UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PROPOSTA E DIMENSIONAMENTO DE UMA NOVA LINHA DE METRÔ W3 – L2
ALICE PACHECO COSTA REIS
ORIENTADOR: ANDRÉ PACHECO DE ASSIS
MONOGRAFIA DE PROJETO FINAL EM GEOTECNIA
BRASÍLIA / DF: JUNHO/2017
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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PROPOSTA E DIMENSIONAMENTO DE UMA NOVA LINHA DE METRÔ W3 – L2
ALICE PACHECO COSTA REIS
MONOGRAFIA DE PROJETO FINAL SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL.
APROVADA POR:
_________________________________________
ANDRÉ PACHECO DE ASSIS, PhD (UnB) (ORIENTADOR)
_________________________________________
LUIS FERNANDO MARTINS RIBEIRO, DSc (UnB) (EXAMINADOR INTERNO)
_________________________________________
VINÍCIUS RESENDE DOMINGUES, MSc (UnB) (EXAMINADOR EXTERNO)
DATA: BRASÍLIA/DF, 21 de JUNHO de 2017.
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FICHA CATALOGRÁFICA
REIS, ALICE PACHECO COSTA
Proposta e dimensionamento de uma nova linha de metrô W3 – L2 [Distrito Federal]
2017.
xiv, 92 p., 297 mm (ENC/FT/UnB, Bacharel, Engenharia Civil, 2017)
Monografia de Projeto Final - Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia.
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
1. Obras subterrâneas 2. Metrô
3. Tuneladora tipo EPB 4. Método de escavação cut-and-cover
I. ENC/FT/UnB II. Título (série)
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
REIS, A.P.C. (2017). Proposta e dimensionamento de uma nova linha de metrô W3 – L2.
Monografia de Projeto Final, Publicação G.PF-AA001/17, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 92 p.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Alice Pacheco Costa Reis
TÍTULO DA MONOGRAFIA DE PROJETO FINAL: Proposta e dimensionamento de uma nova linha de metrô W3 – L2
GRAU / ANO: Bacharel em Engenharia Civil / 2017
É concedida à Universidade de Brasília a permissão para reproduzir cópias desta monografia de Projeto Final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta monografia de Projeto Final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.
_____________________________
Alice Pacheco Costa Reis
SQNW 309 Bloco H Apartamento 607 – Noroeste 70687-140 – Brasília/DF – Brasil
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DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, à minha irmã Laura e ao meu namorado Lucas, por serem meu porto seguro perante as dificuldades durante este percurso.
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AGRADECIMENTOS
Primeiramente à Deus, por todas as graças que me foram concedidas até esse momento da minha vida, e por me dar força e coragem para enfrentar as dificuldades do dia-a-dia.
Ao professor André Assis, por despertar em mim o interesse pela Geotecnia. Se não fosse pela sua aula, eu nunca teria me interessado por essa área. Muito obrigada por todas as orientações, ensinamentos e por todo o apoio.
À minha irmã Laura, por sempre ter acreditado em mim e por me inspirar a ser uma pessoa melhor. Você é sensacional, baby, e eu não sei o que seria da minha vida sem você. A minha casa vai ter o seu puxadinho, mas você não vai precisar dele porque vai ser a mais rica de todos nós.
Aos meus pais, por sempre me apoiarem e me fornecerem todas as oportunidades que eu tive até hoje. Muito obrigada por tudo, eu não seria nada sem vocês. Um agradecimento especial à minha mãe, que leu e releu esse projeto várias vezes e me ajudou ativamente na realização do mesmo.
Ao meu namorado Lucas, que acompanhou essa minha jornada na universidade desde o início. Obrigada por me escutar, por sempre saber o que dizer nos momentos difíceis e por estar ao meu lado sempre. Te amo!
À minha família, colegas, amigos e todos que contribuíram de alguma forma para que este trabalho pudesse ser concluído com sucesso.
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PROPOSTA DE UMA NOVA LINHA DE METRÔ W3 – L2
RESUMO
O problema do tráfego urbano vem se agravando cada vez mais nos últimos anos. A falta de meios de transporte público eficientes vem fazendo com que o número de automóveis cresça cada vez mais, gerando quilômetros de trânsito dentro das cidades, além da falta de estacionamento para todos esses veículos. O objetivo desse trabalho é propor e calcular a seção típica de uma nova linha de metrô para a cidade de Brasília que resolva o problema de congestionamento dentro do Plano Piloto. A linha seguirá um conceito de transporte circular, fazendo o caminho W3-L2 norte e sul. Como existe hoje uma proposta de construir um VLT em parte do trajeto, a primeira parte desse estudo foi focada em comparar as obras de superfície e as subterrâneas, mostrando vantagens e desvantagens de cada uma. Depois discutiu-se sobre a construção de obras subterrâneas, e quais são os cuidados que devem ser tomados tanto durante a fase de projeto como durante a construção em si. Em seguida, dois métodos de escavação foram apresentados: o método cut-and-cover e o método por tuneladora do tipo EPB. Depois, fez-se uma apresentação do histórico e das projeções do metrô de Brasília. Para a nova linha sugerida, baseando-se no tipo de solo encontrado em Brasília e nas restrições de traçado e deformações permitidas, a proposta é escavar a linha principal com a utilização de uma tuneladora do tipo EPB. Já para as estações e algum trecho secundário da linha, sugeriu-se a utilização do método cut-and-cover. Por fim, foi realizada uma análise numérica de uma seção do traçado proposto, simulando a escavação tanto pelo método tradicional como pelo método por tuneladora, e também para diferentes espessuras do sistema de suporte. Os resultados desse estudo foram apresentados e discutidos, comparando os desempenhos de cada método. No final, a escavação por tuneladora com a menor espessura de sistema de suporte estudada apresentou resultados satisfatórios em todos os quesitos analisados, enquanto que a escavação tradicional de face plena falhou no quesito de recalques diferenciais na superfície.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. UM ESTUDO SOBRE O TRANSPORTE SUBTERRÂNEO ... 4
2.1 HISTÓRICO DAS OBRAS SUBTERRÂNEAS ... 4
2.2 TRANSPORTE SUBTERRÂNEO X TRANSPORTE DE SUPERFÍCIE ... 5
2.2.1 CUSTO DE CONSTRUÇÃO E IMPLANTAÇÃO ... 5
2.2.2 DESAPROPRIAÇÃO E INDENIZAÇÕES ... 8
2.2.3 VALORIZAÇÃO IMOBILIÁRIA ... 9
2.2.4 POLUIÇÃO ... 11
2.2.5 PONTUALIDADE E CONFIABILIDADE ... 12
2.2.6 REVITALIZAÇÃO DO ESPAÇO DE SUPERFÍCIE ... 12
2.3 PLANEJAMENTO E GESTÃO DE PROJETOS NO BRASIL ... 19
3. OBRAS SUBTERRÂNEAS: PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO ... 22
3.1 PRINCÍPIOS DE COMPORTAMENTO DE TÚNEIS ... 22
3.1.1 MACIÇO CIRCUNDANTE ... 23
3.1.2 SISTEMA DE SUPORTE ... 23
3.1.3 INSTRUMENTAÇÃO ATIVA ... 24
