Um guia dos métodos não destrutivos
(MND) para instalação, recuperação, reparo
e substituição de redes, dutos e cabos
subterrâneos com o mínimo de escavação.
Seção A INTRODUÇÃO
A 1 Sobre a ABRATT
A construção de infra-estruturas por Métodos não Destrutivos (MND) é antiga no mundo e no
Brasil, para isso basta lembrarmos os leitores que um túnel rodoviário, é uma construção por
MND, pois evitou a destruição de áreas de conservação, por exemplo, mas também permitiu
a transposição de obstáculos naturais ou não. Com o advento de instalações, e reabilitações
de redes (água, esgotos, gás, comunicação e etc.) na época mais recente (ultimas duas ou
três décadas), esses serviços encontraram um ambiente no subsolo, totalmente ocupado por
instalações dos mais diversos serviços como mencionado anteriormente. A engenharia precisava de instrumentos, técnicas e tecnologias que permitissem “navegar” ou “instalar” novos
serviços (fibra ópticas, por exemplo) que reabilitassem, ou inovassem melhorando a qualidade
dos serviços prestados. O MND veio exatamente atender essa demanda. Há décadas atrás,
essa preocupação foi atendida e resolvida pela ISTT (International Society For Trenchless Technology) em Londres (veja adiante o texto), mãe e comandante de todas as Associações de
Tecnologia por MND no mundo, hoje em mais de 20 países.
A ABRATT em 1999, juntou-se a esse privilegiado grupo de entidades, e num trabalho exaustivo vem apostolicamente, trabalhando na divulgação e suporte a essas tecnologias, em conjunto com Universidades do mundo inteiro, inclusive a Universidade de São Paulo - USP, institutos, como o Instituto OPUS, ajudando na formação de profissionais de todos os níveis.
Hoje, dispomos de farta biblioteca, acesso a trabalhos e Congressos ao redor do mundo, com
viagens técnicas, e uma disponibilidade para ingresso no quadro de associados, nas mais diversas modalidades, permitindo a fácil inclusão do profissional.
É com esse espírito que uma quantidade significativa de eventos tem sido oferecido à comunidade técnica de nosso país, em Workshops e Congressos, que temos certeza ainda reflete
pouco o muito que se pretende oferecer.
A 2 Sobre a ISTT
A Sociedade Internacional de Tecnologia Não Destrutiva – ISTT foi criada no Reino Unido em
setembro de 1986. Desde essa data, vem incentivando em todo o mundo a formação de sociedades filiadas, nacionais e regionais.
A ISTT e suas filiadas atendem aos organismos ligados à instalação de redes subterrâneas
de gás, água, esgoto, telecomunicações e distribuição elétrica; consultores, empreiteiros e
instaladores de fábricas; engenheiros rodoviário e pessoal envolvido com o gerenciamento do
tráfego e a integridade das redes rodoviárias; e pessoal de pesquisa e desenvolvimento de
sistemas subterrâneos. Essas sociedades preocupam-se com a construção e o meio ambiente,
e reconhecem os altos custos sociais impostos ao público pelas obras a céu aberto para instalação de redes.
Seus objetivos compreendem a evolução da ciência e da prática de métodos não destrutivos
(MND) para o benefício do público, e a promoção da educação, treinamento, estudo e pesquisa a respeito, bem como o incentivo ao desenvolvimento de novas técnicas e à utilização de
métodos não destrutivas (MND) de eficiência comprovada para instalação e recuperação de
redes subterrâneas, além de promover o mapeamento e a locação dessas redes.
A ISTT criou um prêmio anual (No - Dig Award) para os mais notáveis empreendimentos ou
avanços no campo das tecnologias não destrutivas, que atrai um grande número de ações de
qualidade em todo o mundo. A revista oficial da ISTT, No - Dig International, é publicada mensalmente e contém artigos sobre as mais recentes aplicações e desenvolvimentos, juntamente
com novos itens e informações sobre aspectos técnicos, financeiros e legais das tecnologias
não destrutivas em todo o mundo. Essa revista é enviada gratuitamente aos membros das
sociedades filiadas, que se tornam automaticamente membros da ISTT.
Introdução
A1
A 3 Sobre as Diretrizes da ABRATT e da ISTT
Sem dúvida, todos os que participaram dos anos de criação das primeiros métodos não destrutivos (MND) se sentirão motivados com a diversidade de métodos e equipamentos disponíveis hoje em dia. Outros que estão começando agora a utilizar esses métodos poderão achar
a escolha confusa e a velocidade de desenvolvimento tão grande que torne difícil permanecer
atualizado com os últimos avanços.
Estas diretrizes estão dirigidas a todos que tenham interesse em métodos não destrutivos
(MND) de recuperação, reparo e instalação de redes subterrâneas. Compreendem as descrições da maioria das técnicas de execução desses métodos, juntamente com orientações sobre
as aplicações mais adequadas.
Não foi feita nenhuma tentativa de incluir especificações detalhadas e legislação sobre essas
práticas, uma vez que estas variam de um lugar para outro e as informações sobre esses assuntos podem ser pesquisadas nas sociedades locais ou nas empresas filiadas.
Um dos principais obstáculos para o maior uso dos métodos não destrutivos (MND) é a falta
de compreensão do assunto ou de conhecimento dos recursos e benefícios do uso dessas
tecnologias. Se estas diretrizes puderem ajudar a quebrar algumas dessas barreiras de conhecimento e encorajar mais empresas a analisarem as alternativas não destrutivas, terão
conseguido seu objetivo principal.
A 4 Agradecimentos
A ABRATT agradece a todos os seus associados pelo apoio permanente que tem resultado em
vários trabalhos e atividades como este ora apresentado. Também queremos deixar registrado
muito particularmente o esforço pessoal do Engo. Antonio Carlos Moutinho, sem o qual esse
trabalho não teria sido completado. A ISTT nossa coordenadora e instituição-mãe, também é
incluída no agradecimento, pois há mais de 20 anos, vem batalhando no setor, e sem dúvida,
como se trata de uma tradução estendemos nosso agradecimento a dezenas de empresas e
profissionais que originalmente geraram este material.
A 5 O que é o Método Não Destrutivo?
O Método Não Destrutivo (MND) é a ciência referente à instalação, reparação e reforma de
tubos, dutos e cabos subterrâneos utilizando técnicas que minimizam ou eliminam a necessidade de escavações.
