Sistema de Iluminação e Ventilação em Túneis

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Sistema de Iluminação e Ventilação para Túneis
Resumo 
Diante da crescente ocupação dos ambientes urbanos e das demandas por infraestrutura, a ocupação do espaço subterrâneo mostra-se uma opção. Para este fim, os túneis são a principal alternativa, seja para a implantação de redes de utilidades, para transporte rodoviário, para transporte metroviário ou para sistemas de saneamento. Assim, este artigo apresenta alguns conceitos e técnicas empregadas nas características intrínsecas aos túneis onde se faz fundamental para a visibilidade, o conforto e a segurança dos usuários e funcionários, um sistema de iluminação e ventilação adequado, sobretudo em túneis urbanos considerados longos. O estudo destes aspectos é essencial para que se minimizem os acidentes e, consequentemente, se evite o agravamento das condições inóspitas típicas dos ambientes enclausurados dos grandes túneis.
1 – INTRODUÇÃO 
Os túneis têm adquirido uma importância crescente no planejamento e gestão do espaço, tanto em áreas urbanas como no atravessamento de zonas montanhosas. É sabido que os vestígios das experiências geotécnicas provem desde os confins da Pré-História onde o homem inventou por um lado as primeiras ferramentas a partir do solo e, por outro, descoberto as primeiras técnicas de o escavar. 
 Ao longo da história da humanidade e das construções, os túneis têm como objetivos permitir uma passagem direta através de certos obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas, etc. Eles são considerados obras de arte tecnológicas, envolvendo um planejamento minucioso que levam em consideração ações como: custo, qualidade, limitações, impactos e transtornos à sociedade, qualidade das condições de trabalho, equipamentos e produtividade. 
Com o desenvolvimento das modernas técnicas de construção, fez-se necessários estudos mais aprofundados que geraram melhores condições para a utilização dos túneis, desenvolvendo assim, os projetos de ampliação, aeração e iluminação, trazendo maior conforto e segurança aos usuários e funcionários, melhorando e aumentando a capacidade de circulação urbana pela criação de vias subterrâneas. 
Dentre os estudos e implantações previstas em túneis, pode-se destacar os Sistemas de Iluminação e Ventilação que serão detalhados a seguir.
2 – SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
A iluminação urbana possui grande influência na rotina das grandes cidades, pois valorizam os espaços públicos, empreendimentos comerciais e vias de circulação e contribuem para redução da criminalidade. A iluminação de túneis rodoviários ocupa uma posição especial na iluminação pública. A iluminação também é foco na movimentação de pedestres e veículos, pois um local bem iluminado possui um baixo índice de acidentes se comparado a um local mal iluminado tendo as mesmas condições de fluxo.
O sistema de iluminação de túneis possui uma regulamentação caracterizada para os diferentes períodos do dia, devendo ser observada a velocidade dos veículos e tendo a necessidade de possuir uma iluminação mais forte na entrada do túnel que vai sendo gradativamente reduzida à medida que se vai adentrando no túnel adequando-a à acomodação visual e níveis eficientes de iluminação no restante do túnel. No período diurno, quando a iluminação artificial de vias não está normalmente em uso, é que o sistema apresenta mais problemas. Estes se devem principalmente a três causas: grande diferença entre o nível de iluminação interior e exterior ao túnel, adaptação do olho humano e consumo energético, necessitando iluminâncias da ordem de 3000 lux na entrada do túnel (Zona Limiar). Durante a noite o nível de iluminamento é reduzido deixando-o de forma uniforme em toda sua extensão.
Para suavizar o choque visual provocado durante o período diurno no emboque de túneis rodoviários, normalmente utiliza-se a luz artificial, com alto nível de iluminação inicial e gradual diminuição para o interior do túnel. Essa solução apresenta dois inconvenientes imediatos, relacionados ao consumo de energia e falta de segurança. 
