PERFURAÇÃO DIRIGIDA
Carlos Alberto Ribeiro Junior, Msc
Rio de Janeiro
2012
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. ii
2.
MÉTODOS DE IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS DUTOVIÁRIOS SUBTERRÂNEOS. ..................... 2
2.1 Escavação a Céu Aberto ....................................................................................... 2
2.2 Métodos Não Destrutivos. .................................................................................... 5
2.2.1 Perfuração Dirigida - HDD. .......................................................................... 8
2.2.2 Métodos e Procedimentos. ........................................................................... 23
1.
INTRODUÇÃO
A perfuração dirigida ou HDD (Horizontal Directional Drilling) é um método de
construção não destrutivo que permite a instalação de tubos e cabos sem abertura de valas.
A perfuração dirigida torna-se uma alternativa atraente, em termos de custo e prazos, para
os casos onde os trabalhos de escavação ou demolição de pavimentos possa gerar impacto
sócio ambiental expressivo, como por exemplo, cruzamento de auto-estradas ou pista
importantes no sistema viário urbano; cruzamento de vias-férreas; travessia de rios e córregos;
regiões de centros urbanos com alto trafego de veículos e pedestres; e em zonas históricas. A
perfuração direcional permite também ganhos efetivos no tempo de construção e redução de
eventuais incidentes, pois, exige melhor estudo prévio sobre a infra-estrutura existente no
subsolo e da geologia do local onde se pretende realizar a obra (Aquino Rodrigues, 2007).
O desenvolvimento da prestação de serviços que implicam em construção ou renovação
de infra-estrutura subterrânea urbana aumentou substancialmente as intervenções em vias
públicas, principalmente nas grandes capitais. A operação segura dessas concessionárias de
serviço público, no subsolo, exige um grande esforço de regulamentação e planejamento das
intervenções para minimizar incômodos e danos ao espaço público. Neste cenário, a
perfuração dirigida surge como uma metodologia construtiva com significativo potencial de
redução do impacto negativo à rotina das cidades, preservação da pavimentação e dos
serviços já instalados.
Fora dos centros urbanos da perfuração dirigida possibilita a simplificação de instalação
de dutos enterrados em locais onde o procedimento tradicional, ainda que possível,
provavelmente seria executado a elevados custos.
2
2.
MÉTODOS
DE
IMPLANTAÇÃO
DE
SISTEMAS
DUTOVIÁRIOS
SUBTERRÂNEOS.
2.1 Escavação a Céu Aberto
A instalação de serviços subterrâneos tradicionalmente é executado através de escavações
de valas ou trincheiras céu aberto, através de métodos mecânicos ou manuais. Esse
procedimento é simples, o mais antigo e por vezes, o mais barato.
A escolha do melhor método de escavação a céu aberto depende do tipo de solo a ser
escavado, a magnitude da obra, normalmente relacionada ao diâmetro do tubo ou galeria, da
profundidade de implantação e do prazo de obra, que influenciará na velocidade de obra e por
fim na escolha do equipamentos mais adequados.
Valas são cortes no solo, com retirada de material que pode ser reaproveitado ou não. Do
ponto de vista geotécnico as valas provocam um alivio de tensões no solo que pode gerar
deslocamentos e consequentemente, instabilidade das paredes da escavação. A forma mais
simples de executar uma escavação e aumentar a estabilidade das paredes da vala é executá-la
em forma taludes (inclinação das paredes com proporções predefinidas em função do tipo de
solo), conforme mostrado na figura 1.
Figura 1 – exemplo de escavação com paredes taludadas.
3
Quando não for possível a execução de paredes em forma de taludes, deve-se buscar
protegê-las com estruturas capazes de suportar o empuxo do solo e, garantir a estabilidade do
conjunto. Essas estruturas são os escoramentos. A norma brasileira NBR 9061 estabelece os
critérios básicos de execução de escoramentos em obras de escavação a céu aberto.
Em solos coesivos é possível executar escavações com paredes verticais até uma
profundidade limite, sem escoramentos e sem risco de instabilidade. Porém, em geral, o solo
não é um meio homogêneo e isotrópico, portanto, não é possível garantir a continuidade de
suas propriedades em pontos distintos. A definição dos parâmetros de resistência pode não ser
simples, gerando incertezas na elaboração de um plano de escavação e, como medida de
segurança é conveniente não considerar a possibilidade de escavação de valas profundas
(profundidade maior que 1,2m) com paredes verticais sem escoramento.
Obras de grande porte, que movimente grandes volumes de escavação, são executadas por
meios mecânicos, com utilização de retro escavadeira, escavadeiras, e valetadeiras (figura 2).
Retro escavadeira (http//:www.brasil.cat.com)
Escavadeira (http//:www.brasil.cat.com)
4
Escavadeira (http//:www.vermeer.com)
Figura 2 – Equipamentos de escavação
Em regiões metropolitanas a escavação a céu aberto por meios mecânicos não pode ser
amplamente utilizado, em função do impacto causado pela área de obra necessária para a
movimentação das máquinas. As instalações do subsolo tornam-se interferências à produção
com escavações mecânicas. Portanto, é comum haver escavações manuais para instalação de
serviços nos grandes centros urbanos. Apesar da perda significativa de produtividade em
relação à escavação mecânica, a escavação manual reduz o risco de avaria em serviços de
terceiros.
As escavações no perímetro urbano devem ser precedidas de demolições da
pavimentação, onde são utilizados rompedores pneumáticos, elétricos ou hidráulicos.
Também é possível adaptar um rompedor à retroescavadeira.
A etapa final da obra de escavação a céu aberto é composta pelo aterro da vala,
compactação e reposição do pavimento demolido. Essa etapa é a mais crítica em termos de
satisfação da sociedade, pois, em alguns casos, por melhor que seja a reposição ela pode
apresentar diferenças em termos de tonalidade e textura do pavimento adjacente.