Os Métodos não Destrutivos (MND) (trenchless ou No - DIG) podem reduzir os danos ambientais e os custos sociais e, ao mesmo tempo, representam uma alternativa econômica para os
métodos de instalação, reforma e reparo com vala a céu aberto. Vêm sendo vistas cada vez
mais como uma atividade de aplicação geral do que como uma especialidade, e muitas empresas de instalação de redes têm uma tendência a aplicar os Métodos Não Destrutivos (MND)
sempre que possível, em função dos custos e dos aspectos ambientais e sociais.
Levantamentos precisos e investigações adequadas de campo (v. seção C) são essenciais
para o sucesso desses métodos, por minimizarem o risco de imprevistos que possam ocorrer
durante a execução dos serviços.
Introdução
Os Métodos Não Destrutivos (MND) podem ser divididos em três grandes categorias: reparo e
reforma; substituição in loco; e instalação de novas redes.
A 6 Reparo e Reforma
A2
Essa categoria compreende os métodos de restauração da integridade de tubulações defeituosas e de estruturas subterrâneas, bem como a extensão de sua vida útil. Os Métodos
compreendem:
•
•
•
•
•
•
Revestimento por inserção de novo tubo (sliplining – seção D)
Revestimento por inserção apertada de tubulação deformada (close-fit lining – seção E)
Revestimento por aspersão (spray lining – seção F)
Revestimento por inserção com cura in loco (cured-in-place lining – seção G)
Reparos e vedações localizados (seção H)
Recuperação de tubos de grande diâmetro e de Poços de Acesso (seção I)
Os Métodos Não Destrutivos (MND) podem ser divididos em três grandes categorias: reparo e
reforma; substituição in loco; e instalação de novas redes.
A 7 Substituição por Arrebentamento in Loco pelo mesmo
Caminhamento (on-line Replacement)
As técnicas descritas na seção J referem-se à substituição de uma rede por outra de mesmo
diâmetro ou de diâmetro maior através do arrebentamento ou destruição da rede existente e
instalação simultânea da tubulação final.
A 8 Instalação de Redes Novas
Os Métodos Não Destrutivos (MND) para instalação de novas tubulações, dutos e redes compreendem:
• Perfuração por Percussão & Cravação – seção K
• Perfuração Direcional & Guiada – Seção L
• Cravação de Túneis e Micro-Túneis – seção M
A 9 Glossário
A seção N apresenta um glossário dos termos mais usados em Métodos Não Destrutivos
(MND).
A 10 Responsabilidades
As informações contidas neste documento são fornecidas em boa fé. A ABRATT, a ISTT e seus
agentes, contudo, se eximem de qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.
Os leitores deverão executar suas próprias pesquisas para se satisfazerem com respeito á
adequação de qualquer técnica que atenda a suas necessidades.
Introdução
A3
Seção B
SEÇÃO
A
B
C
SUMÁRIO
TÓPICO
Introdução
Sumário
Pesquisas e Investigações de Campo
CFTV – Sonar – Radar – Detecção de redes subterrâneas – Detecção de vazamentos
D
Revestimento por Inserção de Novo Tubo
(Sliplining)
Características básicas – Revestimentos por inserção de
tubulação em espiral – Inserção sem interrupção do fluxo
E
Revestimento por Inserção Apertada de
Tubulação Deformada (Close-fit Lining)
Revestimento por Inserção de tubulação reduzida (Swaged
Liners) – Revestimento por inserção de tubulação com dobra
(Folded Liners) – Revestimento por inserção de tubulação em
espiral expansível (Expanded Spiral Liners)
F
Revestimento por Aspersão (Spray Lining)
Revestimento com argamassa – Revestimento com epóxi
G
Revestimento por Inserção com Cura In
Loco (CIPP- Cured-in-Place Pipe)
Cura térmica – Cura por Ultravioleta – Cura em temperatura
ambiente – Revestimentos para recuperação de redes de gás e
distribuição de água
H
Reparos Localizados Pontuais e Vedações
Reparos com luvas – Injeção de resina – Sistemas de enchimento
e drenagem – Reparos com robôs – Vedação mecânica –
Restabelecimento da circunferência de tubos
I
Recuperação de Tubos de Grande
Diâmetro e Poços de Visita
Sumário
Revestimentos pré-formados – Recuperação in loco –
Recuperação de poços de visita
B1
J
Substituição por Arrebentamento in Loco
pelo Mesmo Caminhamento
(On-line Replacement)
Substituição por arrebentamento in Loco pelo mesmo
caminhamento por percussão – Substituição in Loco pelo
mesmo caminhamento por arrebentamento hidráulico de tubos
– Corte de tubos – Destruição de tubos – Cravação de tubos
– Substituição de ligações domiciliares de chumbo, etc.
K
Perfuração por Percussão e Cravação
Perfuração por percussão – Cravação de tubos
L
Perfuração Direcional (HDD) ou Guiada
Unidirecional
Equipamentos de Perfuração – Perfuração com auxílio de fluido
– Perfuração a seco – Colunas de perfuração – Fluidos – Controle
do caminhamento e direcionamento - Acessórios
M
Cravação de Tubos (Pipejacking)
e Micro-túneis
Métodos de cravação de tubos – Métodos de micro-túneis
– Estruturas para cravação de tubos – Tubulações – Lubrificação
– Poços de acesso
N
Sumário
B2
Glossário
Seção C PESQUISAS E INVESTIGAÇÕES DE CAMPO
C 1 Aspectos Gerais
Pesquisas e investigações de campo cuidadosas são essenciais para todos os empreendimentos de engenharia civil, especialmente para atividades subterrâneas, onde o risco de encontrar
imprevistos é muito mais alto. As diversas técnicas disponíveis atualmente poderão reduzir
significativamente as possibilidades de encontrar maiores surpresas durante a instalação, recuperação ou reparo de redes por Método Não Destrutivo (MND).
Todos os sistemas foram projetados para atender a um conjunto específico de condições;
nenhum deles tem aplicação universal. O conhecimento do que existe sob o solo influenciará, portanto, não somente o custo do projeto, como também a escolha do sistema que será
utilizado. Embora as pesquisas e investigações necessárias variem bastante de um empreendimento para outro, três grandes grupos podem ser identificados.
Para recuperações e reparos, são necessárias informações precisas sobre o diâmetro, forma,
percurso e condições da rede existente; incluindo dados sobre acessórios da rede, ligações e
poços de visita. Para instalações novas, as principais informações necessárias são os dados
sobre as condições do solo e do lençol freático, e a localização de redes de distribuição e coleta
e outras interferências. A substituição por arrebentamento in loco requer informações sobre o
material e as dimensões da rede existente, a natureza do solo no entorno e a posição da rede
em relação às tubulações e cabos adjacentes.