Em relação ao consumo de energia, devido à radiação direta do sol, a iluminância exterior pode atingir níveis acima de 100.000 lux, e a iluminação no interior do túnel deve estar dimensionada para atender essa situação extrema. Quanto à falta de segurança, o sistema pode ficar desguarnecido na hipótese de falta de energia, e já existem relatos de acidentes provocados nesta situação, pois o reflexo do usuário, acometido de uma cegueira temporária, pode ser frear. Embora possam ser considerados sistemas de controle com ajuste automático e gerador, estes sistemas aumentam a complexidade operacional e de manutenção, ainda mais se considerarmos a localização e agressividade do meio aos componentes eletrônicos, devido à fuligem e gases emitidos pelos veículos.
A fase de transição do ambiente externo ao interno é crítica, pois a fração de tempo necessário para a adaptação do olho humano às novas condições fragiliza a perícia na condução do veículo e pode resultar em acidentes de largas proporções. Igualmente, a distância entre as extremidades (entrada e da saída) dos túneis inviabiliza a possibilidade de iluminação natural e, portanto, exige um nível de iluminamento (através de recursos artificiais) suficiente para permitir o tráfego seguro ao longo de todo o percurso. 
Neste sentido, o estudo destes aspectos é fundamental para que se minimizem os acidentes. Assim, o interior do túnel deve estar bem iluminado para que os usuários não tenham a visão comprometida e, consequentemente, se evite o agravamento das condições inóspitas típicas dos ambientes enclausurados dos grandes túneis.
Quando se fala em iluminação de túneis deve-se observar alguns detalhes onde segundo Cano (2002) os mais importantes são como o comprimento e a localização do túnel, o volume de tráfego e a separação dos sentidos de circulação, pois um túnel de sentido duplo (bidirecional) requer uma iluminação mais forte que um túnel de sentido único (unidirecional).
Cano (2002) enfatiza que existem dois tipos de iluminação artificial de túneis, o Sistema Simétrico que é o mais utilizado e o Sistema Assimétrico, ou contraluz. No sistema assimétrico as luminárias são posicionadas no sentido contrário a circulação dos veículos. Isso provoca contrastes negativos para a grande parte dos objetos, ocasionando um rendimento de iluminação maior, trazendo mais economia. Porém, este sistema traz desconforto visual, apresentando uma força menor com intensidade de circulação e altas porcentagens de veículos, fazendo que com este sistema seja negativo para túneis bidirecionais. 
2.1 – Zonas de Iluminação:
A velocidade de tráfego é um elemento crítico para determinar o nível de luminância necessário na entrada do túnel. O critério velocidade deve ser considerado no projeto de iluminação do túnel para gerar a primeira economia de energia. 
No caso de um túnel urbano, medindo a velocidade de tráfego na hora de ponta, pode fazer-se uma adaptação mais fina dos níveis na entrada do túnel. Desta forma pode ser alcançada uma economia de energia entre 5 e 10%.	
De acordo com SCHREUDER (1967), durante o desenvolvimento de um projeto de iluminação de túneis, deve ser considerado diferentes zonas de iluminação, conforme Figura 01.
- Zona de Acesso ou de Aproximação: Trecho exterior imediato à entrada do túnel. Por ser igual a distância de parada de um automóvel até o portal do túnel, é possível enxergar o interior do túnel, fazendo com que o motorista mantenha a mesma velocidade. 
- Zona Limiar ou de Entrada: Primeiro trecho após a entrada do túnel. Apresenta o maior nível de iluminação;
- Zona de Transição: Trecho que interliga as zonas Limiar e Interior. Nível de iluminação variável, podendo se obter as mais baixas luminâncias de todo o interior do túnel;
- Zona Interior ou Central: Trecho posterior à Zona de Transição, onde o nível de iluminação é mínimo; 
- Zona de Saída: Trecho final. Extremidade interna do túnel. Começa a adaptar a visão do condutor sobrea iluminação exterior.
Alguns autores acrescentam ainda à terminologia o Portal, que fica situado no plano que separa o exterior e interior do túnel, e o Emboque, relativo às imediações do portal no lado exterior. Cano (2002) diz que quanto maior a velocidade do veículo, maior será sua distância de parada até a boca do túnel, tornando a zona de acesso a de maior comprimento. 
