Túneis urbanos: métodos, tatuzões dos metrôs brasileiros e a conta do recalque
Um túnel urbano é planejado a partir de três perguntas: que solo existe embaixo da cidade, onde está a água subterrânea e quanto o chão pode afundar sem trincar os prédios de cima. As respostas escolhem o método. Em solo mole, abaixo do lençol freático e sob avenidas movimentadas, a escolha comum é a tuneladora, o tatuzão, que escava e reveste o túnel ao mesmo tempo. Perto da superfície e com espaço livre, a vala a céu aberto costuma ser mais barata. Em rocha ou em trechos curtos de formato variável, usa-se o concreto projetado.
Este artigo compara os métodos, faz a conta do recalque na superfície por uma fórmula que a engenharia usa desde 1969, traz os números das tuneladoras dos metrôs de São Paulo e do Rio e explica o que deu errado em Pinheiros, em 2007.
Os três métodos de escavação
| Método | Como funciona | Quando costuma ser usado |
|---|---|---|
| Vala a céu aberto (cut and cover) | escava-se uma trincheira, constrói-se a caixa de concreto e cobre-se de volta | túneis rasos e estações, onde é possível interditar a superfície |
| Concreto projetado (NATM) | escava-se em etapas curtas e reveste-se logo com concreto lançado por jato, treliças e tirantes | rocha, cavernas de estação e trechos de seção variável |
| Tuneladora (TBM) | uma máquina cilíndrica escava na frente e monta anéis de concreto pré-moldado atrás | trechos longos em solo mole ou sob água, com pouca interferência na superfície |
As tuneladoras de solo se dividem em dois tipos. A de pressão de terra, chamada EPB, usa o próprio material escavado, amassado numa câmara, para segurar a frente; funciona melhor em argilas e siltes. A de lama bentonítica injeta uma lama sob pressão na frente e serve para areias e cascalhos permeáveis com muita água, ao custo de uma usina de separação no canteiro, segundo a comparação da SI Engineering. Como a areia se comporta sob carga está no artigo sobre construção em solo arenoso.
Os tatuzões dos metrôs brasileiros
| Obra | Diâmetro | Avanço | Dado |
|---|---|---|---|
| Linha 4 Amarela, São Paulo | 9,46 m | média de 15 m/dia, melhor dia 28,5 m | 6.444 m escavados em silte, areia e areia argilosa, de 2007 a 2009 |
| Linha 4, Rio de Janeiro | 11,46 m | não informado nas fontes consultadas | 1.790 anéis em 3.620 m, de dezembro de 2013 a abril de 2016 |
| Linha 6 Laranja, São Paulo | 10,61 m | 12 a 15 m/dia | máquina de 109 m de comprimento e cerca de 2.000 t |
Os dados vêm da Herrenknecht para a Linha 4 paulista, da Tunnels and Tunnelling para o avanço, da Herrenknecht para o diâmetro da máquina do Rio e do Tunnelbuilder para os anéis e as datas, e do Diário do Transporte para a Linha 6. O revestimento da Linha 4 paulista é feito de anéis de 1,5 m de largura e 35 cm de espessura, com oito segmentos de concreto pré-moldado cada.
A conta do ritmo: a 15 m por dia, os 6.444 m da Linha 4 levariam 6.444 / 15 ≈ 430 dias de escavação, cerca de 14 meses. A obra levou cerca de 31 meses entre o início e a chegada ao último poço, porque a máquina para nas estações, em manutenção e em trechos difíceis (conta nossa, com as datas da Herrenknecht).
A conta do recalque: quanto o chão afunda
Toda escavação tira um pouco mais de solo do que o volume do túnel, porque o terreno se move na direção do vazio antes de o revestimento segurar. Essa sobra, chamada perda de volume, aparece na superfície como uma bacia de recalque. O engenheiro Ralph Peck mostrou em 1969 que a bacia tem a forma de uma curva de Gauss, e as fórmulas seguem em uso, segundo um artigo da revista Tunnel de 2024:
- recalque a uma distância y do eixo: S(y) = Smáx × e−y²/2i²;
- largura da bacia: i = K × z0, com z0 a profundidade do eixo e K perto de 0,5 em argila;
- recalque máximo: Smáx = VL × (π × D² / 4) / (2,507 × i), com VL a perda de volume.