Obras de instalação de dutos em perímetro urbano, em geral requerem pouca mobilização,
são rápidas e em acontece em grande quantidade. Esses fatores levam muitas vezes a pouco
conhecimento do subsolo e normalmente, devido a característica de pouca ou nenhuma
implicação estrutural significativa, as empresas, erroneamente, não executam ensaios de
compactação, nem mesmo, conseguem manter mão de obra qualificada para garantir, ao
menos, o cumprimento de um procedimento que pudesse melhorar a compactação das valas.
O problema de falta de compactação ou falta de controle desse processo, provoca
afundamento do pavimento e, são os principais motivos de reclamações pós-obras e multas,
aplicadas pelos órgãos competentes.
5
2.2 Métodos Não Destrutivos.
Obras para implantação de instalação de dutos subterrâneos, onde a escavação a céu
aberto não apresente vantagens em termos de velocidade ou, o seu impacto na região onde
será executada seja elevado. Atualmente existem no mercado, diversos métodos de execução
de obras para instalação de dutos enterrados e construção de túneis. A escolha do melhor
método deve ser feita em função do porte de obra, finalidade do projeto, diâmetro do duto ou
estrutura, custo e prazo.
A tabela 1 apresenta um resumo dos principais métodos e suas aplicações.
6
Tabela 1 – Métodos não destrutivos principais características.
Método
Utilização
Diâmetro máximo
Comprimento máximo
Substituição por novo
tubo
Recuperação do
sistema
0,65 do diâmetro do
tubo original.
Em função do diâmetro a
instalar. Até 500m
ilustração
Sliplining
Revestimento por
Inserção apertada
Recuperação de
dutos
Até 1600 mm
Acima de 1000m
Close fit
Substituição por
arrebentamento
Recuperação e
ampliação do
sistema
Até 1200mm
300m
Pipe Burstin
7
Pefuração por percussão
e cravação –
unidirecional
Implantação de
dutos
Até 200mm
Perfurações curtas
(cruzamentos)
Pipe Ramming
Cravação de tubos ou
Micro túneis
Implantação de
dutos de grande
diâmetro e
pequenos túneis
Pipe Jacking
Perfuração dirigida
(HDD)
Implantação de
dutos
Até 1200mm
Até 2000m
Horizontal Directional Drilling
8
Dentre todos os métodos apresentados na tabela 1 o método de perfuração dirigida (HDD)
tem sido o mais utilizado para construção de dutos enterrados nas grandes cidades, para
instalações de dutos das redes de distribuição de água, e gás e dutos para implantação de
cabos elétricos e telefônicos. O HDD, em geral, é substituído pelo método Ramming para as
obras de pequeno porte, como cruzamentos e pequenos ramais.
2.2.1 Perfuração Dirigida - HDD.
O método da perfuração dirigida baseia-se implantação de estações nas extremidades do
percurso previsto para a instalação da tubulação. Em uma estação é fixada a máquina de
perfuração e na estação oposta é montada a coluna de dutos a instalar. Inicialmente é
realizado um furo piloto entre as duas estações, em seguida, são efetuados alargamentos
sucessivos do diâmetro do furo, e por fim, a coluna de dutos é puxada pelo furo executado no
subsolo, desde a estação de montagem até a estação onde encontra-se a máquina de
perfuração, conforme mostra a figura 3.
M
á
q
u
i
n
a
Furo piloto
E
s
t
a
ç
ã
o
C
o
l
u
n
a
e
n
Retorno tda coluna
com alargador
r
a
d
a
d
e
f
u
r
a
ç
ã
o
Alargamento
Duto sendo instalado
Puxamento do duto
Figura 3 – Seqüência de operação de perfuração dirigida
E
s
t
a
ç
ã
o
d
e
s
a
í
d
a
9
A execução do furo é realizada pela escavação do solo através dos movimentos de rotação
e avanço da ferramenta escarificação, instalada na extremidade da coluna de hastes metálicas.
Durante a execução do furo piloto a cabeça de furação é monitorada a partir da superfície
através de sinais eletromagnéticos. Um profissional qualificado, chamado de navegador, deve
acompanhar o avanço da ferramenta e monitorar o operador da máquina, passando comandos
de localização da cabeça de furação e orientando as mudanças de rumo. Esse procedimento
permite executar furos entre interferência, provocar desvios e fazer curvaturas, dentro das
limitações mecânicas da máquina e do tubo.
Dezzoti 2008 cita Bennett, Ariaratnam e Como, 2004 e Najafi 2004 para classificar o
processo de perfuração dirigida em três categorias apresentadas na tabela 2.
Tabela 2 – Características das categorias do método HDD
Categoria de HDD
Característica
Unid
Diâmetro
(mm)
600 a 1200
300 a 600
Até 300
Profundidade
(m)
≤ 61
≤ 23
≤6
Extensão
(m)
Até 1830
183 a 305
≤ 183
(kN.m)
≤ 108,5
1,2 a 9,5
≤ 1,3
(t)
≤ 45
9 a 45
≤9
(t)
19 a 30
10 a 18
≤9
(m)
2,5 x 13,70
2,2 x 6,10 a
1,0 x 3,0 a
2,5 x 13,7
2,2 x 6,1
(m)
45,7 x 76,20
30,50 x 45,7
6,10 x 18,30
Travessias e
Travessias e
cruzamentos
cruzamentos
Torque
Capacidade de
puxamento
Peso da máquina
Dimensões em planta
do equipamento
Dimensões de trabalho
recomendada
Aplicações tipicas
-
Maxi
Mid
Mini
Serviços públicos
Os equipamentos necessários para realização da perfuração podem ser divididos em
quatros categorias: perfuratriz e acessórios, equipamentos de localização, material de apoio e
fluidos.
