EXTENSÃO DA LINHA 5 DO METRÔ DE SÃO PAULO: RESUMO DAS PRINCIPAIS LIÇÕES APRENDIDAS NA CONCLUSÃO DO PROJETO E DO ACOMPANHAMENTO TÉCNICO DE OBRA.

M. Gerace Author - Geodata do Brasil Ltda, São Paulo, Brasil

P. Grasso Co-Author - Geodata Engineering SPA, Turim, Itália

D. Soares

Co-Author - Companhia Metropolitanas de São Paulo, São Paulo, Brasil

L. Filgueiras Co-Author - Geodata do Brasil Ltda, São Paulo, Brasil

Resumo: Obras de infraestrutura de transporte em massa se estabelecem como um meio para possibilitar deslocamento em massa, fundamental para integração e acessibilidade entre os diversos ambientes urbanos. Entretanto, essas estruturas de transporte possuem, durante todo seu ciclo de concepção e construção, diversas interferências, resultando na maioria dos casos um elevado custo, além de um longo período de tempo para serem concluídas e entregues à sociedade. Diante desse panorama de essencial importância, esse artigo foi elaborado com a ideia de apresentar aspectos técnicos e práticos dos estudos de projeto e situações encontradas em campo verificadas durante a ampliação da linha 5 lilás do metro de São Paulo. Sendo uma referência prática e teórica das situações encontradas em escavações subterrâneas, com a finalidade de auxiliar no processo complexo de otimização de todo o estudo, projeto e construção. Dentre o escopo desse artigo sucinto, constam situações particulares relacionados aos projetos de todas as disciplinas que compõem os fundamentos para a escavação das estações, poços e vias, sendo a última utilizando métodos mecanizados e convencionais de escavação. Também é relacionado nesse artigo situações do acompanhamento técnico da obra(A.T.O) de fundamental importância para metodologia aplicada. É apresentado também de forma breve como foi inserido e desenvolvido o Plano de gestão de riscos(P.G.R), aplicado no acompanhamento técnico da obra pela projetista. Destaca-se fatores particulares da geotecnia e higrogeologia da cidade de São Paulo, dentre outros condicionantes do ambiente urbano, fundamentais para escolha e dimensionamento das técnicas de escavação e rebaixamento do lençol freático nas regiões onde tais medidas são necessárias, levando-se em conta todos os riscos potenciais, sendo estes apresentados laconicamente ao longo desse artigo. É descrito também, de forma compacta, as técnicas de escavação para cada trecho de via e estações que constam na ampliação da linha 5 lilás, apresentando dados caracterizados através de modelagem computacional e expertise da projetista confrontados com dados verificados in situ, confirmando assim as análises elaboradas.

1 INTRODUÇÃO

Passados 5 anos desde o início, o projeto da extensão da Linha 5 do Metrô de São Paulo chegou à conclusão. O Consórcio Geodata (Geodata do Brasil – Geodata Engineering) foi o projetista de todos os 7 lotes e responsável pelo acompanhamento técnico de obra (A.T.O) de 6 lotes (excluso o lote 8 - Pátio Guido Caloi ) da extensão da Linha 5. O empreendimento inclui cerca de 11 km de linha, 10 estações, 10 poços com finalidades de ventilação e saídas de emergências, 1 poço de estacionamento dos trens , 2 poços técnicos, sendo 1 para o lançamento das 2 Tuneladoras (TBM) as quais escavaram a parte da linha com túnel duplo de vias singelas (diâmetro 6,90 m) e outro poço para a chegada das 2 TBM do primeiro trecho e para partida da terceira Tuneladora, sendo esta responsável por escavar o trecho de linha com túnel singelo (diâmetro 10,50 m) com via dupla e, para concluir, um grande Pátio para a manutenção dos trens com uma área de 176.000 m².

Figura 1: Esquema Linha 5

Para as 10 estações, foram aplicadas diferentes métodos de construção: - Cut & Cover na configuração bottom-up (baixo para acima) para as estações Boa Vista, Borba Gato, Moema, Eucaliptos, AACD-Servidor; - estações subterrâneas mineiras escavadas com o método NATM para o Hospital São Paulo, Santa Cruz, Chácara Klabin; - poços secantes de grande diâmetro para as estações Brooklin e Campo Belo. Adicionalmente, para o poço do Estacionamento Trens Servidor, onde está previsto um estacionamento subterrâneo dos trens, foi utilizado o método de Cut &Cover na configuração top-down (cima pra abaixo).

