Como você constrói um túnel subaquático?

Ainda assim, durante a maior parte de nossa história de escavação de túneis, conseguimos sobreviver com engenhosidade. Os humanos cavaram túneis desde que os primeiros habitantes das cavernas decidiram escavar um quarto extra, e os fundamentos de escavação, apoio e avanço foram bem refinados na época em que os antigos gregos usavam túneis para irrigar e drenar suas terras agrícolas [fontes: Lane ; Browne ].

Os túneis subaquáticos também são surpreendentemente antigos. Em algum momento entre 2180 e 2160 aC, os babilônios construíram um dos primeiros exemplos conhecidos desviando o rio Eufrates. O túnel de 3.000 pés (900 metros) revestido de tijolos e apoiado em arco, que media 12 pés de altura por 15 pés de largura (4 metros por 5 metros), forneceu uma passagem de pedestres e carruagens entre o palácio real e o templo [fontes : Pista ; Browne ].

Durante séculos, os túneis foram empregados principalmente por mineiros e sapadores medievais, que cavavam sob as muralhas dos castelos para derrubá-los (daí o termo "minar"), mas o advento do transporte por canal - e, mais tarde, ferrovias - deu aos trabalhadores algo novo para afundar suas pás. Os séculos 18, 19 e 20 viram uma sucessão de projetos de túneis cada vez mais desafiadores, possibilitados por grandes melhorias nas técnicas de levantamento e ventilação. Mesmo assim, o perigo e as despesas atrasaram as tentativas de escavação de túneis subaquáticos até meados de 1800 [fonte: Lane ].

O que levanta a questão: se o túnel subaquático corre o risco de cavar sua própria cova, literal ou financeiramente, por que se preocupar? Muitos planejadores urbanos concordam, recorrendo aos túneis apenas quando as pontes congestionadas atingem a capacidade de asfixia. No entanto, as pontes também são problemáticas. Eles interferem no tráfego marítimo, ocupam propriedades valiosas à beira do rio e bloqueiam as vistas panorâmicas. Do ponto de vista da defesa, as pontes são alvos fáceis para ataques aéreos e podem constituir perigos se desmoronarem [fonte: Hewett ].

Os túneis, por outro lado, suportam marés, correntes e tempestades melhor do que pontes, podem atingir distâncias maiores e têm capacidade de carga praticamente ilimitada. Além disso, o custo por comprimento de um túnel cai à medida que ele se torna mais longo, enquanto para pontes o oposto é verdadeiro. Enquanto os túneis exigem um investimento inicial maior, as pontes representam a diferença nos custos de manutenção [fontes: Everglades Economics ; Hewet ].

Mas não vamos ter visão de túnel. Não há dúvida de que passagens sob terra e mar enfrentam vulnerabilidades de segurança e problemas de segurança específicos. Incêndios e acidentes representam ameaças terríveis nos túneis, e é por isso que os túneis ferroviários incluem passagens cruzadas onde os trens podem trocar de trilhos, juntamente com túneis de serviço que podem servir como rotas de fuga de emergência [fontes: Chan ; JR-Hokkaido ; WGBH ].

Parecem aterrorizantes, mas os túneis subaquáticos são tão comuns que raramente pensamos nos grandes perigos - e técnicas de construção extremas - que essas maravilhas modernas exigem.

1. Ponte (sob) águas turbulentas
2. Vermes de tamanho incomum
3. Deixando-o afundar

Ao mergulhar em qualquer projeto de construção extraordinário , algumas perguntas imediatamente surgem na areia: qual proposta se classifica como a maior, a mais profunda ou a mais perigosa de se construir? Com túneis subaquáticos, essas perguntas desafiam respostas simples. Cidades e países encomendam constantemente novos projetos. Quanto às estatísticas vitais, o diabo está entre os detalhes e o mar azul profundo.

Por exemplo, o túnel Seikan que conecta as ilhas japonesas de Honshu e Hokkaido atualmente detém o recorde do túnel ferroviário subaquático mais longo e mais profundo. O Japão começou a planejá-lo depois que um tufão em 1954 afundou cinco balsas no perigoso Estreito de Tsugaru, matando 1.430 pessoas [fontes: WGBH ].

Concluído em 1988, o túnel Seikan se estende por 33,5 milhas (54 quilômetros) e atinge uma profundidade de 787 pés (240 metros), mas sua porção submarina de 14,5 milhas (23,3 quilômetros) é ofuscada pela do túnel do canal, ou Chunnel, entre o Reino Unido e a França. Concluída em 1994, a porção submarina do Chunnel responde por 24 de suas 31 milhas totais (38,6 de 50 quilômetros), mas mergulha apenas 75 metros de profundidade [fontes: ASCE ; Chan ; Sábio ].

No que diz respeito aos turcos, ambos os túneis estão todos molhados em comparação com o túnel Marmaray de US$ 3,3 bilhões, finalmente aberto ao público em 2013. Seus 13,2 quilômetros de passagem ferroviária - incluindo um túnel de 1.400 metros ) se estendem pelo fundo do mar do Bósforo -- conectam as metades asiática e europeia de Istambul, tornando-se o primeiro túnel ferroviário a conectar dois continentes [fontes: Sweeney ; Sábio ].

