1.2. Projeto geral de um túnel (túnel novo)

• 1.2.1 Traçado em planta e em perfil longitudinal
• 1.2.2 O perfil transversal funcional
• 1.2.3 Segurança e Exploração
• 1.2.4 O equipamento de exploração

A secção 1.2 refere-se ao projeto de novos túneis. Os estudos relativos à reabilitação e melhoria de segurança de túneis em exploração são apresentados na Secção Renovação – Melhoria

1.2.1 Traçado em planta e em perfil longitudinal

A conceção do traçado em planta e em perfil longitudinal de um troço de estrada ou autoestrada que inclua um túnel constitui a primeira fase fundamental na criação de um novo túnel, à qual raramente se  concede a atenção suficiente.

A consideração de um túnel como um “sistema complexo” tem de ter início na fase primordial da conceção do traçado geral, o que raramente se verifica. É, contudo, nesta fase que as otimizações técnicas e financeiras se revestem de maior importância.

É essencial mobilizar, desde a fase inicial do projeto, uma equipa multidisciplinar constituída por especialistas e projetistas muito experientes, capazes de identificar todos os problemas potenciais do projeto, não obstante as informações preliminares serem inevitavelmente incompletas. Esta equipa terá de ter capacidade para tomar boas decisões face às escolhas essenciais e para, posteriormente, consolidar estes elementos de forma progressiva e à medida que a informação adicional seja disponibilizada.

O objetivo desta secção não é definir as regras relativas à conceção do traçado de túneis (na Secção Regulamentações são referidos manuais de projeto de vários países), mas, essencialmente, sensibilizar os donos de obra e os projetistas para a necessidade de uma abordagem global e multicultural, logo desde as fases iniciais dos estudos, e para a importância da experiência, que é crucial para o sucesso do projeto.

1.2.1.1 Países sem "cultura de túneis"

Nestes países, constata-se uma certa apreensão dos donos de obra e dos projetistas em relação aos túneis. Geralmente preferem “traçados acrobáticos”, atravessando montanhas, com inclinações acentuadas, muros de contenção elevados ou viadutos muito longos, e, por vezes, grandes trabalhos de consolidação (muito dispendiosos e nem sempre eficazes ao longo do tempo), de forma a atravessar zonas com taludes instáveis.

Numerosos exemplos de projetos incluindo túneis e variantes de traçado concebidos no âmbito de uma abordagem global do “sistema” quando comparados com abordagens que rejeitam sistematicamente a construção de túneis demonstram que:

• as poupanças, em termos dos custos de construção, podem atingir entre 10 e 25% nas áreas montanhosas,
• podem ser alcançadas poupanças importantes ao nível dos custos de exploração e de manutenção. A fiabilidade do itinerário pode ser melhorada, em particular em zonas de instabilidade ou com declives ativos, ou sujeitas a condições climatéricas severas,
• o impacte ambiental é reduzido de forma muito significativa,
• o nível de serviço para os utentes é melhorado e as condições de exploração, particularmente no inverno (em países em que a queda de neve ocorre) são tornadas mais fiáveis graças à redução das inclinações exigidas pelas passagens nas montanhas.

A assessoria por parte de um perito externo permite mitigar a insuficiência ou a ausência de “cultura de túneis” e melhorar o projeto de forma significativa.

1.2.1.2 Países com tradição de construção e exploração de túneis

O conceito de "sistema complexo" raramente é integrado a montante, em detrimento da otimização global do projeto. Muito frequentemente, a “geometria” da nova infraestrutura é fixada por especialistas em traçado, sem qualquer integração do conjunto de restrições e de componentes do túnel.

Contudo, é essencial que todos os parâmetros e interações acima descritos no parágrafo 1.1 sejam tomados em consideração desde esta fase, designadamente:

• a geologia e hidrogeologia geral da área (ao nível do conhecimento disponível), bem como a apreciação preliminar das dificuldades de âmbito geológico e os riscos potenciais associados aos métodos, custos e duração da construção,
• as potenciais condições geotécnicas, hidrogeológicas, hidrográficas nos portais de entrada do túnel e ao longo dos acessos,
• os riscos e perigos ligados às condições invernais em países sujeitos a fortes quedas de neve, designadamente:
  • os riscos de avalancha ou de acumulação de neve transportada pelo vento e as possibilidades de proteção das estradas de acesso e dos portais de entrada contra estes riscos,
  • as condições de manutenção das estradas de acesso para garantir a fiabilidade do itinerário no caso de quedas de neve significativas. Esta disposição pode condicionar a cota altimétrica dos portais de entrada dos túneis, as inclinações máximas das estradas de acesso, e, se necessário, a área disponível para colocação e remoção de correntes na proximidade dos portais de entrada,
• as condições ambientais nos portais de entrada do túnel e nas estradas de acesso. O impacto pode ser significativo em ambiente urbano (designadamente por causa do ruído e da descarga de ar poluído), bem como em túneis interurbanos,
• a inclinação dos ramos de acesso:
  • o túnel menos dispendioso não é sempre o túnel menos extenso,
  • a supressão de uma via de lentos é difícil de gerir na proximidade de um portal de entrada, e a manutenção de tal via num túnel tem geralmente custos elevados,
  • a inclinação das estradas de acesso pode ter um impacto muito forte na capacidade da estrada, em termos de volume de tráfego e de viabilidade invernal.
• a possibilidade de dispor de galerias como acessos laterais (ventilação – evacuação e segurança – realização dos trabalhos em prazos mais curtos), ou como poços verticais ou inclinados (ventilação – evacuação e segurança),
  • estes pontos de acesso particulares, o respetivo impacto na superfície (em particular em ambiente urbano: espaço disponível – sensibilidade face à descarga de ar poluído - etc), a respetiva acessibilidade durante o ano todo (por exemplo, exposição a avalanchas) podem constituir importantes restrições à conceção do traçado em planta e em perfil longitudinal. De modo inverso, contribuem frequentemente para a otimização dos custos de construção e de exploração,
  • estes pontos de acesso particulares podem ter um impacto fundamental sobre os custos de construção e de exploração, e na dimensão do perfil transversal (otimização potencial da ventilação e do equipamento de evacuação),
• os métodos de construção que podem ter um impacto fundamental na conceção do traçado em planta e em perfil longitudinal, por exemplo:
  • o atravessamento por debaixo de um rio através de um túnel constitui um projeto fundamentalmente diferente de uma solução com recurso a caixões imersos pré fabricados,
  • as interações com um viaduto no portal de entrada do túnel,
  • o prazo de construção exigido pode ter um impacto direto no traçado, designadamente para permitir a condução a partir de ambos os portais de entrada no túnel, bem como no plano intermédio, através de galerias,
• as caraterísticas geométricas do traçado e o perfil longitudinal do túnel, em relação aos quais é necessário, também, integrar os seguintes elementos:
  • limitação das inclinações, que têm um impacto fundamental no dimensionamento do sistema de ventilação e na redução da capacidade em termos de volume de tráfego do túnel,
  • as condições hidráulicas do escoamento das águas subterrâneas durante o período de construção e exploração, que afetam o traçado em perfil longitudinal,
  • a visão lateral reduzida (a construção de larguras adicionais é muito dispendiosa), o que requer uma análise específica das condições de visibilidade e uma vigilância particular da escolha dos raios das curvas do traçado em planta,
  • a escolha criteriosa dos raios do traçado, de forma a evitar variações abruptas das inclinações, e respetivos impactos nos sistemas de recolha e escoamento das faixas de rodagem, interações com galerias para a instalação de cabos,  tubagens para o combate a incêndios, que podem inclusivamente conduzir ao aumento da dimensão do perfil transversal,
• todas as restrições habituais relacionadas com a ocupação do subsolo, nomeadamente em ambiente urbano: metropolitanos – parques de estacionamento - fundações – estruturas sensíveis a assentamentos,
• os custos de construção e exploração:
  • o túnel menos dispendioso não é necessariamente o túnel menos extenso,
  • um investimento adicional em engenharia civil pode ser mais económico em termos globais ao longo da vida do túnel se permitir a redução dos custos de construção, exploração, manutenção e reparação pesada (nomeadamente a nível da ventilação), ou se tornar possível adiar, por vários anos, a saturação da capacidade de tráfego (impacto da inclinação no túnel e nos acessos),
• a coordenação entre os traçados (traçado em planta e perfil longitudinal) deve ser cuidadosamente estudada num túnel, de forma a favorecer o nível de conforto e a segurança dos utentes. O efeito visual das alterações de inclinação do traçado em perfil longitudinal, designadamente em pontos elevados, é salientado pelo campo visual limitado do túnel e pela iluminação,
• as condições de exploração com tráfego uni ou bidirecional têm de ser consideradas na conceção do traçado, nomeadamente:
  • as condições normais de visibilidade e de legibilidade,
  • a possibilidade de encontrar acessos laterais (galerias) ou acessos verticais (poços), designadamente para: otimização da ventilação e do perfil transversal, a melhoria da segurança (evacuação dos utentes e acesso das equipas de emergência, evitando a construção dispendiosa de uma galeria lateral),
• o traçado na proximidade dos portais de entrada e saída:
  • os portais de entrada e saída do túnel constituem pontos de transição únicos, e torna-se necessário tomar em consideração o comportamento humano e as condições fisiológicas. É essencial conservar a continuidade geométrica para que o utente mantenha a sua trajetória instintiva,
  • um túnel retilíneo não é desejável, em particular na aproximação do portal de saída. Pode ser necessário reforçar a iluminação da saída a longa distância,
• os nós de ligação subterrâneos ou muito próximos dos portais do túnel:
  • devem-se evitar os nós de ligação muito próximos dos portais, dentro ou fora do túnel,
  • se forem inevitáveis, deve-se efetuar uma análise detalhada para determinar todas as restrições e as consequências específicas a tomar em consideração (traçado – perfil transversal – vias de acesso ou de saída – risco de refluxo de tráfego – evacuação – ventilação - iluminação - etc), para assegurar a segurança em todas as circunstâncias.

1.2.2 O perfil transversal funcional

1.2.2.1 As questões

O perfil transversal funcional constitui a segunda fase principal do projeto de um túnel, após a seleção do traçado. Tal como na primeira fase, a abordagem “sistema complexo” deve ser tomada em consideração de uma forma muito cuidadosa, iniciada o mais a montante possível e conduzida por uma equipa multidisciplinar experiente. Todos os parâmetros e interações descritos no Um sistema complexo deverão ser considerados.

Esta segunda fase (perfil transversal funcional) não é independente da primeira fase (traçado), e deve obviamente incorporar as disposições daí resultantes. As duas fases são interdependentes e estreitamente ligadas entre si.

Adicionalmente, conforme mencionado acima no parágrafo 1.1.2.2, os processos referentes às duas primeiras fases é iterativo e interativo. Não existe uma abordagem matemática direta que dê uma resposta única à análise do “sistema complexo”. Não só não existe uma resposta única como o número de boas respostas é limitado e o número de más respostas é grande. A experiência da equipa multidisciplinar é essencial para que seja encontrada uma boa solução rapidamente.

Os exemplos acima referidos no parágrafo 1.2.1 demonstram que as disposições referentes ao "perfil transversal funcional" podem ter um forte impacto na conceção dos traçados em planta e em perfil longitudinal.

