Há quase dois séculos, os engenheiros constroem túneis subterrâneos utilizando as enormes e impressionantes tuneladoras, conhecidas no Brasil como tatuzões, e em outros cantos do mundo como Tunnel Boring Machines – TBM.
Na imagem acima, vemos uma das tuneladoras utilizada em 2012 para construir o Eurotúnel, entre França e Reino Unido, o maior túnel submarino no mundo.
Essas super máquinas são como tubos gigantes armados com uma variedade de rodas de corte em uma extremidade – de maneira simplificada, as tuneladoras usam uma cabeça de corte para exercer pressão sobre a rocha à sua frente, e isso faz com que a superfície se quebre com os resíduos transportados para trás da máquina.
Para se ter uma ideia da idade dessas máquinas, a primeira tuneladora que se tem registro foi projetada pelo engenheiro Marc Brunel no século XIX, e foi usada para ajudar a construir o túnel do Tamisa em 1843 – o primeiro túnel sob um rio do mundo.
De lá pra cá, inúmeros projetos de infraestrutura utilizaram as tuneladoras, que desempenharam (e ainda desempenham) um papel central no canteiro de obras dos túneis de grande porte.
Embora de indiscutível importância, as tuneladoras ainda são muito caras, demandam muito tempo para serem construídas e geralmente precisam ser feitas sob medida para cada projeto.
Um exemplo disto foram as TBMs usadas para escavar um caminho para a recém-inaugurada ferrovia Elizabeth Line, em Londres: as máquinas implantadas nesse projeto pesavam mais de 1.000 toneladas cada e cortavam túneis com mais de 7 metros de diâmetro abaixo da capital do Reino Unido.
O custo? Cada TBM do projeto Elizabeth Line foi construída sob medida pela Herrenknecht, um dos maiores fabricantes de TBMs do mundo, por US$ 15 milhões cada uma delas.
A mesma empresa Herrenknecht também desenvolveu sob medida a tuneladora utilizada para construir a Linha 4 do metrô carioca (imagem abaixo).
Mas o futuro do tunelamento, ao que parece, está prestes a mudar.
Especialistas em túneis concordam que a indústria está clamando por soluções tecnológicas para reduzir custos e aumentar a eficiência desse tipo de construção.
No post de hoje, separamos algumas das tecnologias mais emergentes e promissoras que exploram novos jeitos de construir túneis, com a promessa de eficiência e inovação de última geração.
Minirrobôs
A startup britânica hyperTunnel propõe um futuro em que robôs muito menores, com cerca de 3 metros de comprimento, em forma de meio cilindro, zumbam no subsolo por meio de tubos pré-perfurados.
Esses tubos, com cerca de 250 milímetros (10 polegadas) de diâmetro, seguiriam o contorno das paredes do túnel proposto.
Uma vez dentro deles, os “bots” usariam um braço robótico coberto com uma cabeça de fresagem para penetrar na terra ao redor e esculpir pequenos vazios que seriam preenchidos com concreto ou algum outro material forte.
Peça por peça assim, a estrutura de um novo túnel se juntaria.
“Estamos falando de milhares deles”, disse o diretor de engenharia do hyperTunnel, Patrick Lane-Nott, em entrevista à Wired. “Muito parecido com uma colônia de formigas ou uma colônia de cupins funciona em enxames.”
Um vídeo divulgado pela empresa inclui uma animação 3D dos robôs se afastando em alguma estrutura subterrânea imaginada de proporções gigantescas.
Essa ideia seria como construir túneis ao contrário: com uma TBM, o buraco primeiro é cavado e depois se adicionam suportes ou paredes para manter a terra restante ao redor do vazio à distância. Com os minirrobôs, a estrutura seria colocada primeiro, e depois o buraco seria escavado.
Uma vantagem disso, Patrick argumenta, é usar menos material de construção em geral. Em vez de colocar seções padronizadas da parede do túnel ao longo de todo o comprimento do projeto, a espessura externa da estrutura pode variar para se adequar à geologia e às pressões reais ao redor do túnel em qualquer ponto.
Plasma
A startup Earthgrid, com sede em São Francisco (Califórnia), está desenvolvendo um robô de perfuração que utiliza plasma, que promete ser capaz de cavar túneis 100 vezes mais rápido e até 98% mais barato do que os sistemas de perfuração existentes.
A empresa planeja usar sua tecnologia para religar redes de energia, internet e serviços públicos nos EUA.
O robô da Earthgrid explode rochas com altas temperaturas para quebrar e até vaporizá-las por meio de um processo chamado spallation.
A máquina pode funcionar com eletricidade, o que significa que também pode ser livre de emissões, dependendo de como a energia é obtida.
A Earthgrid também afirma que seu sistema, que não precisa entrar em contato direto com as rochas durante a escavação, é tão rápido e barato que abrirá uma série de possibilidades. Ou seja, projetos que antes eram considerados economicamente inviáveis agora serão possíveis.
Atualmente em desenvolvimento, a máquina chamada de “Rapid Burrowing Robot (RBR)”, tem várias tochas de plasma de 27 mil graus Celsius, montadas em grandes discos.
Quando operacional, o RBR acenderá essas tochas e girará os discos para explodir a superfície rochosa em seu caminho. As tochas nos discos estão dispostas em uma espiral de Fibonacci, o que significa que se afastam do centro para cobertura total. Os detritos são recolhidos em pequenos carrinhos.
Gás superaquecido
A Petra, outra startup do ramo geológico, também está testando como perfurar rochas duras usando o poder do calor.
Neste caso, porém, o dispositivo de corte térmico usaria um fluido superaquecido em vez de uma tocha de plasma.
A empresa concluiu recentemente um túnel teste de 10 metros e 70 centímetros de diâmetro em granito, utilizando a nova tecnologia.
Eles também estão trabalhando em uma solução separada para enfrentar a outra extremidade do espectro – solo extremamente macio ou encharcado, como é frequentemente encontrado abaixo e perto de cidades costeiras.
Além de novas tecnologias, as próprias TBMs estão sendo atualizadas: a nova empresa de Elon Musk, Boring Company, está desenvolvendo seu próprio tipo de TBM que pode ser lançado da superfície para cavar túneis subterrâneos.
A empresa planeja padronizar os dispositivos de perfuração de túneis em todos os projetos, sem precisar construir uma nova máquina para cada projeto específico.
De uma forma ou de outra, a inovação está chegando ao mundo subterrâneo. Resta saber agora qual tecnologia será a mais vantajosa e ganhará os canteiros das obras de tunelamento num futuro não tão distante.
Fontes e referências:
Swarms of Mini Robots Could Dig the Tunnels of the Future. Wired.
Future of Tunnelling | How bots will build tunnels of the future. New Civil Engineer.
A new plasma boring robot can dig tunnels 100 times faster and 98% cheaper. Interesting Engineering.
Tunnel boring machines. ICE-UK.
Elizabeth line: The new crossrail of London. Geo Engineer.
Imagem de capa: Uma das tuneladoras utilizada em 2012 para construir o Eurotúnel, entre França e Reino Unido. Imagem de: Hungarian Wikipedi, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons.