DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
GERENCIAMENTO DE RISCOS GEOTÉCNICOS EM OBRAS
SUBTERRÂNEAS DE TÚNEIS
AUTOR: ADONIRAN MARTINS COELHO
ORIENTADOR: Professor Doutor Antonio Maria Claret de Gouveia
(UFOP)
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ERRATA
Nesse trabalho, textos extraídos de GOMES, D. (2012) inadvertidamente não foram referenciados corretamente, omitindo-se os créditos a esse autor em algumas situações. Tal se deveu ao pouco tempo dedicado à redação final dessa dissertação e à sua revisão, para cumprimento de prazos internos do Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, uma vez que a produção dos dados se deu concomitantemente com a construção do “Tunel Laranjeiras” na Mina de Brucutu em Barão de Cocais – MG onde o autor atuou como Engenheiro Geotécnico. A versão atual inclui as devidas referências de cuja omissão se pede desculpas a GOMES, D. e ao Corpo Docente do Curso.
Em 17 de Fevereiro de 2020.
Assinatura
Vistos:
________________________________________ Prof. Dr. Antonio Maria Claret de Gouveia Orientador
________________________________________ Prof. Dr. Lucas Deleon Ferreira
AGRADECIMENTOS
A concretização deste trabalho só foi possível graças à contribuição de pessoas a quem, reconhecidamente, agradeço:
A DEUS, princípio de tudo e sustento nos momentos difíceis.
Ao Professor Doutor Antônio Maria Claret de Gouveia, pelo extraordinário apoio e incentivo e pelas imprescindíveis críticas no decorrer da orientação desta dissertação.
A minha esposa Ellen e filhos Sarah, Gabriel e Isabella, pela paciência e compreensão, sem a qual esta dissertação não seria hoje uma realidade.
À empresa VALE, na pessoa do Engº Wesley Carvalho pelo apoio e incentivo na concretização deste trabalho.
RESUMO
Este trabalho descreve as estratégias metodológicas para avaliar o gerenciamento de risco de um túnel implantado em um maciço rochoso subterrâneo. Para que isso se tornasse possível, utilizou-se ferramentas sistêmicas de gerenciamento de riscos, que serão aplicadas no estudo de caso em questão. A ferramenta elaborada irá permitir mapear a frequência de ocorrência de um determinado evento, definindo a probabilidade do risco para a sua implantação.
Na primeira parte do trabalho são apresentadas ferramentas sistêmicas de gerenciamento de riscos, com o objetivo de prever eventuais colapsos e perda de vidas humanas. Justificando assim, sua aplicação em obras de túneis, podendo assim obter, melhor entendimento do comportamento dos mecanismos de colapsos em relação à sua segurança e às consequências.
Na segunda parte, apresenta-se a metodologia FEMECA, aplicada às categorias mais representativas dos riscos, permitindo assim, sistematizar as possíveis falhas e riscos de cada método, chegando a valores dos respectivos índices de riscos. Com base nestes índices, e seus respectivos valores de segurança, foi possível identificar e mapear os prováveis pontos de probabilidade de ruína e sua relação com o fator de segurança do respectivo maciço e, seguidamente, proceder a uma análise conjunta de todos eles.
PALAVRAS-CHAVE: Túneis, Obras Subterrêneas, Riscos, Gestão de Riscos e Colapsos. .
ABSTRACT
This work describes the methodological strategies to assess the risk management of a tunnel implanted in an underground rock mass. To make this possible, systemic risk management tool were used, which will be applied in the case study in question. The tool developed will allow mapping the frequency of occurrence of a given event, defining the probability of the risk for its implementation.
In the first part of the work, systemic risk management tools are presented, with the objective of predicting eventual collapses and loss of human lives. Justifying, therefore, its application in tunnel works, thus obtaining a better understanding of the behavior of the collapse mechanisms in relation to their safety and the consequences.
In the second part, the FEMECA methodology is presented, applied to the most representative categories of risks, thus allowing to systematize the possible flaws and risks of each method, reaching values of the respective risk indexes. Based on these indices, and their respective safety values, it was possible to identify and map the probable points of probability of ruin and their relationship with the safety factor of the respective massif, and then proceed to a joint analysis of all of them.
ÍNDICEDEFIGURAS
Figura 2.1 – Risco e suas Fases, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30... 9
Figura 2.2 – Risco e seu Ciclo de Vida, ASSIS, 2013 (modificado) p. 15. ... 10
Figura 2.3 – Risco e a integração com outras áreas, ASSIS, 2013 (modificado) p. 20. ... 10
Figura 2.4 – Matriz de Risco, ASSIS, 2013 (modificado) p. 10... 11
Figura 2.5 – Análise qualitativa de riscos 2D, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30 ... 12
Figura 2.6 – Análise qualitativa de riscos 3D, ASSIS, 2013 (modificado) ... 12
Figura 2.7 – Visão Geral do Processo de Gerenciamento de Riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk Management (modificado) ... 14
Figura 2.8 – Estrutura e Processo de Gerenciamento de Riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk Management (modificado) ... 15
Figura 2.9 – Processo de Gerenciamento de Riscos, ASSIS, A. 2013 (modificado) ... 17
Figura 3.1 – Atividades do Plano de Gerenciamento de Riscos de Obras Subterrâneas, KOCHEN, 2009 ... 22
Figura 3.2 – Procedimentos de detecção e ação corretiva para Gerenciamento de Riscos em túneis, KOCHEN, 2009... 23
Figura 4.1 – NA elevado, causando arqueamento do teto do túnel, KOCHEN, 2009... 36
Figura 4.2 – NA elevado, causando colapso do teto do túnel, KOCHEN, 2009 ... 36
Figura 4.3 – Influência das falhas nas escavações subterrâneas... 38
(a)Falha normal; (b) Falha inversa; (c) Falha transcorrente; (d) Falha obliqua, UNB/GEOTECNIA, 2004... 38
Figura 4.4 – Aspectos geomorfológicos de uma escarpa de recuo de falha, UNB/GEOTECNIA, 2004... 39
Figura 4.5 – Mecanismos de formação de dobras (a) Flambagem (b) Cisalhamento Simples, UNB/GEOTECNIA, 2004... 40
Figura 4.6 – Tipos de dobras: dobras Anticlinal e Sinclinal, UNB/GEOTECNIA, 2004 ... 41
Figura 4.7 – Ação das juntas nas escavações subterrâneas - GOMES, D 2012 ... 43
Figura 4.8 – Ação das dobras nas escavações subterrâneas - GOMES, D 2012 ... 43
Figura 4.9 – Tipos de instabilidade em túneis, GOMES, D 2012 ... 45
Figura 4.10 – Frente de escavação inundada na escavação de túneis, GOMES, D 2012 ... 46
Figura 5.2 – Escavação em seções parciais – Tunel Barragem Norte, 2014... 52
Figura 5.3 – Desabamento de frente / topo na escavação de túneis, BASTOS, 1998 ... 57
Figura 5.4 – Mecanismos de ruptura local e global, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 ... 59
Figura 5.5 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G1, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 .... 59
Figura 5.6 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G2, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 .... 61
Figura 5.7 – Mecanismos de rupturas globais – Caso G3, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 .... 62
Figura 5.8 – Mecanismos de rupturas de solo desplacante, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 ... 63
Figura 5.9 – Mecanismos de rupturas de solo corrediço, MAFFEI; MURAKAMI, 2011 ... 63
Figura 5.10 – Instrumentação no interior do túnel, GOMES, D 2012 ... 67
Figura 5.11 – Implantação de marcos topográfico, extensômetros e inclinômetros na seção de um túnel, GOMES, D 2012 ... 68
Figura 6.1 – Método de Monte-Carlo, MAIA, 2007 ... 72
Figura 8.1 – Imagem aérea do local de implantação – eixo de implantação do tunel, 2013.... 97
Figura 8.2 – Seção S1 típica, implantada em maciço classe III/IV, ENGECORPS, 2009 ... 98