A experiência mostra que a análise relativa ao “perfil transversal funcional” é muitas vezes incompleta e limitada às disposições da engenharia civil,  o que conduz  inevitavelmente a:

• nos casos mais favoráveis, um projeto que não é otimizado dos pontos de vista funcional, operacional e financeiro. A experiência mostra que otimizações potenciais podem atingir, em casos excecionais, 20% dos custos de construção,
• nos casos mais frequentes, não existir uma consideração adequada das funções, das restrições e dos impactos no projeto. Estas funções terão de ser integradas nas fases subsequentes do projeto, através da implementação de soluções tardias e, frequentemente, dispendiosas,
• nos piores casos, existirem erros de projeto fundamentais com um impacto irremediável e permanente no túnel, nas suas condições de exploração e de segurança, bem como nos inerentes custos de construção e de exploração.

1.2.2.2 Disposições principais

Os principais parâmetros do “perfil transversal funcional” são:

• o volume de tráfego – a natureza do tráfego – o modo de exploração – túnel urbano ou não urbano, de forma a determinar:
  • o número e a largura das vias, de acordo com o tráfego e o tipo de veículos admitidos no túnel,
  • o pé direito (de acordo com o tipo de veículos),
  • a berma pavimentada, a via de paragem de emergência ou estacionamento, de acordo com o volume de tráfego, o modo de exploração, i.e., uni ou bidirecional, a taxa estatística de avarias,
  • um possível separador central e a respetiva largura, no caso de exploração bidirecional,
• a ventilação tem um impacto fundamental que depende:
  • do sistema de ventilação selecionado, ele próprio dependente de muitos outros parâmetros (ver Ventilação),
  • do espaço necessário para as condutas de ventilação, para a instalação de ventiladores axiais, ventiladores, condutas secundárias e de todos os outros equipamentos de ventilação,
• a evacuação dos utentes e o acesso das equipas de emergência e socorro, que dependem de vários fatores, são detalhados no Infraestruturas específicas
• o comprimento e o declive do túnel. Estes parâmetros intervêm de uma forma indireta através da ventilação, dos conceitos de acesso e de segurança,
• as redes e o equipamento de exploração são, também, frequentemente fatores determinantes do dimensionamento do perfil transversal funcional, tendo em conta o seu número, o espaço que requerem, as proteções necessárias associadas para garantir a segurança ao nível do funcionamento do túnel, e o espaço relativamente limitado sob os passeios e as bermas pavimentadas para a sua implantação. Estão em causa principalmente as seguintes redes, devido ao impacto causado pela sua dimensão:
  • sistema(s) separado(s) ou combinado(s) de esgotos – recolha de líquidos poluídos da plataforma e sifões associados. A ausência de variação no declive transversal, associada às condições do traçado (ver § 1.2.1.2) permite uma simplificação e uma otimização do perfil transversal funcional,
  • rede de abastecimento de água para o sistema de combate a incêndios, bocas de incêndio e, se necessário, a respetiva proteção contra o congelamento,
  • todas as redes de cabos de energia elétrica de alta e média tensão, bem como de baixa tensão. É necessário tomar em consideração, por um lado, os cabos necessários no momento da abertura ao tráfego do túnel e a sua proteção, ou resistência, contra incêndios, bem como as disposições que permitam a sua substituição parcial ou total, e, por outro lado, as disposições para o acréscimo inevitável de outras redes ao longo da vida do túnel,
  • as necessidades específicas a curto e médio prazo de redes externas suscetíveis de atravessarem o túnel,
  • todas as interações entre redes e as necessidades (técnicas ou legais) de espaçamento entre algumas redes,
  • toda a sinalização para exploração: sinalização e mensagens – sinais de controlo de via – painéis de mensagens variáveis – indicações regulamentares – indicações de segurança – indicações direcionais,
• interfaces funcionais localizados: subestações subterrâneas – central de ventilação subterrânea – nichos de segurança – abrigos – etc. É necessário tomar em consideração as disposições para exploração e manutenção, e, especificamente, a construção de locais de estacionamento para intervenções de manutenção e a segurança das equipas operacionais,
• os métodos de construção e as condições geológicas têm um impacto na secção transversal funcional (independentemente do dimensionamento das estruturas de engenharia civil), por exemplo:
  • o atravessamento debaixo de água mencionado na secção 1.2.1.2. A solução com recurso a caixões imersos pré fabricados permite uma conceção muito diferente do sistema de ventilação, das galerias de evacuação ou do acesso das equipas de emergência, em comparação com os equipamentos resultantes de uma solução de travessia através de um túnel escavado,
  • um túnel realizado por uma tuneladora torna disponíveis algumas superfícies, sob a plataforma, que podem ser usadas, por exemplo, para a ventilação, a evacuação dos utentes ou o acesso dos serviços de emergência. Isto pode permitir otimizações (remoção de galerias de ligação ou de galerias paralelas), o que pode ser muito importante do ponto de vista financeiro, se o túnel estiver localizado abaixo do nível freático em materiais permeáveis.

1.2.3 Segurança e Exploração

1.2.3.1 Disposições gerais

As recomendações da AIPCR/PIARC são numerosas nos domínios da segurança e da exploração, para a realização de estudos de segurança, de organização de ações de exploração e de emergência, tal como as disposições relativas à exploração. O leitor é convidado a retomar este tema no Capítulo Segurança e Capítulo Fatores humanos).

O presente capítulo trata, em primeiro lugar, das interfaces segurança/exploração no âmbito do “sistema complexo”. O quadro da secção 1.1.5.2 indica o grau de interdependência de cada parâmetro em relação aos vários subconjuntos do projeto.

Há um determinado número de parâmetros que têm um impacto fundamental logo desde as fases a montante do projeto. Devem ser analisados desde as primeiras fases da conceção e lidar em particular com:

• volume de tráfego – natureza do tráfego (urbano, não urbano) – natureza dos veículos (possibilidade de túnel exclusivo para uma dada categoria de veículos) – transporte ou não de mercadorias perigosas,
• evacuação dos utentes e acesso das equipas de emergência,
• ventilação,
• comunicação com os utentes – sistema de supervisão.