Quanto aos estudos do sistema de iluminação de túneis pode-se admitir dois fenômenos distintos, onde o primeiro ocorre no instante em que o motorista se aproxima do portal de entrada, denominado por “Efeito Buraco Negro”. Ele envolvendo a presença simultânea no campo visual de áreas com grande diferença de brilho (entorno do portal e interior do túnel.). Neste fenômeno estuda-se a visibilidade de um objeto alvo de 20 x 20cm sobre o pavimento. Já o segundo fenômeno inicia quando o interior do túnel abrange todo o campo visual do motorista, que passa a observar uma sequência decrescente de diferentes luminâncias. Embora sejam fenômenos semelhantes eles são estudados separadamente, uma vez que o primeiro ocorre lado a lado e o segundo um após o outro. 
Basicamente, as recomendações buscam dimensionar os comprimentos e luminâncias das referidas zonas. A chave do problema encontra-se na Zona Limiar, pois influencia tanto a Zona de Aproximação como as zonas interiores do túnel
2.2 – Normatização - NBR-5181/1976:
	De acordo com a NBR 5181/1976, os túneis são divididos em curtos e longos e a iluminação em diurna e noturna. O túnel é considerado curto quando, na ausência de tráfego, a saída é plenamente visível antes de sua entrada, tendo, assim, até 50 metros de comprimento. Já para iluminação destes túneis no período diurno, a norma estabelece que em situações normais geralmente não há previsão para sistema de iluminação, exceto em casos em que há obstrução a entrada da luz solar. Para o período noturno existe uma preocupação com a posição das luminárias externas aos portais do túnel, indicando a utilização de luminárias no interior do túnel em situações especiais.
	No caso de túneis longos, aqueles com mais de 50 m de extensão, deve-se, de acordo com a NBR-5181/1976, procurar o enfileiramento de luminárias, através de todas as zonas do túnel, a fim de que se possa ser obtido um guia ótico, com atenção especial às pistas de rolamento vizinhas às paredes do túnel e definição das pistas através de marcações coloridas claras. Assim a maior atenção é voltada para este tipo de túnel, em especial no período diurno, enquanto a iluminação noturna é mais simples. 
Tecnicamente, as principais regiões a serem consideradas no túnel são: 
1) Durante o dia: 
- Zona do quebra-luz (opcional); 
- Zona de entrada; 
- Zona central. 
2) Durante a noite: 
- O túnel é considerado como uma única zona em toda sua extensão e tratado apenas como um conjunto de luminárias capazes de fornecer uma iluminação suficiente para os usuários.
Normalmente para que se evite o problema de transição entre o ambiente exterior e interior é a instalação de cabines de pedágio nas proximidades da entrada do túnel. Neste caso, a velocidade e o fluxo de veículos é atenuado e há tempo suficiente para se compatibilizar o fluxo, a iluminação e o organismo humano. 
2.3 – Controle e Tecnologias 
	Um sistema de controle flexível torna possível integrar facilmente recursos extras como adaptar a iluminação de acordo com a densidade do tráfego, ajuste à poluição do meio ambiente, sistemas de iluminação dinâmica para evacuação e muito mais. A monitorização e os relatórios do consumo de energia e falhas de equipamentos de iluminação, medidores ou outros sistemas, oferecem aos gestores do túnel informações adicionais e conhecimento sobre a rede.
	Antigamente, os túneis eram completamente iluminados com lâmpadas HID, a procura por soluções mais econômicas e que trazem mais vantagens quanto ao tempo de uso e, consequentemente, manutenção, hoje opta-se entre soluções HID ou LED para a zona de entrada enquanto que para a zona interior, onde as exigências são muito diferentes, opta-se quase exclusivamente pela tecnologia LED.
A entrada requer 150-350 cd/m ², dependendo do país, tipo de túnel, orientação, velocidade, etc. Com uma solução HID na zona de entrada eram necessárias fontes de luz até 400W. 
Atualmente, o fluxo luminoso dos LEDs pode competir com essas fontes de alta potência de HID. No entanto, a facilidade de adaptação da fotometria dos LED à geometria do túnel garante que instalações LED atingem os mesmos resultados com menor consumo de energia. A Figura 2 mostra a troca das lâmpadas antigas por lâmpadas de LED. 
Para a zona interior, só precisamos de 2 níveis de iluminação: diurno e noturno. Nesta zona é fácil caminhar no sentido de uma solução completa LED porque as exigências são muito menores do que a zona de entrada, apenas 1-10 cd/m².
