Pipe-Jacking instala emissário no litoral paulista

m projeto em implantação no litoral de São Paulo está fazendo história ao adotar um método
construtivo inédito em obras de saneamento no Brasil. Trata-se da construção do emissário submarino da Praia Grande que, pela primeira vez, utiliza um minishield em projetos desse tipo, no País. O equipamento em questão, um pipejacking de tecnologia alemã da Herrenknecht, foi mobilizado para cravar tubos de concreto na execução de uma parte da linha de dutos, em substituição ao método convencional, com o objetivo de acelerar a execução do projeto e evitar impacto ambiental.

De acordo com o engenheiro Edson Peev, da empresa Asserc, que representa os equipamentos da marca no Brasil, o modelo usado foi um pipe-jacking do tipo slurry, que opera com bombeamento de lama para sustentar as paredes do túnel escavado, para lubrificar as ferramentas de perfuração e diluir o material removido para o seu transporte. “A alternativa ao seu uso seria a construção de uma ponte de serviço para o lançamento dos dutos, com a abertura de uma grande trincheira da praia até o mar, a cravação de estacas e a dragagem de uma grande quantidade de areia, um processo trabalhoso e lento.”

A obra em questão integra o programa da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (Sabesp) para a despoluição das praias paulistas e está sendo executada pelo consórcio composto pelas construtoras Norberto Odebrecht e Carioca . Elas respondem pela instalação de um emissário submarino de 4.095 m de extensão, dos quais 705 m foram executados em túnel de concreto, da praia até a área posterior à zona de arrebentação do mar, e os 3.390 m restantes serão instalados em tubos de PEAD (polietileno de alta densidade), que avançam a partir desse ponto mar adentro.

A instalação da primeira parte do emissário foi especificada em túnel justamente para preservar a estrutura de eventuais danos provocados pelos movimentos do mar. Além do impacto ambiental e da interdição de uma faixa da praia, sua construção pelo método convencional consumiria entre oito e 10 meses de trabalho. Com o uso do minishield, o consórcio construtor registrou um avanço médio da obra de 15 m/dia, com picos de até 40 m/dia na cravação de tubos de concreto armado de 1.750 mm de diâmetro externo, sem provocar qualquer interferência no cotidiano dos banhistas da Praia Grande.

Divisão de esforços

Para isso, um poço escavado entre a avenida beira-mar e o início da praia possibilitou o posicionamento do pipe-jacking para início das escavações subterrâneas. Devido à extensão do túnel, que avançou até atingir uma zona com cerca de 8 m de lâmina d’água, o projeto contemplou a instalação de cinco estações intermediárias, como forma de dividir os esforços de cravação sem a abertura de poços ao longo do traçado. “O limite nesse tipo de operação é de 150 m, pois a partir dessa extensão os esforços aplicados pelos cilindros hidráulicos podem danificar os tubos de concreto”, explica Peev.

A solução para o problema foi instalar estações intermediárias, em distâncias médias de 130,5 m, para dividir os esforços de cravação ao longo do traçado. Dessa forma, ao se atingir a distância necessária para a nova estação, lançava-se entre os tubos uma camisa metálica intermediária, dotada de cilindros hidráulicos para estender a capacidade de cravação. Com isso, o projeto também se tornou pioneiro no País ao executar a cravação contínua de 705 m de tubos de concreto em obras de emissário submarino, sem a abertura de poços intermediários.

Edson Peev explica que o equipamento mobilizado, um pipe-jacking modelo AVN 1500, atinge uma força de cravação de 850 t, à qual se adicionou mais 780 t de capacidade por meio das estações intermediárias. “Além disso, ele foi equipado com cabeça rotativa provida de bits, para a escavação de matacões, e de uma câmara hiperbárica para acesso à frente de perfuração.” Por meio dessa área, dotada de pressurização por ar comprimido, o funcionário pode realizar a troca das ferramentas de corte na frente de serviço com total segurança e maior rapidez na execução do trabalho.

Cuidados com a lubrificação

Apesar da precaução no dimensionamento do shield, o engenheiro ressalta que a escavação do emissário não se deparou com afloramentos de rocha. Mesmo assim, devido à versatilidade na sua configuração, que permite perfurar formações rochosas e areia, o equipamento será mobilizado para a execução de outra obra integrante do projeto da Sabesp para a despoluição das praias da Baixada Santista “Equipamentos do tipo slurry são indicados para escavações em areia, situação na qual são muito produtivos e eficientes”, ressalta o engenheiro.