Nenhuma parte do conjunto pode ser omitida, por mais que seja possível executar a
perfuração com algum componente inadequado ou ausente, não é possível, garantir o sucesso
da operação.
10
2.2.1.1 Máquinas Perfuratrizes.
As perfuratrizes formam a unidade de força e direção da perfuração dirigida. Em geral,
são montadas sobre esteiras. São equipamentos autônomos, ou seja, podem movimentar-se
sozinhas, porém, seus movimentos são limitados ao necessário para as manobras em campo,
portanto, não desenvolvem velocidades significativas. As máquinas são especificadas pelo
pull back , que representa a capacidade que a máquina tem em “puxar” tudo o que ela levou
para a outra extremidade, mais o que ela pretende trazer para a vala de lançamento, mais o
atrito e o esforço de alargamento do furo base. Essa característica da máquina relaciona todas
as variáveis de carga, ou seja, peso do tubo, diâmetro, tipo de solo, fluidos etc. A escolha da
máquina mais adequada para a operação dependerá da disponibilidade do equipamento no
mercado, disponibilidade de espaço de trabalho e extensão da obra.
Atualmente no mercado, existe uma grande diversidade de máquinas, sendo comum
dividi-las em três categorias relacionadas à potência do equipamento: pequenas - entre 20 kN
e 150 kN; médias - entre 150 kN e 500 kN; e grandes - acima de 500 kN.
Perfuratrizes de pequeno porte.
Podem puxar até 150 kN, que corresponde ao peso do produto instalado (dutos), das
barras e forças resultantes da perfuração. São usadas em áreas urbanas e para tubulações de
pequenos diâmetros. Podem escavar em quaisquer tipos de solos incluindo rochas brandas,
nestes casos com fluídos e cabeças de perfuração especiais. A figura 4 apresenta um modelo
típico desse grupo.
11
Figura 4 – Perfuratriz de pequeno porte – 20 kN de Pullback (fonte – www.verneer.com)
Perfuratrizes de médio porte
Adequadas para instalação de dutos de maior diâmetro. Tem bom desempenho em obras
urbanas, pois conseguem integrar capacidade produtiva com o baixo impacto de obra. As
máquinas desse grupo têm condições de puxar grandes extensões de tubos de polietileno,
podendo chegar a puxar 500 m em solo não granular. São muito utilizadas em instalações
municipais de água, gás e linhas sob pressão. Tem capacidade de puxada de até 500 kN.
Podem ser utilizadas cabeças de perfuração para rochas duras. A máquina apresentada na
figura 5 tem 4,6 m de comprimento e 2,2 m de largura. É considerada uma máquina de médio
porte.
Figura 5 – Perfuratriz de médio porte – 160 kN de Pullback (fonte – www.verneer.com)
12
Perfuratriz de grande porte
São máquinas com grande capacidade de puxamento, tendo capacidade de puxar acima de
5000 kN. Em geral são utilizadas em obras de grandes extensões e grades diâmetros. Não são
indicadas para trabalhos no perímetro urbano, devido à área de canteiro necessária para a
operação da máquina. Essas máquinas são capazes de instalar dutos com até 2.100m de
comprimento e diâmetro de 1.200 mm. A máquina apresentada na figura 6 tem 15,4m de
comprimento por 2,8m de largura.
Figura 6 – Perfuratriz de médio porte – 5000 kN de Pullback (fonte – www.verneer.com)
Há máquinas que utiliza um martelo pneumático de alta freqüência, montado junto à
cabeça de furação. Esse dispositivo em alguns casos utiliza o ar como fluido de furação. A
escavação por esse método provoca a compactação do solo adjacente. Há ainda equipamentos
que combinam a ação da percussão com a ação de jato d'água, aumentando a eficiência do
furo. A fabricante de máquinas Grundodrill ® afirma que a combinação de percussão com
jatos d'água torna possível o furo em solos com até 30% de rocha.
(i) Hastes e Conectores
As hastes são elementos tubulares em aço liga capazes de transferir os esforços da
máquina perfuratriz até a ferramenta de escavação. O comprimento das barras varia entre 1,5
m e 6,1 m e os diâmetros variam entre Ø 25mm para as máquinas menores e Ø125 mm para
13
as máquinas de grande porte. Devem ter flexibilidade suficiente para realizar as curvas
necessárias do trajeto. Em instalação de dutos de polietileno, normalmente, a curvatura é
limitada pelas hastes. A curvatura das barras pode variar entre 17 m e 62,5 m. A tabela 3
apresenta algumas relações entre máquinas perfuratrizes e barras mais adequadas, conforme
sugerido pelo fabricante de máquinas Ditch Wiitch ®.
Tabela 3 – relação entre barras de furação e máquinas – (fonte – www.ditchiwitch.com)
Modelo
máquina
JT520
da Comprimento da Raio
de
Deflexão (°)
barra (m)
curvatura (m)
1,52
21,3
4
Pitch (%)
7
JT920
3
30,5
5,5
9,7
JT922
1,8
30,5
6,5
3,7
JT1220
3
36,6
8,4
4,8
JT1720
3
41,1
7,4
4,2
JT2020
3
41,1
7,4
4,2
JT2720
3
44,2
6,9
4
JT3020
3
47,2
6,5
3,7
JT4020
4,5
45,7
9,9
5,6
JT8020
4,5
62,5
7,2
4,1
JT100
4,5
62,5
7,2
4,1
JT520
1,52
21,3
4
7
A tabela 4 apresenta uma relação entre as características das barras encontradas
comercialmente. (Jamal 2008).
