Túnel NATM

1 - Definição

O Novo Método Austríaco para Abertura de Túneis (NATM, New Austrian Tunne- lling Method) é uma maneira segura e muito eficiente de construir túneis. Basicamente,
logo após a escavação parcial do maciço é instalada a estrutura de suporte.

Esta estrutura é feita com concreto projetado e complementada, quando necessário, por tirantes e cambotas. Nesta metodologia, que à primeira vista parece simples, estão embutidos conceitos fundamentais. O NATM, desenvolvido por Ladislau Rabcewicz, teve evolução significativa na Europa entre o final da década de 1950 e a primeira metade da década seguinte.

Este desenvolvimento é fruto da experiência com trabalhos de execução de túneis em minas de carvão. À época, observou-se que os escoramentos de madeira colocados nas galerias das minas, após as rupturas dos primeiros suportes provisórios, causadas pelos esforços do maciço, podiam ser mais leves que os instalados inicialmente, em consequência do alívio de tensões ocorridas.

O sucesso na utilização do NATM para escavação de túneis depende da compreensão e aplicação de alguns conceitos, bem como da experiência dos profissionais envolvidos na sua construção. Neste texto estão os principais conceitos que definem a tecnologia para a aplicação do NATM.

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Figura 1 - Método NATM

2 - Norma

Não existe norma específica da ABNT.

3 - Conceitos do NATM

3.1 Mobilização das tensões de resistência do maciço

O maciço que circunda o túnel, que inicialmente atua como elemento de carga, passa a se constituir em elemento de escoramento. Isto se deve à mobilização de suas tensões de resistência. É o princípio da estabilização pelo alívio das tensões por deformações controladas. (Figura 2)

3.2 Manutenção da qualidade do maciço pela limitação do avanço e aplicação imediata do revestimento

A acomodação excessiva do solo faz com que o maciço perca sua capacidade de auto-suporte e passe a exercer um esforço sobre a estrutura. A aplicação imediata do revestimento de concreto projetado impede esta acomodação, bem como a formação de vazios na junção estrutura-maciço, mantendo sua qualidade. A aplicação deste revestimento possibilita que o suporte aja em toda a superfície escavada, melhorando sua interação com o maciço.

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Figura 2 - Carga sobre revestimento

Métodos antigos, como o madei-ramento, têm atuação pontual. Por mais cuidadoso que seja o encunhamento de fixação, estes processos causam vazios na junção, oferecendo condições para o início da desagregação do material e contribuindo para a perda da capacidade de auto-suporte do maciço.

3.3 Avanço e parcialização da seção de escavação, fechamento provisório e utilização do suporte adequado no momento certo

O avanço e a parcialização adequada da frente de escavação se dão em função do comportamento do maciço, que se traduz no tempo de auto-sustentação e deformidade do material. Quanto maior o número de etapas, menor a área unitária de escavação, maior o tempo de auto-suporte da abertura, que não está escorada, e menores os recalques.
Também influem na forma de parcialização: equipamentos disponíveis, prazo para execução da obra e custos. Em geral, é procurada uma solução que resulte na maior velocidade de execução. O suporte do túnel trabalha como um anel contínuo, que deve ser concluído o mais brevemente possível. Por questões de organização construtiva, quando é previsto o avanço pronunciado da abóbada do túnel, muitas vezes é colocado um fechamento provisório do anel, para estabilizar aquela área do maciço enquanto as
demais áreas são escavadas. Quando a escavação é finalizada, este piso é retirado para a construção do piso definitivo.

Duas questões são importantes na colocação do suporte: sua própria deformidade e o momento da aplicação. Quando o suporte é aplicado muito cedo, ou quando há pouca deformação, sua capacidade de resistência deve ser superior àquela realmente necessária para o caso ótimo, pois ele precisará trabalhar com níveis de tensões mais elevados, uma vez que o maciço ainda pode sofrer um alívio e, portanto, a aplicação de menor carga.

O comportamento da interação maciço- estrutura recebe fortes influências dos seguintes fatores: deformidades do maciço e do suporte; tamanho da abertura da escavação; defasagem entre escavação e aplicação do suporte; espessura do suporte; método de avanço da escavação.