A vida longa de uma instalação LED é outra vantagem. Sem qualquer gestão, podemos considerar 12 anos com nenhuma substituição de fonte de luz. 
3 – SISTEMA DE VENTILAÇÃO
	Os princípios normais de ventilação têm como conceitos básicos garantir um ambiente seguro, manter temperaturas aceitáveis, extrair o ar poluído, o calor e ajudar a remover os gases tóxicos e em situações de emergência a fumaça de incêndio para permitir uma evacuação do local com segurança. 
Segundo a Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), poluente pode ser classificado como qualquer substância presente no ar e que, pela sua concentração, possa torná-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, causando inconveniente ao bem-estar público, danos aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.
Existe vários estudos em relação às emissões atmosféricas em túneis que são diretas e exclusivamente relacionadas com a questão da exaustão e ventilação. Especificamente, em túneis de pequena extensão, comumente se prescinde de ventiladores, na rotina de funcionamento. Contudo, no caso dos grandes túneis, além das ações de ventilação e exaustão para a redução das concentrações de poluentes a níveis aceitáveis, há necessidade de “um sistema de ventilação para controle da fumaça e dos gases quentes que são gerados durante um incêndio em um túnel. 
Em alguns países, é estabelecido um limite físico ou analítico para a adoção exclusiva de ventilação natural em túneis: 
- Alemanha: entre 350 m e 700 m, não há necessidade de saídas de emergência e ventilação mecânica; 
- França: são necessárias medidas de controle de fumaça, a partir de: 
 - Urbano: 300 m. 
 - Não-urbano: 500 m. Caso o tráfego seja superior a 2.000 veículos por dia: 800 a 1.000 m; 
 - Reino Unido: acima de 400 m, mas requer justificativa; 
 - Holanda: sob análise de riscos; 
 - Brasil: até 500m. 
Esse tipo de sistema se utiliza de dutos separados para introdução de ar exterior e remoção de fumaça do interior. Ele garante maior grau de segurança aos passantes, mas ao mesmo tempo possui maior investimento, por precisar de grandes trabalhos de construção civil. É utilizado em túneis longos com tráfego bidirecional de grande intensidade e percentual elevado de veículos pesados em circulação.
Existem diferentes tipos de Sistema de Ventilação para túneis que podem ser usados independentemente e ou combinados, como podem ser vistos a seguir.
3.1 – Sistema Transversal. 
A ventilação transversal é a mais recomendada para túneis. Este sistema consiste no insuflamento do ar fresco a um nível baixo normalmente por dutos localizados a altura da pista de rolamento. O ar quente e poluído é succionado por um duto localizado no teto, ou seja, a insuflação e a exaustão atuam paralelamente juntas, não havendo, portanto, percurso de ar viciado ao longo do túnel.
O custo da parte civil e dos equipamentos mecânicos são altos e quando instalados a distribuição do ar necessita de um controle cuidadoso do ar balanceado.
Na ventilação transversal utilizam-se ductos separados para introdução de ar exterior e remoçãode fumos do interior do túnel. Este sistema garante o maior grau de segurança e eficiência aos ocupantes, mas é ao mesmo tempo o mais dispendioso em investimento porque exige grandes trabalhos de construção civil (grandes centrais técnicas e grandes seções transversais de ventilação). 
Este sistema de ventilação é normalmente utilizado em túneis longos com trafego bidirecional de grande intensidade, e com uma percentagem elevada de veículos pesados em circulação.
3.2 – Sistema Longitudinal. 
	Na ventilação longitudinal utilizam-se ventiladores de impulso para através da troca de momento entre o ar no interior do túnel e o ar descarregado pelo ventilador a alta velocidade, induzirem uma quantidade de ar no interior do túnel, capaz de controlar a direção dos fumos impedindo que este retroceda, ou que entre em zonas de evacuação de ocupantes. Em outras palavras, é a solução mais simples para a movimentação do ar ao longo do túnel, não sendo necessário a utilização de dutos, mas sim a utilização de grandes ventiladores ou jato ventiladores ou a combinação dos dois. O ar poderá entrar por um portal e sair pelo outro, ou poderá ser insuflado ou exaurido num ponto dentro do túnel. Este Sistema deverá ser a primeira opção de escolha, por ser um sistema de simples instalação e comissionamento com baixo consumo de energia e de um investimento de baixo custo.