Em projetos de recuperação, uma das ferramentas de pesquisa reconhecidas há muito tempo
é o Circuito Fechado de Televisão (CFTV), que apareceu pela primeira vez em 1950 e se firmou
nos anos 80, quando a eletrônica moderna passou a produzir equipamentos de alta confiabilidade, excelente desempenho e baixo custo. Outras técnicas de inspeção, tais como sonar
e radar podem, em circunstâncias adequadas, complementar ou substituir as informações
obtidas pelos sistemas convencionais de CFTV. O sonar é usado principalmente para pesquisas
sob água (por exemplo, em tubulações em carga acima de meia secção) e, além de identificar
os defeitos, pode produzir dados quantitativos sobre as dimensões da tubulação e os níveis de
assoreamento. Existem sistemas para inspecionar uma rede parcialmente cheia usando uma
câmera de CFTV acima da linha d’água e um transponder sonar abaixo desta. Existe também a
possibilidade de uso de radar no interior da rede, particularmente se houver suspeita de vazios
externos, uma vez que possibilita também a inspeção fora das paredes do tubo.
Pesquisas e
Investigações
de Campo
Colapso parcial de uma rede de esgotos de tudo cerâmico, mostrado por inspeção de CFTV.
As preocupações com vazamentos de redes de esgoto e a poluição do lençol freático e dos
aqüíferos fez com que, em alguns países, a atenção se voltasse para sistemas que testassem
a integridade das juntas da tubulação. Embora fossem disponibilizados sistemas de “teste e
vedação de juntas”, o interesse em sistemas que testassem a estanqueidade das juntas durante uma inspeção convencional de CFTV, usando equipamento combinado com a câmera ou
puxado atrás dela, aumentou.
C1
Para novas instalações, as informações sobre as condições do solo podem ser obtidas por
sondagens convencionais.
Em áreas mais desenvolvidas, uma das ferramentas mais importantes de pesquisa é o localizador de tubos e cabos, que pode detectar a presença de tubos metálicos, cabos elétricos energizados e cabos de telecomunicações. Existem diversos tipos de localizadores no mercado; a
maioria utiliza um transmissor para induzir um sinal em tubos de material condutor, que pode
ser seguido na superfície através de um receptor. Alguns detectores de tubos e cabos também
podem ser usados como dispositivos de acompanhamento da perfuração, juntamente com
máquinas de perfuração direcional ou guiada. Os sistemas de Radar de Penetração no Solo
(GPR) se tornaram mais fáceis de operar nos últimos anos, e podem, freqüentemente, detectar tubulações não metálicas, cabos, zonas de vazamento e descontinuidades subterrâneas
tais como camadas de construção de rodovias ou estratos de rocha.
C 2 CFTV
A área de recuperação por Métodos Não Destrutivos (MND) deve sua existência, em grande
parte, ao advento de sistemas confiáveis de CFTV com preço razoável, nos anos 70 e 80. Depois disso, passou a ser impossível admitir que a infraestrutura subterrânea estivesse em bom
estado porque seus defeitos já podiam ser vistos como também ficaram disponíveis os meios
de classificação e priorização dos serviços de recuperação.
Uma das primeiras utilizações registradas de câmeras de TV para inspeção de tubulações ocorreu nos anos 50, quando uma câmera bastante grande foi empurrada através de uma rede de
esgotos, num carrinho de mão, para convencer o comitê de drenagem de uma subprefeitura
de Londres que a rede de tijolos necessitava de reparos urgentes. Em 1958, um sistema de
inspeção de redes (utilizável, embora desajeitado) foi desenvolvido na Alemanha. As primeiras
câmeras utilizavam tubos de raios catódicos que não tinham bom desempenho em condições
difíceis de manuseio e em ambientes agressivos, o que tornava os equipamentos frágeis e
temperamentais. Isso mudou graças aos avanços ocorridos na eletrônica nos anos 80, e com a
introdução de módulos de câmeras CCD (charge-coupled device). As câmeras atuais são muito
menores, mais leves e mais confiáveis que suas predecessoras, e sistemas coloridos de alta
resolução tornaram-se um recurso comum em todas as câmeras, exceto as de menor preço.
Hoje em dia é comum que as inspeções das redes principais de esgoto, em alguns países, sejam feitas rotineiramente, de modo que as autoridades responsáveis possam colher informações abrangentes sobre as condições da infraestrutura subterrânea e formular um programa
de manutenção planejada. O CFTV também é usado para inspeções especiais, destinadas a
verificar a causa de problemas específicos. Além do uso nas redes por gravidade, os sistemas
de CFTV vêm tendo aplicação crescente na inspeção de redes pressurizadas.
As câmeras podem ter cabeçotes fixos, voltados para frente, ou cabeçotes com movimentos
de inclinação e giro, para mostrar diretamente a parede do tubo ou conexões laterais. Podem
também dispor de lentes zoom para possibilitar uma visão próxima da parede de tubulações
de grande diâmetro.
A câmera pode ser montada sobre esquis e puxada através da rede por um guincho ou, como
C2
Câmera de CFTV
montada em carro, com
zoom, giro e inclinação.
Foto: cortesia de Telespec Ltd.
Pesquisas e
Investigações
de Campo
é mais comum hoje em dia, pode ser acoplada a um trator auto-propelido com rodas ou esteira controlado a partir do console do operador. A montagem sobre trator permite o acesso
por uma extremidade da tubulação, desde que sejam cumpridas as restrições normais de
segurança referentes à exaustão e à monitoração de gases em redes de esgoto.
A maioria dos fabricantes de equipamentos de CFTV pode fornecer tratores para uso em tubos
de 150 mm de diâmetro ou mais. Alguns dispõem de estrutura de elevação, para permitir a
regulagem rápida da altura da câmera, enquanto outros possuem sistema de direção para
controle em condutores de grande diâmetro ou de fundo plano. Existem também tratores
especiais para tubos de seção não circular, com rodas estabilizadoras ou esquis que correm
pela parede lateral do tubo.
O acionamento dos tratores é elétrico. A energia para o trator e a câmera vem da unidade
principal de controle através de um cabo blindado multi-condutor, que transporta também os
sinais de controle e de vídeo. Alguns sistemas utilizam multiplexação, que permite que todos
os controles da câmera e do trator possam ser acionados através de um pequeno número de
condutores, possibilitando o uso de cabos menores e mais leves.
Foto: cortesia de Pearpoint Inc.
