Portfólio Escavação de um túnel para construção da estação de metrô

Portfólio Escavação de um túnel para construção da estação de metrô 

Curso: Engenharia Civil

Semestre: 4°/5° 

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Prezados alunos, Sejam bem-vindos a este semestre!

A proposta de Produção Textual Interdisciplinar em Grupo (PTG) terá como temática a “Escavação de um túnel para construção da estação de metrô”. Esta temática visa trabalhar de forma interdisciplinar os conteúdos das disciplinas do semestre corrente, demonstrando a relação prática das disciplinas nas atividades que serão desenvolvidas no cotidiano profissional de um Engenheiro Civil.

Nesta situação, você e seus colegas de equipe estarão responsáveis por executar os estudos iniciais da escavação do túnel, avaliando a viabilidade de construção da estação de metrô. Sendo assim, levando em consideração os conteúdos do semestre, vocês precisarão conhecer e interpretar os aspectos da geologia e topografia local, além de especificar os materiais utilizados na construção da estação, bem como suas características mecânicas, e por fim avaliar o projeto das tubulações para fornecimento de água na estação do metrô.

Inicialmente, é importante que você realize a leitura atenta da situação descrita para, na sequência, seguir as orientações apresentadas em cada uma das etapas subsequentes de modo a organizar suas ideias para a conclusão, com qualidade, deste trabalho. 

2. Leitura e interpretação da SGA Na Produção Textual em Grupo (PTG) vocês deverão, num primeiro momento, conhecer a Situação Geradora de Aprendizagem (SGA): “Escavação de um túnel para construção da estação de metrô”. Num segundo momento, vocês deverão se envolver com a Situação Geradora de Aprendizagem (SGA), inserindo-se nesse contexto para realizar as tarefas previstas. Para realizar essas tarefas, sigam as orientações fornecidas nesse material e em fundamentações teóricas diversas (livros das disciplinas, tele aulas, web aulas e outros materiais complementares, sejam estes indicados pelos professores ou pesquisados por vocês).

Situação Geradora de Aprendizagem (SGA) 

Situação-problema: Escavação de um túnel para construção da estação de metrô 

Com o aumento populacional nas cidades brasileiras, o trânsito tem se tornado cada vez mais caótico, sobrecarregando as vias e contribuindo para tornar trajetos curtos em longos minutos de espera. Nesse sentido, a principal alternativa é incentivar o uso do transporte público, a fim de reduzir o número de veículos nas ruas. As opções mais viáveis são os ônibus, pela facilidade de implementação nas cidades; e os metrôs, desde que seja possível a construção de túneis considerando a geologia do local. Na cidade que você mora, o problema do trânsito se tornou frequente e por conta disso há um projeto para instalação dos metrôs. Para isso será necessário a escavação dos túneis para passagem do transporte, e a construção das estações por onde os passageiros vão embarcar/desembarcar. 

Portanto, você e sua equipe estão responsáveis pelo projeto e execução dessa grande obra da Engenharia! As tarefas a serem solicitadas, neste trabalho, estão relacionadas com as disciplinas abordadas no semestre. Você e sua equipe deverão redigir um relatório com o desenvolvimento das atividades propostas e, por fim, elaborar uma apresentação com os resultados obtidos. Então, mãos à obra! E lembre-se: o resultado só depende da dedicação de vocês! Bom trabalho!

Tarefa 1:

Independentemente de sua finalidade, a escavação de um túnel requer estudos aprofundados sobre a capacidade do terreno em suportar este tipo de intervenção.

Do ponto de vista geológico, diferentes aspectos podem interferir na estabilidade natural do terreno, sobretudo em situações de obras que poderão desencadear movimentações de solo.

Em obras de escavação para a instalação de um metrô, há que se considerar ainda que na superfície existe uma cidade, onde vivem pessoas que poderão ser gravemente afetadas por erros de projeto, normalmente ocasionados pela pesquisa insuficiente, ou negligência, dos aspectos da geologia do local onde será implantada a obra. Com base nestas informações, você e os colegas de seu grupo deverão listar e justificar quais aspectos deverão ser considerados no estudo locacional para a realização desta obra. As informações deverão ser obtidas por meio de revisão bibliográfica considerando os seguintes aspectos:

1. Aspectos geológicos;

2. Aspectos edáficos;

3. Aspectos hidrológicos.

Lembre-se de correlacionar seus apontamentos com as características da obra de construção do túnel.

Tarefa 2:  

A topografia é uma ferramenta muito importante para os engenheiros quando pensamos na construção de um túnel. As técnicas e equipamentos topográficos são utilizados em diversas etapas dos processos construtivos, sendo muito importantes para garantir a precisão geométrica dos elementos estruturais. Além disso, a topografia também pode ser usada para monitoramento de eventuais movimentações, recalques e deformações que podem surgir em uma estrutura, em um aterro, em uma barragem ou em um túnel.

A construção de túneis envolve uma grande dificuldade de locação das frentes de escavação, pois é necessário que o túnel percorra estritamente determinado trajeto, chegando ao seu destino.

