Nos últimos anos, a tecnologia de tuneladoras vem avançando a passos largos em todo o mundo. A alemã Herrenknecht, uma das principais fabricantes globais de TBMs (Tunnel Boring Machines), é um exemplo dessa evolução. Para citar um caso recente de sucesso, seu modelo EPB (Earth Pressure Balanced) Shield S-769 híbrido ganhou destaque nas obras de construção da Linha 4 do Metrô do Rio de Janeiro (como a Revista M&T registrou na edição no 191) ao ser customizado para escavação de um túnel de 16 km em rocha e areia.

Maior intervenção de infraestrutura urbana realizada nos últimos anos na América Latina, a obra foi inclusive reconhecida em âmbito internacional com a conquista do ITA Tunnelling Awards 2016, o maior prêmio do setor de construção de túneis do mundo, superando projetos na Noruega, Reino Unido, Finlândia e Cingapura.

E, evidentemente, a máquina exerceu um papel importante para isso. Com 11,53 m de diâmetro, a TBM de 700 t possui força máxima de empurre de 141.000 kN, com capacidade de escavar até 18 m por dia, estabelecendo assim um novo patamar para esse tipo de perfuração. “A EPB híbrida permite manter o nível dos assentamentos em uma faixa desejável, oferecendo um alto grau de segurança, uma vez que mantém a câmara continuamente cheia de pasta sólida, além de dispensar a montagem e operação de uma central de desarenação fora do túnel”, comenta Julio Pierri, engenheiro da Construtora Norberto Odebrecht que coordenou a operação. “Assim, foi possível estender a faixa de aplicação da tecnologia EPB para areias mais grossas, com maior flexibilidade para lidar com as condições variáveis do solo.”

SELEÇÃO

De fato, a tecnologia híbrida representa um divisor de águas para o desempenho de TBMs. Mas há outros aspectos que vêm avançando no segmento, a começar pelos critérios de seleção do equipamento. Segundo Juan Manuel Altstadt, diretor da Herrenknecht para o Brasil, uma seleção assertiva do tipo de TBM para uso em rocha (branda ou dura) exige a atenção a aspectos como o perfil geológico do túnel, incluindo seu alinhamento, presença de lençol freático e localização de possíveis poços, dentre outros.

“Para obter êxito, é necessário analisar detalhes como o alinhamento horizontal do túnel, com localização de poços, curvas de distribuição, densidade de umidade, ângulo de atrito interno, coesão sem dreno e permeabilidade”, explica o especialista. “Do mesmo modo, é preciso verificar as condições da água subterrânea (vazão e pressão) e possível existência de cascalho (matacões), além de se determinar o tipo de rocha, a quantidade e os tamanhos esperados, conteúdo de quartzo, resistência à compressão não-confinada (UCS) e resistência à tração (BTS).”

A configuração Mixshild (imagem acima) atua em frentes mistas de rocha e solo, enquanto a Gripper TBM enfrenta condições de solo com grau de dureza elevada

Já a seleção entre modelos Shield EPB e Mixshield, por exemplo, implica atenção a fatores-chave de escavação como frentes mistas de rocha / solo, granulometria e pressão de água. No que tange ao canteiro, alguns aspectos cruciais incluem o controle e acessibilidade da frente durante longos períodos de inatividade ou em condições adversas, retirada do material escavado, tamanho e complexidade das instalações, assentamentos e investimento inicial previsto.

Em relação ao terreno, especificamente, a técnica atual apura condições de solo de alto desgaste, conteúdo de finos e contaminações, por exemplo. “Os shields EPB são utilizados principalmente em solos de granulometria fina, compactos e coesivos, como silte e argilas, mas também podem ser usados em rocha”, diz Altstadt.

De acordo com ele, é importante entender que as tuneladoras são equipamentos especiais, que requerem um tratamento técnico mais detalhado, pois muitas vezes são construídas para uma obra específica e única. “Por isso, é importante acertar no dimensionamento do equipamento que está fazendo as obras”, complementa.

ROCHAS

Até porque a oferta de equipamentos se diversificou muito em tempos recentes. De acordo com Edson Peev, engenheiro sênior da Herrenknecht do Brasil, somente no segmento de Shields para rocha existem três diferentes tipos de máquinas.

O Single Shield TBM, ele explica, é aplicado em condições de rochas de baixa a média dureza, predominantemente estáveis e secas, com revestimento segmentado pré-fabricado. Igualmente utilizado em condições de rochas, o Double Shield TBM é indicado para rochas de dureza média a alta, também com revestimento segmentado pré-fabricado. Por fim, o Gripper TBM atua em condições de rochas muito duras, estáveis e secas, com revestimento flexível.

