Em alguns casos pode ser necessário recorrer a poços de observação e bombagem, ao longo do traçado do túnel, para desviar a água da frente de escavação ou baixar o nível freático, tal como se procedeu com sucesso na construção dos túneis da junção ferroviária de Belgrado. No túnel direito próximo da zona urbana de Karaburma, mostrado na Figura 3.4 durante a fase de construção, conhecido como Karaburma
desni4 (Rasula, 2000), suspeitava-se da existência de uma camada de areia bastante saturada entre o km
0+280 e o km 0+450.
Como o construtor do túnel havia requerido a construção do túnel a seco, procedeu-se ao desvio da água do aquífero ali existente. Para tal, teve de prever-se o comportamento do aquífero através de um
54
modelo matemático que veio a dar indicações corretas sobre os locais onde existia maior afluência de água, como foi o caso do túnel direito de Banatski numa zona onde a afluência de água foi de 5 l/minuto, podendo dessa forma evitar-se problemas na construção deste túnel situado em meio urbano, com existência de edifícios próximos e próximo do rio Danúbio. O túnel foi inaugurado em 1998, desconhecendo-se qualquer acidente relacionado com água.
Figura 3.4 – Construção do túnel Karaburma. (Energoprojekt, 2011)
Um outro túnel onde se recorreu à utilização de poços de bombagem para baixar o nível freático foi no túnel de Sambongihara5, em Tóquio, Japão (Konishi S. &., 2005). Este túnel ferroviário com 4280 m,
10,5 m de largura e 5,25 m de altura tinha uma cobertura média de 23 m e 45 m no ponto de máxima cobertura. O meio onde estava sendo escavado era composto essencialmente por solos arenosos com uma alteração de estratificação composta por argila que separava as camadas de areias numa parte superior e parte inferior, aproximadamente a meia secção do túnel, como exemplificado no esquema da Figura 3.5.
Figura 3.5 – Perfil do meio de escavação. (Konishi S. T., 2005)
Como se estava a proceder à escavação em face aberta com utilização da técnica New Austrian
Tunneling Method (NATM), utilizou-se poços de bombagem de 20 em 20 m, em linha zigue-zague, para
desviar a água da frente de escavação e poder aplicar-se o betão projetado sem problemas. A Figura 3.6 mostra a saída de água, de um poço de bombagem.
55
O nível freático foi rebaixado até ao nível da abóbada do túnel, para permitir a estabilidade das camadas de areia que se situavam na frente de escavação entre materiais heterogéneos e cuja espessura era variável ao nível que a escavação avançava. Como tal procedeu-se à escavação com recurso à utilização de bancadas na frente de escavação.
Figura 3.6 – Saída de água de um poço de drenagem (Konishi S. &., 2005)
Primeiro foi retirado o material situado na parte superior da frente de escavação, enquanto o material da parte inferior conferia estabilidade à frente. Após a retirada do material da parte superior foi removido o material da parte inferior. Ao longo da construção ocorreram pequenos colapsos da frente de escavação, mas nenhum causou problemas graves, uma vez que estavam devidamente avaliados. Um exemplo de um dos colapsos ocorridos durante a construção pode ser visto na Figura 3.7 seguinte:
Figura 3.7 – Exemplo de um colapso da frente de escavação no túnel de Sambongihara. (Konishi S. T., 2005) Pode-se também referir como exemplo prático dos casos da influência que pode ter a posição do nível freático na escavação, o túnel coletor de esgotos da rua Langstaff6, na cidade de Toronto, Canadá, em
2008 (Wallis P. , 2009). O túnel mostrado na Figura 3.8 com uma extensão de 3,6 km, de secção circular com um diâmetro de 3,3 m estava sendo escavado com recurso ao Earth Pressure Balance Method (EPBM), num terreno constituído por argilas e areias siltosas com um nível freático bastante próximo da superfície (acima da zona a escavar).
Um problema mecânico na tuneladora poderá ter dado origem ao início de uma série de acontecimentos que levou a um atraso de 10 meses na conclusão da obra, tendo o túnel sido concluído com
56
sucesso. Devido à passagem da escavação do túnel por uma zona onde existia uma linha de água, afluíram ao interior do túnel durante um período de 48 h, cerca de 1800 m3 de solo liquefeito (solo mole), que
levaram ao colapso do túnel e à perda de parte da tuneladora que se afundou mais de 3 m no solo. Deveu- se à liquefação estática dos solos por origem hidráulica. A liquefação estática acontece em depósitos granulares de baixa compacidade in situ, que em condições saturadas são solicitados por um esforço suficientemente grande, capaz de produzir uma situação não drenada, que eleva as pressões intersticiais no meio, de um modo que a tensão efetiva do material diminui consideravelmente. O que provoca a redução da resistência ao corte, do material (Penna & et al., 2010). A zona do acidente era composta por materiais bastante heterogéneos e bastante variáveis, como argilas siltosas, areias, siltes e cascalhos, o que obrigava ao constante ajustamento da tuneladora às condições do terreno, em distâncias muito curtas, como num único avanço da tuneladora (Mc Nally & Skelhorn, 2008). As causas apontadas para este acidente foram a presença da água do nível freático num meio constituído por areias muito finas e siltes que se encontravam bastante saturadas. Além da presença do nível freático, esta zona encontrava-se ainda com água sob pressão de 1,5 bar.
Figura 3.8- Túnel de esgoto da rua Langstaff, Toronto, após a conclusão. (Wallis P. , Tunnel Talk, 2009) Parte da tuneladora foi recuperada em Março de 2009, mas outra parte não pôde ser recuperada, porque se encontrava abaixo dos 22 m que eram o limite dos pilares secantes cravados no solo para a recuperação da tuneladora. Abaixo desse limite não era seguro trabalhar, pelo que se decidiu recuperar apenas a parte da tuneladora que estava acima desse limite, a parte frontal e a restante foi abandonada no local. Apesar do construtor não ter revelado os custos da operação de resgate de parte da tuneladora segundo (Wallis P. , 2009), estes devem ter-se situado à volta de 1,8 milhões de Dólares Americanos.
Outro exemplo da afluência de água ao interior de um túnel, por influência das marés na construção de um túnel é o segundo túnel de Heinenoord7, na Holanda (Broere, 2000), também conhecido como
terceiro túnel de Heinenoord, uma vez que ao lado deste existe um túnel duplo de uma autoestrada. Devido à proximidade com o mar, a influência das marés era notória no rio onde estava sendo escavado o túnel. Influência esta que por sua vez foi observada nas camadas mais profundas de areia do rio.
Este túnel com 8,55 m de diâmetro e cerca de 1 km de extensão mostrado na Figura 3.9 é destinado ao tráfego lento, peões, ciclomotores, bicicletas e tratores agrícolas. Situado próximo de Roterdão, sob o
57
rio Oude Maas, situa-se próximo do mar e sob a influência das marés, numa situação de escavação de túnel subaquático.
O movimento das marés teve influência na sua construção devido à variação da pressão intersticial, que foi devidamente monitorizada ao longo de toda a escavação através de piezómetros instalados na frente de escavação e que foram destruídos com a passagem da tuneladora pelo local onde estavam instalados. A pressão intersticial provoca a instabilização da frente de escavação e afeta o tempo disponível para colocação do revestimento na parte escavada, o denominado stand-up time. O túnel foi concluído com sucesso.
Figura 3.9- Portal, do segundo túnel Heinenoord, para bicicletas. (apdency, 2015)