A única observação, nesses casos, é ficar atento ao limite de esforço imposto pelos cilindros hidráulicos aos tubos de concreto. “A boa lubrificação dos tubos também é fundamental e ajuda a reduzir o atrito em cerca de 50% a 80%.” Por esse motivo, além de contar com estações para a produção da lama usada no processo e para remover os sólidos presentes na polpa resultante da escavação, o equipamento opera também com uma instalação para produzir lubrificante à base de bentonita.

O material lubrificante é bombeado por meio de tubulações, que percorrem o interior do túnel executado até perfurações existentes em determinados tubos de concreto, permitindo seu acesso à face externa durante a cravação. “Nesse projeto, a cada 15 m de distância os tubos usados contavam com três furos dotados de uma válvula de controle, de forma a permitir o escoamento do lubrificante para fora e impedir o ingresso de água no interior da linha.” A preocupação com a estanqueidade também determinou a produção dos tubos, que foram projetados com um anel de borracha, numa das suas extremidades, e um segmento de aço, na outra, para a completa vedação da linha.

Resgate no mar

O cuidado com a estanqueidade da tubulação instalada também se manifestou no momento de retirar o pipejacking no meio do oceano, a uma distância de cerca de 600 m da praia, com uma lâmina d’água de 8 m sobre si e a uma profundidade de cerca de 2 m do fundo do mar. “Para promover um equilíbrio entre as pressões interna e externa, a linha foi vedada e no último segmento, onde programamos a retirada do equipamento, realizamos sua inundação com a abertura de comportas do shield.”

Para proporcionar eficiência à operação, Peev explica que o equipamento conta com pistões hidráulicos específicos para o desacoplamento da tubulação instalada. “Além de dispor de clinômetro para controlar a inclinação e de um sistema de direção do tipo giro/compasso, que permite a realização de curvas, ele possui um localizador de norte que facilita encontrá-lo na hora do resgate.” Dessa forma, quando o pipe-jacking concluiu a instalação do túnel, uma draga removeu a areia sobre ele para a sua retirada. A operação mobilizou mergulhadores e um guindaste sobre balsa, além de uma pequena frota de embarcações de apoio.

A partir desse ponto, o projeto do emissário submarino contempla sua execução com dutos de PEAD revestidos de concreto em determinados pontos, para sua fixação no fundo do mar. Para garantir a estanqueidade da linha e facilitar a instalação dos dutos – uma tarefa que exige a mobilização de mergulhadores – eles foram projetados para contar com um máximo de dois pontos de solda, totalizando três seções contínuas de tubos. Uma delas, aliás, com 1.130 m de extensão, estabelece um novo recorde no País ao figurar como o mais longo duto de PEAD usado em obras desse tipo.

Mercado aquecido

Para Jonny Altstadt, diretor geral da Asserc, os projetos de saneamento previstos no Brasil e demais países da América do Sul devem manter aquecido o mercado de equipamentos para construção de túneis de pequeno diâmetro, como pipe-jackings e shields de menor porte. “Trata-se de uma demanda da sociedade, principalmente no que se refere à despoluição de baías com alta concentração populacional em seu entorno”, diz o executivo.

Nessa área, além dos projetos em execução na Baixada Santista, sua empresa responde pelo fornecimento do shield usado na implantação do emissário submarino de Salvador (BA). Trata-se de um equipamento de tecnologia alemã, modelo AVN 1800, com capacidade para instalar tubos de concreto de 2.000 mm de diâmetro externo em solo rochoso. Segundo Altstadt, ele está sendo usado pela concessionária de saneamento Jaguaribe na execução de cerca de 1.750 m de emissários, dos quais 1.250 m em terra e o restante no mar. “Além disso, temos a expectativa de outros projetos desse tipo em alguns países da América do Sul”, ele complementa.

O mesmo clima de otimismo é compartilhado pela norte-americana Robbins que, assim como a alemã Herrenknecht, produz uma ampla linha de equipamentos para escavação de túneis, desde pipe-jackings e pequenos shields, até tuneladoras de grande porte (TBMs) em diferentes configurações. “O mercado está aquecido e ávido por soluções que proporcionem rapidez e redução de custos à obra”, afirma Orlando Beck, diretor da empresa Obeck, que recentemente firmou contrato com a fabricante norte-americana para a representação de seus equipamentos no País.

