Conheça mais detalhes das Tunnel Boring Machines, usadas na escavação de túneis metroviários

Pela maior produtividade na escavação de túneis, as Tunnel Boring Machines (TBM) – ou tatuzões – se tornaram importantes elementos das obras metroviárias do País. O equipamento perfura, em média, de 10 m a 14 m por dia.

O uso das tuneladoras depende inicialmente da extensão do túnel, segundo Matheus Herrmann, coordenador de TBM do Consórcio Expresso Linha 6 de São Paulo. “Para túneis padrão, o custo e o prazo de implantação de uma TBM compensam se o túnel tiver comprimento igual ou superior a 4 km.” Além disso, túneis complexos, mesmo de comprimento inferior, exigem o uso da máquina: “É o que ocorre em travessias em zonas pantanosas ou sob grandes densidades demográficas”.

DIVULGAÇÃO: METRÔ LINHA 4
Enquanto realiza a escavação, máquina instala aduelas para revestimento do túnel

Outro ponto a considerar é o projeto executivo, que deve estar direcionado para essa forma de escavação, diz Wilson Iyomasa, pesquisador do Centro de Tecnologias de Obras de Infraestrutura (CT-Obras) do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). “É fundamental o conhecimento das características do terreno por meio de sondagens, ensaios laboratoriais, investigações de campo etc. para que a máquina seja construída levando-se em consideração esses parâmetros. O pedido para fabricação deve ser feito um ou dois anos antes de iniciar a escavação.”

Herrmann avalia que, além de otimizar o consumo de materiais de construção e de energia elétrica, a TBM diminui o prazo de escavação e o número de retrabalhos e tratamentos pós-execução. “Seu impacto social e ambiental também é menor, pois todo o trabalho de escavação é subterrâneo”, diz. A máquina opera a uma profundidade de aproximadamente 12 m, sempre pelo leito das ruas.

Modelos
No Brasil, segundo Herrmann, já foram adotados três tipos de TBM – EPB, Rock e Slurry. O EPB (do inglês, Earth Pressure Balance) é indicado para solos moles e rígidos. O equipamento aplica sobre a parede do túnel uma pressão igual ao peso da terra removida. O material escavado pela roda de corte é utilizado para equalizar a pressão de frente e garantir a sustentação do túnel. “Ele condiciona o solo para que ele perca densidade e ganhe maleabilidade, ao mesmo tempo em que o impermeabiliza com bentonita e graute”, diz.

Iyomasa diz que esse modelo, usado na Linha 4 – Amarela do metrô de São Paulo, possui uma câmara à frente da escavação e que fica pressurizada para reduzir o risco de ocorrer ruptura ou afundamento da superfície durante o processo. “A cabine de comando, com ar-condicionado, tem de 15 m a 20 m de comprimento e concentra os principais componentes”, diz. No total, a tuneladora pode superar os 100 m.

A broca de perfuração é composta por inúmeros discos com corte. À medida que ela se movimenta, os discos escavam o solo ou material. Este é removido por um trado helicoidal ou parafuso de rosca sem-fim, que o transporta até uma esteira de borracha de 6 km a 10 km de comprimento. Ela transporta o material até o poço de saída.

O tipo Rock pode ser telescópico ou simples e escava rochas das classes 1 a 3 sem pressurização – sua frente é aberta, sem pressão de injeção.

O terceiro modelo é o Slurry, ideal para solos muito moles, pantanosos ou de baixa pressão. “Ele funciona com o mesmo balanceamento do EPB, mas condiciona o solo para que se torne uma lama, por meio de injeção sistemática de bentonita”, diz Herrmann. “Essa lama é retirada do túnel por uma planta separadora, na qual a bentonita é recuperada e reutilizada no processo de escavação.”

A TBM, ao mesmo tempo em que escava, instala anéis pré-moldados de concreto, as aduelas, que formam a estrutura definitiva do túnel seguindo o conceito de arco romano. Os segmentos de aduelas são elevados por um guincho de transferência e transportados até a parte dianteira do túnel. Após montados e instalados os anéis, a folga anular entre o solo e o conjunto formado pela carcaça e o lado externo do revestimento é continuamente preenchida com graute, para proporcionar uma vedação externa ao túnel e estabilizá-lo.