Um dos segmentos de maior crescimento é o de sistemas portáteis, freqüentemente fornecidos com um cabo semi-rígido que permite que a câmera possa ser movida através da rede a
partir de um único ponto de acesso. Muitas vezes, a câmera é equipada com um esqui “escova” circular, para centralizá-la no tubo. São também usadas diversas outras formas de esquis,
de plástico moldado e de metal. O custo relativamente baixo de alguns desses equipamentos
ampliou sua utilização para além das empresas especializadas de pesquisa, sendo cada vez
mais comuns que empreiteiras locais de serviços de encanador e sistemas de drenagem usem
o CFTV para detectar e averiguar a natureza de defeitos em tubulações.
Sistema moderno,
compacto de CFTV
com cabo semi-rígido e
monitor integrado.
Muitos fabricantes de equipamentos de CFTV que os projetavam inicialmente para uso principalmente em redes de esgoto e águas pluviais, passaram a desviar sua atenção para outras
redes como as de gás e água potável, produzindo sistemas de câmera e acessórios projetados
para inspeção em linha viva. As dimensões compactas das câmeras modernas permitem seu
uso em tubos a partir de 50 mm de diâmetro. Na outra extremidade da escala o CFTV pode,
com iluminação adequada, ser usado em tubos acima de 2000 mm de diâmetro.
Pesquisas e
Investigações
de Campo
C3
Freqüentemente, as câmeras projetadas para tubos de pequeno diâmetro vêm equipadas com
cabeçote de iluminação integral, em torno da lente, formado por um anel de lâmpadas alógenas que geram iluminação suficiente para trabalho em tubos de até 200 mm de diâmetro,
dependendo da sensibilidade da câmera. Pode-se acoplar iluminação adicional para uso em
diâmetros maiores, cuja única limitação é a capacidade da fonte de alimentação e do cabo.
Câmeras com rotação e inclinação possuem, normalmente, iluminação no próprio cabeçote,
que aponta para o local onde este está voltado, juntamente com luzes mais intensas alinhadas
com o eixo da tubulação.
Estão disponíveis sistemas especializados para verificação de conexões de ramais a partir da
rede principal, que compreendem uma câmera com rotação e inclinação montada em um trator e uma segunda câmera satélite montada na parte superior, que pode ser apontada para
uma conexão de ramal e lançar por este seu próprio cabo semi-rígido, alimentado pela unidade
principal. Todas as funções são controladas remotamente a partir de um console montado em
um veículo, e o sistema pode operar em tubos de 200 a 1000 mm de diâmetro.
Câmera de CFTV com
espelho angular para
inspeção de poços e
furos verticais
Pesquisas e
Investigações
de Campo
C4
Foto: cortesia de Telespec Ltd.
As câmeras também podem ser adaptadas para a inspeção de poços verticais, poços de
acesso, furos e estacas ocas. Algumas possuem um espelho rotativo que permite examinar detalhadamente a parede do poço de acesso em qualquer seção transversal. O peso da câmera
e do cabo é crítico para inspeções verticais profundas, uma vez que toda a carga precisa ser
erguida e baixada pelo guincho instalado na superfície. Poderá também ser difícil evitar o giro
da câmera.
Dispositivos protegidos contra explosão (ou “à prova de explosão”) são projetados e construídos dessa forma para evitar que qualquer operação ou defeito do equipamento passa causar
a ignição de uma atmosfera inflamável ou explosiva. Poderão ser particularmente interessantes para a inspeção de esgotos que contenham metano. Embora possa surpreender numa
primeira análise, a inspeção de redes vivas de gás, embora exija precauções de segurança
bastante restritivas, não requer necessariamente equipamentos à prova de explosão. O gás
do interior da rede não pode sofrer ignição na ausência de oxigênio e pode ser considerado,
portanto, como um ambiente não explosivo.
Infelizmente, as regulamentações que definem o que vem a ser “à prova de explosão” variam
de um país para outro, de modo que um mesmo produto pode atender, por exemplo, aos requisitos europeus e não necessariamente os dos Estados Unidos, e vice-versa.
Os defensores de equipamentos à prova de explosão sustentam que estes representam uma
precaução significativa de segurança, enquanto que outros alegam que as medidas normais
de monitoração de gases e de ventilação de esgotos são suficientes. A falta de incentivo ao
uso de equipamentos à prova de explosão decorre do seu custo mais alto, maior tamanho e
maiores exigências de manutenção. Esses equipamentos continuarão a serem vistos dessa
forma, a menos que esses argumentos sejam superados por exigências do contratante com
respeito a níveis mais altos de segurança. Se as características à prova de explosão se tornarem um requisito geral para todos os equipamentos usados em redes de esgotos, isso trará
conseqüências não somente para o setor de CFTV, mas também para outros sistemas, tais
como cortadores internos de tubulação e técnicas de reparo por robôs.
C 3 Registro e Análise dos Dados de CFTV
Conjunto integrado de teclado e controle de câmera
Foto: cortesia de Pearpoint Inc.
Outra área que passou por grande evolução durante esses anos foi o projeto de equipamentos de
controle e registro e, evidentemente, os veículos onde normalmente esses equipamentos estão
instalados. Além de registrar a pesquisa em fitas de vídeo, é possível obter uma cópia impressa de
uma imagem usando uma impressora de vídeo on-line, e de dar entrada das informações obtidas,
diretamente em uma base de dados informatizada. Com exceção dos sistemas mais simples, todos
os demais permitem a leitura das distâncias diretamente na tela, juntamente com outras informações cuja entrada possa ser feita a partir do teclado.
Embora se possa rever as fitas gravadas durante uma inspeção por CFTV se a recuperação for
proposta, isso não ocorre na maioria das vezes. As informações são usadas, normalmente, para
gerar dados codificados das características e defeitos da tubulação, que serão carregados numa
base de dados e que poderão ser examinados posteriormente por um software de análise. Foram
desenvolvidos diferentes formatos de base de dados e de software ao longo dos anos, alguns com
recursos gráficos (p.ex. captura das imagens das principais características e defeitos) e facilidades
de ligação (links) com sistemas de localização geográfica por satélite (GPS).
C 4 Sonar
As técnicas de pesquisa por sonar utilizam a reflexão de ondas sonoras de alta freqüência para
localizar e mapear descontinuidades como a parede de um tubo, de maneira bastante semelhante à utilizada pelo sonar náutico para localizar objetos submersos. Embora a operação no
ar seja teoricamente possível, os sistemas de sonar são, quase sempre, projetados para trabalho sob a água O transponder sonar é puxado através da rede sobre esquis ou flutuadores,
e envia uma imagem da seção transversal da tubulação em intervalos predeterminados que
dependem das velocidades de locomoção e de rotação do transponder.