Estes parâmetros fundamentais para a conceção do túnel são também fatores essenciais a considerar na “análise de perigos”, e nos esboços do “plano de intervenção das equipas de emergência”. É esta a razão pela qual é essencial que uma “análise preliminar dos riscos”, associada a um esboço preliminar de um “plano de resposta de emergência”, devam ser desenvolvidas nas fases iniciais dos estudos. Esta análise permite descrever melhor as especificidades da obra em apreço, o caderno de encargos funcional e as especificações de segurança que deve respeitar. Contribui, igualmente, para uma análise do valor da conceção da obra e para a sua otimização, tanto técnica como financeira.

Estes parâmetros e os seus impactos são detalhados nos parágrafos seguintes

1.2.3.2 Parâmetros relacionados com o tráfego e a sua natureza

Estes parâmetros têm um impacto fundamentalmente a nível do perfil transversal funcional (Ver 1.2.2), e através deste, têm um impacto parcial no traçado:

• o volume de tráfego tem implicações sobre o número de vias, a ventilação e a evacuação. Tem também implicações sobre o impacto de veículos avariados e a respetiva gestão quando parados: a exigência de dispor ou não de vias de paragem laterais, de estacionamentos e a organização de ações específicas de intervenção,
• a natureza do tráfego, o tipo de veículos e a sua distribuição têm implicações a nível do conceito de evacuação (passagens transversais, galerias de evacuação, respetivos dimensionamentos e espaçamento) de acordo com a quantidade de pessoas a serem evacuadas,
• os túneis exclusivos para determinadas categorias de veículos tem implicações em termos da dimensão das vias, do pé direito e da ventilação,
• a passagem ou não de mercadorias perigosas tem um impacto importante no sistema de ventilação, no “perfil transversal funcional”, nos dispositivos de recolha de líquidos, nos itinerários de desvio, no ambiente dos portais do túnel ou das chaminés da ventilação, na proteção das estruturas em relação às consequências de um incêndio de grandes dimensões, bem como sobre a evacuação e a organização  dos serviços de emergência e a dotação dos serviços de socorro em termos de meios e materiais específicos.

1.2.3.3 Evacuação dos utentes – acessibilidade das equipas de emergência

Trata-se de um parâmetro fundamental relativo às disposições funcionais e ao projeto geral. Este parâmetro tem, também, em geral uma incidência sobre o traçado (saídas diretas para o exterior) e as disposições ao nível da construção: passagens transversais – galeria inferior – galeria paralela – abrigos ou refúgios temporários ligados a uma galeria.

A sua análise exige uma abordagem integrada com o projeto da ventilação (nomeadamente a ventilação em caso de incêndio), o volume de tráfego, a análise dos riscos, o esboço do plano da resposta de emergência (nomeadamente a investigação dos cenários ventilação / intervenção) e os métodos de construção.

É necessário, do ponto de vista funcional, definir os caminhos, as respetivas caraterísticas geométricas e o espaçamento, de forma a assegurar os fluxos de pessoas com e sem mobilidade reduzida.

É essencial assegurar a homogeneidade, a legibilidade e o caráter acolhedor e tranquilizante  destas instalações. Deve-se ter presente que as mesmas se destinam a ser utilizadas por pessoas em situação de tensão (acidente - incêndio), na fase de auto evacuação (antes da chegada dos serviços de emergência). A utilização destas instalações deve revestir-se de um caracter natural, simples, eficiente e tranquilizador, de forma a evitar a transformação do estado de tensão em estado de pânico.

1.2.3.4 Ventilação

As instalações de ventilação projetadas como sistema de “ventilação longitudinal” puro têm um impacto diminuto no “perfil transversal funcional” ou no “traçado”.

Tal não é o caso das instalações de “ventilação longitudinal” equipadas com uma conduta de extração de fumo, ou de sistemas de “ventilação transversal”, sistemas “semi transversais” ou “semi longitudinais”, sistemas “mistos” ou de sistemas de ventilação incluindo abrigos ou galerias intermédias que permitam extrair e descarregar ar no exterior, para além dos portais do túnel. Todas estas instalações têm um impacto muito importante no “perfil transversal funcional”, no “traçado” e em todas as estruturas subterrâneas adicionais.

As instalações de ventilação na zona de circulação de veículos são fundamentalmente projetadas com o objetivo de:

• proporcionar condições saudáveis dentro do túnel, através da diluição da poluição atmosférica de forma a manter as concentrações a níveis inferiores aos exigidos nas recomendações feitas por regulamentações nacionais,
• garantir a segurança dos utentes em caso de incêndio dentro do túnel, através de uma extração de fumos eficiente, até à sua evacuação para fora da zona de circulação de veículos,

As instalações de ventilação podem, igualmente, desempenhar funções adicionais:

• limitar a poluição atmosférica nos portais do túnel, através de uma melhor dispersão do ar poluído, ou através do tratamento do ar antes da descarga fora do túnel,
• comportar estações subterrâneas de tratamento do ar poluído tendo em vista a sua reutilização no túnel. Estas instalações existem em túneis urbanos ou em túneis não urbanos muito extensos. Trata-se de tecnologias complexas e dispendiosas, que exigem muito espaço e uma manutenção considerável,
• no caso de incêndio, contribuir para limitar a temperatura no interior do túnel, de forma a reduzir a deterioração da estrutura através dos efeitos térmicos.

As instalações de ventilação não se limitam à zona de circulação de veículos. Dizem também respeito:

• às galerias de ligação entre as galerias principais,
• às galerias de evacuação ou aos abrigos usados pelos utentes em caso de incêndio,
• aos espaços ou às instalações técnicas situados dentro do túnel ou fora, perto dos portais do túnel, que requeiram renovação do ar, ou a gestão e controlo da temperatura do ar (aquecimento ou climatização em função das condições geográficas).