Com cada movimento de avanço do tatuzão, o sistema de backup do equipamento é puxado sobre rodas apoiadas nos anéis do túnel. A estrutura de aço acomoda também as unidades de acionamento hidráulico, bombas, quadros elétricos de distribuição, sistemas de ventilação, instrumentos de navegação a laser e tanques de armazenamento de condicionadores do solo, além de soluções de logística para fornecimento dos anéis segmentados e remoção do material escavado.

O tatuzão adotado nas obras da Linha 4 do Metrô do Rio de Janeiro foi encomendado pelo Consórcio Linha 4 Sul à empresa alemã Herrenknecht. Trata-se de um modelo EPB que pesa 2.700 t e mede 123 m de comprimento por 11,5 m de diâmetro. Segundo informações do consórcio, ele é dotado de uma tecnologia que o torna capaz de trabalhar em solos totalmente distintos, como rocha e areia ou argila.

Em São Paulo, os dois shields que serão usados nas obras da Linha 6 – Laranja do metrô foram importados da China. “A indústria nacional não possui o know-how necessário para fabricar uma TBM”, diz Herrmann. Houve uma pré- -seleção com três fabricantes, e a francesa NFM foi escolhida. “Toda a parte de caldeiraria, usinagem e montagem mecânica foi feita na China, mas 100% da parte tecnológica da TBM, mais de 500 t em equipamentos, é de fabricação europeia.”

Herrmann conta que a TBM vem desmontada, em carga única, a bordo de um navio fretado. São mais de 50 peças de grande porte e 40 contêineres de equipamentos. A máquina a ser usada em São Paulo, na linha 6, pesa 1.700 t.

KAPTIMAGEM-KATARINE ALMEIDA/METRÔ LINHA 4
Diariamente, tuneladora usada na Linha 4 do metrô do Rio passa por revisões

Contratação 
Entre os modelos de contratação dos tatuzões, o mais comum é o preço unitário (PU). “É o mais favorável do ponto de vista de segurança ao contratante, já que se paga por atividade que é executada”, diz Iyomasa. “Mas essa forma de execução é mais cara. A solução extrema oposta é o Turnkey, ou contrato ‘porteira fechada’, quando o contratante recebe tudo pronto e em funcionamento. Nesse caso, porém, ele praticamente não interfere no processo construtivo. Segundo consultores internacionais, no caso de se executarem túneis urbanos, o melhor é fazer um contrato do tipo PU.”

A manutenção do tatuzão obedece a cronogramas que preveem intervenções diárias, semanais e mensais, além de emergenciais. Segundo Herrmann, ela é feita por técnicos elétricos, eletrônicos, hidráulicos e mecânicos especializados.

No Rio, o equipamento opera com uma equipe de cerca de 100 pessoas por turno, sendo 30 diretamente na máquina. Diariamente, a tuneladora passa por revisões para verificar todos os componentes envolvidos, listados em um rigoroso checklist montado em parceria com a fabricante.

Durante as passagens pelas estações, são realizadas manutenções programadas, já que nesses locais os colaboradores do Consórcio Linha 4 Sul conseguem ter acesso completo à máquina alemã, executando, entre outros serviços, a limpeza de peças, a lubrificação, o reparo com solda na roda de corte, a verificação do desgaste das ferramentas de escavação e a troca de componentes, além das atividades diárias, como verificações dos níveis de óleo e ajustes nas bombas.

As manutenções da TBM são programadas com grande antecedência, pois, apesar de o Brasil possuir grande parte dos fornecedores de peças e materiais, existem algumas peças especiais que somente o fabricante providencia. Nesse caso, é necessário controlar e planejar com cuidado a importação dos componentes, para que não haja impactos no cronograma de execução.

Uma novidade em relação à manutenção desses equipamentos é o monitoramento online da operação pelo fabricante. “É uma forma de garantir segurança”, diz Iyomasa, do IPT.

Ao final da escavação do túnel, só os componentes eletrônicos da cabine do shield são retirados – o restante do corpo da tuneladora é abandonado no subsolo. “O custo da desmontagem e da remoção não compensa, já que o preço das toneladas de aço a ser reaproveitado é bem menor”, diz o especialista do IPT.

Por Edson Valente