3.1.4 APLICAÇÃO DOS PRINCÍPIOS NO DIMENSIONAMENTO ... 24
3.2 ETAPAS DE UMA OBRA SUBTERRÂNEA ... 25
3.3 MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS ... 27
3.3.1 CUT-AND-COVER ... 27
3.3.2 TUNELADORA DO TIPO EBP ... 30
4. O SISTEMA DE TRANSPORTE PÚBLICO DO DF ... 38
4.1 ATUAL E PROJEÇÕES ... 38
4.2 IMPACTO DO METRÔ NO DISTRITO FEDERAL ... 41
4.3 PROJETO CONCEITUAL DA LINHA PROPOSTA ... 42
5. ANÁLISE NUMÉRICA DA LINHA PROPOSTA ... 46
viii
5.1 PLAXIS 2D VERSÃO 8.2 ... 46
5.2 DEFINIÇÃO DA GEOMETRIA INICIAL DO CASO ESTUDO ... 51
5.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS – ESCAVAÇÃO POR TUNELADORA ... 56
5.3.1 ESPESSURA DE SUPORTE DE 0,20 M ... 58
5.3.2 ESPESSURA DE SUPORTE DE 0,30 E 0,40 M ... 66
5.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS – ESCAVAÇÃO PELO MÉTODO CONVENCIONAL ... 71
5.4.1 ESPESSURA DE SUPORTE DE 0,20 M ... 74
5.4.2 ESPESSURA DE SUPORTE DE 0,30 E 0,40 M ... 81
6. CONCLUSÕES ... 85
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 87
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LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Custo por km do metrô em diversas cidades. ... 6
Tabela 2.2 - Custo por km do VLT em diversas cidades (Light Rail Now, 2016). ... 7
Tabela 2.3 - Comparativo entre o preço do m2 de imóveis em São Paulo considerando a distância a uma estação de metrô (Infomoney, 2017). ... 10
Tabela 5.1 – Propriedades adotadas para o solo. ... 53
Tabela 5.2 - Propriedades do sistema de suporte. ... 53
Tabela 5.3 – Cálculo do Fator de Segurança do sistema de suporte – 20 cm. ... 62
Tabela 5.4 – Distorções – Escavação por tuneladora com suporte de 20 cm. ... 65
Tabela 5.5 – Cálculo do Fator de Segurança do sistema de suporte. ... 67
Tabela 5.6 – Comparação entre distorções com diferentes espessuras de suporte. ... 70
Tabela 5.7 – Cálculo do Fator de Segurança do sistema de suporte – 20 cm. ... 77
Tabela 5.8 – Distorções – Escavação convencional com suporte de 20 cm. ... 80
Tabela 5.9 – Comparação entre distorções com diferentes espessuras de suporte. ... 83
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Cidade de Boston antes e depois do Big Dig (Shawn Adderly, 2016). ... 14
Figura 2.2 - Trecho da cidade de Boston antes e depois do Big Dig (The New York Times, 2016a). ... 14
Figura 2.3 - Margens do Rio Manzanares - antes e depois da revitalização (EOI, 2016). ... 15
Figura 2.4 – The High Line Park em Nova York - antes e depois (The New York Times, 2016b). ... 15
Figura 2.5 - São Paulo antes e depois do Minhocão (Coisas de Sampa, 2016 e Parque Minhocão, 2016). ... 16
Figura 2.6 - Jardim elevado em um prédio na borda do Minhocão (Folha de São Paulo, 2016). ... 16
Figura 2.7 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Praça Mauá. ... 18
Figura 2.8 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Região Portuária. ... 18
Figura 2.9 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Distrito Naval. ... 18
Figura 2.10 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Candelária. ... 18
Figura 3.1 - Curva característica do maciço (Assis, 2002). ... 25
Figura 3.2 - Procedimentos de construção - método cut-and-cover (Zellin et al., 2016). ... 29
Figura 3.3 - Procedimentos de construção - método cover-and-cut (Zellin et al., 2016). ... 29
Figura 3.4 - Balanço de pressões em uma tuneladora EPB (Engenharia Civil, 2013). ... 31
Figura 3.5 - Diagrama de controle de pressão na face de escavação (Maidl et al. 2012). ... 31
Figura 3.6 - Elementos construtivos de uma tuneladora (Maidl et al., 2012). ... 32
Figura 3.7 - Distribuição dos carregamentos devido a pressão de terra e de água (Maidl et al., 2012). ... 33
Figura 3.8 - Sequência da instalação do sistema de suporte: (a) os macacos hidráulicos atingem o máximo alongamento; (b) o eretor posiciona uma das peças do anel no seu devido lugar; (c) os macacos agora se apoiam no novo anel instalado para recomeçar o ciclo de escavação. (Engenharia Civil, 2013). ... 35
Figura 3.9 - Cálculo da força de resistência devido à pressão de suporte na face (Maidl et al., 2012). ... 37
Figura 4.1 - Linha do metrô de Brasília atual e propostas de expansão (Metrô DF, 2016). .... 39
Figura 4.2 - Linha proposta para o VLT em Brasília (Bom Dia DF, 2016). ... 40
Figura 4.3 - Rede de integração do sistema de transporte público do DF (Diário do Transporte, 2016). ... 40
xi
Figura 4.4 - Linha Proposta. ... 43
Figura 4.5 - Simulação de três estações na W3 Sul - círculos com raio de 800 m. ... 44
Figura 5.1 - Possíveis formatos para os elementos utilizados no PLAXIS (Rocha, 2014). ... 46
Figura 5.2 - Representação gráfica do critério de ruptura de Mohr-Coulomb. ... 48
Figura 5.3 – Programa de input do PLAXIS 8.2 (Plaxis, 2016). ... 49
Figura 5.4 – Malha gerada (à direita) e tensões computadas pelo programa (à esquerda) (Plaxis, 2016). ... 49
Figura 5.5 – Representação do programa de cálculo (Plaxis, 2016). ... 50
Figura 5.6 – Resultados obtidos no programa de output – malha deformada (à direita) e tensões principais (à esquerda) (Plaxis, 2016). ... 51
Figura 5.7 - Geometria do problema. ... 52
Figura 5.8 – Malha de elementos finitos e condições de contorno do modelo. ... 54
Figura 5.9 – Tensões in situ – tensão principal menor – direção horizontal. ... 55
Figura 5.10 - Tensões in situ – tensão principal maior – direção vertical. ... 55
Figura 5.11 – Malha deformada após a etapa de escavação (escala – 50x). ... 56
Figura 5.12 – Tensões após a escavação – direção horizontal. ... 57
Figura 5.13 – Tensões após a escavação – direção vertical ... 57
Figura 5.14 – Tensão cisalhante. ... 58
Figura 5.15 – Malha deformada após a instalação do sistema de suporte -20 cm (escala – 20x). ... 59
Figura 5.16 – Tensões após a instalação do suporte (20 cm) – direção horizontal. ... 59
Figura 5.17 – Tensões após a instalação do suporte (20 cm) – direção vertical. ... 60
Figura 5.18 – Tensões após a instalação do suporte (20 cm) – tensão cisalhante. ... 60
Figura 5.19 – Esforços ao longo do sistema de suporte – 0,20 m – força normal (a direita) e momento fletor (a esquerda). ... 61
Figura 5.20 – Convergência do túnel após a instalação do suporte (20 cm). ... 63
Figura 5.21 – Bacia de recalques após a escavação. ... 63
Figura 5.22 – Bacia de recalques após a instalação do suporte (20 cm). ... 64
Figura 5.23 – Esforços ao longo do sistema de suporte – 0,30 m – força normal (a direita) e momento fletor (a esquerda). ... 66
Figura 5.24 – Esforços ao longo do sistema de suporte – 0,40 m – força normal (a direita) e momento fletor (a esquerda). ... 67
Figura 5.25 – Comparação entre as convergências com diferentes espessuras de suporte. ... 68
xii Figura 5.26 – Comparação entre as bacias de recalque com diferentes espessuras de suporte.