As instalações de ventilação devem ser concebidas de forma a poderem:

• adaptar-se, de maneira rápida e dinâmica, às numerosas condições em que são operadas, por forma a lidar com:
  • constrangimentos climáticos, nomeadamente com diferenças de pressão significativas e flutuantes entre os portais em túneis de montanha extensos,
  • regimes de funcionamento variáveis para a gestão do fumo em caso de incêndio, em função especialmente do desenvolvimento do incêndio, depois da sua regressão, bem como ao longo do período do incêndio, de forma a adequar-se às estratégias progressivas de combate ao fogo em cada fase como a evacuação, o combate ao incêndio, a preservação das estruturas, etc.
• apresentar uma capacidade de evolução suficiente para conseguirem adaptar-se à evolução do tráfego (volume - natureza), à diminuição dos níveis de poluição admissíveis e a diversas condições de exploração, ao longo da vida do túnel.

1.2.3.5 – Comunicação com os utentes - supervisão

A comunicação com os utentes tem um impacto importante no “perfil transversal funcional” através da sinalização.

Os outros impactos importantes não se referem ao conjunto do “sistema complexo”. Dizem respeito ao subsistema relativo ao equipamento de exploração, em particular a monitorização à distância, a deteção, as comunicações, a gestão de tráfego, o controlo e a supervisão, bem como a organização da evacuação.

1.2.3.6 – Requisitos específicos de exploração

A operação de um túnel e a intervenção das equipas de manutenção podem exigir disposições específicas para permitir que as intervenções se realizem com todas as condições de segurança e reduzir as restrições ao tráfego.

Estas disposições respeitam, por exemplo, à disponibilização de estacionamentos em frente das instalações subterrâneas que necessitem de intervenções regulares de manutenção, à acessibilidade aos materiais para a sua substituição e manutenção (nomeadamente material pesado ou que ocupe muito espaço).

1.2.4 O equipamento de exploração

Esta secção não tem como objetivo descrever, em pormenor, os equipamentos e as instalações da exploração, a sua função e a sua conceção. Estes elementos encontram-se definidos nas recomendações do presente "Manual de Túneis Rodoviários", bem como nos manuais ou recomendações nacionais listados abaixo na secção 1.6.

O objetivo desta secção  é chamar a atenção de donos de obra e projetistas para as questões específicas distintivas dos equipamentos e instalações de exploração de túneis.

1.2.4.1 Escolhas estratégicas

O equipamento de exploração deve permitir ao túnel cumprir a sua função de garantir a passagem do tráfego e de satisfazer a dupla missão de proporcionar aos utentes um bom nível de conforto e de segurança quando atravessam o túnel.

Os equipamentos de exploração devem ser adequados à função do túnel, à sua localização geográfica, às caraterísticas intrínsecas, à natureza do tráfego, às infraestruturas a montante e a jusante do túnel, às questões fundamentais relativas à segurança e à organização da emergência, bem como à regulamentação e ao ambiente cultural e socioeconómico do país em que o túnel se situa.

Uma quantidade exagerada de equipamentos de exploração não contribui, de forma direta, para a melhoria do nível de serviço, de conforto e de segurança de um túnel. Tal melhoria exige níveis de manutenção acrescidos e um aumento da intervenção humana, os quais, caso não se verifiquem, podem conduzir a uma redução da fiabilidade do túnel e do respetivo nível de segurança. A sobreposição ou o excesso de dispositivos é, igualmente, inútil. Os equipamentos devem ser adequados, complementares, por vezes redundantes (para as funções essenciais de segurança) e formar um todo coerente.

Os equipamentos de exploração são “vivos”:

• requerem um regime de cuidados e de manutenção rigorosos, recorrentes e adequados ao seu nível tecnológico. A sua manutenção tem custos e exige recursos humanos qualificados, bem como meios financeiros recorrentes e adaptados ao longo de toda a vida do túnel. A falta de manutenção (ou a manutenção insuficiente) conduz a grandes disfuncionalidades, à falha dos equipamentos e, consequentemente, a que seja posta em causa a função do túnel e a segurança dos utentes. A manutenção dos equipamentos quando a obra se encontra aberta ao tráfego é, frequentemente, difícil e muito restritiva. As disposições a adotar devem ser tidas em consideração desde a conceção das instalações. Neste sentido, a “arquitetura” dos sistemas, o seu projeto e instalação têm de ser concebidos de forma a limitar o impacto das disfunções sobre a disponibilidade e a segurança do túnel, bem como o impacto relativo às intervenções de manutenção e de renovação das instalações,
• a sua “vida útil” é variável: entre dez e trinta anos em função da respetiva natureza, robustez, condições às quais estão expostos, bem como à organização e qualidade da manutenção. Devem, pois, ser substituídos com regularidade, o que requer financiamentos adequados,
• a evolução tecnológica torna, frequentemente, inevitável a substituição de equipamentos com tecnologias avançadas, devido à obsolescência tecnológica e à impossibilidade de obtenção de peças sobressalentes,
• Os equipamentos devem evidenciar a sua adaptabilidade para ter em consideração a evolução do túnel e do seu enquadramento.

