PRINCÍPIOS DE COMPORTAMENTO DE TÚNEIS

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3. OBRAS SUBTERRÂNEAS: PLANEJAMENTO E

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• o sistema de suporte é instalado para complementar, se necessário, a capacidade de carga do maciço;

• a instrumentação tem um papel ativo durante a construção de um túnel.

3.1.1 MACIÇO CIRCUNDANTE

O princípio do maciço circundante estabelece que, contrariamente ao que era pensado, o principal elemento estrutural de uma escavação é o maciço, e não o sistema de suporte. Essa capacidade de sustentação é gerada por conta do chamado efeito arco: ao se deformar, o maciço é capaz de redistribuir as tensões atuantes na região adjacente à escavação.

Dependendo da capacidade do meio e da magnitude das tensões induzidas pela obra, essa distribuição de tensões já é suficiente para estabilizar a escavação, gerando assim os chamados túneis autoportantes. Contudo, há ocasiões nas quais as tensões geradas são maiores do que o maciço pode suportar, sendo necessário entrar com um sistema de suporte ou que seja realizado algum tratamento no meio que potencialize suas qualidades.

Como a capacidade de resistência do maciço é extremamente dependente das suas características geológico-geotécnicas, é desejável que essas sejam preservadas ao longo de toda a construção do túnel. Durante a escavação, devem ser tomadas as devidas precauções para que apenas o material que será retirado seja afetado, mantendo o maciço circundante o mais íntegro possível. Outro fator que também influencia a mobilização do efeito arco é a geometria da seção escavada. Quinas são regiões com grande concentração de tensões e devem ser evitadas ao máximo, enquanto que formatos arredondados distribuem a tensão igualmente ao longo de toda a parede e favorecem a formação do efeito arco.

3.1.2 SISTEMA DE SUPORTE

O segundo princípio diz que o sistema de suporte deve ser instalado, quando necessário, para receber apenas as tensões residuais que não puderam ser aliviadas pelo maciço. O tempo de instalação desse suporte deve ser estabelecido de maneira que o maciço tenha chance de se deformar, podendo assim aliviar as tensões causadas pela escavação. Contudo, ele não pode ser tão longo a ponto de o maciço se deformar demais e romper.

Como já citado anteriormente, o entendimento do comportamento do maciço ainda é muito limitado. Por conta disso, a otimização do tempo de instalação é um processo iterativo, e ocorre durante a construção. Esse tempo vai sendo adaptado de acordo com as deformações medidas do maciço até que as tensões que chegam no sistema de suporte sejam iguais às calculadas durante o dimensionamento.

24 Para que o sistema de suporte seja efetivo, ele deve estar fechado e em contato com o maciço. Também deve se estudar com cuidado a rigidez do material que será utilizado como suporte. Ela deve ser compatível com a rigidez do maciço, de modo que o sistema funcione como um cilindro de paredes finas, minimizando cortantes e momentos. Se durante os cálculos for percebido que a rigidez necessária é muito alta, é preferível que se mantenha as paredes finas e se reforce o sistema com tirantes ou cambotas metálicas. Caso contrário, o suporte não irá permitir que as deformações esperadas do maciço ocorram, aumentando assim as tensões no conjunto.

3.1.3 INSTRUMENTAÇÃO ATIVA

Diferentemente do que ocorre nas construções convencionais, nas obras subterrâneas a instrumentação possui um papel ativo. Como dito anteriormente, as deformações do maciço e o estado de tensões no sistema são parâmetros cruciais, pois são eles que indicam se o que foi previsto no dimensionamento está realmente acontecendo na realidade. Além de ter um papel importante no monitoramento do comportamento do túnel e nos níveis de segurança da obra, a instrumentação serve como um calibrador para o método de escavação, para o tipo de suporte e para o tempo de instalação. Todos esses fatores são adaptados até que se obtenha equivalência entre teoria e prática.

3.1.4 APLICAÇÃO DOS PRINCÍPIOS NO DIMENSIONAMENTO

Os princípios de comportamento de túneis devem ser vistos como um estudo do comportamento do maciço, e não como uma regra universal que diz que todo túnel deve ter o maciço como principal sistema estrutural. É claro que a dissipação das tensões e a consequente redução das dimensões do sistema de suporte são extremamente tentadoras para um projetista. Entretanto, para que o efeito arco se concretize, o maciço deve se deformar, e essa deformação se espalha em todas as direções, podendo ser perceptível na superfície e ter efeitos indesejados. Logo, dependendo do local do túnel, as consequências de uma deformação nas camadas superficiais podem sair bem mais caras do que um sistema de suporte mais robusto.

Portanto, os princípios de comportamento de túneis devem ser utilizados para entender a relação que existe entre as deformações do maciço e suporte necessário. Essa correlação é representada pela chamada curva característica do maciço, que pode ser observada na Figura 3.1. Essa curva, apesar do nome, depende tanto das características do maciço quanto das características do túnel que irá ser escavado nele.

25 Figura 3.1 - Curva característica do maciço (Assis, 2002).

Como pode ser visto na Figura 3.1, no eixo X tem-se a deformação radial da parede do túnel e no eixo Y tem-se a pressão equivalente do sistema de suporte. Analisando o gráfico acima, é percebido que os túneis representados pelas curvas vermelha e amarela são autoportantes, com o primeiro apresentando um comportamento linear. Já a curva azul apresenta um túnel que irá romper se nenhuma medida for tomada para controlar suas deformações. Assim, cabe ao projetista verificar qual é o caso com o qual ele está trabalhando, verificar quais são as deformações aceitáveis, baseando-se nos limites das estruturas adjacentes e, assim, otimizar a distribuição das tensões entre o maciço circundante e o sistema de suporte utilizado.