... 69
Figura 5.27 – Malha deformada após a etapa de escavação (escala – 10x). ... 71
Figura 5.28 – Tensões após a escavação – direção horizontal. ... 72
Figura 5.29 – Tensões após a escavação – direção vertical. ... 72
Figura 5.30 – Tensão cisalhante. ... 73
Figura 5.31 – Região de plastificação do maciço após a escavação em método convencional. ... 73
Figura 5.32 – Malha deformada após a instalação do sistema de suporte -20 cm (escala – 5x). ... 74
Figura 5.33 – Tensões após a instalação do suporte (20 cm) – direção horizontal. ... 75
Figura 5.34 – Tensões após a instalação do suporte (20 cm) – direção vertical. ... 75
Figura 5.35 – Tensões após a instalação do suporte (20 cm) – tensão cisalhante. ... 76
Figura 5.36 – Região de plastificação do maciço após a escavação instalação do sistema de suporte. ... 76
Figura 5.37 – Esforços ao longo do sistema de suporte – 20 cm – força normal (a direita) e momento fletor (a esquerda). ... 77
Figura 5.38 – Convergência do túnel após a instalação do suporte (20 cm). ... 78
Figura 5.39 – Bacia de recalques após a escavação. ... 79
Figura 5.40 – Bacia de recalques após a instalação do suporte (20 cm). ... 79
Figura 5.41 – Comparação entre as convergências com diferentes espessuras de suporte. ... 81
Figura 5.42 – Comparação entre as bacias de recalque com diferentes espessuras de suporte. ... 82
xiii
SIMBOLOGIA
A0 - área da face de escavação
A - área da seção transversal do sistema de suporte;
c - coesão do solo ds - diâmetro do escudo E - módulo de elasticidade fck - resistência à compressão Gs - peso próprio do escudo
h - profundidade do topo do escudo hw - nível d'água acima do topo do escudo
k0 - coeficiente de empuxo em repouso do maciço I - momento de inércia
l - comprimento do escudo
L - distância entre os pontos dos quais se deseja medir o recalque diferencial M - momento fletor
N - força normal
n - velocidade de rotação da rosca sem fim n+ - n + 3 rpm
n- - n - 3 rpm
nmin - limite mínimo da velocidade de rotação da rosca sem fim nmax - limite máximo da velocidade de rotação da rosca sem fim P0 - valor pré determinado da pressão de terra
pBeb - carregamento devido a estruturas na superfície ph - pressão horizontal
PR - valor medido da pressão de terra pSch - resistência de pico do maciço
PST base - pressão de suporte na base do escudo PST topo - pressão de suporte no topo do escudo pv - pressão de terra vertical
PV - força de impulso gerada pelos macacos hidráulicos pVerk - carregamento imposto
pw - pressão da água r - raio do escudo t - espessura da lâmina
v - velocidade de avanço da tuneladora v+ - v + 1 cm/min
v- - v - 1 cm/min
vmin - limite mínimo da velocidade de avanço da tuneladora vmax - limite máximo da velocidade de avanço da tuneladora WM - força de atrito aplicada no escudo
WSch - força de resistência aplicada nas lâminas da cabeça de corte WST - força de resistência devido à pressão de terra e de água na face y - distância da linha neutra até o extremo do sistema de suporte β - distorção
γ - densidade do maciço γw - densidade da água
µ - coeficiente de atrito entre o escudo e o maciço ν - coeficiente de Poisson
xiv ρ - recalque em um ponto específico
τ - resistência ao cisalhamento ø - ângulo de atrito do solo σ - tensão no sistema de suporte
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1. INTRODUÇÃO
A cada dia que passa as cidades crescem mais e mais. As pessoas estão buscando uma vida melhor, e a mudança para uma cidade grande pode ser o primeiro passo nesse processo.
Contudo, as cidades grandes, apesar de suas eventuais oportunidades, também têm seus problemas, e o intenso crescimento populacional acaba potencializando esse lado negativo.
Um dos problemas mais sérios que as cidades enfrentam hoje em dia é o transporte urbano.
O fácil acesso à compra de um veículo combinado com um ineficiente sistema de transporte público transformou o trânsito nas cidades em uma situação caótica. As pessoas preferem perder horas todos os dias dentro de seus carros a utilizar os meios públicos de transporte. Isso ocorre porque a opção pelo transporte público significa longas esperas em paradas cheias e desconfortáveis, falta de previsibilidade quanto aos horários de chegada e saída, além de veículos lotados que percorrem longas rotas antes de chegar ao destino do passageiro. Além disso, na maioria dos casos, os ônibus também estão sujeitos ao mesmo tráfego que os carros e, portanto, o transporte público não torna-se atrativo.
Até mesmo cidades planejadas, como é o caso de Brasília, já apresentam claros sinais de esgotamento da capacidade de tráfego das suas avenidas principais. Mesmo havendo largas ruas com várias faixas de trânsito, o grande crescimento das cidades satélites ultrapassou a quantidade esperada de pessoas que foi inicialmente pensada quando a cidade foi planejada.
Hoje, Brasília possui o oitavo pior trânsito do Brasil, sendo que um cidadão gasta em média 19% de tempo a mais de viagem por conta do congestionamento (IG, 2016).
A melhor solução para o problema de transporte urbano é o desenvolvimento de um sistema de transporte público eficiente. Caso contrário, ele não atrairá a população local e será utilizado apenas pelas pessoas que não possuem outra opção. Para ser considerado eficiente, a primeira característica que o sistema de transporte público precisa ter é uma densa malha que seja capaz de atender as principais demandas de origem e destino. Isso é obtido por meio de um sistema multimodal, que é composto por um sistema de transporte em massa, que funcionará para locomover as pessoas por grandes distâncias, integrado com um sistema de menor capacidade, que irá entregar as pessoas localmente seguindo um conceito porta a porta.
Outra característica importante que o sistema de transporte público precisa ter é a confiabilidade. O usuário precisa ter a confiança de que aquele sistema irá levá-lo aonde ele precisa ir, no tempo que ele se planejou para tal tarefa. É muito importante que os cidadãos saibam quais são as rotas disponíveis, a que horas cada ônibus ou metrô irá passar e quanto tempo cada um leva para realizar cada trajeto. Mas, tão importante quanto, é necessário avisar
2 quando houver mudanças no sistema, como alguma alteração de percurso ou quando algum ônibus específico não for passar no horário previsto. A cada vez que o usuário passa por alguma situação desconfortável ao utilizar o sistema de transporte público, como chegar atrasado em algum compromisso porque o ônibus atrasou sem avisar, ou, pior ainda, não conseguir chegar no local desejado porque o ônibus simplesmente não passou, ele vai perdendo a confiança no sistema como um todo e passa a preferir utilizar o carro como meio de locomoção.
Por fim, para que o cidadão escolha o sistema de transporte público como seu principal meio de locomoção, ele precisa ser rápido. Se ele demorar o mesmo tempo, ou mais, que um carro levaria para transportar a pessoa até o seu destino, não tem sentido ela escolher o sistema público, uma vez que o carro é uma opção muito mais confortável. Uma forma de garantir essa rapidez para o sistema, principalmente para o de massa, é garantindo que não haja interferências na sua rota com o trânsito local. Isso certifica que o sistema irá funcionar normalmente mesmo que haja acidentes ou um intenso tráfego, ou ainda intempéries atmosféricas.
Dentre os sistemas de transporte em massa, os mais utilizados hoje são o Veículo Leve sobe Trilhos, ou VLT, o Bus Rapid Transit, ou BRT, e o metrô. Todos eles possuem a opção de serem de superfície ou subterrâneos. Os de superfície precisam ser estudados com mais cautela, uma vez que eles trazem impactos negativos para a cidade, além de estarem sujeitos ao trânsito da mesma e, consequentemente, a possíveis acidentes ou tráfegos intensos. Os subterrâneos estão isolados completamente do ambiente externo, não apresentando assim os impactos negativos dos de superfície e nem sendo influenciados pelo trânsito local. Contudo, esses sistemas usualmente apresentam custos de construção e implantação mais elevados que as linhas de transporte superficiais.
O objetivo desse trabalho é apresentar uma opção de transporte público em massa eficiente para a região do Plano Piloto, na cidade de Brasília. Hoje esse transporte é feito principalmente por meio de ônibus, sendo complementado por uma linha de metrô, ao longo do Eixo Rodoviário Sul. Entretanto, esse sistema acaba não atendendo de maneira eficiente aos cidadãos. A proposta feita é a criação de uma linha de metrô que passe pelas avenidas W3 e L2, norte e sul. Essa linha será capaz de atender a toda a população local, tanto em termos de moradia quanto de trabalho, de maneira eficiente e rápida, uma vez que uma pessoa terá que andar no máximo 800 m para ter acesso a alguma estação.
3 Essa linha proposta também tem o intuito de preservar o patrimônio tombado do Plano Piloto. Brasília foi o primeiro conjunto urbano do século XX a ser reconhecida pela UNESCO como Patrimônio Mundial e em 1990 foi inscrita no livro como Tombo Histórico pelo Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (Iphan). Esse tombamento é essencialmente urbanístico, sendo aplicado à concepção urbana da cidade, concretizada na definição e interação das suas quatro escalas urbanísticas – monumental, gregária, residencial e bucólica (Iphan, 2017a e 2017b). Logo, a opção por um sistema de transporte subterrâneo preserva a essência do projeto urbanístico do Plano Piloto dentro das suas quatro escalas, uma vez que ele não interfere na paisagem urbana. Além disso, a introdução de um sistema de transporte em massa eficiente reduz a necessidade de outros transportes de superfície, o que ajuda ainda mais na preservação do espaço de superfície.
No primeiro capítulo desse projeto é exposto um breve histórico do desenvolvimento das obras subterrâneas ao longo dos anos. Em seguida, é realizado um estudo que compara obras de superfícies e obras subterrâneas, apresentando suas vantagens e desvantagens.