A imagem não é uma fotografia do tipo obtido pela câmera de CFTV, mas um diagrama que
mostra a forma do tubo em cada seção transversal. O sinal recebido pelo dispositivo é influenciado pela refletividade da superfície sobre a qual o som é transmitido, e a imagem poderá
mostrar diferentes níveis de refletividade. Por exemplo, o assoreamento macio na parte inferior do tubo pode ser mostrado em uma cor diferente da superfície dura do tubo situada abaixo dele. O sonar, contudo, não penetra em materiais duros, de modo que não é possível obter
nenhuma informação sobre a espessura da parede do tubo ou a natureza do solo adjacente.
A outra diferença em relação às pesquisas por CFTV é que o sonar pode ser calibrado para
Pesquisas e
Investigações
de Campo
C5
produzir dados quantitativos sobre as dimensões do tubo. Em outras palavras, uma pesquisa
por sonar pode indicar com razoável precisão a forma e as dimensões do tubo em cada seção
transversal, e a extensão de eventuais deformações. Fraturas e outros defeitos também podem ser mostrados, embora pequenas trincas não apareçam.
O equipamento de sonar é usado para verificação de tubulações que permanecem total ou
parcialmente cheias, e cujo esvaziamento ou desvio do fluxo é impraticável. Pode também ser
usado em tubos parcialmente cheios, em conjunto com uma câmera de CFTV, de modo que a
câmera mostre a parte situada acima do nível d’água, e o sonar, a parte situada abaixo desse
nível. Um problema comum em pesquisas por CFTV é a impossibilidade de observação visual
da parte inferior da tubulação, por estar coberta pela água ou obscurecida pelo assoreamento.
A combinação de CFTV e sonar representa uma alternativa possível para esses casos.
C 5 Radar de Penetração no Solo (Ground Penetrating Radar – GPR)
Além da aplicação normal, de localização de objetos no ar, o radar pode detectar descontinuidades subterrâneas. A extensão da penetração no solo é limitada pela atenuação do sinal:
aumenta em comprimentos de onda maiores e apresenta melhor resolução em comprimentos
de onda menores, de modo que a escolha da freqüência mais adequada é, normalmente,
uma solução de compromisso entre esses fatores. O radar de penetração no solo (GPR) funciona melhor em solos secos e granulares, e poderá não ser capaz de “ver” através de argilas
densas ou solos encharcados. Poderão revelar mudanças nas camadas do solo, camadas de
construção de pavimentos, redes e cabos enterrados, vazios, vazamentos e inclusões duras.
Essa dificuldade está ligada à condutividade e resistividade dos solos que acabam extenuando
as ondas, o que exige a redução do comprimento das mesmas, ou seja, a profundidade de
análise.
Normalmente, o equipamento é fornecido na forma de uma caixa ou conjunto sobre esquis,
que é puxado lentamente pela superfície, como um cortador de grama sem rodas. Normalmente, um monitor de cristal líquido (LCD) acompanha o equipamento, juntamente com algum processo de armazenagem de dados para descarga em um computador. Os sistemas
também foram desenvolvidos para operar no interior de um tubo, para localização de vazios
no solo adjacente ou zonas de vazamento.
Pesquisas e
Investigações
de Campo
C6
O radar de penetração no solo
pode ser operado a partir da
superfície ou do interior de uma
câmara ou tubo
A maior dificuldade no uso do GPR sempre foi a interpretação dos dados de saída, embora nos
últimos anos alguns fabricantes tenham feito progressos consideráveis para desmistificá-lo.
Para os não iniciados, a saída direta de uma pesquisa GPR parece, muitas vezes, complexa e
insondável. Mesmo um perito precisará confiar em um alto grau de dedução baseada em sua
experiência, mais que em evidências conclusivas.
As informações de saída podem ser “limpas” através de filtragem dos dados e otimização dos
níveis de sensibilidade. Pode-se também introduzir melhorias no processamento para produção de uma tela gráfica menos assustadora que a original. Alguns sistemas atuais declaram-se
amigáveis, mesmo para usuários pouco experientes. Entretanto, embora o GPR possa indicar
que existe uma descontinuidade sob o solo, é freqüente haver incerteza sobre a real natureza
e a profundidade dessa descontinuidade, devido a variações na velocidade do radar.
Sinal de saída do GPR
em torno de uma rede de
esgotos existente, com
sobreposição de uma
fotografia da rede.
Quando se busca localizar algo cuja existência é conhecida, mas cuja posição não é, o GPR
pode prestar uma assistência considerável em condições adequadas de solo. É provável que
ocorram progressos na tecnologia de GPR no futuro, e essa técnica terá, quase com certeza,
maior utilização.
C 6 Equipamentos de Detecção de Redes Subterrâneas
Localizadores de tubulações e cabos são familiares para a maioria das pessoas da área de
engenharia civil, e são considerados equipamentos correntes para execução de investigações
de campo antes da escavação de valas ou da execução de obras de construção subterrânea.
Sua utilização tornou-se ainda mais essencial com o advento de redes subterrâneas modernas
e especializadas, tais como cabos de fibras ópticas, onde as conseqüências da ruptura podem
ser graves e o custo dos reparos, extremamente alto.
A maioria dos localizadores de cabos funciona através da detecção dos sinais eletromagnéticos
gerados em torno de cabos energizados, e pode trabalhar em várias freqüências, para verificação de linhas elétricas e de telecomunicações. Os localizadores de redes metálicas podem ser
usados como simples detectores de metais ou em conjunto com um transmissor que induz um
sinal na tubulação, possível de ser captado por um receptor. Os sistemas disponíveis podem
acompanhar a trajetória de tubos de ferro fundido e outras redes metálicas em profundidades
de até 10 metros.
Receptor e transmissor
para detecção e
acompanhamento de
redes subterrâneas
A localização de redes não metálicas é mais difícil e, normalmente, exige a movimentação de
um pequeno transmissor no interior da tubulação, cujo sinal é seguido pelo receptor instalado
na superfície. Redes de água ou gás em funcionamento podem ser seguidas utilizando-se um
Pesquisas e
Investigações
de Campo
C7
trecho de fio semi-rígido revestido de nylon com um cone na extremidade principal e um bloco de conexão na outra. Empurra-se uma extensão determinada de fio de acompanhamento
dentro do tubo, utilizando-se um sistema de junção ou uma conexão de serviço. Um transmissor padrão é acoplado ao bloco de conexão na extremidade do fio e um localizador de redes
subterrâneas poderá ser usado para localizar a rede.