Exemplo com a tuneladora da Linha 4 paulista. Premissas: D = 9,46 m, eixo a 20 m de profundidade (premissa nossa), K = 0,5 e perda de volume de 0,5%, valor coerente com a mediana de 0,41% medida em 78 obras com EPB na mesma revisão:
- área do túnel: π × 9,46² / 4 ≈ 70,3 m²;
- volume perdido por metro: 0,005 × 70,3 ≈ 0,35 m³;
- largura da bacia: i = 0,5 × 20 = 10 m;
- recalque máximo: 0,35 / (2,507 × 10) ≈ 0,014 m, cerca de 14 mm.
Quanto mais fundo o túnel, mais larga e mais rasa fica a bacia. O mesmo volume perdido se espalha por uma faixa maior, e cada prédio sofre menos inclinação.
O que aconteceu em Pinheiros, em 2007
Em 12 de janeiro de 2007, a caverna da futura estação Pinheiros, da Linha 4, desabou e abriu uma cratera na superfície. Sete pessoas morreram, entre elas os passageiros de um micro-ônibus que caiu no buraco. O trecho era escavado pelo método de concreto projetado. As causas foram disputadas: o laudo do Instituto de Pesquisas Tecnológicas, citado pela promotoria, apontou erros de execução, e o consórcio construtor atribuiu o acidente a condições naturais do terreno, segundo o Vermelho. Uma análise publicada na Tunnels and Tunnelling aponta um bloco de rocha que as sondagens não detectaram e um tubo trincado que encharcou a argila. O caso virou referência de por que a investigação do subsolo e o monitoramento durante a obra pesam tanto quanto o cálculo.
Água, ar e custo
Abaixo do lençol freático, o túnel é uma caixa sob pressão de água. Os anéis pré-moldados levam juntas de vedação, e trechos moldados no local precisam de impermeabilização contínua, como mostra o guia de impermeabilização.
Em caso de incêndio, a ventilação precisa empurrar a fumaça para um lado só, para que as pessoas escapem pelo outro. A velocidade mínima de ar para isso, chamada velocidade crítica, ficou em torno de 2,5 a 3,0 m/s em ensaios de grande escala como o do Memorial Tunnel, nos Estados Unidos, segundo um estudo apresentado na conferência de túneis de Graz. Ventiladores a jato pendurados no teto produzem esse fluxo.
O custo é alto e varia muito. O Transit Costs Project, que compara obras de metrô no mundo, registra cerca de US$ 380 milhões por quilômetro para a Linha 4 do Rio, em valores ajustados por paridade de poder de compra, contra cerca de US$ 61 milhões na linha de Catânia, na Itália, uma das mais baratas da base do projeto. Os valores cobrem a linha inteira, com estações e sistemas. O túnel submarino mais conhecido da Europa está no artigo sobre o Canal da Mancha.
Perguntas frequentes
Como funciona o tatuzão do metrô?
A frente da máquina gira e escava, uma câmara pressurizada segura o solo, e atrás uma garra monta anéis de concreto pré-moldado que formam o revestimento. A máquina avança empurrando-se contra o último anel montado.
Quantos metros por dia uma tuneladora escava?
Nas fontes consultadas, de 12 a 15 m por dia em média nos metrôs de São Paulo. O melhor dia da Linha 4 chegou a 28,5 m.
Por que os prédios não afundam quando passa um túnel embaixo?
Afundam um pouco. Com perda de volume de 0,5% e eixo a 20 m, o recalque máximo estimado fica perto de 14 mm, pequeno o bastante para a maioria das construções. A obra monitora os prédios durante a passagem.
Qual a diferença entre NATM e tuneladora?
No NATM, a escavação é feita em etapas curtas e revestida com concreto projetado. Na tuneladora, uma máquina escava e monta anéis pré-moldados ao mesmo tempo, num ritmo contínuo.
Quanto custa um quilômetro de metrô?
Na base do Transit Costs Project, de cerca de US$ 61 milhões a cerca de US$ 380 milhões por quilômetro nos exemplos citados aqui, conforme o país e a obra. A Linha 4 do Rio ficou na parte alta da faixa.
O planejamento de um túnel urbano é, no fundo, a gestão de um volume perdido: o pouco de solo que se move antes de o revestimento segurar decide o recalque de todos os prédios acima. Ao avaliar uma obra de metrô, a pergunta que mais importa é como o terreno foi investigado e monitorado, porque é ali que os acidentes começam. Outras obras desse porte estão na lista das maiores obras de engenharia.