No segundo capítulo são discutidos os princípios de comportamento de túneis, e como eles se aplicam hoje durante a concepção e a execução de uma obra subterrânea. Além disso, também são apresentadas as etapas que a construção de uma obra subterrânea deve seguir. Por fim, dois métodos de escavação são explicados: o método cut-and-cover e o método por tuneladora do tipo EPB.
No terceiro capítulo é realizado um breve histórico de como o metrô se desenvolveu no Distrito Federal, e quais são as projeções para o futuro. Em seguida, são apresentados e discutidos quais foram os impactos da atual linha de metrô dentro do DF. Finalmente, a linha proposta nesse projeto é apresentada e explicada com mais detalhes.
No último capítulo é executada uma análise numérica de uma seção do traçado proposto, simulando a escavação tanto pelo método tradicional como pelo método por tuneladora, e também para diferentes espessuras do sistema de suporte. Os resultados desse estudo são apresentados e discutidos, comparando-se os desempenhos de cada método.
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2. UM ESTUDO SOBRE O TRANSPORTE SUBTERRÂNEO
Neste capítulo é apresentado um breve histórico de como as obras subterrâneas se desenvolveram ao longo dos anos. São discutidas, também, as vantagens e desvantagens das obras subterrâneas, comparando-as com as obras de superfície.
2.1 HISTÓRICO DAS OBRAS SUBTERRÂNEAS
O espaço subterrâneo vem sendo utilizado desde os primórdios da humanidade. Há registros antigos que revelam que os egípcios já utilizavam grandes túneis para guardar os corpos de seus faraós. Também na antiguidade, os gregos construíam túneis de adução de água que estão em utilização até hoje e os cristãos romanos se escondiam em catacumbas para realizar seus encontros religiosos longe dos olhos do imperador. No Brasil, os primeiros registros de ocupação do subsolo aconteceram em São Paulo no século XVII com a construção de redes de adução e abastecimento (Rudders, 2016).
Com o passar do tempo os propósitos para a utilização do subsolo e para a escavação de túneis foram mudando. No início, cavernas eram utilizadas como moradias e tumbas serviam de túmulos para os corpos de reis e faraós. Na Idade Média, túneis foram construídos com finalidades militares. Na Idade Moderna, com o advento da revolução industrial e a popularização de trens e ferrovias, a utilização do espaço subterrâneo foi intensificada com a construção de vários túneis, o que possibilitou enormes avanços na tecnologia da construção dessas obras. Vários métodos construtivos de túneis surgiram com a experiência adquirida com essas escavações.
Outro importante feito dessa época foi a construção do túnel sob o rio Tâmisa, em Londres. A escavação se iniciou em 1807, mas teve que ser interrompida por falta de uma técnica de construção efetiva que impedisse a entrada de água e o consequente colapso do túnel. A obra só conseguiu ser finalizada em 1841, 34 anos depois, graças a invenção do shield por Brunel. Essa invenção introduziu o conceito de escavação sequenciada, em que a instalação do suporte se dá por etapas. Também ficou claro que a engenharia de túneis é extremamente dependente da geologia local (Smithsonian, 2016).
O intenso crescimento populacional e a saturação dos espaços nas superfícies observados nos grandes centros urbanos têm levado a uma utilização cada vez mais acentuada dos espaços subterrâneos. A ideia é que o subsolo seja utilizado para obras de infraestrutura de mobilidade, com destaque para o metrô, e para redes subterrâneas de serviço, como redes de telefonia, de internet, e redes de armazenamento. Essa é uma tendência mundial que
5 preconiza que o espaço da superfície deve ser liberado para outras atividades, consideradas mais nobres, como lazer e moradia, por exemplo, permitindo, assim, maior bem estar para a população.
Esse pensamento é exemplificado com a construção do primeiro metrô do mundo, em Londres. No século 19 a cidade era a maior do mundo e seu trânsito de pessoas, carroças e cavalos já era caótico. Para resolver o problema, os governantes queriam trazer a linha ferroviária existente ao redor da cidade para o centro. Contudo, a opção de passar os trilhos na superfície era inviável, já que várias construções teriam que ser demolidas para abrir espaço para os trens e estações. A solução encontrada foi usar o espaço subterrâneo e, assim, o conceito do metrô foi criado. No dia 10 de janeiro de 1863, após 3 anos de obras, foi inaugurada a primeira linha de metrô no mundo, e no seu primeiro dia 40 mil pessoas foram transportadas (DW made for minds, 2016). E, a partir daí, o transporte de passageiros por metrô foi se tornando cada vez mais presente nas grandes cidades, pois se apresentou como uma solução eficaz de aproveitamento do espaço subterrâneo.
2.2 TRANSPORTE SUBTERRÂNEO X TRANSPORTE DE SUPERFÍCIE
Apesar da tendência mundial de levar obras de infraestrutura de mobilidade para o subterrâneo, ainda hoje existe nos países em desenvolvimento uma discussão sobre qual é a melhor forma de otimizar o transporte público de massa. O maior argumento contra a construção do metrô é seu alto custo inicial quando comparado com meios de superfície, como o Veículo Leve sobre Trilhos e o Bus Rapid Transit, mais conhecidos como VLT e BRT. Contudo, esse preço é apenas o de construção e implantação; ainda existem muitos outros fatores que devem ser analisados e levados em conta na decisão final.
2.2.1 CUSTO DE CONSTRUÇÃO E IMPLANTAÇÃO
Obras subterrâneas são extremamente dependentes da geologia local;
consequentemente, o custo de construção e implantação de um sistema de metrô varia de acordo com qual região ele vai ser implantado. Na Tabela 2.1 é listado o custo por quilômetro de linhas de metrô de todo o mundo, quando predominantemente subterrânea. Os valores já incluem toda a infraestrutura e equipamentos necessários para que o sistema funcione, e estão corrigidos para o ano de 2010.
6 Tabela 2.1 - Custo por km do metrô em diversas cidades.
Cidade Custo por km (US$/km) – Metrô Linha Jubilee - Londres*** US$ 864 milhões/km Linha Thomson – Cingapura** US$ 600 milhões/km Linha Azul – Hong Kong** US$ 586 milhões/km Linha Meteor - Paris*** US$ 576 milhões/km Linha Central – São Francisco* US$ 550 milhões/km Linha Downtown – Cingapura** US$ 493 milhões/km Linha Norte – Sul – Amsterdam* US$ 410 milhões/km Linhas A e B - Baltimore*** US$ 386 milhões/km Linha 4 – Budapeste** US$ 358 milhões/km Linha North Hollywood - Los Angeles*** US$ 345 milhões/km Linha Norte - Atlanta*** US$ 332 milhões/km Linha Laranja – Fukuoka** US$ 321 milhões/km Linha 3 – Cairo** US$ 310 milhões/km Washington DC*** US$ 299 milhões/km Linha Bart - São Francisco*** US$ 286 milhões/km City Line – Estocolmo** US$ 259 milhões/km Linha 3 - Caracas*** US$ 258 milhões/km Linha U55 – Berlim* US$ 250 milhões/km Linha 6 – São Paulo** US$ 250 milhões/km Linha U-Bahn - Berlin*** US$ 231 milhões/km Linha 14 – Paris* US$ 230 milhões/km Linha Marta - Atlanta*** US$ 230 milhões/km Linha 4 – São Paulo** US$ 223 milhões/km Linha Val - Toulouse*** US$ 212 milhões/km Linha 4 - Rio de Janeiro*** US$ 208 milhões/km Linha D - Lyon*** US$ 208 milhões/km Linha 5 - Santiago*** US$ 188 milhões/km Fase 1 - Turim*** US$ 188 milhões/km Fases 1 a 3 - Copenhagen*** US$ 183 milhões/km Linha 1 - Marselha*** US$ 180 milhões/km Linha 9 e 10 – Barcelona* US$ 170 milhões/km Linha Val B - Toulouse*** US$ 165 milhões/km Linha Victoria - Londres*** US$ 165 milhões/km Linha Val A - Toulouse*** US$ 159 milhões/km Calcutá*** US$ 157 milhões/km Linha 1-2 - Marselha*** US$ 155 milhões/km Extensão Linha U-Bahm - Hanôver*** US$ 149 milhões/km Linha 2 – Sofia** US$ 148 milhões/km Linha Val RT - Lille*** US$ 147 milhões/km Cingapura*** US$ 143 milhões/km Linha 6 – Nápoles* US$ 130 milhões/km Linha B - Cidade do México*** US$ 115 milhões/km
7 Cidade Custo por km (US$/km) – Metrô Linha 5 – Milão* US$ 110 milhões/km Linha Sin-Bundang – Seoul** US$ 87 milhões/km
Extensão - Madri*** US$ 70 milhões/km Brasília*** US$ 50 milhões/km Linha 9 – Seoul** US$ 43 milhões/km Linha U-Bahm - Hanôver*** US$ 42 milhões/km
Média US$ 255 milhões/km
Fonte: * Pedestrian Observations, 2016a ** Pedestrian Observations, 2016b
*** O Globo, 2016
Como pode ser percebido, o custo é variável até mesmo dentro da própria cidade, o que praticamente impossibilita o processo de estimar o preço de um sistema novo baseado nos já existentes.
