Túneis: Crescimento sob a terra

Ao falar de construção, costuma-se pensar em grandes edificações e infraestruturas que se levantam acima da superfície. Mas sob a terra apresentam-se alguns dos grandes desafios do setor, como é o caso da construção de túneis, seja para rodovias, pistas urbanas, trens subterrâneos ou centrais hidroelétricas, para citar só alguns exemplos.   

Nesta matéria da CLA, apresentamos extensamente dois projetos onde a técnica de tunelização é a protagonista. Trata-se da extensão da rede de metrô de Santiago do Chile e a criação da primeira linha do metrô de Quito, no Equador. Enquanto a primeira iniciativa usou o chamado “Método Austríaco” para avançar sob a terra, a segunda optou pelas chamadas máquinas TBM (Tunnel Boring Machine) para construir estes verdadeiros canais em profundidade.

Metrô de Santiago: constante expansão

O sistema de metrô da capital do Chile é um dos mais antigos e modernos da América Latina. Inaugurado em 1975, atualmente tem uma extensão total de 103 quilômetros, com 108 estações distribuídas em 4 linhas principais e um ramal.

Dada a constante expansão da cidade e um trânsito com muitos engarrafamentos, há alguns anos se estabeleceu a construção de duas novas linhas: a 3 e a 6. A linha 3 terá uma extensão de 22 quilômetros, receberá investimentos de US$ 1,77 bilhão e deve entrar em operação em 2018. Já a linha 6 será de 15 quilômetros, terá investimento de US$ 1,03 bilhão e deve ser inaugurada este ano.

As obras de extensão de ambas as linhas foram desenvolvidas sob a terra. O consórcio chileno-espanhol Echeverría Izquiero – Obras Subterrâneas (EI-OSSA) obteve o contrato de escavação e sustentação de poços e túneis de dois dos quatro trechos da linha 6 (trechos 3 e 4). Para a linha 3, as empresas também finalizaram a escavação e sustentação de poços e túneis de dois trechos. Além disso, estão em processo de elaboração das obras civis e arquitetura de uma estação (Los Leones) da linha 6.

No que diz respeito aos poços de acesso, o consórcio EI-OSSA construiu dez para a linha 6 e um para a linha 3. Os túneis que escavou para a linha 6 tiveram extensão de 8,3 quilômetros, e para a linha 3 totalizaram 3 quilômetros.

Os poços de acesso eram os meios de chegada aos túneis propriamente ditos. “Os poços são uma operação da construção, pois mesmo com a obra terminada eles permanecem como sistemas de ventilação dos metrôs”, explica Carlos Nakamura, administrador do consórcio EI-OSSA. Outros desenvolvimentos verticais foram realizados para abrir acessos nas futuras estações.

As profundidades alcançadas eram em média de 30 metros, com poços que tinham diâmetros de entre 12 e 25 metros. O método que se utilizou para a perfuração e criação dos túneis foi o Método Austríaco (NATM), que consiste em escavar e ir colocando marcos metálicos, malha e concreto projetado. “Tínhamos que ir avançando em média entre 1 e 1,5 metro por dia, progressos que se obtinha por meio de escavadeiras tradicionais para movimentação de terra”             , diz Nakamura.

Escavando esses túneis a seção completa, se selava o material para que não perdesse umidade, aplicando uma camada de concreto projetado, colocavam-se os marcos metálicos e as malhas, para depois aplicar várias camadas de shotcrete. Para a proteção se utilizou um sistema de guarda-chuva com pinos auto-perfurantes, que perfuraram o anel dos túneis com comprimento de 12 metros, perfuração que foi feita com jumbos. Isto para evitar possíveis desprendimentos.

Os solos enfrentados ao longo de todos os trechos foram britas arenosas de primeiro e segundo depósito do rio Mapocho (que corta a cidade), material bastante estável. Ainda assim, em alguns setores apareceram bancos de areia, que não tinham coesão, se desprendiam e gotejavam. Outro problema menor foi a presença de água ao longo dos túneis, o que também gerava desprendimentos. “Este problema se enfrentou diminuindo o distanciamento do avanço; se você avança a 1,5 metro, tem que ir diminuindo para 1 metro ou 50 centímetros. O ciclo de instalar a selagem, malhas, marcos e concreto se faz em distâncias menores, além de colocar, é claro, sistemas de drenagem e bombas”, afirma o administrador do contrato EI-OSSA.

Ao todo, foram 2,5 milhões de metros cúbicos retirados durante as obras. Em relação a materiais, foram usados 4 milhões de quilos de marcos metálicos reticulados, 500 mil metros quadrados de malha e 150 mil metros cúbicos de concreto projetado e de pavimento, já que em todos os túneis executados se fez um radier, por cima do qual outro consórcio coloca os trilhos, aliás trabalhando a todo vapor para poder entregar a linha 6 para inauguração este ano.

