Introdução

Túneis são estruturas fundamentais para soluções viárias eficientes, sendo bastante utilizados em regiões com topografia acentuada de modo a evitar gastos exacerbados com movimentações de solo, devido à cortes e aterros no terreno, e com materiais de construção, nos casos em que a alternativa consiste em construção de pontes e viadutos.

Outra utilização típica dessa estrutura objetiva otimizar o fluxo de veículos com a devida segurança, ao promover, por exemplo, o tráfego em nível de vias que se interceptam. No âmbito industrial, é possível garantir que veículos de pequeno e médio porte não se interceptem em nível com veículos fora de estrada, aumentando a segurança e o conforto das pessoas e trabalhadores que lá trafegam, além de elevar a velocidade média da via.

Existem diversas categorias de túneis, mas o destaque é dado aos túneis corrugados, devido às várias qualidades associadas ao seu método construtivo: facilidade e velocidade de execução, alinhados com o baixo custo de construção e a possibilidade de dimensionamento por catálogo, tornando a etapa de projeto mais rápida. Dentro dessa categoria, existem métodos destrutivos (Figura 1-a) e não destrutivos (Figura 1-b) de construção, que devem ser escolhidos a depender da realidade da obra.

Problema

A Kot auxiliou um de seus clientes após a identificação de que a condição de operação de um túnel estava incompatível com as prescrições de catálogo:

• A altura de solo sobre o túnel (aterro) superior ao máximo recomendado pelo fabricante;
• Peso do veículo que trafega sobre o túnel 20x superior ao utilizado no dimensionamento;
• O solo empregado na construção do aterro não apresentava as qualidades mínimas desejáveis, além de apresentar elevada heterogeneidade;

Além disso, o túnel apresentava sinais de que estava resistindo em condições limítrofes. Diversos parafusos estavam rompidos e outros vários estavam em processo de corrosão avançada.

Tendo em vista que o tráfego no interior do túnel é composto majoritariamente por automóveis de pequeno e médio porte, e que o tráfego sobre o túnel é composto por veículos fora de estrada, a possibilidade de colapso dessa estrutura coloca em risco a vida dos usuários que ali trafegam, além de afetar a conexão entre as cidades vizinhas e interrupção dos negócios do cliente.

Solução

A Kot realizou uma análise estrutural e geotécnica detalhada pelo método dos elementos finitos (MEF), com o intuito de verificar a segurança do túnel.

Esse tipo de estrutura é normalmente dimensionada por catálogos, de maneira analítica, com veículos e alturas de aterro bem definidos. A alteração nas premissas de cálculo torna necessário a construção de um modelo computacional elaborado, considerando-se a interação solo-estrutura para a modelagem matemática do problema.

Haja vista que o ativo apresentava ausência de parafusos e uma série de manifestações patológicas, foi necessário contabilizá-las nas análises para emissão de um parecer quanto a resistência atual do túnel (fitness for service). Os danos devido à ruptura de parafusos e a redução na resistência das chapas devido à perda de espessura foram contabilizados.

O histórico de solicitações do ativo foi simulado, desde a sua construção até a situação atual, de modo a contemplar o impacto das deflexões nos esforços solicitantes desenvolvidos nas chapas corrugadas.

A figura abaixo exibe o diagrama de momentos fletores durante a etapa de construção do ativo.

Os efeitos da carga móvel no túnel foram simulados por meio de um modelo 3D, de modo a verificar a influência do espraiamento das cargas no solo para a estrutura, considerando a possibilidade de sobreposição de tensões no interior do maciço. As Figura 3 e 4 exibem, respectivamente, o acréscimo de esforços axiais e de momentos fletores devido à presença da carga móvel sobre o túnel.

A partir dos esforços solicitantes, foi possível avaliar a condição durante a análise estrutural do túnel. Adicionalmente, verificou-se as tensões desenvolvidas no solo de aterro, provocadas pelo tráfego de veículos sobre o túnel, que são mostradas na Figura 5.

Desfecho

Após a análise estrutural e geotécnica detalhada realizado pela Kot, observou-se que o túnel estava em desacordo com os critérios normativos aplicáveis. As análises conduziram à uma situação limítrofe, indicando possibilidade de colapso da estrutura.

O cliente foi orientado a alterar as condições de operação do ativo, de modo a reduzir o risco envolvido nas operações. Uma das medidas consistiu no rebaixamento do aterro sobre o túnel, para que os esforços calculados fossem compatíveis com a sua resistência atual. Essa medida garante a segurança de todos que lá transitam, sem prejuízo à operação da linha de produção.

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