Agora tem-se na Tabela 2.2 uma lista do custo por quilômetro de sistemas de Veículo Leve sobre Trilhos, VLT (conhecido internacionalmente por LRT, ou Light Rail Transit) implantados em diversas cidades ao redor do mundo. Aqui também estão incluídos os valores de toda a infraestrutura e equipamentos necessários, e os valores também estão corrigidos para o ano de 2010. Vale lembrar que tais sistemas são predominantemente de superfície.
Tabela 2.2 - Custo por km do VLT em diversas cidades (Light Rail Now, 2016).
Cidade Custo por km (US$/km) - VLT Houston US$ 91 milhões/km Minneapolis US$ 55 milhões/km Phoenix US$ 53 milhões/km Salt Lake City US$ 44 milhões/km São Francisco US$ 43 milhões/km Estrasburgo US$ 39 milhões/km Tours US$ 33 milhões/km Bratislava US$ 30 milhões/km Mulhouse US$ 27 milhões/km Brunsvique US$ 12 milhões/km Heidelberg US$ 11 milhões/km Mainz US$ 11 milhões/km Melbourne US$ 7 milhões/km
Média US$ 35 milhões/km
Comparando as duas tabelas (Tabela 2.1 e Tabela 2.2), percebe-se que mesmo com o custo do VLT também sendo extremamente variável dependendo da sua localização, é
8 inegável o fato de que seu custo de construção e implantação é inferior ao de um sistema de metrô. O sistema subterrâneo é, em média, sete vezes mais caro que o de superfície, baseando-se nos dados apresentados.
Para o caso específico em estudo da cidade de Brasília, o trecho subterrâneo do metrô custou aproximadamente US$ 50 milhões/km (US$ 20 milhões na época, em 1995), um dos mais baratos do mundo no período, por conta das condições geológicas e do contorno urbano favoráveis à sua construção. Existe hoje um plano para a construção de um sistema de VLT na avenida W3 Norte-Sul. O projeto começou a ser discutido em 2009, e até teve algumas obras iniciadas. Contudo, em 2011, as obras foram paralisadas por problemas judiciais e até hoje não houve mais nenhum progresso. O trajeto total proposto é de 22,6 km, com um custo estimado de R$ 1,5 bilhão, o que significa um custo aproximado de R$ 66 milhões/km (US$
22 milhões/km – 66% mais barato que o sistema metroviário) (Brasília por Chico Sant'anna, 2016).
2.2.2 DESAPROPRIAÇÃO E INDENIZAÇÕES
O transporte de superfície possui um custo de desapropriação associado a ele, e que muitas vezes não é considerado dentro do custo de construção e implantação. A necessidade do transporte de massa surge justamente com o crescimento da cidade, e para que a infraestrutura seja instalada na superfície é necessário que haja um espaço liberado na cidade para isso; situação que, obviamente, não existe na maioria dos casos. Assim, há a necessidade de desapropriar vários quilômetros quadrados no meio urbano para que o modal escolhido possa ser construído. Esse processo é extremamente lento e caro, e, dependo da situação, apenas ele já é suficiente para inviabilizar uma obra de superfície.
Em Belo Horizonte, por exemplo, nas obras de infraestrutura para a Copa do Mundo, foi gasto 18% a mais do que o previsto inicialmente e o que mais influenciou foi o reajuste no preço pago nas desapropriações por conta da inflação (Estado de Minas, 2016). Já em Campinas, estima-se que o custo inicial para a construção do BRT, de 340 milhões de reais, será elevado em 30% por conta da desapropriação de uma área de 66 mil metros quadrados.
Além disso, um dos terminais teve que ser retirado do projeto do BRT, pois apenas a sua remodelação custaria 100 milhões de reais a mais (Correio Popular, 2016).
Vale lembrar que o preço pago em desapropriações no Brasil é muito baixo quando comparado com outros países. Na cidade de Kitchener, no Canadá, por exemplo, serão necessárias aproximadamente 190 desapropriações para a construção do VLT, e foi gasto um total de US$ 1,6 milhão em apenas uma delas, a de parte de um hospital (Kitchener Post, 2016
9 e The Record, 2016). Já na cidade de Hamilton, também no Canadá, o custo total gasto na desapropriação de 250 propriedades para a execução do VLT será superior ao valor estimado inicialmente, de US$ 21,9 milhões, num total de US$ 1 bilhão (CBC, 2016).
Além disso, há também as indenizações que devem ser pagas, direta ou indiretamente, às pessoas prejudicadas durante o período de construção. Obras na superfície muitas vezes afetam comércios, prejudicando ou inviabilizando a entrada de pessoas e o consumo nas lojas.
Quando isso acontece, o lojista deve receber um valor referente ao lucro perdido. Há também os moradores que são prejudicados com o barulho das obras; nesses casos, a indenização não é paga em dinheiro, mas o agente construtor deve se dispor a propiciar medidas que minimizem ruídos dentro da moradia, tais como uso de vidros espessos, dupla camada de vidros etc.
Aqui, mais uma vez, cabe destacar o caso da construção do BRT em Belo Horizonte, em que vários lojistas foram prejudicados por conta das obras e das mudanças trazidas por elas, como a alteração de algumas paradas de ônibus. As indenizações chegaram ao valor de 15 mil reais por comerciante (Hoje em Dia, 2016). Outro pronto importante a ser considerado é o trecho que está em estudo neste projeto: as vias W3-L2 Norte-Sul em Brasília. Ambas as avenidas, com destaque para a W3, são cercadas por comércios e moradias, o que faria com que o valor das indenizações pagas fosse extremamente elevado caso se escolhesse um sistema de superfície, como o VLT ou BRT, em vez de um subterrâneo.
2.2.3 VALORIZAÇÃO IMOBILIÁRIA
Alguns benefícios do transporte subterrâneo ocorrem de forma indireta, como a valorização imobiliária das regiões próximas às estações. Esse impacto pode ser percebido em áreas localizadas até 500 m da estação, que é considerada uma distância aceitável a ser caminhada para se ter acesso a uma estação de metrô. Vale ressaltar que, para residências adjacentes às estações, o impacto é negativo, por conta da grande aglomeração de pessoas.
Contudo, o fácil acesso ao sistema de transporte público, associado à melhora no trânsito local, tende a aumentar o valor e a liquidez do restante dos imóveis.
Um estudo feito pelo Centro Universitário Estácio de Brasília em 2015 mostrou esse efeito na cidade satélite de Samambaia: uma residência A com as mesmas características físicas de uma residência B, porém localizada duas vezes mais distante do metrô, poderá ter seu valor reduzido na ordem de 12,1% (Morais et al. 2016). Em São Paulo essa valorização é perceptível. A Companhia do Metropolitano de São Paulo constatou uma valorização média de 30% nos imóveis localizados ao redor da Linha Amarela (Comitê Brasileiro de Túneis,
10 2016). Já na região do Morumbi, a valorização dos terrenos está entre 10 e 20% (Exame, 2016a). Em 2017, a empresa VivaReal realizou um estudo detalhado na cidade de São Paulo sobre a relação entre o preço do metro quadrado dos imóveis e a proximidade às estações de metrô. Foram levantados os preços de 95,5 mil apartamentos que foram anunciados entre 2014 e 2016, além de considerar doze estações do metrô. Alguns dos resultados desse estudo são apresentados na Tabela 2.3. Em média houve uma valorização imobiliária de 16% do preço do metro quadrado dos imóveis localizados dentro do raio de 1 km das estações quando comparados aos imóveis localizados em bairros adjacentes (Infomoney, 2017).