Figura 8.3 – Seção S2 típica, implantada em maciço classe II, ENGECORPS, 2009 ... 99
Figura 8.4 – Vista da Sela e respectiva falha, local do embocamento do túnel, ENGECORPS, 2011 ... 101
Figura 8.5 – Geologia mapeada: 1 - Itabirito Cauê; 2 - Dolomitos ferruginosos Gandarela; 3 – Filitos Prateados Piracicaba, ENGECORPS, 2011 ... 101
Figura 8.6 – Perfil longitudinal geológico, ENGECORPS, 2009 ... 106
Figura 8.7 – Escala de índice de risco - modificado TEIXEIRA, 2009 ... 116
ÍNDICEDETABELAS
Tabela 3.1 – Classificação de Probabilidade de Riscos ... 26
Tabela 3.2 – Categorias de risco – Túnel NATM ... 29
Tabela 3.3 – Medidas de detecção de riscos – Túnel NATM ... 30
Tabela 4.2 – Ação das juntas na geometria de túneis (paralelo e oblíquo) ... 44
Fonte: GOMES, D. 2012 ... 44
Tabela 4.3 – Ação das juntas na geometria de túneis (perpendicular)... 44
Fonte: GOMES, D. 2012 ... 44
Tabela 4.4- Influência das condições estruturais do maciço rochoso e do estado de tensão no modo de ruptura (adaptado) ... 47
Fonte: Hoek (1983). ... 47
Tabela 5.1 – Principais critérios de escavabilidade e parâmetros associados ... 50
Fonte: BASTOS, 1998 ... 50
Tabela 5.2 – Tipos de ruptura que ocorrem em diferentes maciços rochosos sob ... 55
diferentes níveis de tensão in situ ... 55
Fonte: HOEK et al, 1995, modificado ... 55
Tabela 5.3 – Problemas, parâmetros, métodos de análise e critérios de ... 56
aceitabilidade em escavações subterrâneas ... 56
Fonte: HOEK et al, 1995, modificado ... 56
Tabela 7.1 – Estrutura da metodologia probabilística de gerenciamento de riscos ... 76
Tabela 7.2 - Sistema de classificação geomecânica RMR ... 84
Fonte:Bieniawski 1989, modificado ... 84
Tabela 7.3 - Correções e guias auxiliares para o sistema de classificação RMR ... 85
Fonte: Bieniawski 1989, modificado ... 85
Tabela 7.4 - Guia para escavação e suporte para túneis com 10 m de largura de acordo com o sistema RMR ... 86
Fonte: Bieniawski 1989, modificado ... 86
Tabela 7.5 - Ábacos do GSI em maciços rochosos homogeneamente fraturados ... 89
Fonte: MARINOS & HOEK, 2000... 89
Tabela 7.6 - Ábaco para estimar o valor do GSI em maciços rochosos heterogêneos (MARINOS & HOEK, 2000) ... 90
Fonte: ENGECORPS, 2011 ... 95
Tabela 8.1 – Relação das sondagens executadas e os respectivos quantitativos das perfurações e dos ensaios executados ... 103
Fonte: ENGECORPS, 2011 ... 103
Tabela 8.2 – Sistema de classificação de maciços rochosos ... 108
Fonte: BIENIAWSKI, 1989 ... 108
Tabela 8.3 – Escala de gravidade, referente ao Dano (Si) ... 117
Tabela 8.4 – Escala de controle de ocorrência, referente à frequencia (Oi) ... 117
Fonte: adaptado, TEIXEIRA, 2009 ... 117
Tabela 8.5 – Escala de probabilidade, referente ao controle (Di) ... 118
Fonte: adaptado, TEIXEIRA, 2009 ... 118
Tabela 8.6 – Aplicação da Ferramenta FMEA/FMECA no caso em estudo ... 119
NOMENCLATURAESIMBOLOGIA
ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia
E Módulo de Elasticidade
GSI Geological Strength Index HSE Health and Safety Executive
ITIG International Tunneling Insurance Group lm-1 Litros por minuto
MPa Megapascal
NATM New Austrian Tunneling Method PGR Plano de Gerenciamento de Riscos RQD Rock Quality Designation
RMR Rock Mass Rating
Squeezing Ruptura de teto por maciço de pouca resistência, já na frente de escavação do túnel, devido ao rearranjo das tensões
SM Sondagem Mista
SPT Standard Penetration Test
Coeficiente de Poisson
Peso Especifico
ÍNDICEDOTEXTO
1 INTRODUÇÃO ... 1
1.1 OBJETIVOS ... 1
1.2 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO ... 1
1.3 ESTRUTUTA DO TRABALHO ... 3
2 REVISÃO DOS CONHECIMENTOS ... 5
2.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA ... 5
2.2 CONCEITO DE RISCO ... 7
2.3 IDENTIFICAÇÃO DOS RISCOS E SEUS RESULTADOS... 10
2.4 A AVALIAÇÃO DO RISCO SEGUNDO A ISO 31000 ... 13
2.5 GESTÃO DE RISCOS E O APOIO A DECISÃO ... 16
3 CENÁRIOS DE RISCOS NA IMPLANTAÇÃO DE TÚNEIS ... 18
3.1 ASPECTOS GERAIS... 18
3.2 O RISCO GEOLÓGICO E SEUS IMPACTOS ... 19
3.3 IDENTIFICAÇÃO E GESTÃO DO RISCO GEOLÓGICO ... 20
3.4 OBJETIVOS E RESULTADOS NA ANÁLISE DE RISCOS GEOLÓGICOS ... 22
3.5 CLASSIFICAÇÃO E PROBABILIDADE DE RISCOS GEOLÓGICOS ... 25
4 COLAPSOS MAIS IMPORTANTES EM TÚNEIS ... 32
4.1 SEGURANÇA, RUPTURA E COLAPSOS EM TÚNEIS. ... 32
4.2 ESTADO ATUAL DO CONHECIMENTO ... 33
4.3 MECANISMOS DE RUPTURAS OU COLAPSOS EM TÚNEIS ... 35
4.4 ANOMALIAS GEOLÓGICAS GERADORAS DE COLAPSO ... 37
4.4.1 RISCOS GEOLÓGICOS ... 37
5 MECANISMOS DE RUPTURAS EM MACIÇOS ROCHOSOS ... 48
5.1 CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS ... 48
5.2 CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE EM TÚNEIS ... 49
5.3 MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO EM TÚNEIS ... 50
5.3.1 ASPECTOS GERAIS ... 50
5.4 MECANISMOS DE RUPTURA EM TÚNEIS ... 53
5.5 TIPOS DE RUPTURAS NA ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS ... 58
5.5.1 ASPECTOS GERAIS ... 58
5.5.4 MECANISMOS DE RUPTURAS GLOBAIS G3 ... 61
5.5.5 MECANISMOS DE RUPTURA DE TETO E FRENTE DE ESCAVAÇÃO ... 62
5.5.6 MECANISMOS DE RUPTURA POR DESLIZAMENTO ... 63
5.6 MONITORAMENTO E CONTROLE ... 64
5.6.1 ASPECTOS GERAIS ... 64
5.6.2 INSTRUMENTAÇÃO ... 66
6 FERRAMENTAS SISTÊMICAS DE GERENCIAMENTO DE RISCOS ... 69
6.1 ASPECTOS GERAIS... 69
6.2 ANÁLISE DE ÁRVORES DE EVENTOS ... 70
6.3 SIMULAÇÃO DE MONTECARLO ... 71
6.4 ANÁLISE DE MODO DE FALHA EFEITO E CRITICALIDADE (FMEA/FMECA)73 6.4.1 ASPECTOS GERAIS ... 73
6.4.2 TIPOS DE FMEA ... 74
7 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA DE GERENCIAMENTO DE RISCOS ... 76
7.1 CONCEITOS ... 76
7.1.1 MECÂNICA DAS ROCHAS ... 77
7.1.2 IMPLANTAÇÃO DE TÚNEIS EM MACIÇOS ROCHOSOS ... 78
7.1.3 METODO DE CLASSIFICAÇÃO... 80
7.1.4 MACIÇO COMO ELEMENTO ESTRUTURAL ... 91
7.1.5 SISTEMA DE SUPORTE ... 92
7.1.6 MONITORAMENTO ... 93
7.2 METODOLOGIA PROBABILÍSTICA DE PREVISÃO ... 94
8 APLICAÇÃO DO MÉTODO A UM CASO DE ESTUDO ... 96
8.1 ÁREA DE ESTUDO ... 96
8.2 ARRANJO GERAL DO TÚNEL ... 98
8.3 ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS ... 100
8.3.1 ASPECTOS GERAIS ... 100
8.3.2 INVESTIGAÇÕES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS ... 102
8.3.3 MODELO GEOMECÂNICO ... 107
8.3.4 CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS ... 107
8.4 MODELO FMEA/FMECA ... 112
8.4.2 DEFINIÇÃO DE ESCALAS DE FMECA PARA APLICAÇÃO AO CASO DE ESTUDO
115
8.4.3 ANÁLISE DE DADOS... 120
9 SÍNTESE, CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS ... 123
9.1 SÍNTESE E CONCLUSÕES ... 123
9.2 IMPORTÂNCIA DO TRABALHO ... 124
9.3 TRABALHOS FUTUROS ... 125
REFERÊNCIAS ... 127
ANEXO I – FOTOS DOS TESTEMUNHOS ... 133
1 INTRODUÇÃO
1.1 OBJETIVOS
As obras subterrâneas estão relacionadas a sua complexidade e variabilidade geológicas, que, por várias vezes, apresentam parâmetros não mapeados nos maciços estudados. Essa característica, que gera transtornos diversos, devido a sua construtibilidade e a incerteza, é mais intensa na implantação de túneis. De modo a caracterizar os elementos desta incerteza, pretendem-se os seguintes objetivos:
Apresentar a análise de riscos e sua aplicabilidade nos projetos e implantação de túneis;
Mostrar a importância da aplicação metodológica do gerenciamento de riscos como premissa de projeto e implantação das estruturas de um túnel, devido as causas geológicas não prognosticadas (causa geológica que poderia ter sido prevista);
Entender os colapsos em túneis, destacando os mecanismos de falha e suas prováveis causas;
Mostrar as técnicas de avaliação de riscos geotécnicos e suas incertezas, classificando os respectivos riscos;
A análise dos riscos como medida de mitigação e controle das respectivas incertezas; Demonstrar a aplicabilidade do método a um caso de estudo, o túnel laranjeiras em
Brucutu, apresentando as conclusões e sugestões consideradas para o tema.
