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O denominado método NATM (New Austrian Tunneling Method), é um método convencional de escavação de túneis, e é caracterizado pelo uso de maquinário convencional para a realização do desmonte mecânico, tais como escavadeiras, retroescavadeiras, fresas, martelos hidráulicos e mão-de-obra humana, e também pelo uso de explosivos, os quais tem evoluído ao longo dos anos, não causando hoje fraturamentos excessivos no maciço rochoso circundante.

Segundo Assis (2010), atualmente o método NATM, em geral, é utilizado na escavação de túneis curtos ou de túneis com condições geométricas variáveis, pois não se justifica o uso de tuneladoras nestes casos. O NATM é ainda indicado em casos em que as condições geológico-geotécnicas são muito variáveis, pois este método apresenta grande flexibilidade, podendo ser utilizados vários tipos de maquinário sem aumento significante de custos.

Em consequência de sua maior flexibilidade, o método NATM permite acesso integral à frente de escavação, e assim, pode-se prever qualquer tipo de mudanças geológico- geotécnicas do solo ou maciço rochoso. Desta forma, é possível tomar as medidas cabíveis correspondentes, tais como mudanças no método de ataque à frente de escavação e a escolha de medidas de estabilização e reforço das paredes.

O NATM é um método que se baseia na estabilização do maciço rochoso ou do solo, permitindo a liberação de energia, ocorrendo assim um alívio de tensões, em forma de deformações, as quais devem ser rigorosamente monitoradas e controladas. Suportes primários tais como chumbadores, tirantes, enfilagens de barras e cambotas metálicas, podem ser utilizados conjuntamente com o concreto projetado nas paredes do túnel com o objetivo de controlar as deformações excessivas e eventuais quedas de materiais.

As propriedades geomecânicas do meio estabelecem de que forma será a abertura do túnel, podendo ser de forma mecânica, na qual se devem especificar as características do maquinário a ser adotado ou se serão utilizados explosivos. Em geral, para solos e rochas brandas, são utilizados métodos de desmonte mecânico, e em maciços rochosos resistentes são utilizados os explosivos.

Capítulo 2 – MÉTODOS TUNELEIROS

7 2.1.1. Desmonte mecânico

O desmonte mecânico é realizado de forma faseada, mas o método NATM não estabelece uma sequência para o desmonte, o qual varia de país para país. A Figura 2.1 mostra os vários tipos de sequências utilizadas em determinados países.

Figura 2.1. Diferentes sequências de escavação faseada (Bastos, 1998).

A escolha da forma como a seção será parcializada é de responsabilidade do projetista, o qual deve considerar diversos fatores, tais como: maquinário disponível, condições geológico- geotécnicas, prazos e custos, perturbações geradas no meio, localização do empreendimento, entre outros.

O avanço e a parcialização adequada da frente de escavação ocorrem em função do comportamento do maciço, que se traduz no tempo de autossustentação e capacidade de deformação do material.

O maquinário utilizado para realização do desmonte mecânico no método NATM é do tipo convencional, usado corriqueiramente em obras comuns, tais como escavadeiras, retroescavadeiras, fresas, roçadoras e martelos hidráulicos. As roçadoras são utilizadas em maciços rochosos com resistência à compressão variando de 80 a 120 MPa, constituídos por rochas de baixa tenacidade, pouco abrasivas e que apresentam algum fraturamento. As retroescavadeiras e os martelos hidráulicos são utilizados, em geral, em solos e maciços

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rochosos muito brandos. Estes equipamentos apresentam-se como melhor alternativa em meios urbanos com características geológico-geotécnicas do solo muito variáveis, e desta forma, podem ser empregados sem gerar grandes custos ao empreendimento. As Figuras 2.2 e 2.3 mostram uma roçadora e um martelo hidráulico, respectivamente.

Figura 2.2. Roçadora de braço (Tunnelbuilder, 2012).

Figura 2.3. Martelo hidráulico (Atlascopco, 2012).

O desmonte mecânico por seção parcial, realizado no método NATM, baseia-se em três princípios, denominados Princípios Modernos de Túneis, que segundo Assis (2010) são:  Princípio 1: O maciço constitui o principal elemento estrutural do túnel;

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 Princípio 2: Seleção de um sistema de suporte ótimo, incluindo tipo, procedimento de instalação, tempo de instalação, rigidez e carga limite;

 Princípio 3: Instrumentação de túneis piloto e da estrutura principal, em termos de deslocamentos, carga e tensões.