C 7 Detecção de Vazamentos
A detecção de vazamentos em redes por gravidade usando sistemas de “teste e vedação” está
discutida na seção “H”. A detecção de vazamentos em redes pressurizadas, particularmente
redes tronco de distribuição de água ganhou destaque nos últimos anos, quando os recursos
hídricos se tornaram escassos e ocorreram pressões públicas e políticas para redução do desperdício.
Muitos, mas não todos os sistemas de detecção de vazamentos de redes pressurizadas utilizam um processo conhecido como “correlação dos ruídos de vazamento”, que compreende a
identificação do som de água escapando de uma tubulação, através de hidrofones colocados
em contato com o tubo em dois locais afastados. São usados programas sofisticados de computação para comparação dos dados, de modo a localizar com precisão a origem do ruído.
Existem também versões modernas das tradicionais “hastes de escuta”, que utilizam microfones no solo para ajudar um operador experiente a localizar a origem do vazamento de água.
O radar de penetração no solo (GPR) também pode ser usado para detecção de pontos de
vazamento, operado desde a superfície ou no interior da rede.
C 8 Resumo
• Pesquisas detalhadas e investigações de campo são essenciais para o sucesso e a eficiência
dos métodos de construção e reparo por Métodos Não Destrutivos (MND). Os resultados da
pesquisa também ajudam a determinar o sistema mais adequado. Pode-se usar qualquer
método convencional de investigação de campo em conjunto com as tecnologias não destrutivas.
• O CFTV é a técnica mais comum para inspeção de redes por gravidade, e seu uso em redes
pressurizadas vem aumentando. Estão disponíveis muitos tipos de sistemas de CFTV, inclusive
sistemas compactos de fácil transporte, para tubos de todas as formas e diâmetros.
• A entrada dos dados de CFTV em sistemas informatizados de verificação e análise facilita os
procedimentos de manutenção planejada e gerenciamento de ativos.
• O sonar pode ser usado isoladamente ou em conjunto com o CFTV para obter o perfil de uma
tubulação abaixo do nível d’água. Pode também fornecer informações quantitativas sobre as
dimensões do tubo e os níveis de assoreamento.
• O radar de penetração no solo (GPR) pode detectar objetos enterrados, descontinuidades
e vazamentos, dependendo da natureza do solo. As informações de saída de alguns sistemas
requerem a interpretação de especialistas.
Pesquisas e
Investigações
de Campo
C8
• Os equipamentos de localização de redes subterrâneas são bastante usados para planejar a
trajetória de uma instalação e evitar danos de custo alto. Alguns localizadores também podem
ser usados para acompanhamento de Perfuração Direcional (HDD).
• As técnicas de detecção de vazamentos estão disponíveis tanto para redes por gravidade
como para redes pressurizadas, e podem evitar a necessidade de escavações e reinstalações
caras para localizar a origem de um problema.
Seção D REVESTIMENTO POR INSERÇÃO (SLIPLINING)
D 1 Aspectos Gerais
Possivelmente a técnica mais simples de substituição de redes cujas dimensões não permitem a entrada de pessoas, a inserção consiste em puxar ou empurrar uma nova tubulação
para dentro da existente. O conceito de utilizar o “furo existente no solo” para instalar uma
nova rede dentro da antiga foi estabelecido há muito tempo, havendo registros de inserção
de tubos cerâmicos por guincho, para dentro de redes de água e esgoto, datados de muitas
décadas atrás.
A disponibilidade de tubos de polímeros, particularmente de tubos de polietileno unidos por
fusão aumentou a popularidade dessa técnica. Tubos poliméricos de seção curta podem ser inseridos nas redes através de solda por fusão ou com uniões mecânicas sem luva. São também
usados extensivamente com técnicas de substituição in loco, tais como ruptura de tubulações
(v. seção J).
Embora na teoria, qualquer material possa ser usado para a rede nova, na prática, o polietileno de alta densidade (PEAD) é a escolha mais comum. Trata-se não apenas de um material
já bem conhecido nos setores de água potável e gás, como também resistente à abrasão
e suficientemente flexível para passar por curvas apertadas durante a instalação. Pode ser
emendado de topo por solda de fusão em comprimentos bastante longos, antes de ser puxado
para dentro da rede existente.
Após a introdução do novo tubo, poderá ser necessária injeção no espaço anular para que
a estrutura da rede existente ofereça alguma resistência e aumente a rigidez desse espaço.
Na prática, essa injeção costuma ser a parte mais difícil da obra. A perda de área na seção
transversal também pode ser significativa, particularmente se o diâmetro da rede introduzida
estiver sendo governado pelos diâmetros dos tubos extrudados disponíveis no mercado, ou
quando o diâmetro tiver de sofrer uma redução considerável para passar em deformações ou
emendas deslocadas da rede existente. Como resultado dessas limitações, a substituição pura
e simples tornou-se menos comum que o uso de tubos de diâmetro ligeiramente inferior (v.
seção E), mas poderá ser a melhor escolha em alguns casos.
D 2 Aplicações
Esgotos
? (v. nota A)
Redes de gás
Redes de água potável
(v. nota B)
Redes industriais/ de produtos químicos
(v. nota C)
Redes retas
Redes com curvas
(v. nota D)
Redes circulares
Redes não circulares
? (v. nota E)
Redes de seção variável
? (v. nota F)
Redes com conexões laterais
? (v. nota G)
Redes com deformações
? (v. nota F)
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
Redes pressurizadas
Redes com acesso de pessoal
? (v. nota H)
(A) A inserção pode ser usada para recuperação de redes de esgoto, mas normalmente não é
a primeira opção para redes por gravidade, devido á redução de diâmetro.
D1
(B) A aprovação da autoridade reguladora envolvida é necessária para todos os materiais que
estejam em contato com água potável.
(C) Desde que o material da tubulação seja compatível com os produtos químicos.
(D) Não é possível passar por curvas fechadas demais, especialmente em diâmetros maiores.
Todas as curvas aumentam o atrito entre a tubulação nova e a existente, durante a instalação, e por essa razão, o comprimento de tubo que pode ser puxado sem tensão excessiva é
reduzido.
(E) Existem tubos de PEAD para seções não circulares, embora sejam pouco comuns.
(F) A bitola do revestimento deve ser definida em função da menor dimensão da rede existente, a menos que sejam incorporados trechos cônicos.