O que há de tão bom em um túnel submarino de menos de uma milha em comparação com os túneis de várias milhas Seikan e do Canal? É uma diferença de abordagem: enquanto seus antecessores, respectivamente, explodiram e perfuraram passagens através de rocha sólida, o Túnel Marmaray foi montado, peça por peça, em uma vala ao longo do fundo do Bósforo, o que o torna o túnel de imersão mais longo e mais profundo já construído. Os engenheiros escolheram esta solução, que emprega seções pré-montadas conectadas por grossas e flexíveis chapas de aço reforçadas com borracha , para melhor lidar com a atividade sísmica regional [fontes: JR-Hokkaido ; Sweeney ; Sábio ].

Por um tempo, artefatos culturais e históricos encontrados em toda a cidade velha de Istambul retardaram o progresso na escavação do Túnel Marmaray, de modo que o Túnel Øresund de 3,6 quilômetros, que liga a Suécia e a Dinamarca, permaneceu o maior túnel submerso já construído. Os empreiteiros a construíram com 20 elementos medindo 176 metros cada, cada um montado a partir de oito seções menores de 22 metros [fontes: Landler ; Projeto Marmaray ; PERI GmbH ; Sweeney ].

Entre túneis imersos como Marmaray e Øresund, e túneis perfurados como o Chunnel, quase cobrimos a orla. Mas vamos nos aprofundar um pouco mais em cada um e examinar outro método de tunelamento usado desde o início do século XIX.

Você chama isso de túnel?

Um túnel é tecnicamente uma passagem cavada inteiramente no subsolo. Muitos dos tubos subterrâneos que consideramos túneis - metrôs, linhas de esgoto e água - são tecnicamente conduítes porque envolvem a remoção temporária de materiais sobrejacentes. Os túneis são perigosos, tediosos e caros de construir, portanto, ao lidar com sujeira solta e projetos relativamente rasos, os engenheiros geralmente escolhem essa abordagem de corte e cobertura mais barata e eficaz [fontes: Lane ; Hewitt ].

The oldest approach to tunneling underwater without diverting the waters above is known as a tunneling shield, and engineers still use it today.

Shields solve a common but vexing problem, namely, how to dig a long tunnel through soft earth, especially underwater, without its leading edge collapsing [sources: Assignment Discovery; Encyclopaedia Britannica; Browne; Hewitt ].

To get a sense of how a shield works, imagine a lidless coffee tin with a sharpened bottom that sports several large holes. Now, gripping the open end, push the tin, bottom first, into some soft earth and watch how the dirt squeezes through the openings. On the scale of a real shield, several humans (nicknamed "muckers" and "sandhogs") would stand inside compartments within the "can" and remove the clay or sand as the shield advanced. Hydraulic jacks would gradually move the shield forward, while crews behind it installed metal supporting rings, then lined them with concrete or masonry [sources: Assignment Discovery]; Encyclopaedia Britannica; Browne].

A fim de conter a infiltração de água das paredes do túnel, a frente do túnel ou blindagem às vezes é pressurizada com ar comprimido. Os trabalhadores, que só podem suportar curtos períodos nessas condições, devem passar por uma ou mais câmaras de ar e tomar precauções contra doenças relacionadas à pressão [fontes: Hewitt ; Autoridade Portuária ].

Os escudos ainda são usados, especialmente na instalação de conduítes ou tubulações de água e esgoto. Embora sejam trabalhosas, elas custam apenas uma fração do que seus primos mamutes, as máquinas de perfuração de túneis (TBMs) [fontes: Assignment Discovery; Enciclopédia Britânica ; WGBH ].

Um TBM é um motor de destruição de vários andares capaz de mastigar rochas sólidas. Em sua frente gira uma cabeça de corte , uma roda gigante que eriça com discos de quebra de rochas e incorpora um sistema de pás para levantar a rocha golpeada e soltá-la em uma esteira de saída. Atrás da cabeça de corte oscila um montador , um conjunto giratório que constrói o revestimento do túnel no rastro do TBM. Em alguns grandes projetos, como o Chunnel, TBMs separados começarão em extremidades opostas e perfurarão em direção a um ponto central, usando métodos sofisticados de levantamento para mantê-los no curso [fontes: Assignment Discovery; Coleman et ai. ; WGBH ].

Perfurar através de rocha sólida cria um túnel em grande parte autossustentável, e os TBMs avançam rápida e implacavelmente (algumas máquinas Chunnel podem perfurar 250 pés, ou 76 metros, por dia). No lado negativo, os TBMs quebram com mais frequência do que um Jaguar usado e lidam mal com rochas desgastadas, cisalhadas ou altamente articuladas - então eles não são tão rápidos quanto parecem [fontes: WGBH ; WGBH ].

Felizmente, TBMs e escudos não são o único jogo na cidade.