O primeiro princípio estabelece que o maciço circundante é componente fundamental da estrutura de sustentação do túnel, absorvendo parte das tensões induzidas na escavação. Mas para isto, o maciço deve sofrer deformações controladas e mobilizar o efeito de arco, pois deformações excessivas podem levá-lo à ruptura. Maciços de baixa qualidade devem sofrer interferências para aumentar a estabilidade, podendo ser utilizados chumbadores, tirantes e pasta de cimento injetada em alta pressão (jet grouting).

O segundo princípio ressalta a importância da escolha do tipo de suporte, bem como no seu tempo de instalação. Tal princípio determina que para ser mobilizado, o anel de suporte deve estar fechado e em contato com o maciço circundante, e este deve trabalhar como um anel de paredes finas, maximizando esforços normais e minimizando esforços cortantes (Assis, 2010). Nos casos em que há necessidade do aumento da capacidade de suporte, tal aumento deve ser feito com a aplicação de tirantes e/ou cambotas, não devendo aumentar a inércia da seção transversal.

O terceiro princípio estabelece que deva ser feita uma instrumentação ativa durante a escavação e após a conclusão da obra. A instrumentação tem por objetivo, na fase de construção, o controle e calibração do método de escavação, do tipo de suporte e do tempo de instalação do suporte. A instrumentação visa monitorar o comportamento do maciço escavado e do suporte durante todo o processo de execução da obra, constituindo um elo entre o projeto e a execução do túnel (Lemos, 2005). Após a conclusão da obra, a função da instrumentação é avaliar a segurança e monitorar o comportamento do túnel. É importante ressaltar que a instrumentação ativa é de extrema importância na escavação de túneis em centros urbanos, pois o monitoramento de recalques de estruturas próximas à escavação deve ser feito de forma minuciosa, a fim de evitar qualquer tipo de danos e acidentes.

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10 2.1.2. Desmonte por explosivos

A técnica de desmonte por explosivos é utilizada, quando não é viável o uso de tuneladora, em maciços rochosos com boas propriedades geomecânicas, sendo utilizados em rochas de alta resistência e abrasividade.

Ao realizar o desmonte com o uso de explosivos, perturbações importantes podem ocorrer no maciço, podendo causar o sobrefraturamento deste e prejudicar seu comportamento geomecânico. Além disso, o uso de explosivos provoca ruídos, formação de gases, poeiras e a projeção de materiais, sendo perigoso aos trabalhadores próximos. Mas tais desvantagens tem sido diminuídas com o avanço da técnica e atualmente não tem-se grandes perturbações no maciço como anteriormente. A principal vantagem no uso de explosivos é que estes provocam o arranque e fragmentação do material, facilitando assim, o seu transporte ao destino apropriado.

Desta forma, ao escolher explosivos como técnica de desmonte em um determinado empreendimento, deve-se ter grande conhecimento das propriedades geológico-geotécnicas do meio, bem como a variabilidade das mesmas, além da localização e dos condicionantes de obra. Em geral, em centros urbanos, tal técnica é praticamente proibida, devido à existência de outras técnicas eficientes e também as restrições existentes.

O processo de implantação dos explosivos na frente de escavação é feito pelo jumbo, o qual consiste numa máquina dotada de vários braços mecânicos que implantam os explosivos na frente de escavação de acordo com as especificações de projeto, tais como: número e orientação dos furos, tipos e quantidade de explosivos, entre outros. A Figura 2.4 mostra duas máquinas jumbo aplicando explosivos em uma frente de escavação.

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Figura 2.4. Máquinas jumbo aplicando explosivos em uma frente de escavação (Lander, 2012).

Após serem aplicados nos furos, os explosivos são detonados em acordo com um diagrama de fogo pré-determinado. De acordo com Bastos (1998), num diagrama de fogo usual, a sequência de detonação segue a seguinte ordem: caldeira, alargamento, soleira (sapateira) e contorno. Como é natural, utilizam-se maiores cargas nas zonas de mais difícil arranque, nomeada de caldeira, localizada no centro da frente de escavação, onde existe maior confinamento, além da soleira, onde se verifica maior influência da gravidade.