Túneis adutores são estruturas subterrâneas utilizadas para transportar água, esgoto ou outros fluidos de um ponto a outro. Eles geralmente são construídos em rocha ou solo, e podem ter seções circulares, retangulares ou elípticas. O objetivo principal dos túneis adutores é transportar fluidos de maneira eficiente, segura e confiável, protegendo-os contra contaminação e evitando interrupções no fornecimento. Eles também são utilizados em projetos hidrelétricos, para conduzir água para a usina, e em aplicações de drenagem subterrânea.
Há dois tipos de túneis adutores: os simples e os sob pressão. Os túneis adutores simples funcionam como canais que permitem a água fluir livremente. Por outro lado, os túneis adutores sob pressão funcionam como tubulações, com a água ocupando todo o espaço escavado na rocha.
O dimensionamento de túneis adutores é um desafio complexo da engenharia, que envolve várias etapas que devem ser seguidas, sendo elas:
Investigação Geológica
Definição do Traçado
Definição da Seção Transversal do Túnel
Cálculo de Velocidade do Fluído
Cálculo do Diâmetro Hidráulico
Definir o Ângulo de Mergulho
Cálculo de Cobertura Mínima
Cálculo de Perda de Carga
1 – Investigação Geológica
É importante realizar uma investigação geológica detalhada do local para entender as características geológicas, geotécnicas e hidrológicas onde será construído o túnel. Permite que sejam identificadas as condições naturais que poderão influenciar na construção e funcionamento do túnel. A investigação geológica pode incluir a coleta de amostras de solo, a realização de sondagens, a medição de parâmetros geotécnicos, entre outros métodos.
A investigação geológica é crucial para garantir a segurança do túnel, bem como para minimizar os impactos ambientais e garantir a sua eficiência e durabilidade. Além disso, ela é fundamental para o planejamento e execução da obra, pois permite que sejam definidos os métodos construtivos mais adequados e que sejam identificadas as condições de trabalho mais seguras e eficientes.
2 – Definição do Traçado
O traçado do túnel deve ser definido levando em consideração as características geológicas e geotécnicas do local, características hidrológicas, características topográficas, restrições ambientais e fatores econômicos. Todos estes aspectos podem influenciar diretamente nos custos, prazo e viabilidade da obra.
Na definição do traçado do túnel também deverá ser levado em conta que o prazo de construção depende da produção diária, em cada frente de execução. Se o traçado for muito longo, talvez se mostre necessário prever frentes de ataque adicionais, utilizando-se túneis/janelas intermediárias.
3 – Definição da Seção Transversal do Túnel
Normalmente, por interesses construtivos, a seção de escavação do túnel, a princípio, deve ser considerada como em arco-retângulo.
Segundo Oliveira (2017), a proposta inicial de uma seção transversal de um túnel é de um arco-retângulo com largura de 4 metros e altura total de 6 metros. Essas são as menores dimensões que possibilitam que o trabalho de escavação seja realizado de modo convencional e econômico.
A seção do túnel também pode ser dimensionada levando em consideração a vazão e a velocidade pretendida, pela fórmula:
Onde:
A – Área da seção (m²);
Q – Vazão (m³/s);
Vt – Velocidade do Fluído (m/s).
De acordo com Oliveira (2017) a velocidade de escoamento é um fator importante a ser considerado, pois quanto maior a velocidade de escoamento maior o desgaste das paredes internas do túnel. Geralmente os túneis adutores são revestidos internamente por concreto projetado, com isso, deve-se respeitar a velocidade máxima de escoamento para o concreto, que segundo Oliveira (2017), é de 3 m/s.
Segundo Schreiber (1978), a velocidade de escoamento no túnel deve possuir uma velocidade mínima de 0,50 m/s para que nenhum resíduo ou detrito se acumule no fundo do túnel.
4 – Cálculo da Velocidade do Fluido
Caso não tenha sido definida inicialmente para calcular a área da seção, a velocidade do fluido deve ser calculada pela fórmula:
Onde:
Q – Vazão (m³/s);
Vt – Velocidade do fluido (m/s);
A – Área da seção (m²).
De acordo com Schreiber (1978) e Oliveira (2017) a velocidade do fluido deve estar entre 0,50 m/s e 3,00 m/s.
5 – Cálculo do Diâmetro Hidráulico
O diâmetro hidráulico será utilizado posteriormente no cálculo da perda de carga do túnel, calculado pela fórmula:
Onde:
Dh – Diâmetro hidráulico (m);
P – Perímetro molhado, ou seja, comprimento da parede em contato com o fluido (m);
A – Área da seção (m²).
6 – Definir o Ângulo de Mergulho
Depois de definido o traçado e a seção transversal do túnel, deverá ser definido o ângulo de mergulho, com base na diferença das cotas do emboque e desemboque.
O ângulo de mergulho deverá ser adequado à necessidade de recobrimento de rocha, não sendo recomendado declividades inferiores a 1%, tendo em conta aspectos construtivos ligados à drenagem das águas de infiltração. De forma geral, a declividade máxima deve se limitar a 12%. Quando a geometria do arranjo exigir, os trechos de grande declividade devem ser concentrados em pequenas extensões, pois requererem métodos construtivos diferenciados.
7 – Cálculo de Cobertura Mínima
O traçado do túnel deve atender ao critério de cobertura mínima de rocha preconizado por Bergh-Christensen e Dannevig (1971), cujos conceitos são os seguintes:
Onde:
L - Menor distância (cobertura), a partir do túnel, em qualquer direção, até a superfície estimada do topo rochoso, medida no plano da seção longitudinal (na direção do eixo do túnel) e na seção transversal (na direção perpendicular ao eixo do túnel), de cada seção/estaca (m);
H – Carga estática máxima de pressão d’água na seção em estudo (m);
K – Coeficiente de sobrelevação para pressão, adotado 1,3;
- Massa específica da rocha (t/m3);
β - menor inclinação média da superfície do terreno natural, verificada na seção longitudinal e na seção transversal.
8 – Cálculo de Perda de Carga
Inicialmente deve ser calculado o fator de atrito, que é uma função da rugosidade da parede, do diâmetro do túnel e da velocidade do escoamento, que pode ser estimado pela expressão a seguir:
Onde:
f – Fator de atrito;
n – Coeficiente de Manning, que varia em função da rugosidade das paredes do túnel (tabelado);
D – Diâmetro de referência (m).
Coeficiente de Manning (n)
Depois de calculado o fator de atrito, deve ser calculada a perda de carga do túnel, pela fórmula:
Onde:
hf – Perda de carga do túnel (m);
f – Fator de atrito;
L – Comprimento do túnel (m);
D - Diâmetro de referência (m);
V – Velocidade do escoamento do túnel (m/s);
g – Aceleração da gravidade (m/s²).
A perda de carga a ser assumida para o projeto do túnel é uma questão econômica, devendo ser compreendida como uma quantidade renunciada de energia. Quanto menor a perda de carga, maior a eficiência do túnel.
A estimativa da perda é feita estabelecendo-se hipóteses para o diâmetro e rugosidade das paredes do túnel, por seus trechos característicos. A perda de carga no túnel de adução, de forma geral, deve variar entre 2% e 5% da queda bruta.
Comments