Todas estas considerações conduzem a escolhas estratégicas, das quais as principais são:

• definir os equipamentos necessários de acordo com as necessidades reais do túnel, sem ceder à tentação de acumular dispositivos. A análise de risco combinada com uma «engenharia de valor» constituem ferramentas poderosas que permitem a racionalidade da escolha dos equipamentos necessários. Esta abordagem permite, também, dominar a complexidade dos sistemas, a qual constitui frequentemente uma fonte de atrasos, de sobrecustos e de disfunções fundamentais, se tal complexidade não for gerida com uma organização rigorosa e competente,
• privilegiar a qualidade e a robustez do equipamento, de forma a reduzir a necessidade e frequência da manutenção e as dificuldades decorrentes de intervenções quando a obra se encontra aberta ao tráfego. Isto poderá traduzir-se num sobrecusto inicial, o qual é, no entanto, largamente compensado durante o período de exploração,
• verificar a qualidade e o desempenho dos equipamentos em cada fase do projeto, fabrico, testes de aceitação em fábrica, instalação no local e testes de aceitação no local. A experiência mostra que numerosos equipamentos são deficientes e não satisfazem os objetivos, devido à falta de uma organização rigorosa e de controlos eficientes,
• escolher tecnologias adequadas às condições climáticas e ambientais a que os equipamentos estão sujeitos, bem como às condições socio culturais (deficiência do conceito de manutenção nalguns países), e às condições tecnológicas e técnicas, bem como à organização dos serviços,
• tomar em consideração os custos de operação, em particular os custos energéticos, logo desde a conceção das instalações e a escolha do equipamento. Estes custos são recorrentes ao longo da vida do túnel. As instalações de ventilação e de iluminação são, em geral, as maiores consumidoras de energia. Deve ser dada uma atenção especial a este aspeto desde as fases preliminares de projeto,
• tomar em consideração, logo desde as fases preliminares de projeto e de análise do financiamento:
  • a necessidade de implementar, organizar, formar e treinar equipas dedicadas à exploração e à intervenção, por um lado, e, por outro lado, à limpeza e à manutenção,
  • as restrições às intervenções de manutenção com o túnel em serviço, e os consequentes custos de operação, de manutenção e de renovação,
• tomar em consideração, na organização geral e na programação do projeto de um túnel novo, o tempo necessário para recrutar e treinar as equipas, para realizarem testes, bem como ensaiar todos os sistemas (período de 2 a 3 meses), para realizar exercícios e manobras no local envolvendo todas as partes externas intervenientes (em particular os serviços de emergência e os bombeiros) para familiarização de todos com as particularidades do túnel.

1.2.4.2 – Recomendações chave relativas aos principais equipamentos

1.2.4.2.a Energia – fontes de energia – distribuição elétrica

As fontes de energia elétrica são indispensáveis ao funcionamento dos equipamentos dos túneis. Os túneis grandes podem exigir uma potência de vários MW (megawatts), a qual poderá não estar sempre disponível no local. Devem ser tomadas disposições específicas desde as primeiras fases do projeto, de forma a reforçar e a tornar mais fiáveis as redes existentes o que frequentemente passa por instalar novos ramais. O abastecimento de energia elétrica é essencial à exploração do túnel. É também indispensável para a sua construção.

O abastecimento e a distribuição da energia elétrica dentro do túnel devem satisfazer:

• as necessidades de potência elétrica,
• uma alimentação de energia fiável,
• um sistema de distribuição de energia fiável, redundante e protegido: redundância e interligações das redes de distribuição – transformadores em paralelo – cabos localizados dentro de canais técnicos com câmaras de visita protegidas contra incêndios.

Cada túnel constitui um caso particular e tem de ser sujeito a uma análise específica em função do seu posicionamento geográfico, do contexto das redes elétricas existentes, das condições de abastecimento elétrico (prioridade ou não prioridade), da possibilidade de se aumentar ou não a potência e a fiabilidade das redes públicas existentes, dos riscos próprios do túnel, bem como das condições de intervenção dos serviços de emergência.

As instalações devem ser concebidas de acordo com a análise efetuada, e os procedimentos de exploração devem ser implementados de acordo com a fiabilidade do sistema e as escolhas adotadas durante a fase de projeto.

Os objetivos relativos à segurança, no caso de corte do abastecimento de energia, são:

• abastecimento de emergência imediato, sem interrupção, durante um período de cerca de meia a uma hora de todos os seguintes equipamentos de segurança (em função do túnel e das condições de evacuação):
  • nível mínimo de iluminação – sinalização – monitorização por televisão em circuito fechado – telecomunicações – transmissão de dados e SCADA – sensores e detetores variados (poluição – incêndio – incidentes – etc.),
  • abastecimento de energia a nichos de segurança, percursos de evacuação e abrigos,
  • esta função é normalmente assegurada por sistemas de alimentação ininterrupta (Uninterruptible Power Supply (UPS)) ou, em certos casos, por geradores a diesel, capazes de restabelecer o fornecimento de energia imediatamente,
• em função do túnel, da localização urbana ou rural e dos riscos incorridos, podem ser fixados objetivos adicionais de CMO (Condições Mínimas de Operação) por forma a que seja assegurado o abastecimento elétrico do seguinte equipamento, e desde que sejam implementados procedimentos específicos durante todo o período do corte do abastecimento de energia. Por exemplo: abastecimento de energia de emergência do sistema de ventilação (por geradores ou por abastecimento externo complementar) compatível com um cenário de incêndio de veículos ligeiros, suspendendo-se a passagem de veículos pesados temporariamente.

As disposições geralmente implementadas relativas ao abastecimento de energia elétrica são as seguintes:

• abastecimento elétrico de emergência a partir da rede pública:
  • 2 a 3 abastecimentos a partir da rede elétrica pública, com ligações a segmentos da rede de alta ou de média tensão. Comutação automática entre “abastecimento normal” e “abastecimento de emergência” dentro da subestação/posto de transformação de eletricidade do túnel com a interrupção do abastecimento elétrico a algum equipamento, caso seja necessário, se o abastecimento externo de emergência for insuficiente,
  • não utilização de geradores a diesel,
  • instalação de um sistema de alimentação ininterrupta de emergência.
• abastecimento por sistema sem buffer a partir da rede pública:
  • um único abastecimento a partir da rede pública,
  • geradores a diesel aptos a fornecer parte do abastecimento em caso de interrupção da principal fonte de abastecimento externa, e implementação de CMO com procedimentos particulares,
  • instalação de um sistema de alimentação ininterrupta de emergência.
• autonomia plena do abastecimento elétrico – abastecimento externo não disponível:
  • a rede pública não é capaz de fornecer a eletricidade necessária ou não é fiável. O túnel fica, então, completamente autónomo. A energia é inteiramente fornecida através de um conjunto de geradores a diesel funcionando em simultâneo. É instalado um gerador adicional para o caso de um dos outros falhar,
  • possível instalação de um sistema de alimentação elétrica ininterrupta (UPS), se o nível de fiabilidade dos geradores for considerado insuficiente, ou por razões de segurança.