1.2 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO
Para a análise de riscos, justifica-se a necessidade de evolução e melhoramentos de técnicas e metodologias de avaliação de riscos, bem como seu impacto no empreendimento como um todo. Com isso, é importante a tomada de decisões mais conscientes, com capacidade de sistematização das inúmeras variabilidades implícitas e assim formalizar o processo de decisão, o que em muitos casos evitaria algumas das referidas situações indesejáveis.
Neste contexto, propõe-se a utilização de uma ferramenta capaz de identificar a probabilidade de colapsos em processos de escavações subterrâneas como túneis, em que as diferentes fontes de incerteza são consideradas através de coeficientes parciais que afetam os efeitos das ações, as propriedades dos materiais e as grandezas geométricas.
Nesta abordagem, deve-se efetuar uma listagem de funções que o elemento em estudo (maciço) vai desempenhar, implementando medidas preventivas como: escavação → “estabilidade da frente de escavação”; parede e teto → “esforços elevados no revestimento”; maciço → “tratamento de solo/rocha”.
Assim, a fim de se propor soluções para reduzir os riscos na implantação de túneis, o controle da segurança em maciços subterrâneos incluirá os seguintes procedimentos:
a. Cálculo de um fator de segurança global (FS). b. Definição dos menores parâmetros admissíveis. c. Definição dos parâmetros extremos admissíveis. d. Determinação dos coeficientes parciais.
e. Definição das ações preventivas recomendadas, realçando os valores máximos e mínimos do índice de risco (para que um sistema não falhe dentro de um período especificado no projeto).
Utilizando a metodologia apresentada, será possível identificar e mapear os possíveis pontos de probabilidade de ruína do maciço de implantação do túnel e observar a hierarquização da influência das variáveis na definição do valor global, selecionando quais variáveis aleatórias são mais importantes.
Desta maneira, serão estudados os modos de ruptura em túneis, os mecanismos existentes no maciço e seu impacto nas estruturas de suportes, analisados e mapeados através de sistemas de monitoramento já na sua implantação. Neste sentido, serão apresentadas as análises e ferramentas necessárias para se lidar com os empreendimentos desta natureza,
caracterizando-as quanto a qualidade do maciço e a sua respectiva construtibilidade e mitigação dos riscos.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
Como estrutura deste trabalho, estão previstos nove capítulos, sendo tratada no primeiro capítulo a introdução ao tema, integrando-o na situação atual e demonstrando a sua importância na aplicação da geotecnia de túneis. Serão definidos também seus objetivos, justificativa e sua estrutura.
No segundo capítulo será apresentada a definição de risco, sua qualificação e a sua evolução de seus processos. Apresenta-se, ainda, o gerenciamento de riscos no apoio a tomada de decisão.
No terceiro capítulo apresenta-se os riscos gerados pelas incertezas no campo da geotecnia, abordando sua aplicação na implantação de túneis, o respectivo plano de gerenciamento de riscos, visando sua mitigação e as condicionantes encontradas nas operações em maciços subterrâneos e sua aplicação.
Já no quarto capítulo, insere-se a probabilidade de ruptura em maciços subterrâneos e suas ocorrências na implantação de túneis. Assim, apresentam-se suas anomalias geológicas e geradoras de colapso.
O quinto capítulo apresenta a classificação de maciços rochosos, seus critérios de escavabilidade e seus respectivos métodos de escavação. Apresenta-se, ainda, os tipos de ruptura nos diferentes tipos de maciços rochosos, seus efeitos na escavação, bem como a importância do seu monitoramento e controle.
O sexto capítulo apresentará as ferramentas sistêmicas de gerenciamento de riscos que poderão ser aplicadas na engenharia geotécnica de túneis, trazendo confiabilidade na tomada de decisão, introduzindo o modelo proposto para o estudo de caso.
Já o sétimo capítulo decorre sobre a aplicação da metodologia de gerenciamento de riscos, ressaltando os conceitos geotécnicos e os sistemas construtivos em obras subterrâneas. Finaliza-se o mesmo, com a descrição da metodologia probabilística de previsão.
No oitavo capítulo aplica-se a metodologia estudada a um caso de estudo, o túnel Laranjeiras em Brucutu, demonstrando os diversos aspectos importantes do gerenciamento de riscos em obras de túneis.
Por fim, no nono capítulo, são apresentadas as conclusões e sugestões consideradas para o tema em questão, ressaltando as experiências deste trabalho e as estratégias metodológicas para obtenção de um referencial teórico amplo para a obtenção de modelos metodológicos para a escolha da melhor ferramenta de análise de riscos geotécnicos.
2 REVISÃO DOS CONHECIMENTOS
2.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA
Desde o início, o sentimento de perdas e ganhos era presente na humanidade. A preocupação com o risco nasceu na Idade Média com os tradicionais jogos de azar que se faziam na Corte, sendo comprovado através de relatos históricos de como essa percepção foi encarada e tratada.
No período das grandes incursões marítimas, quando o risco era constante, principalmente em razão do desconhecimento dos perigos do mar e da fragilidade dos navios, os danos seguidos levaram ao estudo de probabilidades e à criação dos sistemas de segurança. Os comerciantes passaram a encarar o conceito do risco e sua utilização de maneira prática, substituindo as noções de má sorte e azar nos negócios.
Para muitos o risco é algo objetivo, com realidade própria, que será preciso “medir”. Uma visão alternativa consistiria em admitir o risco como “uma mera construção linguística”, quase “uma ilusão” coletiva que cada qual percebe de uma forma muito pessoal.
Numa relação entre o dano e a incerteza, podemos dizer que a incerteza é um dos aspectos do risco. Contudo, dizemos que a diferença substancial entre eles são as consequências negativas ligadas à noção de risco. Para tal, podemos descrever a seguinte expressão:
Esta expressão não retrata diretamente o conceito de risco. Ela expressa que, se dividíssemos os eventos da vida em “certos” e “incertos”, os “riscos” seriam eventos
“incertos” e “de consequências negativas” 1 (CLARET2, 2005, apud KAPLAN e GARRICK
p.12).