Tabela 2.3 - Comparativo entre o preço do m2 de imóveis em São Paulo considerando a distância a uma estação de metrô (Infomoney, 2017).
Linha do
metrô Preço do m2 em raio de 1km
Preço do m2 em bairros adjacentes
Variação de preço por m2
Verde R$ 10.016 R$ 8.557 15%
Vermelha R$ 12.306 R$ 9.783 21%
Vermelha R$ 14.343 R$ 9.783 32%
Vermelha R$ 12.017 R$ 9.783 19%
Vermelha R$ 6.747 R$ 6.002 11%
Verde R$ 10.848 R$ 7.353 32%
Verde R$ 10.985 R$ 8.557 22%
Azul R$ 10.244 R$ 10.236 0%
Verde R$ 17.192 R$ 14.631 15%
Vermelha R$ 9.180 R$ 8.749 5%
Vermelha R$ 6.774 R$ 6.002 11%
Verde R$ 7.755 R$ 7.353 5%
Média R$ 10.130 R$ 8.557 16%
Já o efeito causado pelo transporte de superfície, principalmente no caso de elevados, é o contrário: a aglomeração de pessoas e o barulho ao longo de toda a linha fazem com que a região ao redor de toda a rota fique desvalorizada. Um exemplo claro disso é o Minhocão de São Paulo: antes da sua construção a avenida São João era conhecida como a “Quinta Avenida” dos paulistanos, um lugar boêmio, com cinemas, teatros, casas e comércios elegantes. A desvalorização do local após a inauguração do elevado em 1971 foi imediata, e até hoje é possível observar prédios abandonados ao seu redor. Importante observar, também, que toda a área ocupada pela infraestrutura do modal de superfície poderia ser utilizada para outros fins, como parques, regiões residenciais ou de comércio.
11 No Distrito Federal, a valorização quase não é percebida na região do Plano Piloto. A maioria dos seus moradores não utiliza o metrô como meio de transporte, pois o sistema é muito ineficiente dentro da cidade, contendo apenas uma linha passando pelo plano. Já em Águas Claras e na Ceilândia, a presença a linha de metrô chegou a ter um impacto negativo no valor dos imóveis residenciais (Lima, 2011). Contudo, vale ressaltar que nessas regiões o metrô é de superfície, reforçando o impacto negativo que esse tipo de sistema de transporte traz para o valor dos imóveis ao seu redor.
2.2.4 POLUIÇÃO
Outro importante benefício indireto que o transporte subterrâneo traz à população é o combate à poluição atmosférica, sonora e visual da cidade. Apesar de representar um aspecto intangível, difícil, portanto, de ser medido, seus impactos são tremendos e não podem ser desconsiderados.
Em São Paulo, cerca de 90% da poluição do ar é causado por conta dos carros, motos e caminhões que trafegam em suas ruas todos os dias. Um estudo da UNIFESP comparou a poluição do ar nos dias que o metrô entrou de greve com dias de funcionamento normal do mesmo entre 2003 e 2006. A análise foi feita com base na concentração do poluente MP10 no ar, os efeitos desse poluente associados à saúde pública (mortalidade por doenças cardiorrespiratórias), e seu consequente valor monetário. No ano de 2003, o custo evitado com a redução da poluição atmosférica pelo metrô foi de US$ 18 bilhões, e em 2006 de US$
13 bilhões (Miraglia, 2008).
Já quando se fala em poluição sonora, os ruídos dos carros e ônibus que passam pelas ruas todos os dias são eliminados quando se transfere o sistema de locomoção pública para o espaço subterrâneo. Mesmo que o VLT e o BRT reduzam o número de carros e o consequente barulho causado por eles, ainda há o barulho causado pelas multidões que esperam nas estações. Quando se tem uma estação de metrô, a concentração de pessoas se dá no subterrâneo, evitando, assim, a propagação desse barulho para a superfície.
Também há o grande impacto visual que um sistema de superfície traz para uma cidade, principalmente quando a mesma possui um papel turístico. A presença do VLT ou BRT é desagradável aos olhos, enquanto que o metrô preserva a imagem da cidade, além de liberar espaço na superfície para a construção de parques e obras de arte. No caso em estudo, há um trecho crítico onde isso deve ser considerado: no cruzamento das vias com o Eixo Monumental. A região possui grande apelo turístico, e a presença do VLT na superfície pode
12 ter consequências negativas para o turismo nessas áreas. Caso contrário, inevitavelmente o sistema teria que ter um trecho subterrâneo.
2.2.5 PONTUALIDADE E CONFIABILIDADE
Mesmo possuindo um espaço reservado para eles na superfície, o VLT e o BRT estão inseridos no trânsito da cidade, e acabam sendo influenciados pelas consequentes interferências em suas rotas, como cruzamentos e faixas de pedestre. Isso prejudica a pontualidade dos sistemas, já que a qualquer momento interferências externas podem bloquear o trajeto, fazendo com que o veículo não passe na estação no horário predeterminado. Se essas interferências ocorrerem de forma frequente, o sistema vai perdendo a confiabilidade, pois os usuários não conseguem prever que horas irão chegar ao seu destino.
Além disso, são inúmeros os casos de acidentes envolvendo sistemas de superfície, ocasionando atrasos e dificultando o tráfego na região. No Rio de Janeiro, por exemplo, já ocorreram dois acidentes envolvendo ônibus e o novo sistema de VLT que foi implantado recentemente para as Olimpíadas Rio 2016: um na fase de testes (G1, 2016b) e um dois meses após a inauguração do sistema (G1, 2016c).
Já o sistema subterrâneo possui uma rota exclusiva, sem interferência alguma com qualquer fator externo, fazendo com que o metrô chegue pontualmente em cada estação. Essa precisão no horário faz com que os moradores da cidade se sintam seguros em relação ao tempo de viagem. Isso aumenta a confiabilidade do sistema, fazendo com que a população prefira os meios de transporte subterrâneos.
2.2.6 REVITALIZAÇÃO DO ESPAÇO DE SUPERFÍCIE
O maior benefício indireto que a troca de um sistema de superfície por um subterrâneo pode trazer para uma cidade é a revitalização do espaço urbano. Como dito anteriormente, cada vez mais o ser humano está em busca de melhorar sua qualidade de vida com o menor impacto ambiental possível. Isso implica em um uso consciente do espaço de superfície, no qual as atividades primordiais, como moradia, lazer e trabalho, são priorizadas, e as atividades secundárias, como transporte e infraestrutura, são transferidas para o espaço subterrâneo.
Um dos maiores exemplos de revitalização do espaço urbano é o da cidade de Boston.
Por volta dos anos 50, a cidade enfrentava um grande problema de congestionamento. Ainda não havia na população esse pensamento de preservação do espaço de superfície, e a solução encontrada na época foi a construção de um elevado com seis faixas que passava bem no
13 coração da cidade. A Artéria Central, como ficou conhecida a obra, foi inaugurada em 1959, e tinha um fluxo de 75 mil carros por dia.
Contudo, com o crescimento da cidade, esse fluxo aumentou consideravelmente. Nos anos 90, ele chegava a 200 mil carros/dia, fazendo da Artéria Central uma das rodovias mais congestionadas dos Estados Unidos. Único acesso ao aeroporto da cidade, a média de engarrafamento por dia era de 10 h, com um índice de acidentes quatro vezes maior do que a média nacional para rodovias urbanas. O custo anual do congestionamento foi estimado em US$500 milhões, considerando as altas taxas de acidentes, o combustível desperdiçado durante o engarrafamento e o atraso na recepção e expedição de mercadorias.
Além do intenso tráfego, o elevado também impactou negativamente a região ao seu redor. Perto de 20 mil famílias que moravam próximas ao traçado da rodovia se mudaram, o que gerou um grande vazio habitacional, social e econômico na cidade. A região foi se deteriorando ao longo do tempo e acabou atraindo criminosos e mendigos, o que resultou na degradação geral do espaço urbano. A presença da rodovia também criou uma divisória imaginária, fator de segregação, dentro da cidade. O trajeto de um lado para o outro se tornou extremamente complicado, e acabou fazendo com que cada região fosse se isolando uma da outra.
Diante dessa situação caótica, a cidade optou por uma solução radical: transformar o elevado numa rodovia subterrânea com maior capacidade de tráfego e demolir o elevado. O planejamento da obra começou em 1982, e foi uma das maiores construções urbanas já vistas.
