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Curso de Manejo de águas pluviais

Capitulo 148- Armazenamento em túneis

Engenheiro Plínio Tomaz 1 de janeiro de 2016 [email protected]

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Capítulo 148 Armazenamento em túneis




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Capítulo 148- Armazenamento em túneis

148.1 Introdução O objetivo do presente trabalho é mostrar o armazenamento em túneis de águas pluviais para evitar enchentes locais. Os países que usam mais este tipo de detenção de enchentes em túneis são: Suécia, Japão e Estados Unidos. Peter Stahre da Suécia juntamente com Ben Urbonas de Denver escreveram um best seller que é o livro Stormwater de 1993 que acabou sendo esgotado rapidamente e que acabou recebendo o nome de “livro secreto”, pois, poucos o conheceram. O que vamos mostrar é praticamente a experiência de Peter Stahre na Suécia e numa área de aproximadamente 12km2 em Estocolmo com 12 km de túneis com área transversal de 25m2.

Figura 148.1- Túneis em uma área de Jarvafeltet em Estocolmo, Suécia.

Fonte: Urbonas e Stahre, 1993

As águas pluviais da microdrenagem que fariam a inundação da região, são lançadas no reservatório de detenção que é um túnel e depois de determinado tempo, é feito o bombeamento, lançando as águas em um lugar seguro de inundação, secando todo o túnel e ficando pronto para próximas chuvas.




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148.2 Hidráulica dos túneis Os túneis são dimensionados geralmente como condutos livres usando a fórmula de Manning. V= (1/n) R (2/3) . S 0,5

Sendo: V= velocidade (m/s) R= raio hidráulico (m) S= declividade do fundo do canal (m/m) n= rugosidade de Manning n=0,030 para rochas e n=0,013 para concreto

Figura 148.2- Perfil típico em V de armazenamento de águas pluviais em túnel

Fonte: Urbonas e Stahre, 1993.

Deve haver uma pequena declividade e o fundo do túnel deve ser em forma de V para facilitar o escoamento. O fundo geralmente é feito em asfalto para facilitar a manutenção de retirada de sedimentos. Deve ser calculado o coeficiente de rugosidade de Manning composto, pois poderemos ter trechos da seção em concreto ou rocha. 148.3 Movimento não uniforme No enchimento do túnel e esvaziamento teremos a movimentos não uniforme e para isto devem ser usados programas com as equações de Saint Venant para uma melhor aproximação. O prof. dr. José G. Vasconcelos da Universidade Federal de Brasilia apresentou no XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos um modelo numérico para dimensionamento de túnel de armazenando, onde foi aplicado para um tunel a ser construido em Washington, Estados Unidos.




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Vasconcelos informa que o rápido enchimento dos túneis vem causando alguns problemas nestes últimos 25 anos nos Estados Unidos. O grande problema são os bolsões de ar que ocasionam geyser, isto é, a agua chega a superficie e vai para o ar num tempo aproximado de 6 segundos conforme Figura (148.3).

Figura 148.3- Geiser urbano no Estado de Minesota

Fonte: Vasconcelos

Figura 148.4- Conceituação dos modelos de Preisman e de Vasconcelos (último). Fonte: Vasconcelos.




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Vasconcelos apresenta dois modelos computacionais que podem ser usados, mas recomenda o modelo de captura da interface que usa o modela da fenda de Preissmann. Urbonas e Stahre, 1993 sugerem que sempre as soluções numéricas devem ser avaliadas antes de serem aceitas. 148.4 Ventilação Urbonas e Stahre, 1993 recomendam os cuidados que devemos ter com a ventilação, pois, o ar pode ser aprisionado diminuindo a capacidade de armazenamento de água. Deve ser feito dispositivos que captem o ar e o eliminem na velocidade máxima de 10m/s.

Figura 148.5- Esquema de retirada de ar após enchimento de água no túnel. Fonte: Urbonas e Stahre, 1993.




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Figura 148.6- Esquema de retirada de ar com dispositivos para saída de ar

Fonte: Urbonas e Stahre, 1993.

148.5 Tensão trativa O túnel é tratado como um canal livre e pode ser calculada pela tensão trativa para autolimpeza devendo ser maior que 4 Pa para águas pluviais com esgotos o que acontece muito no Brasil.

Tat= 9,81x1000 x R. S Tt= tensão trativa (N/m2) ou Pa

148.6 Bombeamento (drenagem do túnel) Deve haver um conjunto motor-bomba centrífuga de reserva. Geralmente são bombas tipo Flyght. A água é bombeada do túnel com a vazão: Q= V/T Sendo: Q= vazão a ser bombeada (m3/s) V= volume do túnel (m3) T= tempo de bombeamento (segundos) A água bombeada irá a um curso de água mais próximo.




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Figura 148.7- Esquema de Bombeamento de 500 L/s cada bomba e uma

de reserva. Fonte: Urbonas e Stahre, 1993. 148.7 Limpeza dos túneis A limpeza do túnel deve ser feita no intervalo de 5 anos a 10anos conforme experiências da Suécia. 148.9 Túnel para entrada de pessoal e limpeza Deverão ter boa ventilação. 148.10 Entrada das águas pluviais Haverá diversos pontos em que as águas pluviais entrarão no túnel através de perfurações verticais, devendo-se tomar cuidado com a erosão no impacto devido a grande velocidade cinética das águas pluviais e deveremos fazer obra para receber o impacto. 148.11 Hidrologia Não conhecemos nenhuma recomendação, porém sugerimos usar Tr=25anos para a chuva excedente. No que se refere a escolha da duração da chuva ainda não temos informações a respeito. Qual o volume a ser armazenado ? Também não temos critério fixo.