Tabela 4 – relação das características de hastes de furação
Diâmetro
(cm)
4,3
6,4
7,0
7,0
8,6
9,8
10,5
Comprimento
(m)
1,8
3,0
3,0
4,6
4,6
4,6
6,1
Massa
(kg)
8
29
37
54
79
91
150
Raio de Curvatura
(m)
17,5
31,1
33,0
33,0
42,7
51,4
60,2
14
Conectores são acessórios utilizados para adaptar o tudo à coluna de hastes e podem
funcionar como elemento limitadores de tensão.
A capacidade de tração de uma perfuração não deve ser avaliada apenas pela resistência
das hastes ou pela capacidade da perfuratriz. Deve-se avaliar também a resistência do tubo
que será instalado. Em casos de obras para instalação de tubos plásticos, uma falha na
avaliação da perfuração pode levar o tubo a ser instalado à ruptura. Para aumentar a
confiabilidade em relação a integridade física do duto, os conectores devem funcionar como o
ponto mais frágil do sistema de forma que, o efeito de maiores tensões aplicadas durante o
puxamento provoque o rompimento do conector e não do duto ou das hastes. Esses conectores
funcionam como fusíveis e, são conhecidos pelo termo em inglês breakaway. Existem
diversos modelos no mercado. A figura 7 apresenta os modelos mais indicado para trabalhos
com polietileno. Esses modelos são formados por duas partes, unidas por pinos. A tensão
máxima do conjunto é obtida pela combinação de pinos de resistência variável, combinados
para fornecer a resistência desejada para a operação. A resistência dos pinos varia entre 3 kN
e 40 kN.
A especificação do breakaway é em função do diâmetro do material do duto a instalar.
Figura 7 Exemplos de conectores fonte (WWW.Sondeq.com)
15
2.2.1.2 Cabeça de furação e Alargadores.
Os alargadores têm como objetivo alargar o furo até o diâmetro definitivo. Em geral
adota-se o diâmetro do furo 20% a 50% maior que o diâmetro externo do tubo a ser instalado.
Bennete, Ariaratnam e Como (2004) estabelecem três faixas para determinação do
diâmetro do furo, conforme apresentado na tabela 5.
Tabela 5 – relação entre diâmetro do tubo e o diâmetro do furo
Diâmetro do tubo (mm)
Diâmetro do Alargador (mm)
< 200
Diâmetro do tubo + 100 mm
200 a 600
Diâmetro do tubo x 1,5
>600
Diâmetro do tubo + 300 mm
Para cada tipo de terreno é utilizado um tipo diferente de alargador. Os alargadores são
genericamente denominados por compactadores ou por cortadores.
Uma análise descuidada do tipo de solo ou, a sua falta, pode levar a escolha do alargado
inadequado e colocar em risco o sucesso da perfuração. A tabela 6 apresenta alguns modelos
de alargadores mais indicados para cada tipo de solo. A figura 8 apresenta ilustrações dos
alargadores citados na tabela 6.
16
Tabela 6 – modelo de alargadores e aplicabilidade fonte (www.ditchiwitch.com)
Modelo de
Alargador
Beavertail
Solo
Arenoso
Solo
baixa
consistencia
Solo
média
consistencia
Solo
consistencia
rija
Solo
Rochoso
Rocha
Macia
Three Wing
Water Wing
Compact Fluted
Kodiak
Rhino Rock
Rockmaster
Compaction Cone
Hard condition
ST Saw Tooth
MX Mixer
CT Cutter
EX Expander
Fluted Cone
Melhor
Bom
Razoável
Não recomendável
Rocha
Dura
17
BEAVERTAIL
WATER WING
KODIAK
ROCKMASTER
HARD CONDITION
THREE WING
COMPACT FLUTED
RHINO ROCK
COMPACTION CONE
ST SAW TOOTH
MX MIXER
EX EXPANDER
CT CUTTER
Figura 8: Exemplos de alargadores diversos fonte - (www.ditchwitch.com)
FLUTED CONE
18
As pás de perfuração, ou bit, termo inglês para a peça, são os elementos que vão
acoplados na extremidade da cabeça de perfuração e são responsáveis pela escavação do furo
atuando como desagregadores do solo, juntamente com os jatos de fluido de furação.
Para cada tipo de solo há um tipo de pá de perfuração mais indicado. O uso inadequado da
pá de furação pode reduzir a vida útil da peça ou, inviabilizar o furo. A figura 9 apresenta
alguns modelos de pás de perfuração encontradas no mercado.
TALON BIT - SOLO CONSISTÊNCIA MÉDIA / SOLO
DURABIT - MAIORIA DOS TIPOS DO SOLO
MENOS ROCHA
ROCHOSO
BARRACUDA BIT - TODAS AS CONDIÇÕES DO
STEEP TAPER BIT - SOLO ALTAMENTE
COMPACTO / ROCHA
SOLO
GLACIER BIT - FORMAÇÕES DURAS
STEEP TAPER TUFF BIT - SOLOS DUROS /
ROCHA SEDIMENTAR MACIA
SAND BIT - SOLO BAIXA CONSISTÊNCIA E AREIAS
RHINO ROCK BIT - ROCHA
FOFAS
TRI CONE BIT - ROCHA DURA
TUF BIT - SOLOS DUROS / ROCHA
SEDIMENTAR MACIA
Figura 9 - Exemplos de pás de perfuração diversas. fonte (ditchwitch.com).
19
2.2.1.4 Transmissor e Receptor.
O diferencial do método de perfuração dirigida é a possibilidade de monitorar a posição
da cabeça de furação durante a operação e, poder alterar a direção de furação, podendo
realizar curvas, controladas, e desvio de interferências. É possível navegar com a ferramenta
de furação e, executar o furo pelo trajeto mais apropriado.