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Figura 3 - Exemplos de parcialização de seção

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Figura 4 - Análise de variação de pressões atuantes no revestimento

 

3.4 A utilização de enfilagem, tirante e cambota

 

Quando necessário, e para melhorar as condições de sustentação, são adicionados elementos estruturais ao concreto projetado, como cambotas ou treliças metálicas embutidas no concreto, e ancoragem no maciço do tipo tirante ou chumbador e enfilagem.

A colocação sistemática da ancoragem permite a mobilização da capaci-dade portante do maciço, impondo que as tensões confinantes ao redor da abertura se mantenham em níveis compatíveis, limitando as deformações. Para estabilizar previamente trechos a serem escavados, ou os emboques, são utilizadas enfilagens, cravadas ou injetadas.

3.5 Geometria mínima da seção escavada e, preferencialmente, arredondada

No NATM, o volume de solo escavado é somente o necessário para aplicação do revestimento de concreto projetado, sem necessidade de qualquer sobre-escavação.

Perspectiva

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Figura 5 - Enfilagem e cambota


Na construção do túnel, deve-se evitar escavageometrias com cantos vivos, eliminando locais com concentração de tensões, que podem levar à ruptura.

3.6 Drenagem do maciço

Sempre que houver a ocorrência de água, a colocação de drenos entre a estrutura e o solo permite o alívio destas pressões sobre a superfície de suporte do túnel, melhorando as condições de segurança da obra e facilitando a escavação. Também com este objetivo, a aplicação de rebaixamento induzido do lençol freático é muito eficiente.

3.7 Caracterização geológicogeotécnica do maciço, instrumentação e interpretação das leituras de campo

A realização de ensaios de campo e de laboratório, somados às investigações de prospecção geológica e à análise de deformações do túnel, permite caracterizar e determinar parâmetros de resistência, deformidade e permeabilidade do maciço.

Segundo o projeto, são aplicados os seguintes tipos de instrumentação:
• Marcos de superfície para controle de recalques.
• Tassômetro para controle de recalques logo acima da calota do túnel.
• Pinos para controle de recalques nas edificações vizinhas.
• Nivelamento interno do túnel.
• Seções de convergência para controle de deslocamentos internos no revestimento do túnel.
• Piezômetro para controle da pressão hidráulica no maciço.
• Indicadores de nível d’água para controle do nível freático.
• Inclinômetros.

No NATM, dados oriundos das instrumentações de campo têm papel muito importante, pois eles permitem medir o desenvolvimento das deformações, o alívio das tensões e, consequentemente, a interação entre suporte e maciço circundante, e além disso:

• Alertam para situações imprevistas, possibilitando tomar decisões rápidas.
• Fornecem subsídios para aferir as hipóteses iniciais do projeto, permitindo adaptações e correções do método construtivo, ajustando o espaçamento entre as cambotas e os tratamentos previstos.
• Promovem condições para melhorar o desempenho da obra quanto à produtividade

No NATM, dados oriundos das instrumentações de campo têm papel muito importante, pois eles permitem medir o desenvolvimento das deformações, o alívio das tensões e, consequentemente, a interação entre suporte e maciço circundante, e além disso:

• Alertam para situações imprevistas, possibilitando tomar decisões rápidas.
• Fornecem subsídios para aferir as hipóteses iniciais do projeto, permitindo adaptações e correções do método construtivo, ajustando o espaçamento entre as cambotas e os tratamentos previstos.
• Promovem condições para melhorar o desempenho da obra quanto à produtividade, segurança, economia e qualidade, através da interpretação das leituras dos instrumentos associada aos eventos observados na obra.

4 - Adaptação as condições Brasileiras

No inicio de sua aplicação no Brasil o método NATM considerava os condicionantes e necessidades européias. Em sua adaptação aos solos locais, os túneis passaram a ser executados com alguns detalhes práticos aqui desenvolvidos, por exemplo:

• Execução previamente a escavação de:
a) Enfilagens constituídas por tubos com válvulas manchete;
b) Jetgrouting horizontal.
c) Grampeamento da frente de trabalho.

Este trabalho considera o tratamento do solo a escavar diretamente pela frente de escavação. Pode ser constituído por barras de fibra de vidro inseridas em perfurações
e fixadas com calda de cimento, ou por injeção de consolidação através tubos de PVC dotado válvulas manchete.

 

 



     

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