Neste artigo tentaremos resumir as principais lições aprendidas em termos de:

- PGR – Plano de gestão dos riscos – Como e porque foi implementado.

- Geotécnica da cidade de São Paulo;

- Evidencias observada nas principais escavações em fase de projeto e acompanhamento técnico de obra A.T.O.;

Será apresentado, sem a presunção, que em um único artigo seja possível exemplificar todos os temas acima descritos, com os detalhes necessários. Mas com a ideia de compartilhar os resultados dessa experiência extremamente educacional.

2 PGR-PLANO DE GESTAO DOS RISCOS NA LINHA 5 LILÁS

Apresentamos os princípios básicos da Gestão de Riscos que foram aplicados ao caso real do projeto e acompanhamento técnico de obra (A.T.O) da linha 5 de extensão do Metrô de São Paulo. Esta aplicação prática dos princípios de Gestão de Riscos foi inspirada e motivada também pelo acidente ocorrido em 2007 durante a construção da Estação Pinheiro que mostrou o valor da abordagem de Gestão de Riscos como uma ferramenta de garantia de qualidade e segurança econômica e eficaz. Principal objetivo da sua implementação, junto com a Companhia Metropolitana de São Paulo, foi conseguir chegar ao final da obra sem qualquer mínimo acidente.

A construção de túneis e obras subterrâneas em áreas urbanas está geralmente associada a riscos de alto nível, que podem causar danos potenciais a estruturas e / ou pessoas.

O desenvolvimento das infraestruturas e o correspondente espaço subterrâneo nas zonas urbanas devem satisfazer as exigências dos desenvolvimentos sustentáveis; O desafio dos Proprietários, Planejadores, Projetistas e Construtores é realizar uma obra tanto para o futuro como para o presente, de modo a perturbar o mínimo possível atividades cotidianas da cidade e dos seus moradores. O âmbito de aplicação de um PGR consiste em permitir soluções técnicas fiáveis e garantir a certeza dos resultados (em termos de segurança, tempo e custo, qualidade e durabilidade) num contexto de incerteza.

Um PGR envolve as seguintes etapas sequenciais:

Identificação de riscos.

Quantificação do risco.

Resposta primária aos riscos identificados (medidas de mitigação, incluindo escolhas corretas de concepção e construção).

Avaliação do risco residual.

Predefinição de contramedidas para riscos residuais, ao mesmo tempo a qualidade, segurança, como o custo do desenvolvimento.

A aplicação de um PGR exige que o projeto seja verificado e, se necessário, otimizado durante a execução utilizando a metodologia P.A.T.(Plano Avançamento Túnel) (Fig. 2), envolvendo: (1) uma comparação constante com a realidade, que gradualmente se revela durante a construção, e (2) modificação do projeto inicial com consequente ajuste para a realidade "evolutiva" através de um processo dinâmico e contínuo (implementação, monitoramento, verificação e otimização do projeto) até a conclusão do projeto e das obras.

Figura 2: Princípios do P.A.T. Estes princípios devem ser aplicados em todas as fases do processo de concepção e construção:

Na fase de concepção, definir a melhor "geometria" do traçado em conjunto com a análise multicritério (para a definição do alinhamento que otimiza a interação com a superfície e garante ao mesmo tempo as necessidades de transporte para a Passageiros, para a definição da configuração ótima do túnel.

Na fase de projeto e construção, deve ser aplicado para a definição das melhores soluções técnicas e das tecnológicas mais sustentáveis.

Considerar o ciclo de vida do trabalho, não apenas definindo solução para o presente, mas também dando respostas para o futuro.

Na próxima parte do trabalho serão descritas algumas lições aprendidas onde, para todo o projeto e acompanhamento técnico de obra (A.T.O), foi aplicada uma abordagem de Gestão de Riscos.

3 GEOTÉCNICA DA CIDADE DE SÃO PAULO

3.1 GEOTECNIA

A extensão da Linha 5 do metrô de São Paulo é construída na bacia sedimentar de São Paulo, dividida nas três principais unidades geológicas, (Fig. 3):

Figura 3: Seção da bacia de São Paulo da Norte a Sul

• Pré-cambriana composta por granito-gnaisse e solos residuais;

• Sedimentos terciários;

• Depósitos sedimentares quaternários de areias não consolidadas, argilas orgânicas e turfa (com potenciais assentamentos elevados).