O monitoramento da cabeça de furação é possível devido a um sistema de ondas
eletromagnética. Um transmissor de ondas, conhecido também como sonda, figura 10 a, é
instalado na cabeça de furação, figura 10b. Os sinais gerados por esse equipamento são
recebido por outro equipamento na superfície que irá interpretar os dados e fornecer
informações de localização do transmissor.
a) – sonda
b) - sonda sendo instalada em cabeça de furação
Figura 10 – Sonda de perfuração
Os transmissores trabalham em freqüências de 1,3 kHz, 8,4 kHz, 12 kHz, 18,5 kHz e 19,2
kHz. São classificados como de curto alcance, de longo alcance e, de longo alcance estendido.
20
O alcance de transmissores de longo alcance estendido pode chegar a 25,9 m. O alcance dos
transmissores fica comprometido pelo nível de interferências do local da obra.
O monitoramento da cabeça de furação é realizado controlando os dados de profundidade
da ferramenta, inclinação, rotação e temperatura. Há transmissores específicos que informam,
também, a pressão do fluido no furo.
A faixa de temperatura em uma perfuração normal deve permanecer na faixa de 16ºC a
40ºC. A temperatura do transmissor deve ser mantida abaixo de 40ºC para faixas de
penetrações lentas, e/ou deve ser adicionado mais fluido de perfuração para manter esta
temperatura. Transmissor exposto a temperaturas superiores a 104°C deve ser considerado
não confiável, e não deverá ser usado nas obras seguintes.
Durante toda a furação o transmissor permanece emitindo sinais que são captados na
superfície pelo receptor (figura 11). O receptor é uma unidade portátil utilizada para
localização, rastreamento e mapeamento da trajetória de um transmissor.
O receptor recebe os dados da sonda e transfere para um módulo remoto na máquina
perfuratriz, levando as informações do furo ao operador da máquina.
a) Receptor vista superior
b) Receptor com conjunto de sondas.
Figura 11 – receptor fonte (www.digitrak.com)
21
Transmissor e receptor devem trabalhar na mesma freqüência. A transmissão de
informações, feitas por ondas eletromagnéticas, figura 12, sofre interferências conhecidas
como ruído de fundo. Essas interferências reduzem a precisão de informações de localização e
rotação transmitidas entre o transmissor e o receptor. As interferências podem ser ativas ou
passivas.
As maiorias das interferências ativas são geradas por dispositivos elétricos como circuitos
de sinalização, proteção catódica, ondas de rádio, torres de TV, cabos elétricos e de fibra ótica
e linhas telefônicas.
As interferências passivas podem reduzir precisão da transmissão, o que resulta em
leituras de profundidade maior que o esperado. As interferências passivas também podem
bloquear o sinal. Exemplos de interferência passiva incluem dutos metálicos, armadura de
concreto, chapa de cobertura de vala, trilho de linha férrea abandonada, água salgada e solo
com baixa resistividade. Há dois tipos de sinais passivos: sinais elétricos e sinais de radio.
Sinais elétricos são produzidos por correntes fluindo no sistema elétrico ou induzidos em
linhas adjacentes. Os sinais de radio resultam de ondas longas de radio que penetram no solo
e fluem em cabos e tubos enterrados.
A interferência elétrica é determinada observando a intensidade do sinal com o
transmissor ligado e desligado. Diferença de leituras inferior a 150 indica interferência
elétrica excessiva.
Figura 12 – Esquema com ondas emitidas pelo transmissor e recebidas pelo receptor.
Antes de iniciar uma perfuração é aconselhável conhecer as zonas de ruído, para se
antecipar aos problemas de sinais que podem ser encontrados nesses pontos. Deve-se percorre
o trajeto com o receptor desligado e anotar os pontos onde a intensidade de sinal for alterada.
22
Deve-se ainda avaliar a velocidade de resposta e precisão das informações de rotação e
inclinação. Essa avaliação pode ser feita percorrendo o trajeto com o receptor ligado e com o
a transmissor, levado por um ajudante, a uma distancia de 1,5 m. Em pontos escolhidos pelos
técnicos da operação o transmissor deve ser inclinado, observa-se o tempo de resposta do
receptor e a sua precisão. Anotam-se os pontos onde a informação do visor estiver errada.
Antes de qualquer operação ou, na troca de um transmissor, receptor ou cabeça de
furação, a calibração dos aparelhos deve ser feita. Para isso, coloca-se o transmissor
energizado, dentro da cabeça de furação assenta-o sobre superfície plana, paralelo ao receptor
e distante 3,0 m um do outro. Anotam-se as informações de inclinação e rotação (Digitrak ®,
2012).
2.2.1.5 Fluidos.
O fluido tem como função o corte por jato, transporte dos materiais escavados à
superfície, lubrificação do furo, manutenção da temperatura de operação da cabeça de corte,
sustentação das barras e peças de escavação, estabilização do furo contra colapso, vedação das
paredes do furo em solos permeáveis, redução da vibração, transmissão da energia hidráulica
ao corte, e manutenção do material escavado em suspensão.
Inicialmente o fluido utilizado era a água, porém, a utilização exclusiva de água não é
suficiente para cumprir todos os requisitos esperados do fluido durante a perfuração. A água
não produz lubrificação suficiente. Em solos arenosos não apresenta bons resultados, por não
conseguir manter a estabilidade do furo. Em solos argilosos a água pode aumentar a
plasticidade da argila e torná-la mais aderente às ferramentas, prejudicando o avanço da
ferramenta e podendo chegar a obstruir o furo.
Devido os problemas observados com a utilização exclusiva da água, passou-se a
incorporar outros elementos que melhorassem as propriedades da água. Atualmente utilizamse fluidos a base de bentonita ou polímeros.