(G) Normalmente, é necessário escavar até as conexões e desacoplá-las antes de instalar o
revestimento, e certamente antes da injeção. As religações internas podem ser executadas,
embora o processo seja mais complicado que no caso de revestimentos de diâmetro ligeiramente inferior.
(H) Devido ao peso do material, não é usual puxar uma nova rede para dentro de uma tubulação desse tipo como uma tubulação contínua. As técnicas de recuperação de tubulações de
maior diâmetro estão apresentadas na seção I.
D 3 Requisitos de Projeto
Os tubos usados para revestimento são, normalmente, mas nem sempre, tubos isolados de
tipo e especificações similares aos usados para a construção de redes novas. As tubulações
de PEAD são usadas normalmente em aplicações onde a pressão interna é o critério principal.
O projeto de revestimentos de PEAD em redes pressurizadas segue os mesmos princípios
utilizados para o projeto de redes novas. Revestimentos de parede fina (não estruturais) podem ser usados ocasionalmente, desde que se saiba que a rede instalada oferece resistência
suficiente, e desde que à injeção encha completamente o espaço anular, de modo a não deixar
nenhuma parte do revestimento sem apoio. Normalmente, é extremamente difícil garantir
essa condição, e por isso os tubos de parede fina não são preferidos para a inserção normal,
embora sejam freqüentemente usados na inserção de tubulação reduzida (diâmetro ligeiramente menor) descrito na seção E.
Poderá não ser necessária a injeção no espaço anular na recuperação de redes pressurizadas,
mas esse procedimento é usualmente necessário para redes por gravidade, para aumentar a
rigidez anular do revestimento. Em redes de esgoto, o revestimento é projetado para ser comprimido pela rede existente e pela injeção no espaço anular, sem formar uma estrutura coesa
com a parede da rede. Nessa situação, a injeção atua somente como enchimento, não tendo
necessidade de resistência estrutural. Sistemas que utilizam a rede existente para alguma forma de apoio estrutural são conhecidas às vezes como técnicas “de revestimento interativo”.
Devido ao módulo de elasticidade relativamente baixo do PEAD, tubos de parede grossa poderão precisar suportar altas cargas externas. Esse poderá ser um fator importante no projeto
de redes por gravidade instaladas a uma profundidade considerável ou sujeitas a cargas decorrentes do tráfego de veículos. Nesses casos, poderá ser econômico projetar o revestimento
de PEAD como uma fôrma permanente para injeção de alta resistência, em lugar de aumentar
a espessura de sua parede. Nesse tipo de sistema de revestimento de redes, a injeção é o
principal elemento estrutural.
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
D2
Em todos os casos, a tubulação final deverá ser projetada para suportar não somente os
esforços internos e externos em serviço, mas também os esforços que ocorrerem durante a
instalação, particularmente as forças de guinchamento e a pressão de injeção.
D 4 Tubos para Revestimento por Inserção
Conforme indicado anteriormente, os tubos de revestimento são feitos, normalmente, de polietileno, mas podem ser de qualquer material que possa ser introduzido na rede existente. O
principal critério estabelece que, para minimizar a redução da seção, emendas e junções não
devem ficar salientes na parede do tubo.
Evidentemente, se uma linha de tubo está sendo puxada, suas emendas não poderão ser
puxadas separadamente. As emendas de topo por fusão são usadas com freqüência, executando-se a fusão na superfície ou no poço de entrada.
Dependendo da disponibilidade de espaço, a emenda na superfície permite preparar segmentos longos de tubo que podem ser puxados rapidamente para minimizar a interrupção para
manobra e manutenção. Devido ás limitações na curvatura dos tubos, contudo, esse método
de instalação poderá requerer longas valas de acesso de partida, especialmente em redes
profundas ou de grande diâmetro. A fusão na vala permite executar escavações menores, mas
a velocidade de instalação será função da velocidade com que as juntas podem ser soldadas
e resfriadas.
Emenda de topo por fusão de um
tubo de PEAD para revestimento
Os procedimentos e precauções normais para emendas de topo por fusão em instalações
novas se aplicam da mesma maneira para tubos de revestimento. As recomendações dos fabricantes dos tubos e dos equipamentos de fusão devem ser seguidas cuidadosamente.
Existem duas alternativas mais comuns para as emendas por fusão: rosqueadas e de encaixe.
As primeiras podem ser usadas para tubos de materiais como polipropileno, e asseguram uma
emenda confiável e de execução rápida, com um custo maior de execução. As emendas de
encaixe podem não suportar altos esforços de tração e, muitas vezes, são empurradas por pistões hidráulicos a partir do poço de entrada. Essa é uma técnica similar á usada em algumas
formas de substituição in loco descritas na seção J.
As tubulações com emendas mecânicas estão disponíveis em comprimentos que atendam ao
espaço local para inserção, e podem ser instaladas a partir de poços de acesso existentes.
A usinagem das emendas, contudo, poderá representar uma grande parcela dos custos de
fabricação, o que faz com que tubos de pequeno comprimento tenham um custo unitário
relativamente alto.
D 5 Inserção
Como foi discutido anteriormente, os tubos de revestimento por inserção podem ser puxados,
empurrados ou enrolados em espiral. Se forem puxados, um componente importante é o
cabeçote de tração, que prende a nova tubulação e transmite o esforço do cabo do guincho.
O cabeçote propiciará uma conexão segura sem causar valores altos de tensão localizada.
Alguns projetos prevêem a vedação da extremidade do tubo para evitar a entrada de solo ou
entulho, o que é particularmente desejável para redes de água potável.
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
D3
Revestimentos de pequeno diâmetro são puxados, normalmente, com “meias de tração”. Trata-se de tubos trançados em forma de diamante, que tendem a reduzir seu diâmetro e prender
o tubo quando se executa um esforço de tração.
Para evitar um esforço excessivo sobre a tubulação final de revestimento, pode-se instalar
uma conexão de segurança entre o cabo do guincho e o cabeçote de puxamento. Essas conexões possuem uma série de pinos intercambiáveis que determinam à carga máxima acima da
qual suas duas metades irão se separar. Embora indesejável, a ruptura da conexão é normalmente preferível à danificação e subseqüente falha do tubo, e a presença de uma conexão de
segurança faz com que as mentes dos operadores se concentrem em evitar esforço excessivo
no guincho.
Guincho
Poço de
acesso
Polia
Tubulação Final
Cabeça de
puxamento
Instalação de Inserção
Revestimentos por inserção de tubulação de pequeno diâmetro podem ser puxados manualmente, mas a maioria necessita de um guincho para isso. O guincho deve aplicar uma força
constante e progressiva, sem trancos ou variações descontroladas de força. Deve-se estudar
criteriosamente o posicionamento do guincho e a trajetória do cabo. Muitas vezes, é necessário instalar polias adicionais no poço de entrada ou de saída, para assegurar que o cabo tenha
um percurso desobstruído e não sofra abrasão em nenhuma parte da câmara.