As principais colunas estratigráficas dos sedimentos terciários da cidade de São Paulo apresentam as seguintes formações:

Formação de Resende: alternância de uma argila cinzenta pouco arenosa com areia limosa cinzenta e amarela, geralmente pouco argilosa. As argilas cinzentas correspondem às argilas conhecidas como "Taguá " praticamente não possui areia e as areias correspondem, pelo menos parcialmente, às chamadas "areias basais" e o resto às "areias argilosas médias e argilosas baixas".

Formação São Paulo: Corresponde aos depósitos do sistema fluvial sinuoso do Período Terciário (Paleoceno) do grupo Taubaté. Ocorre predominantemente acima da elevação 760m na região central da cidade. É composto de duas principais litofácies. O primeiro é composto de arenito, por vezes conglomerado e graduado, que atinge as frações de limo e argila no topo das camadas. A segunda é composta de arenito degradando até se apresentar como argiloso e limoso, com estratificações horizontais paralelas e grande persistência lateral. As concreções de limonites são frequentes entre as camadas arenosas e argilosas, que dão aos sedimentos variações pronunciadas na permeabilidade

vertical e horizontal. Devido à sua origem, estes sedimentos têm variações granulometria importante seja verticalmente e horizontalmente.

Maciço rochoso Pré-cambriano: Composto por granitos-gnaisses e solos residuais com diferentes níveis de intemperismo, que diminui de cima para baixo e lateralmente para a presença de zona de falha. As partes alteradas são associadas à circulação da água.

Figura 4: Esquema implantação Linha 5 lilás

Foi implementado uma campanha de sondagem aditiva a aquela realizadas para o projeto básico e baseando-se na literatura geotécnica brasileira bem consolida junto com as especificações da Companhia Metropolitana de São Paulo e a expertise do projetista, foram definidos os parâmetros geotécnicos para cada obra, após uma análise segundo os princípios da gestão dos riscos.

3.2 HIDROGEOLOGIA E REBAIXAMENTO DO LENÇOL FREÁTICO

A água subterrânea é geralmente ligeiramente abaixo da superfície do solo. Os aquíferos de vários níveis existem separados pelas camadas impermeáveis de argila.

O projeto e a aplicação de técnicas de rebaixamento do lençol freático como método auxiliar na construção de obras subterrâneas em meio urbano, é particularmente complexo e delicado. A resposta em termos de deformação do solo, a geração de flacidez induzida que pode levar a danos nos edifícios e nos edifícios existentes na superfície, a correta identificação do raio de influência do sistema reduzido, são todas questões de difícil determinação, especialmente quando o sistema hidrogeológico é particularmente complexo (por exemplo, sistemas de multicamadas) e a geotécnica apresenta um contexto complexo e incerto (presença e intercalação de diferentes camadas de permeabilidade), como no caso do solo da cidade de São Paulo.

Embora delicado e complexo, o método também é particularmente simples na sua aplicação, econômico, especialmente quando comparado com as mais complexas técnicas de consolidação como o congelamento. Metodologia bem conhecida, torna-se inovadora, se associada a uma abordagem de análise de risco rigorosa, que possibilita a identificação de todos os fatores críticos com potencial de risco, amarrando-os a uma implementação rápida de contramedidas. O método antigo e econômico da drenagem preventiva e / ou com antecedência, se bem gerida dentro de uma metodologia de gestão de risco pode dar excelentes resultados em termos de facilidade de implementação, reduzindo os custos e os impactos com a área de trabalho, necessitando de menores espaços de ocupação no local de construção.

Figura 5: Esboço clássico do nível de precipitação da água atmosférica

Devido à sua conveniência, as técnicas do rebaixamento do lençol freático foram amplamente aplicadas durante a construção da extensão da Linha 5 do metrô de São Paulo, também em virtude da experiência anterior adquirida durante a construção das outras linhas de metrô na cidade.

A aplicação do sistema do rebaixamento das águas subterrâneas envolve uma série de avaliações:

- Estudos hidrogeológicos preliminares para definir corretamente o sistema hidráulico existente, associada a monitoramento da oscilação do nível das águas subterrâneas e dos ensaios de permeabilidade para determinar a condutividade hidráulica.

- Dimensionamento do sistema de rebaixamento mais adequado (poços de bombeamento profundo, poços de bombeamento seletivos, drenos, ponteiras) por meio de modelos analíticos e numéricos de avaliação dos fluxos, a fim de definir o âmbito e o intervalo esperado da influência

Figura 6: Modelo 2D – Estação Alto de Boavista

do sistema na superfície, assim se poder avaliar os impactos potenciais. No dimensionamento é necessário realizar uma análise de sensibilidade nas variáveis paramétricas, de modo a avaliar o impacto de variações nos parâmetros significativos, especialmente com referência à permeabilidade, dada a dificuldade de obtenção de um valor representativo por causa dos limites dos métodos de ensaio e da heterogeneidade natural e anisotropia do solo.