A bentonita é um silicato de alumínio e magnézio hidratado, extraído da natureza, sua
composição básica é o argilomineral montmorilonita. Os fluidos a base de bentonita
conseguem reduzir a permeabilidade do fluido para o solo circundante, devido à formação de
cake (uma espécie de película forma nas paredes do furo). Produzem a limpeza do furo
mantendo os sólidos de escavação em suspensão, em função de sua viscosidade. A utilização
de bentonita melhora as condições de furo, se comparada com a água, porém, assim como a
água, a bentonita não produz boa lubrificação. Outras desvantagens da bentonita é a alta
23
quantidade de sólidos, prejudiciais às maquinas e, a baixa capacidade de transferência de
energia hidráulica.
A bentonita não reage com a água do mar e com o cálcio, logo em áreas de praia ou
lacustres a bentonita não apresentará bom desempenho.
Os polímeros são compostos sintéticos de alto peso molecular, desenvolvidos para
melhorar as condições de furos. Tem boa aplicabilidade tanto em solos granulares, como em
solos coesivos. Fluidos a base de polímeros apresentam boa capacidade de limpeza do furo.
Assim como acontece com a bentonita, há redução expressiva da permeabilidade do fluido
para o solo circundante. Têm como vantagem sobre a bentonita o baixo teor de sólidos, a boa
capacidade de transmissão de energia hidráulica e a boa capacidade de lubrificação.
A bentonita pode melhorar o pH baixo da água, porém aumenta-se o consumo do aditivo.
Sugere-se fazer a correção do pH da água com barrilha leve. A faixa ideal de pH, para a água
é de 7,5 a 8,5.
Outros aditivos podem ser incorporados ao fluido para melhorar outras propriedades. Uma
pratica comum é o uso de detergente no material que está sendo puxado, ou na própria barra
de perfuração, para evitar a adesão da argila na ferramenta e facilitar seu deslizamento.
A mistura dos aditivos deve seguir uma ordem correta a fim de evitar reações indesejadas.
Uma seqüência indicada é a seguinte:
Barrilha leve
Bentonita
Polímeros secos;
Polímeros líquidos;
Outros aditivos.
2.2.2 Métodos e Procedimentos.
Apesar da tecnologia envolvida nos métodos não destrutivos, não é possível afirmar que
Perfuração dirigida seja uma ciência exata. O sucesso da perfuração será consolidado somente
depois de instalado o produto (tubulação). O principal motivo de não se qualificar o método
como ciência exata está na elavada quantidade de incertezas envolvidas na operação. Evitar a
abertura de valas ou não conseguir fazê-las elimina a capacidade de observação do meio que
será explorado, portanto, as especificações, dimensionamento, e procedimentos serão
24
formulados sobre inferências, avaliações de dados de origem desconhecida e por vezes
insuficiente.
O sucesso da execução de perfuração dirigida é construído a cada etapa do processo, que
começa com um planejamento adequado.
As etapas construtivas podem ser classificadas em:
Planejamento;
Projeto;
Execução;
Serviços finais.
2.2.2.1 Planejamento.
Em qualquer tipo de obra é importante não levar os problemas do escritório para o campo.
Os gestores e técnicos responsáveis por obras de escavação devem atuar de forma ativa, se
antecipando aos problemas. É natural que o campo apresente situações inesperadas,
principalmente em obras de escavação e intervenção no subsolo de áreas urbanas. Portanto, é
condição imperativa conhecer as ameaças do local de obra e sua execução e antecipar-se a
elas adotando medidas eliminadoras ou mitigadoras. Por outro lado, a obra não deve iniciar
uma obra sem conhecer o escopo e características básicas da obra.
Há o costume de se executar primeiro e planejar depois. Esse perfil das empresas, do
mercado e dos profissionais brasileiros tem mostrado ser um mau exemplo, que deve ser
corrigido. Em obras de perfuração dirigida o equipamento parado representa perdas por lucro
cessante, para o empresário e atraso na obra para o cliente. Porém a execução de uma obra de
perfuração dirigida não começa quando as máquinas são instaladas no local de obra. Antes da
mobilização dos equipamentos, diversas outras atividades administrativas, jurídicas e técnicas
devem estar concluídas, ou não deve representar empecilho para a realização da obra. Um
planejamento adequado ira evitar perdas financeiras, por máquinas paradas, atrasos na entrega
da obra e, poderá maximizar a produção.
Em termos de planejamento as empresas executoras e contratantes devem elaborar seus
planos, definindo o escopo, custo e prazo. A figura 13 apresenta um fluxograma de atividades
genéricas que antecedem a execução de uma obra de perfuração dirigida.
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Figura 13 – Fluxograma de macroatividades de obras de perfuração dirigida.
2.2.2.2 Projeto.
Para a correta execução da perfuração direcional, estudos e levantamentos são
necessários, tanto para determinação do percurso da furação – inclinação, profundidade,
desvios, curvas, como para a determinação de máquinas, equipamentos e acessórios
adequados às condições da obra – tipo de solo a ser perfurado, extensão, quantidade de
interferências.
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Erro na escolha de máquinas, equipamentos e acessórios pode aumentar o custo ou
inviabilizar uma obra por danos a serviços de terceiros ou propriedades particulares durante a
furação.
Na etapa de projeto deve-se investir tempo na pesquisa, estudo e levantamentos.
Definidos os parâmetros basicos do projeto deve-se iniciar uma vasta pesquisa cadastral sobre
todas as instalações existentes no local. Devem-se buscar os órgãos resposnsaveis pelos
diversos serviços, solicitar seus cadastros. Com os cadatros é importante montar uma planta
sobrepondo todas as instalações identificadas nos cadastros. A pesquisa tem continuidade com
visita ao campo para confirmação das informações cadastrais, atualizações de dados e
levantamentos do local e levantamento topográfico.