1.2.4.2.b Ventilação

As recomendações da AIPCR/PIARC são numerosas neste campo e constituem as referências internacionais fundamentais para a conceção e o dimensionamento das instalações de ventilação. Em complemento ao referido na secção 1.2.3.4 acima, o leitor deve reportar-se para este efeito à Secção Ventilação.

Contudo, deve ser relembrado que, apesar de a ventilação constituir um dos equipamentos fundamentais para assegurar a saúde, o conforto e a segurança dos utentes num túnel, é apenas um dos elos do sistema, no qual os utentes, os operadores e as equipas de socorro e de emergência constituem os elementos mais importantes, pelo seu comportamento, competências e capacidade de ação.

As instalações de ventilação são insuficientes para, de forma isolada, responderem a todos os cenários, e para satisfazerem todas as funções que possam ser assumidas, especialmente no que se refere ao tratamento do ar e à proteção do ambiente.

A relevância da escolha de um sistema de ventilação e do seu dimensionamento exigem uma vasta experiência, a compreensão do fenómeno complexo da mecânica de fluidos em ambiente fechado, associadas às fases sucessivas de desenvolvimento de um incêndio, à propagação, à radiação e às trocas térmicas, bem como ao desenvolvimento e à propagação de gases tóxicos e de fumo.

As instalações de ventilação são, em geral, consumidoras de energia e deve ser dada particular atenção à otimização do seu dimensionamento e da sua exploração, utilizando, por exemplo, sistemas especializados.

As instalações de ventilação podem ser muito complexas, e a gestão adequada em caso de incêndio pode exigir a implementação de sistemas automatizados que permitam gerir e dominar a situação de uma forma mais eficiente do que a gestão feita por um operador sob stress.

Tal como indicado acima na secção 1.2.3.4, as instalações de ventilação devem, acima de tudo, satisfazer os requisitos a nível de saúde e higiene, em condições normais de exploração e os objetivos de segurança, em caso de incêndio.

Robustez, fiabilidade, adaptabilidade, longevidade e otimização do consumo energético constituem os principais critérios de qualidade que as instalações de ventilação devem satisfazer.

1.2.4.2.c Equipamento adicional às instalações de ventilação

Há dois tipos de equipamento complementar dos sistemas de ventilação que são, frequentemente, objeto de fortes solicitações por parte dos interessados (stakeholders), associações de moradores ou grupos de pressão:

• instalações de tratamento do ar,
• sistemas fixos de extinção de  incêndios.

A. Instalações de tratamento do ar. A Secção Impacto dos túneis na qualidade do ar exterior trata desta questão e o leitor é convidado a consultá-la.

A implementação de instalações de tratamento do ar constitui uma solicitação recorrente por parte das associações de defesa de moradores em áreas urbanas. Estes sistemas, normalmente instalados no subsolo, são muito dispendiosos, tanto a nível da construção, como da exploração e manutenção. São também  grandes consumidores de energia.

Até à data, os resultados obtidos com estes sistemas estão longe de serem convincentes, tendo em atenção nomeadamente a importante redução de poluição na fonte (quer dizer, nos veículos) e a dificuldade destes sistemas procederem ao tratamento das concentrações muito baixas de poluentes que se encontram  num túnel, contidos em grandes volumes de ar. Consequentemente, muitos sistemas instalados nos últimos dez anos, já não estão operacionais.

O futuro das instalações de tratamento de ar é muito incerto nos países em que existe uma regulamentação crescentemente restritiva, que imponha reduções cada vez mais rigorosas das emissões poluentes na fonte.

B. Sistema fixo de extinção de incêndio (coluna). A Secção Sistemas fixos de combate ao incêndio trata desta questão e o leitor é convidado a consultá-la.

As tecnologias são numerosas e respondem a critérios diversificados: combate a incêndio – circunscrição do incêndio – redução da radiação térmica e da temperatura para os utentes próximos do incêndio – preservação da estrutura do túnel contra a degradação produzida pelas temperaturas elevadas, etc.

Estes sistemas, embora apresentem aspetos positivos, apresentam também aspetos negativos relacionados, nomeadamente, com a deterioração das condições de visibilidade, se forem ativados logo desde o início do incêndio. A utilização de um sistema fixo de extinção de incêndio requer uma abordagem coerente de todos os aspetos relacionados com a segurança dos utentes, bem como das estratégias de ventilação e de evacuação.

A decisão relativa à implementação ou não destes sistemas é complexa e tem consequências importantes. Deve ser objeto de uma reflexão profunda relativa às condições específicas da obra em causa e ao valor acrescentado obtido através da implementação do sistema. Não deve ser tomada por influência de uma moda ou de um grupo de pressão.

Um sistema fixo de extinção de incêndio requer a implementação de medidas de manutenção relevantes e a realização de testes de funcionamento, frequentes e regulares, sem os quais não é possível assegurar a respetiva fiabilidade.

1.2.4.2.d Iluminação

As recomendações da CIE (Comissão Internacional de Iluminação) têm sido criticadas pela AIPCR/PIARC devido aos elevados níveis de iluminação a que frequentemente conduzem. O leitor poderá reportar-se ao relatório técnico publicado pelo CEN (Comité Europeu de Normalização), o qual apresenta vários métodos, entre os quais o da CIE.

