Validation avec simulations par éléments finis

O NATM foi patenteado em 1958 por A. Brunner e difundido mundialmente por L. Muller e L. V. Rabcewicz em 1959. Constitui uma filosofia onde a formação circundante do maciço integra-se dentro do arco resistente total, tornando-se parte

integrante da estrutura. Assim e de acordo com FERNÁNDEZ (1997), o NATM define 3

princípios fundamentais:

- Procedimentos de escavação cuidadosos e execução com cautela.

- Eleição da melhor secção de escavação (figura 5.60) e que permita a sua adaptação às propriedades mecânicas do maciço, sobretudo quando o equilíbrio tensional do maciço é alterado.

- O sistema de escavação deverá adaptar-se às propriedades do maciço encontrado. A estabilidade da frente sem sustimento, a eleição correcta do plano de fogo e o comprimento de avanço são os factores mais importantes na escolha do método operacional mais prático e económico.

Figura 5.60: Escavação segundo a filosofia NATM (túnel piloto e alargamento da meia secção superior) no emboquilhamento Leste do túnel de S. Cruz Oeste (adaptado de BRITO et al, 2000).

Este método apresenta a vantagem de possibilitar a definição da constituição e da aplicação do suporte primário, em função do seu comportamento, dos registos na obra, nomeadamente através da leitura das convergências e da experiência de quem projecta. O processo construtivo depende também, como é óbvio do equipamento disponível para a execução deste tipo de trabalhos.

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A definição da sequência construtiva a aplicar na execução dos túneis (figura 5.61), fundamenta-se na análise das características dos maciços, das secções de escavação, dos tipos de suporte e na utilização de equipamentos existentes para a realização dos trabalhos.

Figura 5.61: Rebaixo de um túnel (adaptado de Laabmayr.at).

Segundo FERNÁNDEZ (1997) as linhas orientadoras do NATM são:

– O sistema está concebido como uma estrutura combinada, entre o maciço ao redor da escavação e os vários métodos de sustimento como betão projectado, armaduras, pregagens, cambotas e outros (figura 5.62).

– O estado tridimensional da tensão e dos esforços é compatível com as propriedades geomecânicas do maciço.

– Estudo de amostras do maciço, tanto em ensaios de laboratório como in situ. Os valores mecânicos do maciço, a sua variabilidade, sobretudo a largo prazo e os efeitos das filtrações de água são também considerados.

– A elasticidade da estrutura de suporte é muito importante.

– O sustimento e as pregagens são efectuados no momento apropriado, para formar a estrutura combinada com o maciço ao redor da escavação.

– O período de escavação sem sustimento e a realização da contra abóbada, são consideradas em função da distribuição da pressão do maciço, tendo em conta as características geológicas do mesmo e os tempos das operações de escavação.

– As constantes medições e inspecções visuais do maciço, assim como os diferentes meios e secções de sustimento são características do NATM. O dimensionamento pré-calculado do sustimento e a sua optimização de acordo com as deformações admissíveis, garantem às operações de escavação uma maior segurança. Estas medições são validas para os aspectos de avaliação operacional e também servem como documentação geomecânica posterior.

– O revestimento definitivo é dimensionado de acordo com a variação de pressão resultantes do maciço e a debilidade do anel de sustimento.

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O NATM é um método que só resulta satisfatoriamente se a rapidez de sustimento for respeitada. Se decorrer demasiado tempo entre a escavação e a aplicação do sustimento, é dada a possibilidade ao maciço para se expandir no sentido do vazio, permitindo uma eventual ocorrência de deformações plásticas ou de rupturas, deixando a camada do maciço auto-sustido afastar-se para o interior e aumentar a importância dos volumes de rocha descomprimida e fracturada, que actuam pelas acções do peso. Consequentemente passa a ser necessário um sustimento mais resistente, por vezes até muito mais resistente, que o que teria que ser se fosse aplicado imediatamente após a escavação. A aplicação do sustimento primário minimiza os riscos para o pessoal e para os equipamentos utilizados. Poderá depois ser substituído ou completado, de modo a constituir-se um sustimento definitivo, muitas vezes com a forma dum revestimento (figura 5.63).

O revestimento definitivo só poderá ser dimensionado correctamente quando estiver disponível informação sobre o sustimento primário e sobre o comportamento do conjunto deste com o maciço. Isto significa que o estabelecimento das características do revestimento definitivo duma escavação, não deve constituir um dos objectivos do correspondente projecto inicial.

Figura 5.63: Metodologia do NATM (adaptado de FERNÁNDEZ, 1997). 5.4.5. Emboquilhamentos

Os emboquilhamentos são zonas sensíveis, pois são o primeiro contacto com o maciço. Quando a escavação do emboquilhamento começa é induzido um fenómeno de instabilidade na pendente do talude situado imediatamente acima, alterando as condições de equilíbrio pré-existentes. É necessário uma rápida e correcta execução de todos os trabalhos de emboquilhamento com o propósito de começar o túnel no menor espaço de tempo possível e com a maior segurança.

Os primeiros metros de túnel apresentam condicionantes especiais que complicam a sua execução. Por serem zonas mais próximas da superfície, a rocha esta mais fracturada e meteorizada, sendo deste modo necessário um sustimento mais potente, pois qualquer tipo de desprendimento pode alcançar a superfície do maciço, sendo nesta zona que se podem juntar as instabilidades do túnel com as do talude, no caso de escassos recobrimentos. Devido a esta situação é muito comum que nos emboquilhamentos sejam realizadas chapéus de enfilagens, para melhorar as condições do maciço e proporcionar uma maior segurança aos operários e equipamento.

As bocas causam situações de grande dificuldade devido fundamentalmente a estabilidade dos taludes de desmonte do emboquilhamento e à própria estabilidade da

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zona mais exterior do túnel. As instabilidades dos taludes correspondem a desprendimentos, deslizamentos planos e rotacionais, queda de estratos e outros.

Segundo LÓPEZ (1997), os meios mais comuns para corrigir as instabilidades dos taludes são:

- Modificação da geometria: é a solução mais económica e para a sua realização requer equipamento geralmente já existente em obra (figura 5.64).

- Drenagem: com o fim de diminuir o confinamento da água no talude, utiliza-se drenos horizontais ou verticais, reduzindo a instabilidade.

- Ancoragens: proporcionam forças contrárias à instabilidade, evitando deslizamentos e são utilizadas quando a rocha é resistente, ou em conjunto com outros métodos, como muros de contenção.

Outro aspecto refere-se a que as bocas ou emboquilhamentos, são a única parte do túnel visível pelo que é importante que o seu desenho e execução sejam as mais adequadas, enquadrando-se na zona em redor.

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CAPÍTULO 6 – ESTUDO DAS VIBRAÇÕES CAUSADAS PELO