Métodos de escavação seqüencial são aqueles em que a escavação da frente se processa à pressão atmosférica, sendo o suporte instalado apenas após a escavação, com algum atraso em relação à passagem da frente.
Dentre os métodos de escavação seqüencial mais utilizados encontra-se o New Austrian Tunnelling Method – NATM (Novo Método Austríaco de Túneis). A partir da experiência adquirida em minas de carvão, o NATM, patenteado em 1958 por A. Brunner e divulgado por L. Muller e V. Rabcewicz, teve significativo desenvolvimento entre 1957 e 1965. Entre 1956 e 1958, foram construídos os primeiros túneis com a utilização dos princípios do NATM na Venezuela. Foi aplicado nos EUA, em 1968, na construção de um trecho do Metrô de Washington e, em 1970, no Brasil na construção da rodovia dos Imigrantes (PALERMO, 1997). Desde 1948, e especialmente desde 1963, pesquisas teóricas e a acumulação de experiência prática desenvolveram e ampliaram o campo de utilização do NATM, cujos princípios permanecem inalterados (GOLSER, 1996).
Como relatado por KARAKUS & FOWELL (2004), a nível internacional, o NATM foi definido, em 1980, pelo Comitê Austríaco sobre Construções Subterrâneas (Austrian National
Committee on Underground Construction), na Associação Internacional de Túneis (ITA),
como a seguir: o NATM segue um conceito segundo o qual o maciço circundante à escavação, por meio da ativação de um anel de suporte, torna-se um elemento de sustentação da
escavação, sendo, dessa forma, o verdadeiro material de suporte em construção subterrânea, desempenhando o revestimento apenas o papel de uma superfície auxiliar. Entretanto, essa definição não é abrangente, uma vez que a ativação de um anel de suporte ocorre apenas em casos específicos de tensões geostáticas, profundidade e competência do maciço. No geral, a região do maciço que atua como suporte não possui formato de anel e é função das condições geométricas e físicas apontadas acima.
Uma das definições mais recentes sobre o NATM foi dada por SAUER (1988), definindo o
NATM como um método que viabiliza a construção do espaço subterrâneo, por meio do uso
de todos os meios disponíveis para desenvolver ao máximo a capacidade de auto-suporte do maciço (rocha ou solo), de forma a fornecer a estabilidade da cavidade escavada.
O NATM surgiu como uma grande inovação no campo da abertura de túneis em rochas brandas, visto que apresentava conceitos totalmente opostos aos até então vigentes sobre o mecanismo de estabilização do maciço escavado. A idéia que se tinha até o surgimento do
NATM é que, após a escavação, a cavidade deveria ser escorada o quanto antes, implicando na
utilização de um sistema de suporte de grande espessura, para suportar os altos níveis de tensões em torno das paredes do túnel, resultando em longos prazos de construção e elevados custos.
Com o NATM, há um controle no tempo de instalação do suporte, de forma a permitir uma redistribuição de tensões em torno da cavidade escavada, promovendo uma menor transferência de carga para o suporte, resultando, portanto, na necessidade de utilização de um sistema de suporte menos rígido. Quanto ao processo de escavação, o NATM sugere a parcialização da escavação, como forma de controle de deformação da cavidade aberta e, conseqüentemente, a mobilização gradativa de carregamento do maciço para o suporte.
A filosofia de utilização do novo método austríaco para escavação subterrânea é guiada por alguns princípios, tais como:
consideração das características geomecânicas do maciço;
instalação de medidas de suporte adequadas no momento correto, evitando estados de tensões ou de deformações indesejáveis;
arco invertido, estaticamente efetivo, executado no momento adequado, emprestando ao anel portante a função estática de um tubo fechado;
otimização da resistência do revestimento em função das deformações permitidas; observação instrumental também para controle desta otimização.
O sistema de suporte deve atender aos critérios de rigidez, resistência e, ainda, tempo de instalação. Quanto à rigidez, o suporte deve acompanhar as deformações do maciço, não devendo ser rígido o bastante de forma a impedir que haja uma redistribuição de tensões em volta da cavidade escavada. Por outro lado, o mesmo suporte deve apresentar resistência suficiente para suprir as deficiências estruturais do maciço, absorvendo esforços e evitando deformações excessivas (FOÁ & ASSIS, 2002).
A necessidade de utilização de suporte vem da relação entre a resistência à compressão não confinada do maciço e as tensões tangenciais. O túnel é dito estável quando a resistência à compressão não confinada for maior que as tensões tangenciais desenvolvidas na parede do túnel. Neste caso, a menos para fins de alcançar um coeficiente de segurança específico, não há a necessidade de utilização de sistema de suporte.
Caso a tensão tangencial atinja a resistência à compressão não confinada, o maciço plastificará localmente, mantendo sua resistência residual com aplicação do concreto projetado durante o processo de abertura. Neste caso, o suporte em concreto projetado age como um apoio contínuo para as paredes do túnel.
O revestimento do túnel em concreto projetado é classificado como suporte contínuo, atuando no controle da instabilidade do maciço na superfície da escavação, na medida em que gera uma distribuição de forças de reação na superfície do maciço, ou seja, o suporte faz o papel do material retirado da escavação, que é o de confinamento da parede do túnel, levando-a a uma nova posição de equilíbrio. Para que a física do processo seja mensurada de forma real, ou seja, para que o mecanismo de interação maciço-suporte seja avaliado, é de suma importância o conhecimento dos carregamentos atuantes no suporte (KUWAJIMA, 1991) e suas propriedades mecânicas, principalmente a baixas idades. Para isso, deve-se levar em consideração os processos construtivos, mensurando o campo de tensões em função do tempo e do avanço da escavação, bem como a lei de endurecimento do concreto.
Em relação ao monitoramento da escavação, o Corpo de Engenheira do Exército Americano (USACE, 1997), define os objetivos da instrumentação de um túnel como sendo: a detecção antecipada das condições que possam motivar a instabilidade do túnel em construção; a
determinação do desempenho a longo prazo dos suportes após a construção; a obtenção de informação que permita uma análise detalhada do maciço e do comportamento do sistema de suporte.
Por fim, o acompanhamento técnico de uma obra subterrânea é um fator decisivo para a sua qualidade, segurança, custo e prazo de execução. Este fato resulta do desconhecimento das condições geológicas existentes de forma precisa, motivando constantes adaptações e alterações ao projeto (BASTOS, 1998).
No NATM, o dimensionamento do suporte baseia-se na sua interação com o maciço, aproveitando a capacidade resistente do terreno para conseguir a estabilidade da seção. Dessa forma, o entendimento do NATM fica mais evidente quando da compreensão de um dos métodos mais antigos de análise de interação entre o maciço e o suporte: Método de Convergência-Confinamento.