- Análise e identificação de riscos potenciais (instabilidade na escavação, transportes de finos, subsidência e recalque que podem induzir danos nos edifícios existentes) em alguns casos podem determinar a aplicabilidade ou não do método.

-Definição dos fatores de segurança para sifonamento e ruptura hidráulica do fundo da escavação.

-Definição do sistema de monitoramento e interpretação dos dados na fase de construção (A.T.O) Assim se pode permitir uma avaliação do sistema e aplicar as contramedidas definidas anteriormente.

Para obter resultados realistas sobre a variação do nível freático e os assentamentos induzidos na superfície, foram realizados cálculos analíticos e análises em elementos finitos 2D. Os resultados da análise mostraram que, para a construção de obras subterrâneas, em diferentes formações como as de São Paulo com ampla faixa de permeabilidade, a solução de rebaixamento é viável. É também evidente que uma análise preliminar por soluções analíticas que analisa em detalhe os vários parâmetros geotécnicos tendo em conta os possíveis efeitos de liquefação, juntamente com uma análise paramétrica dos elementos significativos (permeabilidade), permite obter previsões bem fiáveis. O uso racional de soluções analíticas e o uso de ferramentas de modelagem mais avançadas (como modelos numéricos) permite certamente, junto com um sistema racional de monitoramento, escavar em solos de natureza diferente (de areias a rochas meteorizadas), otimizando o tempo e garantindo a segurança do trabalho. Destaca-se (com referência ao caso da estação do Alto da Boa Vista) que um aperfeiçoamento contínuo das ferramentas de projeto, combinado com uma interpretação racional das medições no local, pode permitir a integração em tempo real do projeto e garantindo o máximo nível de segurança durante as operações de escavação e minimizando os danos induzidos pelos recalques nos arredores.

Figura 7: Modelo 2D – Estação Alto de Boavista - Escavado

4 EVIDÊNCIAS NAS PRINCIPAIS ESCAVAÇÕES OBSERVADA EM FASE DE PROJETO E ACOMPANHAMENTO TECNICO DE OBRA A.T.O.;

4.1 ESCAVAÇÕES SUBTERRANEAS MINERAS ESCAVADAS COM O MÉTODO NATM

O acesso à caverna subterrânea da Estação Hospital São Paulo é realizado com a construção de dois poços, Otonis Norte com um diâmetro de 12m e Otonis Sul caracterizado por dois poços secantes com um diâmetro de 30m. Os dois poços de acesso são ligados através de um túnel com uma secção variável, a partir da qual se realiza a escavação da caverna principal. A secção do túnel de ligação varia de 45m² a 243m², a secção da caverna principal é de cerca de 260m² com um comprimento total de cerca de 140m. A estação é realizada no cruzamento entre Rua Pedro de Toledo e Rua de Otonis, em uma zona densamente povoada. Com esta configuração arquitetônica particular, a interferência com a superfície durante a construção da estação é minimizada, limitando-se apenas à área de escavação dos poços de acessos laterais acima explicados. O túnel de conexão e o túnel principal da Estação Hospital São Paulo são escavados nos sedimentos Terciários, no contato entre a formação de São Paulo e a formação de Resende. Em ambas as formações, a presença de camadas saturadas de areia influencia fortemente o comportamento na escavação e na estabilidade da frente.

Figura 8: Estação Hospital São Paulo

Figura 9: Estação Hospital São Paulo-Túnel de ligação

Durante a escavação dos poços Otonis Norte e Otonis Sul, um sistema externo de bombas profundas com aplicação local de poços para ultrapassar as camadas arenosas é utilizado para baixar o nível da água subterrânea, localizado a cerca de 8m da superfície do solo. Os efeitos do rebaixamento influenciam também a escavação do túnel de conexão, onde é executado um rebaixamento local com drenos por gravidade aplicados antecipadamente. O túnel de conexão foi calculado considerando 3 seções principais, chamadas ST1, ST2 e ST3. A seção ST3 parte do poço Otonis Norte e é escavada em dois fases (coroa e seção completa), a seção ST2 através de um alargamento gradual é escavada em três etapas (coroa, arco invertido temporário, seção completa) e finalmente a seção ST1 ligada ao poço Otonis Sul é escavada em duas etapas (coroa, secção completa).Durante a escavação está prevista a aplicação de um arco de guarda-chuva realizado com jet-grouting nas camadas arenosas e com tubos de aço nas camadas de argila o areia bem argilosa. A estabilidade da frente é assegurada pela aplicação de elementos de fibra de vidro, substituídos localmente com pequenas colunas de injeção horizontais com um diâmetro de 30 cm. Os cálculos foram realizados com o software Plaxis 2D e os resultados obtidos em termos de assentamentos na superfície são relatados na planilha a seguir.

