Guia ACI 533.5R sobre os principais aspectos de projeto, fabricação e construção de segmentos de túneis de concreto pré-moldado - TBM: Tunnel Business Magazine

Por Mehdi Bakhshi e Verya Nasri

A escavação mecanizada da TBM tem sido o método de escavação mais dominante na última década em diversas condições de solo, como solo macio, rocha fraca e rocha dura fraturada. Segmentos de concreto pré-moldado são instalados atrás de um TBM para apoiar a escavação, resistir às cargas permanentes do solo e das águas subterrâneas e proporcionar estanqueidade. Além disso, os segmentos pré-moldados são projetados para cargas temporárias de produção, transporte e construção.

Até à publicação do guia ACI 533, muito pouca orientação tinha sido fornecida aos projetistas e empreiteiros pelas autoridades locais ou internacionais. A publicação do ACI 533.5R, liderada pelos autores deste artigo, como o primeiro guia no mundo publicado por uma agência de código internacional, atendeu a essa necessidade e abrange todos os principais aspectos de projeto, fabricação e construção dos segmentos juntos em uma única publicação. Este guia fornece os procedimentos necessários para o conceito estrutural e projeto detalhado, projeto de vedação e gaxeta, projeto de conexão, projeto de durabilidade e tolerâncias de assentamento e monitoramento. Este documento foi elaborado com base na cooperação mundial, na experiência em túneis e nas recomendações nacionais e internacionais disponíveis. Além dos aspectos gerais do projeto, são apresentados os mais recentes desenvolvimentos em projeto e as mais recentes tecnologias relacionadas às tecnologias de revestimento de túneis TBM.

Os segmentos de túneis pré-moldados de concreto devem ser dimensionados usando o método Load and Resistance Factor Design (LRFD). A Tabela 1 apresenta os casos de carga vigentes e as combinações de carga fatoradas para os quais os segmentos de túneis de concreto pré-moldado são projetados. Os fatores de redução de resistência em ACI 318-19 e ACI 544.7R-16 são necessários para o projeto de concreto armado e concreto reforçado com fibras (FRC), respectivamente.

Os requisitos de espaço interno, dependendo do uso pretendido do túnel e dos requisitos do cliente, determinam a dimensão do intradorso do túnel. ACI 533.5R classifica os túneis em quatro categorias principais: ferroviário e metrô, rodoviário, utilitário e túneis de água e águas residuais. Os requisitos de espaço interno para cada categoria são explicados no 'Guia'. A Figura 1 apresenta esquematicamente um layout típico de túneis rodoviários. O ACI 533.5R fornece faixas de relação entre o diâmetro interno (ID) e a espessura do revestimento para diferentes tamanhos de túneis. Isso inclui uma faixa de 15 a 25 polegadas para túneis de ID de 13 a 18 pés e uma faixa de 18 a 25 polegadas para túneis com ID de mais de 18 pés. Para diâmetros de túnel de 19 a 23 pés, recomenda-se um comprimento de anel de 5 pés, que aumenta para um comprimento de anel de 6,5 pés para túneis com mais de 30 pés de diâmetro.

Figura 1: Esquema do espaço interior de túneis rodoviários: a) trecho na estação de bombeamento de ponto baixo, a) trecho típico.

Anéis paralelos, anéis paralelos com anéis corretivos, anéis cônicos direito/esquerdo e sistemas de anéis universais (ver Figura 2) estão entre os diferentes sistemas de anéis segmentados. Anéis paralelos (Figura 2 (a)) não são inerentemente adequados para curvas. Nos anéis direito/esquerdo (Figura 2(b)) geralmente uma face circunferencial de cada anel é afilada perpendicularmente ao eixo do túnel e a outra face é inclinada ao eixo do túnel. A alternância de anéis cônicos à direita e à esquerda em uma sequência produz um acionamento reto. A estanqueidade pode ser garantida com este tipo de anel, mas a necessidade de diferentes tipos de conjuntos de cofragem é uma desvantagem. Atualmente, o sistema de anel universal (Figura 2 (c)) é o sistema mais convencional, onde muitas vezes duas faces circunferenciais de cada anel são inclinadas em relação ao eixo do túnel, e o alinhamento pode ser negociado através da rotação do anel segmentar. A principal vantagem deste sistema é que é necessário apenas um tipo de conjunto de cofragem [3].

Figura 2: Diferentes sistemas de anéis, esquemas de conicidade e negociação de curvas: a) anéis paralelos, b) anéis direito/esquerdo, c) anéis universais.

Os anéis geralmente contêm vários segmentos que produzem uma proporção de esbelteza do segmento de 8-13. A recomendação geral para túneis com diâmetro de até 20 pés é dividir o anel em 6 segmentos e usar configurações 5+1 ou 4+2 (o último número representa o número de segmentos principais). Quando o diâmetro do túnel varia entre 20 a 26 pés e 26 a 36 pés, um anel de 7 segmentos e um anel de 8 segmentos podem ser adotados, respectivamente. Para diâmetros de túnel entre 36 e 46 pés, um anel de 9 segmentos pode ser adotado. Finalmente, para túneis maiores que 46 pés, uma configuração 9+1 é a configuração mais comum.