Numa outra análise, entre risco e perigo, os dicionários registram o sentido popular da palavra, ou seja, o perigo como uma fonte de danos. Já o risco seria a probabilidade de danos ou nível da probabilidade de danos, quando se diz “pouco risco” ou “muito risco”. Neste sentido, podemos dizer que “perigo” é a fonte de danos e “risco” é a probabilidade do dano3
(CLARET, 2005, apud KAPLAN e GARRICK p.12).
A tentativa de controlar o risco era constante, atenuando assim as angústias e incertezas, foi importante para a gênese da atual gestão do risco. Assim, verifica-se que a palavra “risco” é derivada da raiz latina “risicare”, que significa “atrever-se” ou “ousar”. Durante a era medieval, a sociedade era predominantemente dirigida pelas suas tradições, aceitando a interferência de homens como manipuladores da sorte e do risco.
Assim, muitos tratam o risco como subjetivo, outros como uma entidade física objetiva, com realidade própria, que será preciso “medir”. Num outro ângulo, admite-se o risco como “uma mera construção linguística”, quase “uma ilusão” coletiva, que cada um percebe de uma forma muito pessoal.
Com o surgimento da industrialização, em meados do século XIX e início do século XX, a perspectiva do controle de risco se fortaleceu, principalmente diante dos anseios de
1Nessa linha, poderíamos pensar no que seria um “evento certo”. Por exemplo, se você segura uma pedra com
a intenção de deixá-la cair em queda livre, é “certo” que ela cairá. Se ela cair sobre uma pessoa, há incerteza sobre se lhe causará danos ou não (poderá ser um “risco” ou “não risco”). Se a pedra cair sobre uma fina rede, atingir o solo será um “evento incerto” e, do mesmo modo, poderá causar danos ou não.
2“On the quantitative definition of risk” de Stanley Kaplan e John Garrick, Risk analysis, v. 1, n. 1, 1981.
3Deve-se registrar que é necessário certo esforço para distinguir a “fonte dos danos” da “probabilidade deles”
governar os acidentes gerados pelo novo modelo de industrialização, principalmente por meio do conhecimento. No desafio de desenvolver a mitigação dos riscos, criaram-se modelos de decisão próprios, direcionando novas perspectivas para o sistema financeiro do século XX.
Vários autores contribuíram para o estudo das probabilidades, sendo seu surgimento fundamentado em relatos históricos relacionados à disseminação dos jogos de azar na Idade Média, o qual era praticado envolvendo apostas. Neste sentido, os matemáticos Gerônimo Cardano (1501 – 1576), Galileu Galilei (1564 – 1642), Luca Pacioli (1445 – 1517) e Niccolo Tartaglia (1499 – 1557) trabalhando no sentido de estabelecer teorias relativas as probabilidades. Nesta busca, outros matemáticos aprofundaram no estudo de teorias complexas, marcando o início da teoria das probabilidades como ciência. Assim, diante destas propostas metodológicas, surge em 1950, o termo “gerenciamento de risco” na Harvard Business Reviews.
Já nos anos 60, devido ao crescimento populacional e industrial, foi necessário o aprimoramento do setor de bens de consumo. Desta maneira, ampliaram-se o setor produtivo e buscaram-se adequar as novas exigências de consumo. Os anos 70, são marcados pelos conceitos de confiabilidade de sistemas de riscos, originários das normas militares americanas, sendo então aplicadas nas indústrias nucleares e, posteriormente nas de processo. Desta maneira, são conhecidas as primeiras ferramentas de gerenciamento de riscos e as respectivas medidas para sua mitigação e controle.
Nos anos 90, temos a abrangência significativa da metodologia científica do risco, principalmente após a criação de programas específicos que visam o tratamento do risco, sua probabilidade e percepção. Segundo Almeida, B. (2006), o conceito de “risco” é influenciado pelas raízes culturais das classes sociais, tornando-o numa fonte inesgotável de ideologias.
2.2 CONCEITO DE RISCO
Analisando os conceitos fundamentais de Risco, encontramos como Perigo ou possibilidade de perigo; possibilidade de perda (DICIONÁRIO AURÉLIO, 1985); Determinação da probabilidade de ocorrência de um determinado evento anormal ou falha
2001); Possibilidade de perder ou ganhar econômica ou financeiramente, de causar prejuízo físico ou gerar atraso como consequência de incerteza associada à alteração de um particular curso de ação (RAFTERY, 1994); Possibilidade de perda. (GITMAN, 1997).
Risco e incerteza caracterizam situações onde o resultado de um evento ou atividade é provável. O risco tem duas componentes: a probabilidade de sua ocorrência e a grandeza ou severidade do efeito indesejável. Assim, verifica-se que o risco é a possibilidade de arcar com as consequências da ocorrência de um evento ou de circunstâncias e incertezas.
A relação risco e perigo tem sido utilizado em diversas esferas e ramos do conhecimento, adaptados conforme casos específicos. Neste contexto, a definição mais aceita “Risco é a probabilidade ou chance de lesão ou morte” (Sanders e McCormick, 1993, p. 675). “Perigo é uma condição ou variáveis que têm o potencial de causar ou contribuir para uma lesão ou morte” (Sanders e McCormick, 1993, p. 675).
Assim, a análise do risco varia conforme seu campo de aplicação e âmbito em que este se insere, havendo assim, muitos modos de classifica-lo. Tratando de uma maneira cartesiana, risco e perigo se completam, sendo seu resultado: danos materiais, rupturas sociais e econômicas, degradação ambiental, resultante de interações entre perigos naturais e humano-induzidos (H), condições de vulnerabilidade (V), e da falta de capacidade de moradores, comunidades e instituições para responder (FCRes) e para recuperar-se (FCRec) de desastres. Assim, o risco pode ser expresso por:
R=H*V*FCRes*FCRec
Alternativamente, o risco pode ser expresso por meio das equações convencionais:
R=H*V, R=H*V/C ou R=H*V*LC
Mas apenas se as variáveis V, C e LC forem adaptadas, respectivamente, para incluir a capacidade de responder e recuperar-se. Engenheiros geotécnicos estão muito familiarizados com incertezas. Geralmente, a incerteza está na falta de informação do perfil geológico do
maciço, ou na grande dispersão de resultados de ensaios, ou associada a um desvio substancial do desempenho de campo-medida, mantendo o valor previsto.
Em obras subterrâneas, devido as suas incertezas e as exposições nos processos de escavações, a probabilidade da existência de eventos críticos está sempre presente. Estes eventos, poderão gerar experiências positivas ou negativas, dependendo do caminho que escolhermos na tomada de decisão na gestão do risco.
Neste contexto, pode haver incerteza sem risco, mas não risco sem incerteza. Assim, o estudo das variáveis incerteza, risco e probabilidade pode responder se há possibilidade de falha em um talude. Nesta perspectiva, o risco é uma medida composta pela probabilidade de falha e a sua relação com o período de maior impacto gerado pelo evento.
Numa visão do ciclo de vida do risco, entende-se que, na sua identificação seguida das tratativas necessárias, o mesmo tende a reduzir.
Figura 2.1 – Risco e suas Fases, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30.
Possíveis eventos favoráveis > oportunidades; Possíveis eventos desfavoráveis > riscos.
Figura 2.2 – Risco e seu Ciclo de Vida, ASSIS, 2013 (modificado) p. 15.
Figura 2.3 – Risco e a integração com outras áreas, ASSIS, 2013 (modificado) p. 20.
2.3 IDENTIFICAÇÃO DOS RISCOS E SEUS RESULTADOS
Os riscos identificados deverão ser identificados conforme sua probabilidade de ocorrência e sua relação com o dano gerado. Sendo assim temos:
Como mensurar as probabilidades? Simulação é útil? Por quê?
Em relação a probabilidade e percepção temos:
Baixa – quando a probabilidade de ocorrência é menor que 20%, quase inperceptível; Média – quando a probabilidade de ocorrência está entre 20 e 60%, percepção
razoável;
Alta – quando a probabilidade de ocorrência é maior que 60%, percepção iminente.
Gravidade:
Baixa – O impacto do evento de risco é irrelevante para o empreendimento, tanto em termos de custo, quanto de prazos, podendo ser facilmente resolvido;
Média – O impacto do evento de risco é relevante para o empreendimento e necessita de um gerenciamento mais preciso, sob pena de prejudicar os seus resultados;
Alta – O impacto do evento de risco é extremamente elevado e, no caso de não existir uma interferência direta, imediata e precisa da equipe no empreendimento, os resultados serão seriamente comprometidos.
