Mekteb-iHarbiye-i Şahane’nin Kuruluş Gerekçeleri

Durante a escavação de um túnel é muito comum a interceptação de linhas de água ou aquíferos subterrâneos, o que origina grandes dificuldades na execução da obra. Isto porque a escavação cria um grande dreno para o qual afluem as águas dos aquíferos intersectados, levando à diminuição da resistência do maciço, ao aumento das pressões sobre o sustimento e revestimento, à expansão e amolecimento das argilas, à possibilidade de originar cavernas em materiais salinos e à diminuição dos rendimentos de escavação (figura 4.7).

Figura 4.7: Bombagem da água de uma frente de escavação inundada.

A água que é encontrada nos túneis provém principalmente da infiltração de águas nos maciços (figura 4.8), ou seja, é água proveniente da chuva, do degelo da neve, dos rios, das ribeiras, lagos e outros. Poderá ainda provir de depósitos subterrâneos que ficaram retidos aquando da formação das rochas e poderá ainda aparecer água salgada, se o túnel for escavado por baixo do mar ou nas proximidades.

De acordo com DIEZ LÓPEZ (1997), é importante identificar a origem da água que irrompe nas escavações sendo que é dividida em dois grupos: água superficial e água subterrânea. A água superficial está relacionada com rios, lagos, estuários e mares, sendo importante dispor de registos dos níveis dos rios e lagos e a sua relação com as precipitações. Em zonas submetidas as acções das marés é importante possuir dados sobre marés e ondulação. A determinação destes níveis e as suas variações constituem um papel importante do estudo que é realizado através das sondagens e instalação de piezómetros.

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Para controlar e conhecer a circulação da água subterrânea numa zona é necessária a realização de um estudo da hidrologia local, de forma a interpretar a partir das previsões geológicas das situações dos aquíferos, as direcções mais prováveis de circulação e posição dos níveis freáticos. É necessário igualmente ter em consideração que a água circula pelas descontinuidades e estimar a permeabilidade direccional preferencial. A água poderá causar vários problemas à execução de um túnel, tais como a instabilidade da escavação provocada por um gradiente hidráulico elevado nos hasteais do túnel, a diminuição das propriedades resistentes do terreno e assentamentos das estruturas apoiadas em depósitos de solos.

Ainda segundo LÓPEZ (1997), para evitar estas situações, deverão ser tomadas precauções perante situações como caudais de água em maciços muito fracturados, às pressões hidráulicas que são exercidas sobre os revestimentos impermeáveis, à alteração das propriedades plásticas e resistentes dos solos e dos maciços pela acção da água e à reacção física e química da água com certas rochas (gesso por exemplo), que originam sustimentos importantes assim como tratamentos especiais.

Figura 4.8: Fluxo de água para o interior da escavação (adaptado de VALLEJO, 2002).

Os túneis que decorrem abaixo do nível freático estão submetidos á pressão da água, aumentando a pressão sobre o túnel devido ao impulso hidráulico. Esta situação ocorre sobretudo em formações geológicas recentes tais como solos aluvionares permeáveis. Uma boa drenagem nos túneis, com extracção das águas recolhidas, reduz as pressões hidrostáticas. A água geralmente é drenada facilmente sendo normal continuar fluindo e goteando ao longo do túnel, levando a criação de humidades no revestimento dos túneis, se não forem aplicadas técnicas especiais de impermeabilização.

4.4. Metodologia

Segundo FERNÁNDEZ (1997), o objectivo de todo o reconhecimento preliminar é conhecer e quantificar os atributos mais relevantes em função das características da obra, em relação a dois modelos: o geológico e o geotécnico.

O modelo geológico deve abordar aspectos como a estratigrafia, a estrutura do maciço, a litologia, as superfícies de contacto e a distribuição de litologias, a geomorfologia, a espessura e as características do manto de alteração, a espessura dos materiais de recobrimento e a posição e mobilidade da água. Todos estes aspectos fornecem dados para a elaboração do perfil geológico-geotécnico da escavação, que normalmente é um perfil longitudinal apoiado em perfis transversais.