Tabela 1: Os assentamentos na superfície derivados da análise numérica para o túnel de conexão

Section of

analysis

Crown excavation settlements

[cm]

Temporary invert

excavation settlements

[cm]

Full section excavation settlements

[cm]

SECTION ST1

1 - 3,5

SECTION ST2

1 3,5 4,5

SECTION ST3

0,3 - 0,5

A escavação do túnel principal é realizada com as seguintes etapas: escavação dos Side-drift, ampliação para a escavação da coroa em duas etapas, escavação do arco invertido. Devido à presença de camadas arenosas localizadas na frente do túnel, é aplicado um sistema sistemático de drenagem por gravidade com antecedência. A estabilidade da coroa é assegurada através de um arco de guarda-chuva realizado com tubos de aço, colunas de injeção ou colunas de injeção reforçadas com tubos de aço, dependendo da presença de camadas arenosas ou de argila no topo. Para garantir a estabilidade da face, como no túnel de conexão, são aplicados elementos de fibra de vidro ou pequenas colunas de rejuntamento. Neste caso os cálculos foram realizados com o software Flac 2D, considerando duas seções de análise, uma localizada em uma zona onde a seção está totalmente nas camadas de argila da formação Resende (Tabela 1) e outra localizada em uma zona onde a seção está parcialmente nas camadas arenosas (Tabela 2). Os resultados em termos de recalques na superfície são relatados na tabela a seguir.

Tabela 2: Os assentamentos na superfície derivados da análise numérica para o túnel principal

No segundo caso, na seção escavada na presença de camadas arenosas é evidente que os efeitos na superfície são mais relevantes.

4.2 ESCAVAÇÕES SUBTERRANEAS COM VALA A CEU ABERTO (CUT & COVER)

No projeto da extensão da Linha 5 do metrô de São Paulo, como indicado na descrição geral do trabalho, para a escavação das estações foram escolhidos diferentes tipos de métodos construtivos. As estações em Valas a céu aberto foram realizadas com paredes diafragmas e tirantes, em geral o rebaixamento do nível freático foi realizado apenas localmente, no interior da estação, por meio de bombeamento de poços ou ponteiras filtrantes a fim de facilitar as operações de escavação. Excepcionalmente na estação de Eucaliptos o sistema de rebaixamento freático foi realizado exteriormente a vala no aquífero profundo com poços de bombeamento, assim de aliviar os impulsos que atuam sobre os diafragmas construídos.

A comparação entre previsão realizada com soluções analíticas e numéricas, e os dados de controlo em termos de monitoramento, tal como indicado na figura 5 para a estação de Alto da Boa Vista.

Figura 10: Escavação da estação Alto da Boa Vista com sistema de rebaixamento freático com ponteiras filtrantes, comparação entre as previsões e dados de monitoramento.

Outro fator de fundamental importância durante as escavações a céu aberto foi a limitação imposta pela Sabesp (Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo). Esta comunicou, ao longo do projeto de escavação, a existência de adutoras próxima à escavação. As mesmas possuem 90 anos, em ferro

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

1.0E-05 1.0E-04

k (m/s)

Q (

m3

/h)

Unconfined aquifer circular

Average of maximum of flow rate

single well

Average of average of flow rate

single well

Section of analysis Side-drift excavation settlements

[cm]

Crown excavation settlements

[cm]

Full section excavation settlements

[cm]

Main tunnel (clay) 1,2 3,5 5

Main tunnel (sand) 3 5,7 6,2

fundido e submetidas a uma pressão de 2 atm. O somatório desses fatores condiciona uma situação na qual o recalque deveria ser zero, não comprometendo e danificando as mesmas.

