Guia ACI 533.5R sobre os principais aspectos do projeto, fabricação e construção de segmentos de túneis de concreto pré-moldado

Por Mehdi Bakhshi e Verya Nasri

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

Até a publicação do guia ACI 533, muito pouca orientação havia sido fornecida para projetistas e empreiteiros por 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 vedação, projeto de conexão, projeto de durabilidade e tolerâncias de ajuste e monitoramento. Este documento foi elaborado com base na cooperação mundial, experiência em túneis e recomendações nacionais e internacionais disponíveis. Além dos aspectos gerais do projeto, são apresentados os desenvolvimentos mais recentes em projeto e as últimas tecnologias relacionadas às tecnologias de revestimento de túneis TBM.

Os segmentos de túneis pré-moldados de concreto devem ser projetados usando o método de cálculo do fator de carga e resistência (LRFD). A Tabela 1 apresenta os casos de carga governantes e as combinações de carga fatorada para as quais os segmentos de túnel 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 túnel intradorso. A ACI 533.5R classifica os túneis em quatro categorias principais de ferrovias e metrôs, estradas, serviços públicos e túneis de água e esgoto. 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 da razão do diâmetro interno (DI) para a espessura do revestimento para diferentes tamanhos de túneis. Isso inclui um intervalo de 15-25 pol. para túneis de 13-18 pés com ID e um intervalo de 18-25 pol. para túneis com mais de 18 pés de ID. Para diâmetros de túneis de 19-23 pés, um comprimento de anel de 5 pés é recomendado, o que aumenta para um comprimento de anel de 6,5 pés para túneis maiores que 30 pés de diâmetro.

Figura 1: Esquema do espaço interno dos túneis rodoviários: a) seção na estação de bombeamento de ponto baixo, a) seção típica.

Anéis paralelos, anéis paralelos com anéis corretivos, anéis cônicos à direita/esquerda e sistemas de anéis universais (consulte a Figura 2) estão entre os diferentes sistemas de anéis segmentares. 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 afunilada perpendicularmente ao eixo do túnel e a outra face é inclinada ao eixo do túnel. A alternância de anéis cônicos direito e esquerdo em uma sequência produz um acionamento reto. A estanqueidade pode ser garantida com este tipo de anel, mas a exigência de diferentes tipos de conjunto de cofragem é uma desvantagem. Atualmente, o sistema de anel universal (Figura 2(c)) é o sistema mais convencional, onde frequentemente duas faces circunferenciais de cada anel são inclinadas 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 jogo 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 um número de segmentos que produzem uma relação de esbelteza de 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 túneis entre 36 a 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.