Figura 2.5 – Análise qualitativa de riscos 2D, ASSIS, 2013 (modificado) p. 30
2.4 A AVALIAÇÃO DO RISCO SEGUNDO A ISO 31000
Admitindo a existência constante do risco nos processos de obras subterrâneas, é imprescindível controla-lo. Este processo consiste em avaliar, controlar, mitigar, planejar e fornecer diretrizes para que o empreendimento possa controlar o risco independentemente da sua dimensão.
Neste processo, é fundamental avaliar as incertezas de forma a tomar a melhor decisão possível, priorizando as mesmas de modo a reduzir o dano. Assim, ao avaliar e ao tratar riscos admissíveis, criam-se situações em que se pode trabalhar para minimizá-los.
Segundo a ISO 31000 (ABNT, 2009), a tomada de decisão deve ser balizada pelos seguintes procedimentos:
avaliação do risco: identificação e avaliação das informações sobre o risco;
análise do risco: definição da origem e sua probabilidade de ocorrência, mitigando as consequências das atividades geradoras, atribuindo parâmetros e valores das simulações da probabilidade de ocorrência;
aceitação do risco: após a redução a valores aceitáveis, define-se aceita-lo;
tratamento do risco: processo de seleção e de implantação de soluções para trata-lo. As medidas são julgadas, sendo possível a recusa de uma decisão insegura, tomando decisões para minimizar os pontos negativos e majorar os pontos positivos;
comunicação dos riscos: as informações sobre o risco são selecionadas e partilhadas no grupo, dando ao gestor a capacidade da tomada de decisão.
Na Figura 2.7, apresenta-se o ciclo gerencial da ISO 31000, que possibilita ao gestor delimitar cada uma das fases do risco, principalmente sua identificação, seu tratamento e seu monitoramento. Esta tratativa é importante para estabelecer o contexto e as etapas das tomadas de decisão.
Figura 2.7 – Visão Geral do Processo de Gerenciamento de Riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk Management (modificado)
Como ferramenta adicional à gestão de risco da ISO 31000, Amaral e Silva (2001) propuseram uma metodologia adotada pela Fundação Instituto Geotécnica do Município do Rio de Janeiro (GEO-RIO), que usa os Índices Quantitativos de Risco (IQR) para antecipar os problemas gerados pelos escorregamentos de encostas. Esses IQR, agregados aos trabalhos de cartografia, permitem conhecer rapidamente a área investigada. Os IQR são expressos pela seguinte equação:
IQR = P x C x Fi
sendo IQR – índice quantitativo de risco;
P – Probabilidade de escorregamento com vítimas;
C – Consequência ou perdas causadas pelo escorregamento;
Fi – fator de correção para as intervenções realizadas (que corrige eventuais distorções
Segundo o Guia PMBOK®, o processo de análise de riscos envolve diretivas relacionadas à identificação, análise, planejamento de respostas, monitoramento e controle de riscos. O resultado é, após a sua identificação, o tratamento dos riscos visando minimizar a exposição aos eventos negativos. De maneira contínua, é necessária a definição de um período para a revisão da estrutura definida.
Figura 2.8 – Estrutura e Processo de Gerenciamento de Riscos, AS/NZS 4360: 2004 – Risk Management (modificado)
De maneira mais abrangente, existem ainda, os riscos denominados intangíveis, que são associados a atividades de produção de bens e serviços, destacando o número de casos favoráveis a ocorrência de 100% destes eventos. Estes eventos, que possuem apenas um elemento (ponto amostral) são chamados de simples. Quando o evento é igual ao espaço amostral, ele é chamado de evento certo e sua probabilidade de ocorrência é máxima.
2.5 GESTÃO DE RISCOS E O APOIO A DECISÃO
A gestão do risco, quando inserida na organização, passa por um processo contínuo de melhorias e adequações, isso porque este processo deve estar envolvido de maneira intrínseca em todos os níveis hierárquicos da esfera administrativa. Para isso é imprescindível sua implantação de forma adequada, devendo contribuir eficazmente para o estabelecimento de responsabilidades, avaliando o desempenho de maneira constante, definindo, assim, os benefícios gerados pela tomada de decisão contínua.
Deve-se entender que, quando os riscos não são priorizados, consequentemente tem-se um dano. Assim, ao avaliar e ao tratar riscos admissíveis, criam-se situações em que se pode trabalhar para minimizá-los. Porém, deve estar claro que conferir todos os processos associados à análise e mitigação de riscos podem gerar transtornos na organização, devido as dificuldades estruturais para seu início ou, se iniciados, poderão não conseguir concluí-los.
Em relação aos pilares dos sistemas gerados, há necessidade de que os valores sejam protegidos, e fazendo parte de todos os processos organizacionais e das tomadas de decisão. Já os referidos riscos intangíveis não considerados por alguns modelos de gestão, principalmente pela falta de percepção do seu comportamento. Como exemplos de riscos intangíveis temos:
na sua análise pontual, são utilizadas informações desatualizadas, materializando o risco;
o denominado risco de relacionamento, gerado pelas dificuldades nas relações interpessoais;
o denominado risco de processo é gerado pela utilização de processos operacionais inadequados.
O monitoramento, sua correta identificação e gestão, potenciam ações importantes para o seu controle mitigação.
Figura 2.9 – Processo de Gerenciamento de Riscos, ASSIS, A. 2013 (modificado)
Conforme figura acima, a implantação do processo de gerenciamento serve para avaliar e auxiliar na tomada de decisão com base nos resultados da respectiva análise. Após a análise do risco, verifica-se que a probabilidade do mesmo acontecer é de 90%, gerando impactos importantes na produção e no seu controle, caracterizando sua criticidade como alta, sendo necessária ações para lidar com ele. Em seguida, tratamos as seguintes questões: quais riscos precisam de tratamento? Qual a prioridade? Quais são as possíveis ações que posso tomar?
Os resultados refletidos nesta tomada de decisão refletem na sua avaliação final dos riscos e o momento de agir definitivamente. Desta maneira, o processo usado para modificar o risco irá considerar a probabilidade e as consequências ligadas as estratégias como: mitigar, prevenir, eliminar, etc
3 CENÁRIOS DE RISCOS NA IMPLANTAÇÃO DE TÚNEIS
3.1 ASPECTOS GERAIS
A ocorrência de processos geológicos-geotécnicos (escorregamentos, erosão, solapamento de margens, assoreamento, inundação, colapsos e subsidências) afeta praticamente todas as regiões brasileiras, tanto em áreas urbanas como rurais e empreendimentos. Esses processos, além dos evidentes danos econômicos e ambientais, podem levar à perda de vidas humanas.
Como parte integrante deste processo, temos os riscos na implantação de túneis, podendo defini-los por meio de duas metodologias clássicas e aceitas como boa prática da engenharia geotécnica. A primeira é a qualitativa, quando se aplica a intuição para prever determinados problemas, mas é quase sempre questionada, pois sua aplicação só faz sentido com base em conceitos de “alto” risco, “médio” risco ou “baixo” risco. Por exemplo: pode-se dizer que o risco de uma ruptura de teto numa escavação é “alto”, “médio” ou “baixo” diante das fraturas, do lençol freático elevado e do mapeamento visual na frente de escavação.
Outra metodologia, amplamente difundida, é a quantitativa, na qual o uso dos métodos representa sua objetividade, como o Método dos Elementos Finitos e as análises probabilísticas, cuja interpretação física exige habilidades específicas. Frequentemente, quando se trata da análise do risco, engenheiros esperam solucionar problemas através de análises numéricas diretas e indiscutíveis.
Neste contexto, o grande número de obras subterrâneas, principalmente as urbanas, em execução no mundo podem gerar acidentes, e para evitá-los ou minimizar seus impactos é necessário seguir uma série de critérios, como os que estão expostos no Código de Prática para o Gerenciamento de Riscos em Obras de Túneis, iniciativa do “The International Tunneling Insurance Group” 4 (ITIG), das mais relevantes para se alcançar maior segurança neste tipo de obra de engenharia.