4.3 ESCAVAÇÕES SUBTERRANEAS COM POÇOS SECANTES DE GRANDE DIAMETRO

Particularmente significativo é o caso de a estação de Brooklin, realizada com cinco poços secantes de diâmetro 36m para um comprimento total de 140 m e uma profundidade de 27m. A estação, a partir de um ponto de vista geológico, partindo de acima pra baixo, os primeiros 8m dos depósitos quaternários são caracterizados por argila e solos aluviais argilosos, para depois entrar na formação São Paulo. Está presente um sistema de multicamadas, separadas por camadas de argila impermeável, que apresenta o mais alto nível freático a 1m da superfície do solo. O projeto básico no edital definia para a construção da estação uma metodologia onde deveriam ser construídos na primeira fase os poços ímpares para os quais seriam já realizados os revestimentos definitivos, que atuariam como suporte para a escavação dos poços pares. A escavação seria realizada por diafragmas plásticos com o rebaixamento do lençol freáticos externos por meio de poços de bombeamento profundos.

Figura 11: Estação Brooklin – Evolução da construção

A presença de um local contaminado ligado a uma empresa química que está ao redor , as limitações físicas de espaço que pode ser usado na superfície, a presença de uma área muito populosa potencialmente afetados pelas escavações e a necessidade de permanecer dentro do prazo definido pelo cronograma, e de modo a não interferir com a passagem das Tuneladoras (TBMs), obrigaram uma rigorosa análise de risco que identificou soluções alternativas como contramedida as aplicadas. Os fatores de riscos identificados na análise (recalques induzidos do bombeamento, a instabilidade do fundo da escavação, risco de contaminação durante a drenagem, possível desvio da verticalidade dos diafragmas plásticos durante a construção, consequentemente perda de impermeabilidade das juntas e redução da espessura resistente útil com a possível instabilidade durante as escavações) foram analisados por modelagem numérica 2D e 3D, mostrando que a aplicação de uma bombeamento para

toda a altura na área externa teria causado danos a edifícios por causa dos grandes assentamentos induzidos devido à extensão da bacia de recalques. Foram testadas diferentes potenciais contramedidas (entre outras rebaixamentos seletivos de camadas de areias profundas, aplicação de drenagem interna para reduzir o risco de ruptura do fundo na escavação, realização de uma barreira de diafragmas plástico em correspondência a área contaminada para evitar interferência) mas no final, tendo em conta os riscos residuais foi decidido optar por uma solução que eliminaria o sistema de bombeamento externo para a estação, substituindo a realização dos diafragmas plásticos com diafragmas estruturais escavados com hidrofresa que melhor garante a impermeabilidade das juntas entre paneis , juntamente com um sistema de rebaixamento interno localizado para reduzir os riscos de ruptura do fundo na escavação. Ademais foi definida a escavação simultaneamente de todos os 5 poços, utilizando-se como escoramentos provisórios as mesma vigas definitiva na posição correspondente ao esquema arquitetônico da estação. A obra, respeitando o novo projeto alternativo definido junto com a Companhia Metropolitana de São Paulo, foi escavada em pouco mais de um ano (de agosto 2012 a outubro de 2013 - 380 dias), no prazo para a chegada das Tuneladoras (TBMs), ademais melhorando totalmente o cronograma da obra que tinha uma previsão da só escavação de 555 dias. O monitoramento das tensões e das deformações definidas de acordo com os dados de instrumentação bateram perfeitamente com o que foi previsto na fase de concepção e os recalques medidos na superfície no acompanhamento técnico de obra (A.T.O) foram praticamente insignificantes, como bem antecipado nos memorias do projeto.

4.4 OS POÇOS SE – VSE (SAÍDA DE EMERGÊNCIA – VENTILAÇÃO E SAIDA DE EMERGÊNCIA)

A extensão da Linha 5 do metrô de São Paulo envolve a construção de 10 poços de ventilação e saída de emergências. Trata-se de poços circulares de diâmetro de 12,5 metros, com profundidade variável entre 15 m e 60 m, onde na base do poço tem o emboque de um túnel de ligação (Figura 8) que conecta o poço com o túnel de via, com exceção do poço Jorge de Melo que tem uma forma elíptica na parte mais profunda do poço, sendo o eixo do poço alinhado com o eixo do túnel de via dupla( túnel singelo 9,90m). Todos os poços foram feitos usando um sistema de rebaixamento de agua externo aos poços com bombas profundas, associado ao utilização de ponteiras filtrantes localizadas nas camadas de areia de forma de garantir uma escavação segura e evitar os fenómenos de ruptura do fundo e transporte dos finos. Em alguns casos específicos foram realizada estacas de areia no interior para reduzir o excesso de pressão hidráulica e prevenir o fenómeno de elevação do fundo da escavação. A escavação em avanço circulares de 1m de altura foi suportado com concreto projetado e malha de aço.