A ventilação longitudinal mecanizada produz um fluxo de ar uniforme ao longo de toda a extensão do túnel, sempre na mesma direção. Este tipo de ventilação é obtido utilizando-se em geral jatos-ventiladores. Este sistema é adequado para túneis com fluxo de veículos unidirecional e, geralmente usado em túneis de até 2 km, podendo, ainda, ser utilizado em situações especiais em túneis com fluxo de veículos bidirecional de pequeno comprimento. 
3.3 – Sistema Semi-Transversal. 
	Este sistema é similar e menos completo que o Sistema Transversal, na verdade ele pode ser entendido com uma combinação entre os dois Sistema já mencionados (Transversal e Longitudinal), consistindo no insuflamento e/ou na exaustão do ar ao longo do túnel através de dutos. Este sistema requer movimentação do ar ao longo do túnel o qual é afetado pelo ambiente externo; ação do vento nos portais e até pela movimentação do tráfico, devido a estes fatores a taxa de ventilação deverá ser aumentada, ou seja, neste sistema de ventilação são utilizados dutos para introduzir ar exterior dentro do túnel com a finalidade de diluir os poluentes. Em caso de incêndio os ventiladores têm de reverter o seu funcionamento e trabalhar em sentido oposto para extrair os fumos e gases quentes, tornando o túnel seguro para os ocupantes. 
Este sistema é utilizado para tuneis bidirecionais de comprimento médio e volume de tráfico variando de médio para pesado, com exigências elevadas de segurança.
CONCLUSÃO
De acordo com o apresentado, os túneis possuem diversas finalidades e ganharam destaque com o avanço tecnológico se mostrando solução mais viável para a minoração dos problemas de tráfego viário. Assim, para os túneis destinados a veículos automotivos deve-se estar atento a determinados aspectos que podem aumentar a segurança e minimizar riscos, inclusive à saúde, de forma significativa para os diversos usuários.
Dentre os muitos cuidados destacou-se o Sistema de Iluminação que está diretamente ligado a comodidade visual do condutor tanto no período diurno como noturno, onde, usando técnicas adequadas de iluminação, podem promover maior segurança aos usuários. Outro destaque foi o Sistema de Ventilação que por sua vez, deve ser projetado para eliminar e/ou diminuir os gases poluentes no ar que são liberados através da combustão dos motores dos veículos. 
Os dois sistemas são necessários para que um túnel se torne seguro e apresente todas as abordagens multidisciplinares e que atenda aos parâmetros previstos e que, desta forma, relativize as situações indesejadas de perigo e toxicidade aos usuários e funcionários. Assim, busca-se administrar os aspectos de gestão ambiental e de saúde ocupacional em grandes túneis urbanos, buscando ainda maneiras econômicas para implantação e manutenção dos sistemas mencionados. 
Bibliografia
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR-5181, 1976. 
CANO, F.S.E. (2002). Tuneles Viaros Urbanos: Diseño, Istalaciones y Elementos de Seguridad. Departamento de Transportes e Planejament, Universidade Politécnica da Catalunha, Barcelona, Espanha. 
Página virtual da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), disponível em http://cetesb.sp.gov.br/ . Acesso em 02 de novembro de 2017. 
Página virtual da empresa Atric, disponível em http://www.atric.com.br. Acesso em 02 de novembro de 2017. 
Página virtual https://www.systemair.com/. Acesso em 31 de outubro de 2017. 
SCHREUDER, D. A. Tunnel Lighting. In: BOER, J.B. de, Public Lighting. Eindhoven: N.V. Philips, 1967. p.156-92
Sillos, Jacques. Túneis urbanos: Conexões e rupturas na estrutura da cidade. Tese de doutorado. Rio de Janeiro: PROURB-FAU-UFRJ, 2006.
TREVIZOLO, Jean Carlo de Souza. Proposta de Diretrizes Gerais para Projeto de Túneis Rodoviários. Dissertação de Mestrado em Geotecnia. Brasília: G.DM-203/12.