Assim, as práticas constantes neste código, visam gerar premissas importantes para minimizar as séries de eventos inerentes aos processos geológico-geotécnicos.
3.2 O RISCO GEOLÓGICO E SEUS IMPACTOS
As obras subterrâneas sempre apresentam risco mais elevado do que obras a céu aberto, por se lidar com materiais geológicos que, por mais detalhada que seja a investigação prévia de campo e laboratório, sempre podem apresentar alguma característica não prevista inicialmente, e que só será detectada na construção. O risco geológico é sempre presente em obras subterrânea, (PASTORE 2009).
Com esta característica peculiar, o gerenciamento de riscos tem de prever o imprevisível, antecipar possíveis anomalias e características geotécnicas e geológicas, ao longo do traçado dos túneis e obras subterrâneas, e que poderão resultar em impactos e aumento dos riscos na implantação destas obras de engenharia. Só há riscos comparáveis aos de obras subterrâneas na engenharia, em obras hidráulicas e marítimas, em que as forças da natureza, por sua característica intrínseca de imprevisibilidade, desempenham papel relevante.
Os riscos geológicos, geotécnicos e impactos nas construções subterrâneas sempre ocorrem e são maiores nas escavações de grande porte. Para reduzi-los, é necessário examinar a probabilidade dos riscos possíveis (quais riscos podem efetivamente se concretizar), identificar os riscos a serem superados diante de desconformidades geotécnicas e geológicas graves, e se estruturar quanto às respostas aos riscos em casos concretos.
A propensão ao risco é subjetiva a indivíduos e empresas com maior propensão ao risco, e indivíduos e empresas com menor propensão ao risco. Numa obra subterrânea típica em rocha, aqueles com menor propensão ao risco irão certamente exagerar na adoção de medidas de suporte (tirantes e chumbadores). Aqueles com maior propensão ao risco irão pelo lado oposto – adotar medidas de suporte aquém do necessário e conviver com o risco de queda de blocos, ou mesmo de um colapso do túnel.
O risco gerado pelo processo de escavação em túneis é crítico, pois os maciços subterrâneos trazem consigo grandes incertezas geológicas e geotécnicas. Na categoria de riscos na operação, há diversos tipos de acidentes que podem ocorrer, e o mais comum (e possivelmente também o mais perigoso) é a ocorrência de incêndios, com grande potencial de vítimas.
No Túnel Montblanc, na Europa, incêndio recente provocou dezenas de vítimas, e no Túnel do Canal da Mancha, danos causados ao revestimento por um incêndio recente pararam a operação por vários meses, causando grande prejuízo à empresa concessionária desta ligação.
3.3 IDENTIFICAÇÃO E GESTÃO DO RISCO GEOLÓGICO
Segundo KOCHEN (2009) um bom plano de identificação de riscos começa com perguntas que vão direcionar o nosso olhar para estas questões:
1) O que é risco para esta obra subterrânea específica? Ex., um túnel não urbano pode gerar recalques elevados sem nenhuma consequência, e esta mesma característica em obra urbana não é aceitável pela interferência com as edificações e utilidades subterrâneas ao longo do traçado.
2) Como percebo que existem riscos? Os riscos são inevitáveis, não são bons nem maus, são simplesmente parte de qualquer empreendimento de engenharia. Devem ser gerenciados: identificados, reduzidos, e se possível eliminados.
3) Quais riscos devo aceitar? Quais devo rejeitar? A definição de um nível de risco máximo cabe às entidades envolvidas no empreendimento (proprietário, construtor, comunidades afetadas e usuários), lembrando que a noção de risco é subjetiva, tanto o nível de risco aceitável como os riscos que precisam ser rejeitados, é algo que deve ser definido por um colegiado.
4) Como fazer para não ficar inconsciente dos riscos? A monitoração, acompanhamento e supervisão técnica, e avaliação constante do projeto e construção fazem parte dos procedimentos de gerenciamento e minimização de riscos.
O risco, em qualquer empreendimento de engenharia, é composto de três elementos: probabilidade de ocorrência, escolha e consequência. Controles são políticas, procedimentos, práticas ou estruturas organizacionais projetados e implantados de forma a prover uma garantia razoável de que os objetivos do empreendimento serão atingidos, e que eventos indesejáveis serão identificados e corrigidos, em tempo hábil.
Desta maneira, os projetos utilizados em obras subterrâneas compreendem as seguintes fases: a fase preliminar de estudo de viabilidade econômica; discussões das necessidades de desapropriações e impactos ambientais e urbanos prováveis, bem como envolvimento com o meio urbano; projeto básico e quantitativo; elaboração do Termo de Referência e licitação; projeto executivo; execução, acompanhamento e fiscalização da obra. Em todas estas fases, e desde o início, é necessário introduzir os conceitos de gerenciamento de riscos, através de sistemas de controle adequados, para evitar nível de risco elevado na construção e operação do empreendimento (KOCHEN, 2009).
Toda esta sistemática é consolidada em um plano de riscos para as obras subterrâneas do empreendimento, que inclui uma sequência obrigatória de atividades. Desta maneira o plano de gerenciamento de riscos é essencial para reduzir riscos inerentes a estas obras. Isto porque as tendências gerais na indústria de obras geotécnicas, que prevalecem nos contratos atuais, aumentaram em muito o nível de risco em relação ao que ocorriam décadas atrás.
Hoje a indústria de construção subterrânea tem de lidar com: métodos construtivos de alto risco; tendência para contratos de preço global; condições de contratos unilaterais; cronogramas apertados; orçamentos financeiros baixos. Os fatores expostos aumentam o nível de risco na construção e operação do empreendimento, tornando necessária a elaboração e implementação do plano de risco em cada obra subterrânea, para se obter níveis de risco aceitáveis.
Figura 3.1 – Atividades do Plano de Gerenciamento de Riscos de Obras Subterrâneas, KOCHEN, 2009
3.4 OBJETIVOS E RESULTADOS NA ANÁLISE DE RISCOS GEOLÓGICOS
É necessário, para cada empreendimento de obra subterrânea, estabelecer padrões mínimos de controle e procedimentos de gerenciamento de riscos. Para isto, é necessário definir claramente as responsabilidades das partes envolvidas, para reduzir as probabilidades de perdas, bem como o número e tamanho das demandas (claims).
Neste sentido, após o acidente de Heathrow, o Health and Safety Executive5, analisou
casos históricos recentes de ruptura ou colapso de túneis. O HSE (1996) analisou 39 acidentes de 1973 a 1994, que foram classificados em cinco causas principais de ruptura: (1) causas geológicas não prognosticadas (esta causa é diferente de imprevisível, ou seja, trata-se de uma causa geológica para o acidente que poderia ter sido prevista, mas não o foi, por algum motivo); (2) erros de projeto, especificação e planejamento; (3) erros numéricos ou de cálculo; (4) erros de construção; (5) erros de controle e gerenciamento.
Os procedimentos de avaliação dos riscos geológicos em túneis devem envolver as seguintes etapas de atividades: detecção de risco e ação corretiva; risco conceitual; recomendações para incremento da segurança; questionário (complementação de informações); lista de verificação (check list).
O procedimento de detecção de risco e ação corretiva é ilustrado pela figura 3.2, e mostra que, ocorrendo o evento adverso ou desfavorável na construção do túnel, deve ser avaliado e tratado com medidas mitigadoras o mais rapidamente possível, antes que o risco cresça e saia do controle (causando um acidente, colapso etc.).
Figura 3.2 – Procedimentos de detecção e ação corretiva para Gerenciamento de Riscos em túneis, KOCHEN, 2009
O risco conceitual define os níveis de risco no projeto, construção e operação da obra subterrânea. A etapa onde é possível se obter a maior redução no nível de risco da obra subterrânea é no projeto (fase pré-construção). Na fase de implantação, o risco deve se situar abaixo do nível aceitável, e na fase de operação este risco deve ser menor ainda, lembrando que os riscos operacionais frequentemente são diferentes dos riscos construtivos (por exemplo, colapso na fase de construção versus incêndio na fase de operação).
É importante que o gerenciamento de riscos utilize ferramentas de análise de riscos e de decisão, analisando os problemas geotécnicos de obras subterrâneas de uma forma mais estruturada e formal, com o objetivo de minimizar os riscos. Com este procedimento, as decisões deixam de ser intuitivas e empíricas e passam a ser mais estruturadas. Evita-se, desta forma, correr riscos sem a análise de suas consequências.