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Plinio: armazenar o excesso de água que não entra nas galerias que os ingleses chamam de chuva excedente. 148.12 Profundidades dos túneis No mínimo 30m abaixo do solo devido a estacas de prédios e poços rasos. Cuidado com a existência de poços tubulares profundos escavados em rocha e que atingem profundidades elevadas. Os túneis são escavados em rocha. 148.13 Seção transversal dos túneis A área da seção transversal varia de 5 m2 a 15m2. 148.14 Hong Kong Pegam as águas pluviais dos morros e jogam por túneis para outro lado, evitando que elas atinjam o centro da cidade.

Figura 148.8- Hong Kong 148.15 Dallas, USA Centro fizeram 8km de túneis e acabou com as enchentes urbanas. 148.16 Túnel reservatório Já foi feito no RJ no Guandu e em Santos pela Sabesp. São túneis de grande dimensão que além da função de túnel armazenam a água em




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volumes consideráveis. A primeira grande obra que temos conhecimento a respeito foi o túnel do reservatório do Guandu no Rio de Janeiro. 148.17 Curitiba Túneis para armazenamento de 2.000m3 para evitar enchentes com 2,6m de diâmetro. Profundidade: 10m. 148.18 Região Metropolitana de Chicaco (MWRDGC)

No estado de Illinois, USA, em 1972 em uma área de 970 Km2 foram construídos 214 Km de túneis, com 256 estruturas tipo vortex de descida da agua. O período de retorno estudado foi de 10 anos.

O plano chamou-se TARP ( The Tunnel and reservoir plan). Para o dimensionamento dos tuneis em canais ou pressurizados foi usado o Método do Volume Finito de Goudnov- Type.

Figura 148.9 – Esquema dos tuneis, observando que a vazão excedente é lançada aos tuneis e vai para reservatório de armazenamento e depois bombeado para o rio.




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148.19 Cidade do México A cidade do México foi fundada pelos Astecas no século 4 D.C. e o

nome era Tenochtitlan a 2240m de altura e hoje tem aproximadamente 21 milhões de habitantes.

Para escoamento das aguas pluviais do sistema unitario foram feitos no ano 1970 49,7km de tuneis de 7,00m de diâmetros que conduz vazão de até 200 m3/s. Para conduzir as aguas pluviais ao túnel foi usado sistema vertical de Vortex sendo feito muitas pesquisas a respeito.

Figura 148.10- Vista aérea da entrada em Vortex.




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Figura 148.11- Entrada no vortex.

148.20 Genova, Itália

Devido a muitas enchentes em 2014 na cidade de Genova, foi feito um projeto com tuneis e sistema vertical com Vortex para captação.

Os rios na Itália são dimensionados para período de retorno de 100 anos ou 200 anos devendo ser verificado a vazão catastrófica de 500 anos.

No caso de Genova foram feitos cálculos de período de retorno de 500 anos e 1000 anos e como a diferença foi muito pouco, adotou-se período de retorno de 1000 anos para os tuneis que conduzem aguas pluviais ao mar.




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Figura 148.12- Esquema do vortex

Figura 148.13- Esquema de entrada da água no tubo de queda com

vortex.




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Figura 148.14- Enchente em Genova




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149.20 Napoli, Itália

Na cidade de Napoli existem tubos de queda com vortex tanto para o regime subcrítico (F<0,7) como para regime supercrítico.

A vazão máxima é 24 m3/s e a altura varia de 14m a 78m. O diâmetro do shaft varia de 1,1m a 3,2m. O período de retorno

mínimo adotado foi de 30 anos.

Figura 148.15- Localização dos tubos de queda com vortex em Napole Italia




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Figura 148.16- Esquema do tubo de queda com vortex usado na cidade

de Napoli, Itália.




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** * Figura 148.17- Planta e corte da entrada superior do tubo de queda com vórtex.




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148.21 Tubo de queda Existem vários tipos de tubos de queda: - Tubo de queda com vórtex (Figura 148.18 a 148.20) -Tubo de queda com vórtex espiralado (Figura 148.21 a 148.22) -Tubo de queda em cascatas (Figura 148.23 a 148.24) -Tubo de queda simplesmente

O tubo de queda mais comum é com vórtex conforme Figura (148.18) a (148.20).

Figura 148.18- Tubo de queda com vórtex




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Figura 148.19- Tubo de queda com vórtex




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Figura 148.20. Tubo de queda com vórtex




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Figura

Figura 148.21- Tubo de queda espiralado




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Figura 148.22- Tubo de queda espiralado




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Figura 148.23- Tubo de queda em cascatas

Figura 148.24- Tubo de queda em cascatas




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148.22 Bibliografia e livros consultados -CHANSON, HUBERT. The hydraulics of open channel flow: an introduction. 2a ed. 585 páginas. Elsevier, 2010 ISBN 978-0-7506-5978-9. -URBONAS, BEN E STAHRE, PETER. Stormwater- Best Management practices and detention. Prentice-Hall, ano 1993, ISBN 0-13-847492-3, 449 páginas. -VASCONCELOS, JOSÉ G. Dinâmica dos fluidos computacional aplicada a túnel de macrodrenagem em Washington, D.C. XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 17 páginas.

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