A iluminação é um recurso fundamental para assegurar o conforto e a segurança dos utentes num túnel. Os objetivos do nível de iluminação devem ser adaptados à localização geográfica do túnel (urbano ou não), às suas caraterísticas (curto ou muito extenso) e ao volume e natureza do respetivo tráfego.

O equipamento de iluminação consome muita energia e há desenvolvimentos em curso com vista a otimizar as suas caraterísticas e desempenho.

1.2.4.2.e Transmissão de dados – Supervisão - SCADA

O sistema SCADA (supervisory control and data acquisition) constitui o “sistema nervoso” e o “cérebro” do túnel, permitindo a recolha, transmissão e tratamento da informação, e, por outro lado, a transmissão do conjunto de instruções de funcionamento para o equipamento.

Este sistema requer uma análise meticulosa em conformidade com as condições específicas no interior do túnel, os equipamentos existentes, a organização e o modo de operação, o contexto dos riscos em que o túnel se localiza, bem como as disposições e os procedimentos implementados para as intervenções.

A organização da supervisão e do centro de controlo têm de ser analisados cuidadosamente, de acordo com o contexto específico do túnel (ou do conjunto de túneis), os meios humanos e materiais necessários, as missões a assumir, e a ajuda essencial que os  dispositivos automáticos e os sistemas especializados podem proporcionar aos operadores, em caso de incidente, permitindo não só reduzir e simplificar as suas tarefas como torná-las mais eficientes.

O estudo detalhado destes sistemas é demorado, delicado e requer uma metodologia muito rigorosa de desenvolvimento, de controlo em etapas sucessivas (em particular durante os ensaios), de testes, de controlos globais após a integração de todos os sistemas no local. A experiência mostra que os numerosos erros verificados nestes sistemas resultam das seguintes lacunas:

• especificações mal definidas, análise funcional insuficiente ou desconhecimento das condições e dos procedimentos operacionais,
• desenvolvimento demasiado tardio dos sistemas, o que reduz o tempo necessário para análises detalhadas, para a integração transversal ou para a tomada em consideração das condições específicas da operação do túnel,
• falta de rigor no desenvolvimento, ensaio, controlo e integração de todos os sistemas,
• não tomada em consideração do comportamento humano e dos princípios da ergonomia geral,
• falta de experiência em operação de túneis, na hierarquia de decisões a serem integradas e na cadeia lógica destas decisões na ocorrência de um incidente grave.

A Secção Sistemas de Supervisão deste manual resume todos estes diferentes aspetos.

1.2.4.2.f Comunicações via rádio – circuitos de sinal

Estes equipamentos incluem:

• rede telefónica de emergência,
• rede de rádio para as equipas de operação e os serviços de emergência. Canais de rádio para os utentes do túnel, através dos quais é possível transmitir informação e instruções relacionadas com a segurança,
• numerosos sensores para efetuar medições e deteções,
• rede de vídeo vigilância (CCTV).
• um sistema de DAI (Deteção Automática de Incidentes) está normalmente associado a um sistema de vídeo vigilância. O sistema de DAI requer um reforço do número de câmaras, de forma a tornar a deteção mais fiável e mais relevante.

1.2.4.2.g Sinalização

A sinalização é abordada na Secção Sinalização.

Mais do que no caso de outros equipamentos, o excesso de sinalização é prejudicial para os objetivos pertinentes a que se destina.

A legibilidade, a consistência, a homogeneidade e a hierarquia da sinalização (dando prioridade à sinalização de evacuação e de informação aos utentes) são aspetos a privilegiar na conceção da sinalização dentro do túnel e na sua proximidade.

Os painéis de mensagens fixas, a sinalização de afetação de vias, os painéis de mensagens variáveis, os semáforos e as luzes de paragem, a sinalização das saídas de emergência, a sinalização específica destas saídas, a sinalização de nichos de segurança, os dispositivos físicos para encerramento das vias (barreiras amovíveis), a sinalização horizontal e as bandas sonoras fazem parte dos dispositivos de sinalização. Asseguram parte da comunicação com os utentes.

1.2.4.2.h Dispositivos para  combate a incêndios

Os dispositivos para deteção de incêndios são localizados (deteção de incêndios nos postos de transformação subterrâneos ou nas salas técnicas) ou lineares (cabo termosensível) no interior dos espaços de circulação.

Há diversos tipos de  dispositivos relacionados com o combate a incêndios:

• instalações automáticas nas salas técnicas e nos postos de transformação subterrâneos,
• extintores de pó químico para utilização pelos condutores,
• instalações para os bombeiros: condutas de água e bocas de incêndio – condutas de espuma nalguns países. O volume dos reservatórios de água varia e depende da regulamentação local e das condições específicas do túnel.
• alguns túneis têm um sistema fixo de extinção de incêndio (coluna) (cf. § 1.2.4.2.c acima).

1.2.4.2.i Equipamentos vários

Podem ser instalados outros equipamentos, tendo em atenção os objetivos e as necessidades relativos a segurança, conforto e proteção da estrutura de cada obra. São exemplos desses equipamentos:

• as balizas luminosas inseridas nas paredes laterais ou nos lancis dos passeios,
• um corrimão ou um cabo fixo na parede lateral permitindo a movimentação dos bombeiros em segurança num ambiente cheio de fumo,
• a pintura das paredes laterais ou a instalação de painéis pré fabricados nas paredes laterais,
• os dispositivos para a proteção das estruturas contra os estragos resultantes de um incêndio. Estas disposições de proteção devem ser consideradas logo desde o início do projeto. Com efeito, as trocas térmicas (com o revestimento em betão ou com o pavimento) sofrem modificações durante um incêndio, pelo que o dimensionamento das instalações da ventilação deve refletir este facto,
• a gestão e o tratamento da água coletada do pavimento rodoviário dentro do túnel antes da sua descarga no meio ambiente,

as disposições para a medição das condições ambientais nos portais de entrada e de saída, associados a procedimentos operacionais específicos se os limites forem ultrapassado