A execução de obras subterrâneas, sejam em “cut and cover”, em poços ou túneis NATM, não é uma tecnologia isenta de riscos, em que pesem os avanços tecnológicos dos últimos anos. É necessário um acompanhamento diário das condições geológicas e geotécnicas encontradas na escavação, para adaptação a condições alteradas em relação às previstas inicialmente, ou na hipótese de serem encontradas condições anômalas.
O aparecimento de condições geológico-geotécnicas diferentes das previstas dá margem a uma série de riscos, que podem ser desastrosos para o empreendimento se não forem corretamente enfrentados, gerenciados e otimizados. Portanto, a intervenção em túneis tem que antever a necessidade de uma gestão de níveis de risco significativos, para a escolha de métodos construtivos, de suporte e tratamento dos maciços que levem a um nível adequado de segurança para a obra.
Segundo KOCHEN (2009), os pontos chaves para mitigação dos riscos na implantação de túneis são: (1) identificar os riscos antecipadamente; (2) reconhecer os riscos de imediato, assim que seus sinais se manifestarem; (3) gerenciar os riscos através de um Plano de Gerenciamento de Riscos (PGR), através de uma metodologia transparente e efetiva, que deverá ser adotada nos estágios iniciais de projeto e construção, minimizando a ocorrência de riscos e/ou mitigando suas consequências.
Desta maneira, o PGR6 típico para uma obra de escavação subterrânea urbana engloba
os seguintes aspectos: identificação de riscos; avaliação, qualificação e quantificação de riscos; mitigação de riscos (definição das respostas aos riscos identificados, incluindo escolhas corretas de projeto e construção); avaliação de riscos residuais (após medidas de mitigação); pré-projeto de contra medidas para a gestão de riscos residuais durante a construção.
O PGR é elaborado para gerenciar adequadamente os riscos residuais, os riscos aceitáveis, e quaisquer novos riscos que possam surgir no decorrer do empreendimento. Para implantação do mesmo, requer o pré-projeto das contramedidas (medidas de contingência), bem como das regras para ativação das medidas de contingência em cada etapa de construção.
Além disto, o plano de gerenciamento de riscos deve ser dinâmico, ou seja, continuamente revisado e atualizado (no caso de túneis, com frequência diária).
Para KOCHEN (2009), na gestão de riscos de obras subterrâneas é importante ressaltar que: (1) análise de obras subterrâneas e gestão de risco são mutuamente dependentes e devem ocorrer simultaneamente, passo a passo; (2) uma avaliação de risco correta e válida, deve e pode ser obtida, somente com um correto entendimento do projeto e processo construtivo, o que só é possível com uma equipe de especialistas, consultores e engenheiros experientes no acompanhamento diário da obra; (3) um projeto criterioso e robusto de obra subterrânea, só pode ser obtido se elaborado dentro de um enfoque de mitigação dos riscos.
Como consequência do exposto, é fundamental atender aos seguintes aspectos: o projeto básico da obra subterrânea e do seu método construtivo, sistemas de contenção, tratamentos de solo etc., é a medida mais eficaz possível para reduzir os níveis de risco iniciais do empreendimento. Para tanto, é necessário e importante implementar a análise crítica e de riscos do projeto, bem como a gestão sistemática e contínua dos riscos durante a construção.
No projeto inicial o empreendedor deve definir o nível de risco, inicial e durante a construção, que julga aceitável e que está disposto a correr. A escolha correta do método construtivo para a obra subterrânea é a primeira e mais importante medida de redução/mitigação de risco, ou, colocando de outra forma, a resposta primária para os principais riscos identificados.
3.5 CLASSIFICAÇÃO E PROBABILIDADE DE RISCOS GEOLÓGICOS
Uma obra subterrânea é uma atividade interativa que deve observar, entre outros aspectos relevantes: a comparação entre o previsto e o observado (revelado pela escavação e seu acompanhamento/monitoração diários); modificação e ajuste do projeto inicial para a realidade observada, que evolui com a obra e suas escavações, através de um processo dinâmico e continuo (implementação do projeto inicial, monitoração da escavação, acompanhamento de obra, e otimização do projeto), até o termino da obra.
Em consequência, a escavação e seu controle devem ser parte integral do seu processo construtivo para minimizar riscos. De maneira a mitigar os riscos geológicos, antes de se iniciar o projeto e construção de um túnel, deve-se, como primeiro passo, identificar riscos potenciais relacionados ao processo de escavação (geologia & geotecnia, projeto e método construtivo), e avaliar a probabilidade de sua ocorrência, bem como as consequências potenciais (impactos, danos). Como segundo passo, deve-se decidir se o nível de risco identificado requer a aplicação de medidas de mitigação/redução de riscos. Se necessário, o terceiro passo consiste na definição e pré-projeto destas medidas de mitigação/redução de riscos, para eventual ativação e uso durante a construção.
Tabela 3.1 – Classificação de Probabilidade de Riscos
FREQUÊNCIA/PROBABILIDADE
< 10% Baixo Baixo
10 - 50% Médio Médio
> 50% Alto Alto
Fonte: KOCHEN, 2009
É importante que um PGR indique que o projeto seja acompanhado e verificado durante a escavação, ou seja, o método é dinâmico, com atualização contínua dos parâmetros de projeto e construção das obras subterrâneas a serem executados, com base nos resultados de trechos já construídos.
Em suma, os princípios de um PGR são os seguintes: (a) Previsão – Análise crítica e de riscos do projeto inicial e predefinição de medidas de mitigação/redução de riscos; (b) Monitoração do comportamento, através de mapeamento da frente de escavação e instrumentação – Obras subterrâneas, maciço adjacente e estruturas lindeiras; (c) Otimização do projeto; (d) Aplicação de medidas pré-definidas.
O escopo de um plano de gerenciamento de riscos (PGR) para esta obra é identificar principais riscos a serem mitigados, e eventuais contingenciamentos/provisionamentos de verba, para fazer frente a estes riscos, caso a obra conte (ou não) com seguros para cobrir os riscos identificados. Para isso, é necessário elaborar procedimentos técnicos, de modo a resultar um projeto otimizado das obras subterrâneas, que serão instrumentais para gerenciar riscos residuais durante a construção. O PGR específico para cada obra deve ser desenvolvido com a cooperação de todas as entidades envolvidas na mesma, inclusive a projetista e consultora especializada, atuando como promotora e facilitadora do processo. Mais especificamente, o enfoque técnico para atingir com sucesso a mitigação dos riscos, com integração entre as várias entidades atuantes na obra, deve obedecer aos seguintes quesitos:
1) Revisão e avaliação dos maciços de solo e rocha ocorrentes nas escavações subterrâneas, considerando o método construtivo das obras subterrâneas.
2) Revisão e avaliação das incertezas e variações nas condições geológico-geotécnicas identificadas no projeto e método construtivo. 3) Plano de investigações geológico-geotécnicas adicionais, caso
necessárias.
4) Cálculos de estabilidade das escavações subterrâneas, e avaliação das necessidades de contenções/suportes/tratamentos de solo.
5) Elaboração de um registro de riscos, contendo riscos identificados (iniciais, geológicos/geotécnicos, hidro geológicos, de projeto e construção), em relação às obras subterrâneas, estimativa da sua probabilidade de ocorrência e impactos, bem como de medidas sugeridas de projeto e construção, para reduzir os riscos iniciais a níveis aceitáveis.
6) Verificação da monitoração geotécnica, e sua adequação, para avaliar o comportamento das obras subterrâneas, dos maciços e do meio urbano adjacente.
Para este escopo, é necessário disponibilizar equipe altamente qualificada de engenheiros geotécnicos especializados e consultor. Devem ser realizadas visitas periódicas ao local das obras, para integração com a equipe da construtora e seus contratados, e para compreensão dos requisitos do projeto e necessidades específicas da construção. A atuação da consultoria deve se dar de forma integrada e cooperativa com as diretrizes da construtora do proprietário.