Alguns itens importantes a serem observados no levantamento topográfico são:
oInstalações de água – adutoras, redes de distribuição e ramais, caixas;
oInstalações elétricas – áreas e subterrâneas, em alta e baixa tensão;
oInstalações de comunicação – telefone e TV;
oInstalações de águas pluviais – galerias, redes tronco, ramais, caixas, canais, rios,
córregos;
oInstalações de esgoto sanitário – redes troncos, ramais e caixas;
oInstalações de sinalização – semáforos;
oInstalações de gás – redes, ramais e caixas;
oInstalações abandonadas;
oMobiliário urbano – hidrantes, postes, monumentos, gradil, bancos, mesas, brinquedos
de praça, bancas de jornal;
oEstruturas subterrâneas – metrô, subsolos em geral, ventilação de caixas subterrâneas,
fundação de ponte, viadutos;
oVegetação – identificar os tipos de árvores e suas posições;
oLocação dos imóveis – Identificação dos tipos de imóveis, suas entradas de pedestres e
veículos e restrições (hotéis, hospitais, quartéis e escolas);
oIdentificação da pavimentação – em pista e passeio;
oSentido do transito;
oIdentificação de marcos topográficos – anotar coordenadas e DATUM;
oExecutar levantamento planimétrico e altimétrico;
oDanos existentes – fissuras em fachadas e passeios, patologias diversas.
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A figura 14 apresenta uma visão dos pontos a serem observados em um levantamento de
interferências:
Figura 14 – Levantamento de interferências
Ainda em campo deve ser feita uma avaliação visual das entradas e saídas das caixas de
serviço. Deve-se indicar no chão, com tinta a base de água, o sentido das tubulações que
chegam à caixa.
Outro levantamento importante de interferências é a avaliação do subsolo com
equipamentos de investigação indireta como detectores de metais e aparelhos como o
georadar. Esses equipamentos funcionam com por emissão de ondas eletromagnéticas,
buscando sinais das instalações subterrâneas. Há dois tipos de sinais que uma linha pode
transportar: passivo e ativo. A maioria dos localizadores de interferências é projetada para
localizar ambos os tipos de sinais (Figura 15).
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Figura 15 – Equipamento localizador de interferência.
Em geral os detectores de interferência apresentam bom desempenho na localização de
materiais condutores de corrente elétrica. Materiais como PVC, polietileno, madeira, e
alvenaria, de tijolo ou concreto não são facilmente identificados por esses aparelhos. Ë
desejado que nesse levantamento sejam avaliadas as regiões de ruídos de fundo.
A última avaliação a ser executada, e normalmente dispensada, é a investigação
geotécnica. A falta investigação geotécnica é a principal responsável pelos insucessos de
obras de perfuração dirigida. Por ser uma obra de intervenção no subsolo, o conhecimento do
solo é imprescindível para ao aumento da confiança de sucesso da obra. A investigação
geotécnica pode ser feita por aberturas de trincheiras até a profundidade que se deseja
executar a furação, caso essa seja rasa, por sondagens a trado ou ainda por sondagens com
ensaio de SPT, método onde é possível ter uma idéia do tipo de solo e da sua resistência.
Todas as informações devem ser reunidas em um documento de forma que se possa ter
uma visão completa da região onde se pretende executar a perfuração dirigida. A partir de
uma análise minuciosa do mapa com a superposição das informações é possível projetar os
trechos de perfuração.
Em geral nas áreas urbanas não se consegue desenvolver grande extensões de obra,
devido às restrições do local, portanto, de posse dos dados de campo, o projetista deve
encontrar a melhor forma de execução, que atenda as restrições de projeto e que cause o
menor impacto na comunidade onde será realizada a obra. Pontos importantes a serem
definidos e observados no projeto são:
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i.
Localização das estações de lançamento e de recebimento.
As estações devem ser locadas em locais que não causem transtornos a comunidade local.
Deve evitar locar estações em entrada de estabelecimento público, portas de hospitais, entrada
de estacionamento. Caso seja utilizado tubo em barras, a estação onde ficará a coluna deve ser
locada em uma região onde se possa preparar toda a coluna de dutos sem interferir com a
rotina do local. Nesses casos devem-se evitar esquinas e locais onde o tubo, antes de ser
puxado, provoque transtornos. Em função dos problemas que podem ser gerados pelos tubos
em barras, deve-se sempre que possível utilizar tubos em bobinas. A limitação da utilização
de bobinas é a extensão máxima de perfuração que fica limitada ao comprimento do tubo.
Não se deve puxar tubos com solda de eletrofusão.
ii.
Identificação das interferências.
Projetar a localização do duto com o mínimo da distância exigida por normas em relação a
outros serviços. É aconselhável majorar esse distancia em 1,5 vezes, devido às incertezas e a
geração de tensões no solo, provocados pela perfuração.
iii.
Definição de profundidade do furo.
Deve-se observar que se for uma rede de distribuição deverá haver intervenções futuras
para construção de ramais, portanto, não é interessante trabalhar em grandes profundidades.
iv.
Definir os desvios.
A definição dos desvios deve respeitar a curvatura mínima dos materiais envolvidos na
furação. Deve adotar como curvatura de projeto a maior entre o tubo instalado e a coluna de
hastes. Em geral, para análise preliminar, pode-se adotar a curvatura dos tubos de aço, igual a
100 vezes o diâmetro. A curvatura para tubo de PE é igual a 40 vezes o diâmetro do duto. A
curvatura para as hastes foram apresentadas nas tabelas 3 e 4;
v.
Definir o tipo de máquina e acessórios.
Com base no perfil geotécnico e nas características da obra define-se o pulback e a
escolha da máquina. Também se define o tipo de alargador e de pá de escavação. Ainda em
função do solo e também do diâmetro do alargador define-se o fluido de furação. Em função
do nível de interferência e profundidade define-se o emissor mais adequado. Alguns
fabricantes de máquinas oferecem programas para projeto de perfuração dirigida.
