Na escavação de qualquer túnel, é imprescindível a preocupação com a segurança dos trabalhadores, então, mesmo que um túnel seja temporário, a aplicação de tratamentos geotécnicos para o suporte do maciço é previsto.
Além do avanço de escavação normal de um túnel, é importante destacar o momento do emboque de um túnel, onde normalmente envolve circunstâncias peculiares, sendo que deste modo a aplicação de um tratamento geotécnico detalhado é imprescindível.
Durante o ciclo de escavação normal do túnel, logo após a remoção do material de detonação, devem ser realizados os mapeamentos geotécnicos, a indicação do tratamento necessário e a aplicação do tratamento.
A aplicação do tratamento do túnel deverá ser com base na classificação geomecânica do Q de Barton. Com o valor de Q, é possível determinar o tempo de autoportância, o vão máximo sem necessidade de suporte, bem como os tipos de suporte que devem ser instalados para cada classe Q.
No passo a passo abaixo será definido o tratamento geotécnico para um túnel de seção transversal arco-retângulo com 2,00 metros de diâmetro, 4,00 metros de largura e 6,00 metros de altura
1 - Cálculo do Comprimento dos Tirantes
O comprimento dos tirantes é calculado pela fórmula:
Onde:
Lb – Comprimento dos tirantes (m);
B – Diâmetro da escavação (2,00m);
ESR – Fator de segurança de suporte de escavação (tabelado).
O fator de segurança de suporte de escavação deve ser definido pela tabela abaixo, que neste caso foi utilizado ESR = 1,0:
Logo, chegamos à conclusão que os tirantes devem ter 2,30 metros de comprimento.
2 - Cálculo do Diâmetro Equivalente
O diâmetro equivalente é calculado pela fórmula:
Onde:
De – Diâmetro equivalente (m);
Vão – É a largura do túnel (4,00m);
ESR – Fator de segurança de suporte de escavação, utilizado 1,00 (tabelado).
Logo, chegamos à conclusão que o diâmetro equivalente do túnel é de 4,00 metros.
3 - Determinação dos Tratamentos Geotécnicos
Após calculado o diâmetro equivalente, é necessário traçar uma linha (neste caso vermelha) no valor de 4,00 metros no diagrama para determinação do tratamento geotécnico com base na classificação de Q de Barton, conforme demonstrado abaixo:
4 - Calcular o Índice "Q" no Local da Escavação
A partir da compilação de mais de 200 casos históricos de obras de escavações subterrâneas, Barton et al. (1974) propuseram um novo sistema para quantificar o comportamento geomecânico de maciços rochosos, o sistema de classificação Q do NGI Instituto Geotécnico da Noruega. (ABGE, 1998).
Esta classificação geomecânica deve ser realizada por um profissional Geólogo logo após cada avanço da escavação, com o mapeamento conforme o Boletim de Mapeamento Geomecânico do Túnel.
A obtenção do Q de Barton se dá através da fórmula apresentada abaixo:
Onde:
RQD = Índice de designação da qualidade da rocha (Rock Quality Designation);
Jn = Índice de influência do número de famílias das descontinuidades;
Jr = Índice de influência da rugosidade das paredes das descontinuidades;
Ja = Índice de influência da alteração das paredes das descontinuidades;
Jw = Índice de influência da ação subterrânea;
SRF = Índice de influência do estado de tensão no maciço no entorno da cavidade (Stress Reduction Factor).
Cada um dos três termos para o cálculo de Q são interpretados como parâmetros quantitativos designados para expressar os efeitos individuais, das dimensões dos blocos (RQD/Jn), da resistência ao cisalhamento ao longo das superfícies das descontinuidades (Jr/Ja) e das tensões operantes nas vizinhanças da cavidade (Jw/SRF). Estes índices permitem a representação quantitativa de grande variedade de condições geológicas, tendo sido derivados de casos de maciços de qualidade bastante pobre até maciços de excelente qualidade (Cecil, 1970 apud ABGE, 1998).
Obtido os valores específicos para cada índice, calcula-se o parâmetro Q pelo produto das três parcelas, que permite a classificação nominal do maciço, além do estabelecimento de correlações com inúmeras outras grandezas intervenientes no problema de interação suporte/maciço rochoso.
RQD - Designação da Quantidade da Rocha (Rock Quality Designation)
O parâmetro RQD, no sistema de classificação Q, representa a densidade de descontinuidades por volume unitário de maciço, podendo ser estimado pela fórmula abaixo.