Um dos problemas de se fazer a locação dentro de um túnel é a obtenção da referência, pois o uso de bússolas, pode não ser preciso devido às interferências magnéticas dos maciços rochosos. Neste sentido, a bússola até pode ser usada, mas como um levantamento mais expedito, mais rápido. O uso de equipamentos GPS também é ineficaz, pois as ondas eletromagnéticas emitidas pelos satélites não conseguem penetrar a rocha e chegar ao túnel.

A solução mais precisa para este problema é o uso de um giroscópio acoplado ao teodolito, conhecido como giroteodolito. O giroscópio é um equipamento que é composto com uma série de estruturas que ficam em constante rotação. Quando a base do giroscópio sofre uma rotação, ela provoca forças nas engrenagens internas do giroscópio e a partir destas forças, é possível determinar o angulo e direção de rotação. Este complexo equipamento vem sendo usado como sistema de navegação em aviões, submarinos e foguetes. A partir do giroteodolito, é possível obter o azimute verdadeiro, a partir do norte verdadeiro.

Outra solução é a execução de poços de referência em pontos específicos na superfície os quais se conhecem as coordenadas. Estas coordenadas são transportadas para nível do túnel através de prumos duplos, com pesos de 30 kg imersos em óleo para amortecer as vibrações.

Além do problema da orientação, as escavações são regiões com pouquíssima iluminação, o que prejudica muito a leitura dos equipamentos. Alguns equipamentos são acompanhados de iluminação para fazer a leitura correta. Em função das condições do túnel, as leituras podem ser feitas a partir do teto ou da parede para facilitar o trabalho. Os levantamentos topográficos, também são usados para fornecer informações sobre as deformações no túnel na fase de escavação, sendo ferramentas cruciais para os engenheiros avaliarem a segurança estrutural do mesmo. O túnel a ser construído tem um formato circular com diâmetro de 9,0 m e deve ligar duas estações importantes do metrô. Neste sentido sua equipe está trabalhando na obra da construção do túnel e devem avaliar alguns problemas relativos à sua execução. No trecho analisado, você está responsável por avaliar se o desnível executado corresponde ao desnível previsto em projeto e se está tudo em ordem com a construção. Para tanto você deverá realizar um levantamento altimétrico do chão e do teto do túnel. Figura 1 – Exemplo de levantamento altimétrico realizado no chão e no teto de um túnel.

Considere que o levantamento fora realizado pelo processo de nivelamento com visadas iguais e que os resultados obtidos estão registrados nas letras b e c.

a) Quais equipamentos da topografia tradicional seriam adequados à levantamentos em túneis e quais seriam considerados inadequados.

b) Determine o desnível do ponto A para os pontos B, C D e E, medidos a partir do solo do túnel.

Figura 2 – Tabela do Levantamento altimétrico realizado a partir do chão do túnel. Fonte: os autores. c) Determine o desnível do ponto A’ para os pontos B’, C‘, D’ e E’, medidos a partir do teto do túnel. Figura 3 – Tabela do Levantamento altimétrico realizado a partir do teto do túnel. Fonte: os autores. d) Comparando os resultados obtidos em “b” e “c”, discorra se podem estar ocorrendo eventuais problemas na execução do túnel. Aponte o que pode estar ocorrendo.

Tarefa 3

No desenvolvimento do projeto das tubulações para fornecimento de água na estação do metrô, uma das etapas mais importantes consiste em compreender as características intrínsecas que devem ser consideradas no dimensionamento hidráulico das tubulações utilizadas. Dentre elas, temos a rugosidade que ocorre devido principalmente ao atrito entre o fluido (no caso a água) e a parede interna da tubulação, podendo influenciar a perda de carga do escoamento.

Sendo assim, nesta etapa deve-se apresentar os conceitos relacionados aos tipos de regimes de escoamento que o sistema possa apresentar e como o fator de atrito está relacionado com o tipo de escoamento.

Tarefa 4:

Após a escavação dos túneis, o projeto previu a execução de concreto projetado, com objetivo de garantir a estabilidade do túnel. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define o concreto projetado como “um concreto com dimensão máxima do agregado superior a 4,8mm, transportado através de uma tubulação e projetado, sob pressão, a elevada velocidade, sobre uma superfície, sendo compactado simultaneamente”.

Esse concreto é considerado um concreto especial, pois precisa de propriedades específicas para que possa ser projetado, fique aderido à superfície mantendo sua homogeneidade e também atinja a resistência especificada em projeto.

Frente a necessidade de aplicação deste concreto especial, você e a sua equipe ficaram responsáveis por realizar uma pesquisa sobre concreto projetado que abranja os seguintes tópicos:

• Materiais utilizados e suas principais características;

• Descrição do método de ensaio de compressão e qual a sua funcionalidade;

• Cuidados no processo executivo;

• Como garantir a homogeneidade e que problemas podem ocorrer caso o concreto não seja homogêneo;

• Formas de aplicação, suas vantagens e desvantagens;

Ao final da realização da atividade, você e sua equipe deverão elaborar um relatório com todas as informações solicitadas e desta forma vocês estarão aptos a trabalhar com esse concreto especial.