“A escolha do tipo de TBM, assim como do revestimento, faz parte de um processo em que são analisadas não somente as condições geológicas e a dureza da rocha, mas também as normas locais que devem ser atendidas, as regras de licitação etc.”, afirma.

Usadas em mineração subterrânea, as Boxhole Boring Machines (BBM) vêm ganhando espaço em microtunelamento

“Ou seja, é a partir da combinação dessas condições que se define o tipo de máquina a ser utilizado.”
Em geral, a aplicação em rocha é mais comum em obras de infraestrutura, como na construção de ferrovias, rodovias e redes de esgoto, mas também em usos mais específicos como a eliminação de resíduos nucleares. Por isso, como ressalta o especialista, vários desafios são enfrentados, como volume de água, abrasividade e rocha fraturada, solta ou em movimento, dentre outros.

Dessa forma, as soluções são projetadas a partir da análise de cada uma dessas condições, incluindo eventualmente recursos como discos de corte de grande resistência a impactos e sistemas de fixação do cortador e defletores de bloco à frente dos cortadores, por exemplo. “Para o Gripper TBM, especificamente, são utilizados aparafusamento radial e inclinado padrão, além de feixe de anel flexível”, descreve Peev.

MICROTUNELAMENTO

Outra tendência que ilustra a evolução recente no segmento são as chamadas Boxhole Boring Machines (BBMs), uma tecnologia para construção de eixos em minas com base no método de pipe jacking, frequentemente utilizado em microtunelamento.

Segundo Michael Weinhold, gerente de mineração da Herrenknecht para a América Latina, o BBM permite a construção de eixos verticais e inclinados (±30°), com diâmetros de até 1,5 m. “Nessa linha, a Herrenknecht conta com dois modelos em seu portfólio: o BBM1100, com diâmetro de escavação de 1.102 mm, e o BBM1500, com diâmetro de escavação de 1.535 mm”, informa o executivo.

De acordo com Weinhold, o BBM se destaca por permitir o uso em espaços restritos, como em minas subterrâneas. Nessas condições, sua aplicação varia desde a escavação de poços de ventilação até a criação de passagens de minério da produção para o transporte. Durante a perfuração, um rastreador transporta a máquina de um local para outro. “Junto ao alto desempenho de escavação, essa mobilidade contribui para reduzir significativamente o tempo necessário por eixos concluídos, em comparação aos métodos convencionais”, diz o gerente.

Pressionada para frente a partir do ponto de partida, a unidade de perfuração do BBM conta com motores hidráulicos de deslocamento variável, o que proporciona capacidade elevada de escavação com velocidade variável. “A máquina entrega torque máximo de 115 kNm e velocidade de rotação de 0 a 20 rpm, podendo injetar água ou aditivos sob pressão lateral para reduzir o atrito com a rocha, se necessário”, esclarece Weinhold.

“Uma unidade eletro-hidráulica controla todas as funções do equipamento, que também possui painel de distribuição elétrica, motor elétrico (que aciona o conjunto de bombas hidráulicas), tanque hidráulico, trocador de calor, bomba de água de alta pressão e sistema de refrigeração a água, o que permite uma operação mais silenciosa e montagem compacta.”

CONCEITO PERMITE ENFRENTAR VARIAÇÕES GEOLÓGICAS EM OBRAS

A evolução das tuneladoras vem acompanhando as tendências atuais de megaprojetos de túneis urbanos ao redor do mundo, principalmente em obras de metrô, como a construção da nova linha férrea de 118 km em Londres, em que oito TBM foram mobilizadas, e a obra com mais de 100 km de túneis em uma área urbana em Doha, com a utilização de nada menos que 21 Shields EPBs.

Tecnologia de Multi-Mode TBMs é adaptável às variações de solo em túneis longos

Nesse sentido, o uso de Multi-Mode TBMs também tem permitido a realização de perfurações em terrenos com condições hidrogeológicas extremamente variáveis, em diferentes pontos do planeta. De acordo com a especialista em desenvolvimento de negócios, geotecnia e consultoria da Herrenknecht, Karin Bäppler, o Multi-Mode é um modo de tunelamento adaptável às condições do solo em mudança, gerando combinações para todos os desafios geológicos encontrados.

“As tuneladoras Multi-Mode podem ser aplicadas em túneis longos com diferentes condições do solo no alinhamento, garantindo a otimização de custos”, conclui Bäppler.

Saiba mais:
Herrenknecht: www.herrenknecht.com/en