Os engenheiros enfrentaram várias adversidades durante as obras, já que aquele era um túnel sendo construído por debaixo do centro de uma das maiores cidades dos Estados Unidos. A construção ficou conhecida no mundo todo como The Big Dig.
Em 13 de Janeiro de 2006, a obra foi finalizada, com 8 anos de atraso e estourando seu orçamento inicial de US$ 2,6 bilhões (1982) para US$ 15 bilhões (2006). Apesar dos atrasos e dos gastos em excesso, o impacto no trânsito foi significativo. Em 2016, 536 mil carros passavam, em média, pela nova rodovia todos os dias. O total de horas gastas por veículos na rodovia diminuiu 62% entre os anos de 1995 e 2003, economizando US$ 168 milhões para os seus usuários. O tempo de viagem entre o aeroporto e as regiões sul e oeste da cidade caiu entre 42% e 72%, dependendo da direção e da hora do dia. Os níveis de monóxido de carbono diminuíram em aproximadamente 12% (ITA, 2016a e The Boston Globe, 2015).
Entre todas as melhorias trazidas pelo Big Dig, contudo, o que trouxe mais benefícios foi a revitalização do espaço de superfície: a cidade está completamente transformada. A
14 região que antigamente era ocupada pela elevado hoje possui mais de 45 parques e praças, que são frequentados todos os dias por inúmeros moradores e turistas. O porto da cidade, antes abandonado por conta do isolamento causado pela divisória invisível, foi completamente reformado e hoje é um dos pontos turísticos mais visitados da cidade.
O embelezamento dessa região da cidade também fez com que os imóveis ao seu redor se valorizassem. Os prédios que antigamente tinham vista para um elevado de metal passaram a ser cercados por área verde e com vista para os parques. O vazio habitacional, social e econômico foi substituído pelo que hoje é uma das avenidas mais caras e desejadas da cidade.
Além de todo o espaço liberado na superfície para lazer, o material escavado durante as construções foi utilizado para revitalizar a Spetacular Island, uma ilha na baía de Boston que antes era utilizada como lixão da cidade. Hoje ela é uma das 34 ilhas que integram o Parque Nacional da baía de Boston. Na Figura 2.1e Figura 2.2 expõe-se a cidade de Boston antes e depois do Big Dig.
Figura 2.1 - Cidade de Boston antes e depois do Big Dig (Shawn Adderly, 2016).
Figura 2.2 - Trecho da cidade de Boston antes e depois do Big Dig (The New York Times, 2016a).
15 Várias outras cidades no mundo, como Madri e Nova York, seguiram essa tendência de revitalização do espaço urbano. Madri precisava aumentar a capacidade da rodovia M30, que passava pela cidade, e para isso foram construídos 99 km, dos quais 56 foram subterrâneos (ITA, 2016b). Alguns dos trechos enterrados foram as avenidas nas margens do rio Manzanares, uma região degradada e negligenciada da cidade. O espaço de superfície foi completamente reformado e transformado em um dos parques mais bonitos e visitados de Madri, como pode ser visto na Figura 2.3.
Figura 2.3 - Margens do Rio Manzanares - antes e depois da revitalização (EOI, 2016).
Já em Nova York, existia uma linha elevada de trem abandonada no sul de Manhattan.
A região ao seu redor era composta por galpões industriais e empresas de transporte, em bairros que eram desprezados pelos turistas. A iniciativa de revitalizar a linha partiu da própria associação de moradores, que queria trazer uma nova cara para a vizinhança e, principalmente, para aquela estrutura abandonada. Eles arrecadaram parte do dinheiro para a obra e, assim, a linha foi totalmente renovada e transformada em um parque suspenso, chamado de High Line, como pode ser visto na Figura 2.4. Os galpões deram espaço para estúdios de arte, galerias, restaurantes, museus e lojas, o que transformou o High Line em um dos pontos turísticos mais visitados da cidade.
Figura 2.4 – The High Line Park em Nova York - antes e depois (The New York Times, 2016b).
16 No Brasil, tem-se o já citado caso do Minhocão de São Paulo, que mostra como uma obra de superfície pode afetar negativamente o espaço urbano. A presença do elevado transformou uma região elegante e boêmia da cidade em um espaço abandonado, tomado por mendigos e criminosos. Como a estrutura fica muito perto das moradias (em alguns casos, as janelas ficam a menos de 5 m do elevado), o tráfego na rua só é permitido entre 6h30 e 21h30, de segunda a sábado; no restante do tempo, ele fica aberto como um espaço de lazer para a população. Já se fala em transformar o espaço em um parque elevado, parecido com o de Nova York, citado anteriormente. Contudo, o projeto ainda não saiu do papel, e não há previsão para que isso aconteça. Recentemente criaram um corredor verde ao longo da linha, colocando jardins verticais na fachada dos prédios ao seu redor, como pode ser visto na Figura 2.6, com o intuito de tornar o ambiente mais agradável para a população. Esses jardins também reduzem a poluição local, o calor e a propagação de barulho. Entretanto, ainda há um longo caminho a ser percorrido para que a área volte a ser um espaço de orgulho para a cidade. O impacto do Minhocão na cidade é mostrado na Figura 2.5.
Figura 2.5 - São Paulo antes e depois do Minhocão (Coisas de Sampa, 2016 e Parque Minhocão, 2016).
Figura 2.6 - Jardim elevado em um prédio na borda do Minhocão (Folha de São Paulo, 2016).
17 O exemplo mais recente de revitalização urbana envolvendo a substituição de estruturas de superfície por estruturas subterrâneas que existe no Brasil é o da zona portuária do Rio de Janeiro, no chamado Porto Maravilha. Foi um projeto realizado para as Olimpíadas Rio 2016, e envolveu o porto da cidade e a região ao seu redor, totalizando uma área de 5 milhões de metros quadrados, localizados no centro da cidade. Apesar da excelente localização física, a área era composta principalmente de galpões e fábricas desativadas; apenas 25% do terreno era de proprietários particulares, e o restante estava dividido entre o Estado (6%), o município (6%) e a União (63%). Além disso, ainda havia um elevado, chamado de Elevado da Perimetral, que ligava a zona Norte e Central da cidade do Rio de Janeiro passando por cima da Avenida Rodrigues Alves (rua adjacente ao porto). A óbvia subutilização de um espaço tão privilegiado foi percebida ainda nos anos 80, mas o projeto só foi sair do papel em 2009, com a vinda dos jogos olímpicos para a cidade (Publica, 2016).
O projeto substituiu o elevado por duas vias, a Binário do Porto e a Expressa. A primeira atende o trânsito local entre os bairros, enquanto que a segunda serve, como o nome sugere, como um meio rápido de atravessar essa parte do centro da cidade. Ambas possuem trechos enterrados, e a liberação do espaço na superfície tornou possível a criação da Orla Conde: 3,5 km de extensão de calçadas para pedestres, ciclovias, além da implantação do VLT. Após a demolição da Perimetral, também foi possível reconstruir a Praça Mauá, carro chefe do processo de revitalização da zona portuária. A praça se tornou um grande atrativo turístico, cercada de museus, prédios históricos e com uma bela vista para o mar.
As Figuras 2.7, 2.8, 2.9 e 2.10 foram tiradas na própria cidade, e elas fazem parte de uma campanha chamada "Quem te viu, quem te vê", realizada pela prefeitura. O intuito é mostrar o impacto das obras em várias regiões da cidade, por meio de fotos do antes e do depois desses locais.
Como o fim das obras foi muito recente, ainda não é possível tirar conclusões definitivas sobre o impacto da reforma na cidade. Contudo, é previsto que haja um aumento da população de 32 mil para 100 mil em 10 anos, e que a capacidade no fluxo de tráfego da região aumente em 50%. Alguns efeitos já são perceptíveis, como a redução da poluição sonora e visual e o aumento da área verde local. Agora a grande questão é se a cidade vai ser capaz de manter a região bem cuidada, para que os benefícios trazidos pelo processo de revitalização se concretizem, como observado em projetos similares mundo afora.
18 Figura 2.7 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Praça Mauá.
Figura 2.8 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Região Portuária.
Figura 2.9 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Distrito Naval.
Figura 2.10 - Campanha "Quem te viu, quem te vê" - Candelária.