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2.2.2.3 Construção
A construção inicia-se com o isolamento da área de trabalho utilizando os materiais
disponíveis no mercado e aceitos pelos órgãos regulamentadores.
Deve-se cuidar para que as valas de lançamento e recebimento estejam posicionadas nos
locais corretos, sejam cercadas e com a área de trabalho limpa.
Para preservar a curvatura dos tubos principalmente os de aço, deve-se executar poços por
onde será realizada a perfuração. Esses poços também servirão para conter o fluido de
furação. Deve-se evitar que o fluido de furação seja despejado no sistema de água pluvial,
portanto deve ser devidamente recolhido e descartado em local apropriado.
A equipe para a execução de obra de perfuração dirigida é composta por profissionais
qualificados – operador da máquina, navegador, soldador de polietileno, soldador de aço,
desenhista de campo e técnico encarregado – e por profissionais sem exigência de
qualificação, ajudantes.
No dia da operação cada profissional deve ter claro o sobre as suas obrigações e qual é a
missão do dia. A equipe deve ser alertada quanto aos riscos que podem ocorrer e o que fazer
para prevenir.
A coordenação de campo é peça mais importante nesse momento, pois cabe a esse
profissional definir as prioridades do dia e cobrar de cada colaborador o cumprimento de suas
tarefas, de forma a evitar a ociosidade otimizar a operação. O encarregado deve manter o
canteiro em ordem, zelar pela qualidade e segurança das atividades. Deve certificar-se que
dispõem de todos os meios e materiais para realizar a perfuração sem interrupções.
Em uma operação bem coordenada três atividades podem começar simultaneamente, a
soldagem das partes da coluna a instalar, a calibração do transmissor e do receptor conforme
apresentado no item 2.3.1.3 deste trabalho e o assentamento da máquina com preparação do
fluido.
Após testar o transmissor e o receptor, deve-se instalar o tansmissor na cabeça de furação,
que recebe a pá de furação e, é acoplá-la às hastes da máquina, conforme mostra a figura 16.
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a) Instalação de pilhas no transmissor
b) Instalação da sonda no cabeça de furação
c)Acoplamento da cabeça de furação às hastes
Figura 16 – instalação do transmissor na cabeça de furação
A perfuratriz deve ser posicionada no local onde será executada a furação. A máquina
deve ser ancorada. Deve-se instalar o aterramento elétrico da máquina. O operador deve
conferir a instrumentação da máquina (manômetros de puxada, de pressão de água e de
rotação). Outras verificações de conservação da máquina devem ser feitas na empresa. A
máquina deve ser enviada para o campo e boas condições de utilização. A Figura 17a mostra
uma máquina média posicionada e a figura 17 b apresenta o carregamento das hastes.
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a) Máquina de perfuração dirigida posicionada
b) Carregamento de barras
Figura 17 – Maquina de MND e carregamento de hastes
A preparação do fluido de perfuração é preparado (misturado) em um reservatório de
água. Este reservatório é ligado à máquina perfuratriz e os líquidos são conduzidos pelas varas
de perfuração sob pressão. A figura 18 mostra o polímero utilizado, o tanque de mistura e a
conexão na máquina.
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a) Polimero
b)Tanque de mistura
c)Conexão com aperfuratriz
Figura 18 – preparação de fluido
O furo piloto inicia-se com um ângulo de ataque entre 10º e 30º . Em geral a cabeça de
furação fica na posição 6h e a primeira haste é empurrada até que se obtenha resistência.
Quando encontrada a penetração adequada é iniciado o processo de rotação. A figura 19
apresenta o inicio de um furo piloto.
Figura 19 – Inicio de furo piloto.
A manutenção da direção da ferramenta de corte é obtida pela rotação da cabeça de
furação. Para executar desvios interrompe-se a rotação. A forma inclinada na cabeça de
furação, sob ação de avanço, irá provocará um desvio.
Durante todo o processo de furo piloto o navegador, figura 20, deve acompanhar, pela
superfície e, na direção da cabeça de furação, a evolução do furo. A cada ponto medido o
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navegador deve anotar a posição e a profundidade. Sugere-se que ele marque no chão com
tinta a base d'água, a profundidade medida para que o desenhista de campo possa fazer o
levantamento correto do ponto.
Figura 20 – Navegador acompanhando evolução do furo.
A perfuração atingirá a estação oposta daquela onde está a máquina. Figura 21.
Figura 21 – Cabeça de furação chegando na estação de recebimento – oposta a de lançamento
Na estação de recebimento – oposta a de lançamento – a cabeça de furação é desconectada
e em seu lugar é instalada o largador. O alargamento do furo será executado sempre por tração
do alargador, em sentido à máquina. A figura 22 mostra um furo sendo alargado.
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Figura 22 – furo sendo alargado
Após o furo alargado atingir 1,5 vez o diâmetro da tubulação a ser inserida os dutos são
acoplados ao conector com fusível de tensão e, são puxados no sentido da vala final
(recebimento) para a vala inicial (lançamento), onde começou o furo piloto. (figura 23)
Figura 23 – execução de puxada de dutos com alargador
Todo o serviço dever ser registrado por um desenhista de campo qualificado. Os pontos de
fechamento de rede devem ser limpos (retirada do fluido de furação) e ampliados, se
necessário, para a realização do tie in.
Um ponto desfavorável da perfuração dirigida é impossibilidade de se instalar fitas de
sinalização. Para reduzir os riscos de avaria deve-se instalar marcos de identificação na
superfície.
Concluída a obra deve-se confeccionar um as buit apresentando todas as curvaturas e
desvios. Junto com o as built deve ser entregue o relatório de furação, produzido pelo
navegador.