Figura 12: Tipológico de um poço e metodologia do sistema de rebaixamento do nível freático durante a escavação

No dimensionamento do sistema de rebaixamento foram realizadas avaliações seja analítica para a definição da vazão esperada e raio de influência que modelo de análise de fluxo, através a aplicação de uma variação de ± 25% da condutividade hidráulica. Os resultados assim obtidos foram comparados com os dados de monitoramento em termos de vazão e nível piezométrico, mostrando uma boa

correspondência. A Figura 9 mostra as medidas levantadas em fase de acompanhamento técnico de obra (A.T.O) da escavação do poço Paulo Eiró.

Figura 13: Poço Paulo Eiró:(a) Vazão medida - (b) Nível piezométrico

(c) Comparação entre previsão e monitoramento - (d) Escavação do poço

A caverna Roque Petrella (extensão do poço VSE Roque Petrela ) tem um comprimento de cerca de 290m e durante a operação foi utilizada para a comutação dos trens. É construído com 4 seções variáveis (A, B, C, D) aplicadas em 4 zonas diferentes (trecho 1,2,3,4), abaixo da Avenida Santo Amaro, uma das avenidas principais da cidade de São Paulo, em um contexto densamente povoado, com uma área das seções entre 116m² a 175m². A caverna está conectada com o poço de ventilação e saída de emergência Roque Petrella, através de um túnel de conexão. A caverna de Roque Petrella é escavada no solo residual e na rocha dura típica do maciço rochoso pré-cambriano. O nível da água subterrânea é apenas abaixo da superfície do solo. Na última parte da escavação (trecho 4), o túnel intercepta com a parte mais degradada da rocha, tal degradação devida à circulação e entrada de água. Para a escavação desta grande caverna foi previsto o uso sistemático de bombas externas profundas, ativadas antes do início da escavação, para diminuir o nível das águas subterrâneas. A sequência construtiva da escavação inclui: 1) execução dos dois side-drift protegidos através um guarda-chuva de tubo de aço, localmente substituído por um guarda-chuva de injeções nas áreas com maior presença de agua, 2) escavação da coroa realizada em duas etapas abaixo de um arco de guarda-chuva de proteção , 3) execução do arco invertido para fechar a seção. A estabilidade da escavação da frente foi assegurada através do uso de elementos de fibra de vidro e colunas de injeção com a aplicação de drenos a gravidade para reduzir a pressão hidrostática na frente. Durante a escavação dos side-drift, as ponteiras filtrantes são instaladas no fundo para drenar o solo simplificando a fase subsequente de escavação do arco invertido. Para verificar a estabilidade da escavação, foram realizadas análises numéricas com o software Flac2D, para diferentes geometrias e para diferentes condições geológicas. Os resultados em termos de recalques na superfície são relatados a seguir (Tabela 3). (valores cumulativos para cada etapa de escavação):

Tabela 3: Recalques na superfície derivados da análise numérica

Ao ler os resultados, é evidente que, na última parte da escavação, na zona 4, devido ao fato de que a seção enfrentará a parte mais degradada da rocha, espera-se que os efeitos da drenagem sejam mais evidentes e consequentemente, os recalques esperados na superfície são maiores. A espessura das paredes e todas as dimensões das seções influenciam fortemente os efeitos em termos de recalques bem evidenciado comparando os resultados obtidos para a secção C da zona 4 que tem uma área de escavação de 141m² com os resultados para a secção A da mesma zona, que tem uma área de escavação de 175m2. A Análise de risco das edificações lindeiras realizadas em nível de projeto não indicou problemas para os edifícios localizados perto dos túneis, apresentado um nível de danos da leve a moderado.

Figura 14: Seção Roque Petrella

4.5 ESCAVAÇÃO MECANIZADA COM TUNELADORAS (TBM)

O conceito de projeto iterativo através do uso de um Plano para o Avanço do Túnel (PAT) foi implementado e utilizado na escavação do túnel de via com Tuneladoras (TBMs).

Os dados das Tuneladoras, do monitoramento, geologia e hidrogeologia foram coletados em um sistema em tempo real (GDMS), analisados e processados para determinar a necessidade de adaptação das faixas operacionais de pressão de suporte da frente da escavação, definidas a nível de projeto ou parâmetros operacionais da TBM.