Com respeito a equipamentos, começando da superfície para baixo, usaram-se guindastes de torre de alta tonelagem da marca Jaso, especificamente os modelos J-300, J-160 e J-420. Elas ficavam instaladas na borda dos poços para entrada e retirada de materiais, levados dentro de compartimentos de entre 6 e 10 metros cúbicos. “Esses compartimentos eram colocados no chão, afora o próprio poço onde tínhamos nosso armazém de operações, a ali carregávamos os materiais em caminhões de 20 m3 com escavadeiras de 20 toneladas para sua retirada”, afirma Nakamura.

As escavadeiras utilizadas foram da Caterpillar, modelos 312 e 315, e as carregadeiras eram Komatsu, modelo WA200, e também Caterpillar, modelos 950 e 924H.

Para a fabricação e transporte do concreto da superfície, o consórcio contratou duas empresas locais. Este concreto chegava ao poço de acesso e era despejado por canos. Abaixo, era recebido por caminhões betoneira Hyundai, modelo HD270 de 6x4. A projeção do concreto se fazia com um robô da Putzmeister, modelo PM-500. Para o administrador do contrato do consórcio EI-OSSA, “estes equipamentos foram muito importantes, porque antigamente o concreto se projetava de forma manual, o que significava armar um andaime e começar a shotcretar. O que nós usamos para estes projetos era um robô, um braço articulado que era operado por meio de um joystick, praticamente duplicando a rapidez e segurança da colocação”.

Para o levantamento e colocação dos marcos metálicos a uma altura de entre 9 e 10 metros, utilizaram-se manipuladores telescópicos da Manitou, modelo MRT-X 1440, e da Dieci, modelo Pegasus 3816. Este último tem um sistema de mesa giratória que lhe permite rodar 360 graus. Como explica Nakamura, “são pequenos detalhes que vão se somando no ciclo de trabalho”.

Metrô de Quito e o uso da TBM

No Equador, está em execução atualmente um dos projetos de metrô subterrâneo de maior altitude no mundo. A capital equatoriana, Quito, está construindo sua primeira linha de metrô a 3 mil metros acima do nível do mar, e rodeada por montanhas da Cordilheira dos Andes. Com uma extensão de 22,5 quilômetros, transportará cerca de 320 mil passageiros por dia, conectando o norte com o sul da cidade. Com um custo de US$ 1,37 bilhão, o metrô de Quito terá 18 trens e 15 estações.

Seguramente, um dos desafios mais importantes neste projeto é a construção dos túneis desta artéria sob a terra. Para esta tarefa o consórcio construtor Linha 1 Metro de Quito, integrados pelas empresas Odebrecht y Acciona, demandou duas tuneladoras Herrenknecht, com diâmetro de 9,36 metros, potência de 2.750 kW e um torque de 21.035 kNm cada uma.

Os túneis estão se localizando a uma profundidade de entre 20 e 25 metros sob a cidade. Ali, as tuneladoras, do tipo EPB (Earth Pressure Balance, na sigla original) transformam o material escavado em uma espécie de pasta de terra que é utilizada como um meio de suporte plástico. Isto torna possível balancear as condições de pressão na frontal do túnel, impedindo a entrada descontrolada de terra à máquina, e cria as condições para uma tunelização rápida.

Um transportador move o material escavado rumo a uma correia transportadora. Esta interação permite que a pressão do suporte da pasta possa ser controlada com precisão. O equilíbrio da câmara de escavação pode ser continuamente monitorado usando-se sensores de pressão de terra. Assim, o operador da tuneladora é capaz de afinar todos os parâmetros da tunelização, mesmo quando se alterem as condições geológicas, permitindo melhores taxas de avanço e minimizando as possibilidades de afundamento na superfície.

Uma roda de corte giratória pressiona a frente do túnel e escava o material. A terra entra na câmara de escavação por meio das aberturas, onde se mistura à pasta já existente. Quando a pressão da pasta na câmara iguala a pressão da terra e da água ao redor da tuneladora, consegue-se o equilíbrio necessário.

A Herrenknecht desenvolveu este tipo de roda de corte para levar a cabo tunelizações de mais de 10 metros de diâmetro em terrenos com elementos abrasivos. Trata-se dos escudos EPB com duas rodas de corte montadas na mesma face, que podem operar de maneira independente em ambas as direções. Esse enorme torque permite entrar na terra ou rocha de maneira gradual, com duas correias transportadoras movendo a grande quantidade de material escavado para trás. Outra correia menor no centro remove o material da roda de corte interna.

A grande vantagem dos escudos EPB é sua flexibilidade, graças à qual mantém as pressões externas em equilíbrio com as internas da máquina. O material escavado é depois retirado por outras correias, para que a máquina possa continuar escavando.