O modelo geotécnico deve incorporar no modelo geológico todos os parâmetros físicos, resistentes e deformáveis do maciço, tanto os seus valores médios mais representativos e locais como também a sua variabilidade.

Para alcançar um modelo geotécnico adequado é necessário uma investigação bibliográfica da área, uma cartografia geológico-geotécnica da superfície, um estudo hidrogeológico, as classificações geomecânicas, um levantamento das descontinuidades, o uso de técnicas geofísicas, a realização de sondagens assim como ensaios in situ e de laboratório.

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Todas estas actividades estão relacionadas entre si, sendo possível definir quatro fases de investigação, indicadas na figura 4.9.

Figura 4.9: Faseamento das actividades de caracterização geotécnica. 4.4.1. Estudos prévios

Os estudos prévios baseiam-se sobretudo em trabalhos de campo, tais como a execução de uma cartografia geológico-geotécnica, a realização de estações geomecânicas e de um inventário dos cursos de água.

 Cartografia geológico-geotécnica

A cartografia geológica da área de estudo constitui a base para todos os trabalhos de reconhecimento e caracterização, proporcionado o enquadramento necessário para todos os dados obtidos por esses trabalhos. Através desta cartografia são diferenciados os materiais do substrato rochoso dos materiais de recobrimento superficiais com vista à elaboração de um mapa de afloramentos. Das formações do substrato são retirados dados sobre para a classificação geomecânica (RMR, Q e GSI), a resistência da rocha matriz, o grau de meteorização e a sua espessura. Dos materiais de recobrimento são extraídos dados sobre a morfologia, litologia e a espessura dos depósitos.

A cartografia fornece ainda elementos para a avaliação do grau de estratificação e informação relativa as descontinuidades existentes no maciço.

Durante estes trabalhos é realizado um inventário das linhas de água existentes na área, avaliando as características hidrogeológicas do maciço e recolhendo dados que possam fornecer informação acerca da posição da água no maciço e a sua mobilidade.

 Estações geomecânicas

A execução de estações geomecânicas em lugares previamente seleccionados está relacionada com os trabalhos de cartografia anteriormente relatados. Os objectivos dos trabalhos realizados nestas estações são a definição dos tipos de litologia, a classificação geomecânica, o levantamento do grau de fracturação do maciço e a avaliação do estado de tensão.

Na identificação dos vários tipos de litologia são definidas todas as características mecânicas e litológicas similares que existam na área de estudo. Para cada tipo de litologia devem ser efectuado ensaios de resistência à compressão simples (através da prensa Franklin ou do esclerómetro Schmidt).

Para a classificação mecânica do maciço, e de forma a obter um valor para a sua qualidade geotécnica, são utilizadas as classificações de Bieniawski (através do índice RMR), a classificação de Barton (índice Q) e o sistema GSI, que serão descritas no próximo capítulo.

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O estudo do grau de fracturação do maciço engloba o levantamento das descontinuidades estruturais, a correlação entre as diaclases e a fracturação assim como uma estimativa do estado de tensão. Para cada plano de descontinuidade identificado, deverá ser obtido o tipo de plano, a sua orientação, o seu espaçamento, a sua continuidade, a sua rugosidade, a sua resistência á compressão simples, a presença de água e outros.

 Hidrogeologia

O objectivo deste estudo é determinar os aquíferos que podem afectar a escavação, identificando a quantidade e a extensão dos mesmos, a condutividade hidráulica das formações e a existência barreiras impermeáveis.

De acordo com FERNÁNDEZ (1997), para identificar estes parâmetros, o estudo hidrogeológico deverá abordar a localização dos níveis freáticos, assim como a sua variação e a sua carga ao longo do túnel, a delimitação dos aquíferos e das suas fontes de alimentação e recarga, a existência de aguas que reajam quimicamente com o betão, a localização de barreiras ou fronteiras do fluxo subterrâneo, a estimativa das diferentes camadas de permeabilidade, transmissibilidade e capacidade de armazenamento (ensaios Lugeon ou Lefranc nas sondagens de reconhecimento), a obtenção de dados sobre caudais afluentes para os sistemas de drenagem e impermeabilização a implementar no túnel, assim como a localização de cursos de água.