Section of analysis Settlements due to the drainage

[cm]

Side-drift excavation settlements

[cm]

Crown excavation settlements

[cm]

Invert excavation settlements

[cm]

SECTION A (Trecho 1) 1 2,5 4,1 5,2

SECTION B (Trecho 2) 0,7 1,7 2,7 4,3

SECTION C (Trecho 2) 1 2,1 4 4,6

SECTION D (Trecho 3a) 1 2,2 4,3 5

SECTION D (Trecho 3b) 1 2,2 4,3 5

SECTION C (Trecho 4) 1,5 3,2 4,6 5,8

SECTION A (Trecho 4) 1,5 3,4 6,6 7,6

Figura 15: Seção escavação com TBM

Esta abordagem foi particularmente eficaz para as Tuneladora do Lote 3, onde os dados recolhidos durante a escavação da primeira máquina podem dar informações interessantes sobre o que é esperado para a segunda máquina. Um exemplo desta aplicação é o caso da escavação abaixo do teatro Paulo Eiró, um importante edifício localizado não muito longe do poço de lançamento Conde de Itu das Tuneladoras. A primeira Tuneladora (via 2) não teve interferência direta com o edifício ao contrario da segunda Tuneladora (via 1), como indicado na Fig.16. Durante a escavação a análise dos dados da primeira máquina deu informações interessantes para o avanço da segunda.

Figura 16. Traçado da Tuneladora na passagem subterrânea do teatro Eiró

Figura 17. Comparação da pressão da frente entre as 2 Tuneladoras

5 CONCLUSÕES

As construções subterrâneas em áreas urbanas como a extensão da linha 5 do metrô de São Paulo, estão geralmente associadas a riscos de alto nível. Por conseguinte, é necessária a aplicação sistemática de uma metodologia de trabalho que inclui um plano de gestão dos riscos PGR.

É necessário pôr em prática um plano de controlo eficiente para gerir os riscos residuais durante o projeto o acompanhamento técnico de obra (A.T.O.) e a construção; Isto implica que os parâmetros / indicadores chave para controlar a qualidade, segurança e progresso das obras devem ser identificados e os procedimentos de monitoramento principais devem ser colocados em prática. Neste contexto, a utilização de um monitoramento em tempo real de todos os dados provenientes de instrumentos instalados no solo, nos edifícios e nas estruturas, ajudam a controlar ativamente e intervir para evitar acidentes.

O uso racional de soluções analíticas e o uso de ferramentas de modelagem avançadas permitem, junto com um sistema racional de monitoramento e com a aplicação de um PGR, escavar em solos de natureza diferente (de areias a argilas a rochas meteorizadas), otimizando o tempo e garantindo a segurança do trabalho.

Concluindo, um aperfeiçoamento contínuo das ferramentas de projeto, combinado com uma interpretação racional das medições no local, pode permitir a integração em tempo real do projeto e da construção, garantindo o máximo nível de segurança durante as operações de escavação e minimizando os danos induzido e evitando acidentes, como realmente aconteceu no projeto e no acompanhamento técnico de obra (A.T.O) da extensão da linha 5 do metrô de São Paulo.

REFERENCIAS

[1] V. Guglielmetti, P.Grasso, A. Mahtab, S. Xu, “Mechanized Tunnelling in Urban Area”, Taylor&Francis edt. 2008

[2] Celestino, T.B. ; Rocha, H.C. and Gonçalves, F.L. 2009. Geotechnical Aspects of shaft design and construction in São Paolo City. Proceeding of the ITA-AITES World Tunnel Congress, Budapest, 2009

[3] S. Stefanizzi, D. Mitrugno, V. Floria, G. Pradella, A. Fernandez Garcia and P. Grasso "On developing an innovative, self-supported, cut&cover structure for the Brooklin station of the São Paulo Metro.", Proceeding of the ITA-AITES World Tunnel Congress, Iguaçù, 2014

[4] A. Logarzo, S. Stefanizzi "Dewatering for construction of São Paulo Metro - Line 5 extension: comparison of design predictions with monitored results.", Proceeding of the ITA-AITES World Tunnel Congress, Iguaçu, 2014.

[5] S. Stefanizzi, A. Logarzo, F.Rizzo, R. Ponte,D.Agnella,L.Gonçalves ¨ Analysis of the excavation of large caverns in the São Paulo Metro¨ Proceeding of the ITA-AITES World Tunnel Congress, Dubrovnik, 2015

[6] M.M. Futai, C.J. Olivera, M.Abramento “Resistência ao cisalhamento e deformabilidade de solos residuais da região metropolitana de São Paulo”. Twin cities – Solos das regiões metropolitanas de São Paulo e Curitiba, 2012.

[7] A. Assis, Sodré “O relatório IPT” Editorial da Rivista do Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica. Ediçâo N.26, June 30, 2008.