Os procedimentos de gestão, instrumentação e execução das obras são complexos e necessitam de elevado grau de conhecimento técnico e executivo. Cada túnel possui diversos eventos potencialmente geradores de risco. Estes eventos devem ser classificados de acordo com seu grau de risco à segurança, economia e eficiência da obra. Para a determinação do grau de risco de cada evento, pode se utilizar a classificação probabilística apresentada na tabela 3.1, em que, através da frequência de ocorrência do evento, define-se a probabilidade do risco para a obra.
Os eventos de risco são apresentados abaixo, em forma de duas tabelas: tabela 3.2 e o 3.3. A tabela 3.2, apresenta as categorias de risco mais comuns em obras subterrâneas, como túneis NATM. Nessa tabela, expõem-se as características principais de cada evento e a avaliação do risco é dividida em três fatores principais: probabilidade de ocorrência; consequência ou impacto; risco inicial.
Já a tabela 3.3, apresenta as medidas corretivas a serem tomadas para a redução do risco de cada evento, em três etapas: metodologia para a detecção do risco; medidas de redução do risco; análise do risco residual. Nestes quadros, resume-se, simplificadamente, a análise de risco deste tipo de obra subterrânea (túneis NATM), pois contempla os principais eventos potencialmente causadores de não conformidades e geradores de risco.
Estes eventos podem resultar em danos relevantes e graves, e até mesmo no colapso parcial do empreendimento. Estes quadros são exemplificativos e hipotéticos, devendo ser adequados à especificidade de cada obra subterrânea, para aplicação em situações reais.
Tabela 3.2 – Categorias de risco – Túnel NATM
Tabela 3.3 – Medidas de detecção de riscos – Túnel NATM
Em face da complexidade geológica e desafios técnicos deste tipo de obra, verifica-se a necessidade de medidas de segurança e cautela adicionais, em relação a obras convencionais, tais como elaboração e implementação de planos de gestão de risco, análise crítica e validação de projetos, acompanhamento técnico de obra, monitoração, e outros procedimentos de mitigação de risco. Para reduzir ou eliminar riscos inerentes ao projeto e execução de obras subterrâneas, usualmente executadas em regiões geologicamente complexas, recomenda-se observar o Código de Prática para o Gerenciamento de Riscos em Obras de Túneis, proposto pelo (ITIG) 7.
4 COLAPSOS MAIS IMPORTANTES EM TÚNEIS
4.1 SEGURANÇA, RUPTURA E COLAPSOS EM TÚNEIS.
Os principais conceitos e proposições das análises de risco são de grande interesse para a gestão da segurança em obras com risco de rupturas, que implicam prejuízos elevados e danos materiais e/ou de vidas humanas. Esses conceitos devem ser bem aplicados para a adoção de medidas mitigadoras em maciços subterrâneos. Um exemplo claro de colapso em escavações subterrâneas foi o grave acidente que ocorreu, em 1996, no aeroporto de Heathrow. Neste acidente, desabou um trecho que iria ligar a estação Paddington, em Londres, ao aeroporto de Heathrow.
A sequência do desabamento em Londres é semelhante a verificada em São Paulo, onde a implantação do túnel da linha quatro (amarela) na estação de Pinheiros em 2007, produz várias vítimas, e exemplifica a necessidade da gestão de risco. Na ocasião, foram analisados os documentos de licitação e da investigação geológico-geotécnica, do projeto executivo (retro análise), da instrumentação, do controle de qualidade e o do plano de contingência, concluindo que o colapso se verificou pela conjugação de fatores que conferiram ao maciço um comportamento geomecânico localmente singular.
A recorrência de eventos com rupturas em maciço subterrâneo, até mesmo em espaços urbanos, tem levado a sociedade a uma reflexão quanto a segurança destas obras. Desta maneira, os túneis executados em NATM 8, bem como aqueles implantados em outros
métodos construtivos, tem demonstrado a necessidade premente de mão de obra especializada, um número cada vez maior de investigações geotécnicas/geológicas, planejamento incorporando os diversos stakeholders, projeto detalhado completo e um monitoramento construtivo avançado, a fim de mitigar os riscos inerentes a esta obra.
De acordo com PELIZZA (1996), os colapsos são inerentes a metodologia construtiva, isto é, independentemente do método de escavação pode haver colapso. No entanto, no NATM, a segurança da obra é função intrínseca do método construtivo projetado e da sua
correta execução, tornando a avaliação de riscos muito importante. Uma obra subterrânea, tanto em meio industrial como em meio urbano, deve ser projetada e construída de forma que seja possível controlar e manter em níveis aceitáveis a construção e o impacto ambiental a curto, médio e longo prazo.
Segundo KOCHEN (2009), a pouca literatura referente ao assunto encontra-se não formalizada e/ou dispersa, publicada em anais de simpósios e congressos, em revistas especializadas ou ainda em relatórios internos de circulação restrita. Segundo PELIZZA e GRASSO (1998), para a indústria de construção de túneis, há três razões principais para realizar esforços no sentido de reduzir ou, se possível, eliminar rupturas em túneis durante a construção: (1) para prevenir atrasos no prazo final; (2) para evitar disputas relativas a impactos ambientais causados pela ruptura, que resultam em perda adicional de tempo e de vidas; e (3) para ficar dentro do orçamento proposto para o projeto.
Contudo deve-se observar que, mesmo em projetos de boa qualidade, por mais que se controle os níveis de risco, procurando mantê-los aceitáveis, a possibilidade de comportamento inadequado, e de ocorrência de rupturas ou acidentes irá sempre existir. Não existe obra subterrânea com risco de ruptura nulo, embora a nossa meta deva ser sempre reduzir a probabilidade de ruptura para o menor valor possível (HACHICH, 1978).
4.2 ESTADO ATUAL DO CONHECIMENTO
PELLIZZA (1996) e PELIZZA; GRASSO (1998) resumiram muito bem o estado atual do conhecimento em relação a acidentes durante a implantação de túneis e que, na realidade, é a somatória das várias conclusões obtidas através de informações de fontes do Reino Unido, alemãs, japonesas, russas, tchecas de casos históricos de rupturas de túneis já publicados.
Acidentes geológicos acontecem independentemente da metodologia construtiva usada; os mesmos acontecem com alto potencial de dano;
Um número pequeno de acidentes geológicos ocorre devido a um encontro inesperado com uma situação hidrogeológica e/ou geotécnica que é inesperada;
A maioria dos acidentes geológicos são causados pelo não reconhecimento antecipado de situações hidrogeológicas e/ou geotécnicas desfavoráveis. Este ponto é apoiado pelas seguintes observações relativas à insuficiência dos estudos geológicos:
o estudo é dificultado por complexidades geológicas e pela profundidade do túnel;
o cliente impõe um limite no orçamento de investigação, sem avaliar o potencial de riscos geológicos residuais;
o plano de investigação geológica é estabelecido, independentemente do método de escavação de túneis a ser aplicado;
o plano de investigação geológica é geralmente executado em uma única etapa, e uma investigação com mais etapas seria mais informativa;
o mapeamento geológico-geotécnico na face de escavação e paredes do túnel, durante o trabalho de construção; são frequentemente escassos e os resultados nem sempre são interpretados corretamente e prontamente; a tarefa do empreiteiro é produzir escavando tão rapidamente quanto
possível; para fazer isto, o empreiteiro está pronto para correr riscos, e isto geralmente conduz a uma subestimação dos aspectos de segurança da situação geotécnica e hidrogeológica real; e
desta maneira, é importante conscientizar o proprietário de manter os ritos necessários à esta implantação, permitindo ao empreiteiro não correr riscos, reservando-lhe o direito da tomada de decisão, assumindo assim as consequências. Assim, é responsabilidade do proprietário assegurar, com a ajuda do projetista, que a construção não ocorra em condições de risco.
Segundo KOCHEN (2009) a maior lacuna no conhecimento atual é determinar qual é a probabilidade ou o grau de risco com que certa anomalia geológica possa surgir inesperadamente, causando um acidente na passagem da face de escavação do túnel. O que parece ser necessário é incluir no projeto de túneis avaliações de risco de acidentes geológicos ou construtivos, os quais não podem ser previstos dentro da estrutura usual de informações disponíveis.
Sendo assim, o projeto não pode por esta razão ser determinista, mas deve ser desenvolvido considerando-se critérios probabilísticos, levando em conta as incertezas das