Os resultados obtidos podem ser classificados de acordo com a Tabela 2.
Quando o RQD medido for ≤10 (incluindo zero) usar o valor 10 para determinação de Q; usar valores de intervalos múltiplos de 5.
Jn – Índice de Influência do Número de Famílias das Descontinuidades
Segundo ABGE este índice é obtido pelo somatório do número de descontinuidades de um único sistema interceptadas ao longo de uma direção ortogonal ao seu plano, ponderada pelo comprimento individual das linhas de levantamento. Por exemplo, no caso de quatro sistemas de descontinuidades contabilizadas ao longo de quatro linhas com comprimentos respectivos de 10, 10, 5 e 10 m, obtém-se:
A Tabela 3 apresenta valores padrão para o Jn em função da quantidade de sistemas de descontinuidades.
Em se tratando de túneis usar 3,0 Jn; para portais usar 2,0 Jn.
Jr – Índice de Influência da Rugosidade das Paredes das Descontinuidades e Ja – Índice de Influência da Alteração das Paredes das Descontinuidades
O índice fornecido pelos coeficientes de rugosidade (Jr) e de alteração (Ja) das paredes das descontinuidades, deve ser aplicado ao sistema ou à descontinuidade em condições mais desfavorável, isto é, aquela que introduza a maior probabilidade de induzir a ruptura.
O sistema Q mostra-se, dentre a gama de sistemas de caracterização quantitativa de maciços rochosos, o mais sensível relativamente à avaliação da influência da resistência das descontinuidades, considerando-o como o fator de maior importância relativa para estimar o comportamento das escavações. A caracterização da rugosidade e da alteração para a “feição mais desfavorável em relação à obra”, representa a expressão mais destacada no sistema NGI, com peso preponderante no valor final de Q. Note-se que na qualificação “mais desfavorável” está embutida a orientação da descontinuidade em relação às escavações (ABGE, 1998).
Na Tabela 4 estão apresentados os parâmetros para a rugosidade (Jr) e na Tabela 5 estão apresentados os parâmetros para a alteração (Jn).
Considere para o item a) que são descrições referente as feições de pequena e intermediária escala.
Quanto ao item c) considere a seguinte observação: Adicione 1,0 se o espaçamento do principal sistema de juntas for maior do que 3 m.
Observações válidas tanto para a tabela de rugosidade quanto para a tabela de alteração.
Jw – Índice de Influência da Ação da Água Subterrânea
Na Tabela 6 estão apresentados os valores de redução devido à presença de água subterrânea nas escavações, sendo estes os índices de influência da água subterrânea.
Os itens C e F são estimativas grosseiras, os valores de Jw poderão ser aumentados se vazões forem medidas nas drenagens executadas.
SRF – Fator de Redução Devido à Tensões no Maciço
No sistema Q, a relação entre a resistência à compressão uniaxial do maciço e a tensão principal maior, ativa no horizonte da obra (sc/s1), expressa através do parâmetro SFR, procura refletir o potencial de relaxação do maciço ao redor da escavação, outra consideração exclusiva desse sistema. Além disso, a influência no sistema da resistência do maciço encontra-se implícita no fator SRF, através de sc (ABGE, 1998).
Para os itens a) e c) considerar que Squeezing pode ocorrer em profundidade de H>350 Q; resistência a compressão do maciço pode ser estimada da seguinte relação: 0,7 G Q em MPA, onde G= densidade da rocha em KN/m³.
Para o item b) considerar que para 0,8 Ơc e 0,8 Ơt; Ơ1 / Ơ3 >10 reduzir Ơc em Ơc e Ơt para 0,6 Ơc e 0,6 Ơt, onde Ơc=resistência à compressão uniaxial, Ơ1 e Ơ3 máxima e mínima tensões principais atuantes, Ơ8 tensão tangencial máxima (estimada da teoria da elasticidade). Para poucos casos registrados, onde a cobertura é menor que o vão; sugere-se o aumento do SRF de 2,5 para 5,0, item H.
De forma geral o SRF deve ter seus valores reduzidos, de 25% a 50%, se relevantes zonas de fraqueza influenciam, mas não interceptam a escavação.
Com as informações obtidas na campanha de sondagem que deve realizada no eixo do túnel adutor deve-se estimar a categoria de suporte, porém, deverá ser feita a análise da qualidade do maciço rochoso pelo cálculo do índice Q de Barton durante a escavação para definir com mais precisão e segurança a categoria de suporte adequada conforme o Quadro 1.
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