19 2.3 PLANEJAMENTO E GESTÃO DE PROJETOS NO BRASIL
Um bom planejamento de uma obra pode ser a diferença entre o sucesso e o fracasso da mesma. Essa etapa é extremamente importante, e deve ser realizada com muita cautela, para que se possam prever todos os problemas em potencial que podem ocorrer durante a construção. A necessidade de um bom planejamento é maior ainda quando a obra em questão for abaixo da superfície. Como já citado anteriormente, obras subterrâneas são extremamente dependentes da geologia local, e, por isso, exigem que uma vasta gama de ensaios seja realizada para que se possa levantar o modelo geológico-geotécnico com precisão. E, além disso, mesmo que todos os ensaios sejam realizados minunciosamente e em quantidade adequada, ainda sim não é possível garantir que não haverá condições geológicas diferentes na fase de construção.
De acordo com a Logística da Fundação Dom Cabral, acessado por meio da Revista Exame (2016b), a fase de planejamento no Japão consome 40% do tempo total previsto para a obra, enquanto que, na Alemanha, esse valor sobe para 50%. Já no Brasil, apenas 15% do tempo é gasto com as etapas iniciais. Na maioria das vezes a obra é licitada sem que se tenha uma real noção das suas proporções, custos e detalhamento, e o empreiteiro descobre ao longo da construção os problemas que deveriam ter sido previstos, e, consequentemente, evitados, antes do início das obras. Esse desleixo durante a realização do projeto gera atrasos, aumento do custo total da obra e, em alguns casos, chegam a prejudicar a utilização da mesma. Em Natal, por exemplo, o porto foi reformado, mas navios das principais operadoras de cruzeiros não podem atracar nele, pois existe uma ponte no trajeto que não possui altura suficiente para a passagem dessas embarcações.
Uma explicação para essa pressa para o início da construção é a falta de maturidade da democracia brasileira. O governante que aprova uma obra quer que ela seja finalizada ainda no seu mandato, para que todo o prestígio da inauguração da mesma possa ir para ele, gerando, assim, maior capital político. A cada troca de poderes há uma troca dos projetos que serão priorizados, assim como das pessoas que irão realizá-los. Não existe ainda no governo brasileiro a visão de que vale a pena gastar um tempo maior planejando para que se tenha uma construção mais otimizada, sem maiores imprevistos, dentro do prazo e, principalmente, dentro dos custos previstos. A necessidade do fim da obra dentro dos quatros anos de mandato é maior, gerando, assim, obras mal feitas, com alta necessidade de manutenção em curto prazo ou, pior ainda, obras inacabadas.
20 Outro problema no Brasil que atrapalha as obras públicas é a forma como todo o processo licitatório é realizado. Primeiramente, há o conceito errôneo de que o projeto básico, pelo qual a obra é licitada, deve ser básico; um melhor nome para ele seria projeto de base. O artigo IX da lei 8666 define projeto básico como "conjunto de elementos necessários e suficientes, com nível de precisão adequado, para caracterizar a obra [...], elaborado com base nas indicações dos estudos técnicos preliminares, que assegurem a viabilidade técnica e o adequado tratamento do impacto ambiental do empreendimento, e que possibilite a avaliação do custo da obra e a definição dos métodos e do prazo de execução...". Em outras palavras, não há a necessidade dele conter todos os detalhamentos e pormenores da obra, mas nele devem estar descritos sim todos os componentes do projeto, de forma que seja possível programar o plano de construção e estimar o custo total de uma forma precisa. Hoje os projetos básicos são realmente básicos, sem planejamento prévio devido, o que faz com que haja imprevistos durante a construção e, consequentemente, quantidades exorbitantes de aditivos.
Em segundo lugar, tem-se a divisão de grandes projetos em lotes, divididos entre diferentes construtoras. Isso não seria um problema se o governo fosse capaz de gerir todos eles de forma eficiente. Em vários casos a obra tem que ser interrompida porque uma das etapas não foi concluída, o que gera uma reação em cadeia e atrapalha o andamento de todas as outras.
Um grande exemplo de obra mal planejada e mal gerida no Brasil hoje é a Ferrovia Transnordestina. O projeto previa uma ferrovia de 1753 km de extensão cruzando o sertão nordestino, com capacidade de carga de 30 milhões de toneladas por ano e com uma geração de meio milhão de empregos. Em 2016 a obra completa 10 anos, ou seja, 7 anos de atraso, e sem previsão para o seu término. O seu orçamento inicial de R$ 4,5 bilhões já chegou aos R$
11,2 bilhões, e apenas metade do seu trajeto foi concluído. Houve vários problemas de traçado, incluindo mais de 5000 desapropriações, trilhos que separavam cidades dos seus açudes e trajetos atravessando os centros urbanos das cidades. Contudo, o mais marcante de todos foi o trecho no qual havia uma igreja no meio do caminho: após dois anos de paralização das obras e a construção de uma nova igreja, a solução final foi ajustar a rota em 14 m para desviar do prédio.
Inicialmente a obra era administrada por uma siderúrgica, que contratou uma construtora para se responsabilizar pela obra. Entretanto, por conta de problemas de repasse do dinheiro do governo para empreiteiras envolvidas, houve atrasos, paralizações e processos
21 na justiça, culminando na saída da construtora (apenas o processo da saída da construtora paralisou as obras por 1 ano). A solução encontrada pela siderúrgica foi lotear e distribuir entre várias empresas, mas a falta de gerenciamento e de repasse do dinheiro continuaram atrapalhando o andamento da obra, e resultaram em duas dessas empresas pedindo recuperação judicial (Exame, 2016c).
Hoje o contrato está sendo rediscutido de forma a minimizar os danos, mas os estragos causados pela falta de planejamento e pela má gestão já estão feitos. Quantidades exorbitantes de dinheiro público já foram gastas, vários processos ainda correm na justiça e sem uma data de inauguração em um futuro próximo. Após tantas experiências negativas, têm-se a lição:
para que uma obra seja bem sucedida, é essencial que as fases inicias de estudo prévio e planejamento sejam priorizadas.
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3. OBRAS SUBTERRÂNEAS: PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO
Neste capítulo são apresentados os princípios de comportamento de túneis, e como aplicá-los durante a fase de dimensionamento. São discutidas, também, quais são as etapas de uma obra subterrânea, e, por fim, explicam-se dois métodos de escavação de túneis: o cut- and-cover e a tuneladora do tipo earth pressure balance, ou EPB. Esses métodos serão os escolhidos para a escavação da linha proposta. O método convencional não será descrito pois ele já foi usado na construção das outras linhas do metrô de Brasília e foi amplamente descrito por Rocha (2014) e Zamora (2016).
3.1 PRINCÍPIOS DE COMPORTAMENTO DE TÚNEIS
O entendimento do comportamento do túnel e do maciço ao seu redor, seja solo ou rocha, ainda é muito recente e limitado, principalmente por esses não serem materiais lineares elásticos. Ainda hoje é difícil estabelecer com exatidão parâmetros geológico-geotécnicos para solos e rochas, como módulo de deformabilidade, coesão e ângulo de atrito (no caso dos solos). A medição das tensões in situ também é complicada, outro fator que diminui a precisão dos cálculos. Por conta disso, a grande maioria das técnicas construtivas conhecidas e utilizadas até o início do século XX vinha da experiência acumulada, aprendendo-se com os erros e replicando-se os acertos. A aplicabilidade de cada método era extremamente limitada, já que os artifícios desenvolvidos eram específicos para a geologia e a distribuição de tensões de cada caso.
Antigamente, existia a mentalidade de que o principal elemento estrutural de uma escavação era o suporte instalado no local e, sendo assim, esse deveria ser capaz de resistir a todas as tensões que estavam presente ao redor do túnel. Foi apenas na década de 50 que surgiu o revolucionário conceito de escavação denominado NATM – New Austrian Tunnelling Method. Apesar de ser chamado de método, o NATM não é um manual que indica o passo a passo de como um túnel deve ser escavado. Ele estabelece conceitos de como o meio reage a uma escavação, proporcionado, assim, um melhor entendimento do comportamento de um túnel. Essa base mais concreta permite ao projetista a otimização do sistema de suporte, adequando o projeto às condições do terreno e do que está na superfície.
Os princípios de comportamento de túneis, como são chamados os conceitos estabelecidos pelo NATM, são três:
• o principal meio de sustentação de uma escavação é o maciço;
