ser causado por falhas no monitoramento ou interpretação
dos dados enviados ao container de controle. Estes dados referem-se à força de cravação do
21

macaco hidráulico, torque do motor que gira a cabeça do shield, excesso ou falta de água/lama
ou de pressão na frente da escavação.
7.0 Considerações Finais
No universo da Engenharia, principalmente na atualidade, devido aos grandes avanços
tecnológicos e aos constantes estudos acerca dos materiais, diversos são os meios para se
executar um mesmo tipo de serviço, seja ele de pequeno, médio ou grande porte.
Deve-se analisar, cautelosamente, todos os condicionantes que poderão afetar ou não o
processo de criação, execução e, posteriormente, a operação do sistema desenvolvido.
Diante das diversas opções, deve-se levar em consideração todas as variáveis possíveis,
pois, um pequeno detalhe pode ser decisivo para a exclusão de determinada tecnologia dentro do
leque de opções que é conhecido.
Não são somente questões acerca dos métodos executivos, mas também questões que
envolvem decisões estratégicas para as empresas, como fluxo de caixa, destino dos
equipamentos e mão-de-obra ao final dos serviços, questões de contrato, como prazos e,
principalmente valores.
Outra questão que deve ser analisada com muita atenção é o transtorno social que, por
menor que seja nunca deixa de existir e que também tem grande peso na decisão final, pois,
muitas vezes, problemas com a sociedade podem fazer com que os serviços fiquem parados por
longos períodos, prejudicando todo um planejamento e também reduzindo a margem de lucro
previamente determinada.
Felizmente, no campo da Engenharia possuímos uma gama de opções e alternativas que,
aplicamos da melhor maneira possível, modificando a natureza. Dentro deste contexto, a cidade
de Salvador pode ser considerada como um ótimo ponto de partida para estudos acerca de túneis,
pois, como citado anteriormente, possui túneis em execução ou já executados onde foram
aplicadas diferentes tecnologias.
Com 460 anos de fundação e ocupando a posição de terceira maior capital do país,
segundo Santana (2009), a cidade possui diversas edificações antigas e, em muitos casos,
tombadas pelo Instituto do Patrimônio Artístico e Cultural da Bahia (IPAC). Pode-se afirmar que
seria no mínimo arriscado utilizar a tecnologia N.A.T.M. na execução de túneis, como por
exemplo, no Pelourinho. Para túneis de serviço, muito provavelmente o mais indicado seria a
utilização do Pipe Jacking devido todas as afirmações já feitas durante este trabalho, que,
minimizam recalques e até mesmo evitam trincas e fissuras nas construções acima da escavação.
Qualidade e produtividade são as principais vantagens da utilização do Pipe Jacking.
Qualitativamente, em relação ao acabamento do túnel e ao ambiente de serviço para os operários,
a utilização da tecnologia torna o método muito mais atraente. Mais uma vez, vale à pena citar,
como afirma Frenceschini apud Garrido (2003), a redução do tempo de execução da obra, chega
a 80%, o que torna a produtividade com a utilização do Pipe Jacking muito mais alta.
Na mesma obra afirma Kochen, a tendência da maior utilização do Pipe Jacking no
futuro é evidentemente clara e mais vantajosa, porém, o estudo de viabilidade econômica deve
ser sempre realizado, pois, em alguns casos, a extensão do túnel pode ser considerada pequena
22

para se amortizar os custos dos equipamentos, sendo mais vantajoso arcar com custos de
escoramentos nas edificações e também com instrumentação mais intensa do que aquela que
seria normalmente utilizada.
Após todo o estudo realizado, considerando as principais vantagens e desvantagens de
cada tecnologia, pôde-se perceber que é inviável comparar os métodos, visto que na prática, a
faixa de diâmetros onde pode-se utilizar as duas tecnologias é de 1800mm a 4000mm, intervalo
considerado pequeno diante dos diversos diâmetros possíveis para a execução de túneis em
N.A.T.M, maiores que 4000mm ou ainda em Pipe Jaking, menores que 1800mm.
1800mm – N.A.T.M.
4000 mm – Pipe Jacking
Figura 23: Diâmetros de aplicação: Pipe Jacking e N.A.T.M.
Fonte: Igor Dantas, 2009.
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