A descoberta de Brunel

O escudo de tunelamento foi inventado pelo engenheiro Marc Isambard Brunel, que se inspirou em observar um verme (um bivalve marinho) dirigir suas placas de concha através da madeira e ejetar serragem em seu rastro. Usando seu dispositivo, ele cavou com sucesso um túnel sob o rio Tâmisa, em Londres, de 1825 a 1843, suportando duas inundações e um desligamento de sete anos quando o fluxo de caixa do projeto secou. Brunel e seu filho passavam quase todas as horas acordados no túnel, muitas vezes forçados a trabalhar em um barco. A tensão teria levado à sua morte alguns anos depois [fontes: Assignment Discovery; Enciclopédia Britânica ; Browne ; Hewitt ].

Construir um suporte de aço e alvenaria ao mesmo tempo em que cava terra macia ou rocha sólida não é um piquenique, mas tentar conter o mar enquanto está debaixo d'água é algo que nem mesmo Moisés teria tentado. Felizmente, graças ao engenheiro americano WJ Wilgus e sua invenção, o túnel de tubo submerso ou afundado ( ITT ), não precisamos [fonte: Lane ].

ITTs não são perfurados por rocha ou solo; eles são montados no local a partir de peças pré-fabricadas do tamanho de um campo de futebol . Wilgus foi pioneiro na técnica quando construiu o túnel ferroviário do Rio Detroit (1906-10) conectando Detroit, Michigan, a Windsor, Ont., e eles têm sido a técnica para túneis de veículos desde então. De fato, mais de 100 desses túneis foram construídos apenas no século 20 [fontes: Lane ; Engenharia Extrema; Projeto Marmaray ].

Para fazer cada segmento de túnel, os trabalhadores montam 30.000 toneladas de aço e concreto – o suficiente para um prédio de apartamentos de 10 andares – em um molde maciço, e então permitem que o concreto cure por quase um mês. Os moldes contêm o piso, as paredes e o teto do túnel e são inicialmente tampados nas extremidades para mantê-los estanques à medida que são transportados para o mar. Os pontões de imersão , grandes navios que se assemelham a um cruzamento entre um guindaste de pórtico e um barco do pontão, fazem o arrasto [fontes: Lane ; Engenharia Extrema; Projeto Marmaray ].

Uma vez sobre a trincheira pré-escavada, cada seção do túnel é inundada o suficiente para permitir que ela afunde. Um guindaste abaixa lentamente a seção em posição enquanto os mergulhadores a guiam com precisão para suas coordenadas de GPS. À medida que cada nova seção se conecta ao seu antecessor, uma enorme peça de borracha em sua extremidade se aperta e se distende para estabelecer uma vedação. As equipes então removem as vedações da antepara e bombeiam a água restante. Uma vez que todo o túnel é construído, ele é enterrado sob aterro e possivelmente coberto com armadura de rocha [fontes: Lane ; Engenharia Extrema; Projeto Marmaray ].

A construção de tubo imerso pode aprofundar mais do que outras abordagens porque a técnica não requer ar comprimido para manter a água na baía. As tripulações podem, portanto, trabalhar mais tempo neles e em condições mais toleráveis. Além disso, um ITT pode assumir qualquer forma, ao contrário de um túnel perfurado, que segue a forma de seu escudo ou TBM. No entanto, como os ITTs compõem apenas o fundo do mar ou a porção do leito do rio de um sistema de túneis, eles exigem outros métodos de abertura de túneis para perfurar suas entradas e saídas terrestres [fontes: Lane ; Projeto Marmaray ; WGBH ]. No tunelamento subaquático, como na vida, são necessários todos os tipos.

Um túnel transatlântico: Yippee ou Yikes?

Se tentássemos o tão sonhado túnel transatlântico, um tubo de imersão flutuante, amarrado a uma profundidade ideal de 150 pés (45,7 metros) por cabos de tensão ajustável, seria a abordagem provável. É claro que tal empreendimento exigiria cerca de 54.000 seções do tamanho de um campo de futebol, usando o equivalente à produção global de aço de um ano e 225 fábricas de concreto funcionando 24 horas por dia durante 20 anos. Isso antes de chegar aos trilhões de dólares, milhares de trabalhadores e inúmeros robôs e submarinos que seriam necessários para construir em condições perigosas de mar aberto, para não falar dos problemas de segurança causados ​​pelo tráfego marítimo e eventos sísmicos [fontes: Extreme Engineering; Engenharia Extrema; Harrison].

Nota do autor: Como você constrói um túnel subaquático?

Ao escrever este artigo, só pude tocar no básico da construção de túneis subaquáticos, o que é uma injustiça comparável a equiparar desarmar uma bomba com programar um DVR. Na realidade, os perigos envolvidos e a precisão necessária na construção de um túnel subaquático são simplesmente impressionantes. Escavar e construir essas maravilhas modernas requer nada menos que vigilância constante, adaptabilidade aguçada e ajustes minuciosos às mudanças de condições, para não falar do cuidado que trabalhadores e mergulhadores devem ter.

É algo que vale a pena pensar na próxima vez que você estiver viajando por um túnel subaquático. Talvez isso o distraia dos milhões de toneladas de terra ou água pressionando ou, se você estiver no túnel Seikan do Japão, do som da água tilintando pelas paredes para ser drenada pelas bombas a 20 toneladas por minuto.

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