O empreiteiro Arno Busnello, diretor da construtora Toniolo, Busnello, confirma o aquecimento desse mercado, mas aponta outro motivo para a forte demanda desses equipamentos. “Apenas este ano, teremos que executar 40 km em obras de túneis, todas relacionadas à adução de pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), o que certamente exigirá investimentos em tuneladoras”, ele pondera.

Estudo geológico

Joe Roby, vice-presidente da Robbins, explica que os equipamentos são desenvolvidos e fabricados quase sob encomenda diante da diversidade de configurações possíveis. “Antes de escolher o equipamento, o usuário precisa realizar um profundo estudo geológico para conhecer as condições nas quais irá operar.” Ele explica que a linha de shields compreende desde pequenas unidades para travessias sob rodovias e estradas de ferro – em geral com extensões máximas de 100 a 150 m – até pipe-jackings e equipamentos para microtúneis que executam lances contínuos acima de 250 ou 600 m.
Na linha das tuneladoras de grande porte (TBM – tunnel boring machine), a autonomia chega à faixa de 15 km ou mais.

Os diâmetros também variam para atender às exigências de cada projeto, de 300 mm até os TBMs que atingem 14,4 m de diâmetro máximo. De acordo com o princípio operacional do equipamento, que pode ser do tipo slurry, com cabeça de corte rotativa ou rosca sem-fim, ele terá aplicação em determinados tipos de solos, como areia, argila, rocha ou solos mistos. A configuração do equipamento também determina se ele poderá ser aplicado apenas em escavações acima do lençol freático ou mesmo em solos encharcados.

Outro ponto a se considerar para a eficiência da operação, de acordo com Roby, é a escolha correta da ferramenta de corte, sendo que alguns modelos têm capacidade para escavar rochas que demandam até 300 MPa de compressão. Ele explica que a definição dos bits e sua durabilidade são determinadas pelo tipo de rocha, pelo percentual de sílica, a velocidade de avanço da cabeça de corte, a ocorrência de fraturas e até mesmo o ângulo dessas fissuras em relação ao eixo do túnel. “Num trecho de 10 km, é possível encontrar 15 tipos diferentes de formação rochosa.”

Mesmo assim, o especialista avalia que, numa frente de rocha sedimentar, os bits podem escavar cerca de 1 km até o fim de sua vida útil. “Obviamente, o usuário deve realizar o rodízio dessas ferramentas entre as áreas com maior e menor desgaste, de forma a ampliar sua durabilidade.”

Grandes diâmetros

Na linha das tuneladoras de grande diâmetro, o executivo explica que as configurações podem variar desde os TBMs de frente aberta, que possibilitam baixo custo à escavação de rocha sã, até os equipamentos com couraça dupla, que ejetam as aduelas de concreto simultaneamente ao avanço da cabeça de corte, conferindo alta produtividade ao serviço. “Se a escavação ocorrer em rocha sem autosustentação, o equipamento pode ser dotado de um sistema que realiza a instalação de vergalhões de aço simultaneamente ao avanço do shield, evitando a queda de matacões”, ele afirma.

A empresa ainda não dispõe de equipamentos em operação no Brasil, onde acaba de aportar para a disputa desse mercado. Como cartão de visita, ela apresenta um projeto de irrigação que está sendo implantado pela Odebrecht no Peru, com a escavação de 19,3 km de túnel, dos quais 13,9 km foram executados com um TBM de frente aberta fornecido pela Robbins. O túnel Transandino de Olmos, como foi batizado o projeto, tem 5,3 m de diâmetro e atravessa o eixo da Cordilheira dos Andes, no sentido da região Amazônica para o litoral peruano.

Durante essa travessia, a obra teve que vencer diferentes formações rochosas, cuja dureza varia de 65 a 225 MPa, passando por muitas falhas geológicas. Para conter os desabamentos de rochas, que representavam um risco à segurança da operação, a tuneladora foi equipada com o sistema de lançamento de vergalhões descrito anteriormente, formando uma “malha de barras de aço” no teto do túnel escavado. “Com isso, evitamos o colapso da estrutura, contendo a queda de matacões soltos e o desplacamento de rochas maiores”, conclui Roby.