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
D4
Preparação para inserção
de um revestimento de
PEAD de 500 mm
Existem diversos projetos de máquinas de inserção, manuais e hidráulicas. Algumas são projetadas para trabalhar a partir do poço de entrada, enquanto outras ficam localizadas na superfície, logo atrás desse poço. A máquina de inserção fixa o tubo de revestimento e o empurra
para frente, dentro da tubulação existente. Nessa ocasião, o mecanismo de fixação é solto e
retorna ao ponto de partida, repetindo o processo.
D 6 Revestimentos por Inserção de Tubulação em Espiral
Foto: cortesia de Subterra
Foram desenvolvidos métodos para inserção de tubos ou revestimentos in loco através do
enrolamento helicoidal de uma fita de PVC, o que reduz ou elimina a necessidade de uma vala
de entrada. Para aumentar a rigidez, a faixa é nervurada com “perfis T” na face que será a
externa. Em alguns sistemas, as bordas da faixa se travam para formar uma vedação estanque, enquanto que, em outros, usa-se uma faixa separada de vedação para unir as espirais
adjacentes. Mais conhecido como revestimento “em espiral”, o tubo é produzido por uma máquina de enrolamento acionada hidraulicamente que, normalmente, fica situada em um poço
de visita ou em uma pequena escavação. O tubo avança dentro da rede existente à medida
que mais espirais são produzidas. Como todo o tubo gira durante sua instalação, os fatores
limitantes são, normalmente, o atrito e o peso de tubulação que a máquina consegue girar.
Pode-se usar flutuação para reduzir a carga.
Produção de um
revestimento por
inserção de tubulação
em espiral, mostrandose o tubo saindo da
máquina de enrolar.
Uma técnica alternativa de enrolamento em espiral utiliza uma máquina que se move através
da rede existente à medida que gera o tubo, eliminando dessa forma a necessidade de rotação do revestimento. Se for usado um molde com a forma da rede a ser recuperada, pode-se
gerar seções não circulares, inclusive ovóides, ovais e retangulares. Para diâmetros maiores,
pode-se inserir armadura de aço entre as nervuras, para aumentar a rigidez anular do revestimento.
Após a instalação do tubo, executa-se a injeção no espaço anular, da mesma forma descrita
para tubos de outros materiais. As nervuras externas propiciam o travamento mecânico entre
o revestimento e o material de injeção.
Uma variante do conceito de enrolamento em espiral, na qual o tubo instalado é expandido
para se ajustar ao máximo à parede da rede existente, está descrito na seção E. Existem também versões para redes cujo diâmetro permite a entrada de pessoas, detalhadas na seção I.
D 7 Injeção
Sistemas de revestimento onde este se liga à rede existente e atua em conjunto com ela, e
sistemas onde o revestimento serve apenas como forma para a injeção no espaço anular, requerem argamassas estruturais com resistência à compressão geralmente entre 10 e 20 kPa.
Sistemas que são comprimidos pela rede existente, mas não precisam se flexionar para isso,
requerem apenas um enchimento que possa transmitir as cargas entre os dois elementos.
Algumas das argamassas usadas para esse fim possuem resistência similar à da argila endu-
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
D5
recida (em torno de 1 kPa), embora não haja problema em utilizar materiais de resistência
mais alta
As argamassas usadas com mais freqüência são de cimento Portland comum para aplicação
geral e “fly ash” pulverizada (OPC/PFA), embora exista no mercado uma grande variedade
de formulações especiais. Uma destas é uma argamassa de viscosidade muito baixa, que flui
pelo espaço anular por gravidade ou pressão mínima, e cura em cerca de 20 minutos. Uma
vantagem das argamassas de cura rápida é permitir a execução da injeção com maior rapidez
que os materiais convencionais.
As forças que atuam sobre o revestimento durante a injeção são algumas vezes mais altas que
quaisquer outras encontradas nas condições normais de trabalho. As falhas devidas à pressão
de injeção e às forças de flutuação devem ser evitadas. As forças de flutuação são, muitas
vezes, subestimadas, especialmente em redes de maior diâmetro, onde é preciso lembrar que
a força está relacionada mais com o peso da argamassa deslocada sobre o revestimento (isto
é, o volume do revestimento multiplicado pela densidade da argamassa) do que com o peso
da argamassa no espaço anular.
Uma prática comum é encher o tubo de revestimento com água durante a injeção, para ajudar
a contrapor a força de flutuação e resistir à pressão externa. Mesmo assim, como a maioria
das argamassas tem peso específico acima de 1,0, poderá ainda haver necessidade de fazer a
injeção por etapas, especialmente em grandes redes por gravidade, onde o gradiente é crítico
e a flutuação poderá não ser aceita.
D 8 Inserção em Carga e Recuperação de Redes sem Interrupção do Fluxo
Foram desenvolvidas diversas técnicas que permitissem a inserção de uma nova tubulação
de polietileno numa rede de distribuição ou ramal de distribuição de gás existente, sem interrupção do fornecimento. Geralmente, esses métodos se baseiam no fluxo do gás pelo espaço
anular entre as tubulações antiga e nova durante a instalação, o que acarreta uma redução no
diâmetro do tubo. Isso pode ser aceitável no caso de redes antigas, projetadas originalmente
para gases de menor poder calorífico, ou distribuídos a pressões menores que as utilizadas
atualmente.
Está fora do escopo deste documento descrever os diversos sistemas patenteados para introdução de tubos em redes, sem interrupção do fluxo. Por razões óbvias de segurança, foram
definidos procedimentos restritivos e detalhados para instalação, e o que se segue pretende
ser somente uma diretriz geral dos princípios básicos. Os sistemas disponíveis podem ser utilizados em redes de baixa e média pressão.
O primeiro estágio consiste em isolar o trecho de rede a ser recuperado, mantendo-se o suprimento de gás através de um desvio em uma ou em ambas as extremidades. Em seguida,
o novo tubo de polietileno é introduzido através de vedações fixadas na rede antiga, na escavação de acesso. O tubo é empurrado por máquinas pneumáticas ou hidráulicas, por toda
a extensão do trecho isolado. Os comprimentos típicos de inserção variam entre 100 e 500
metros.
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
Cone de fechamento
D6
Vedação de
entrada
Fechar para transferir sem
fluxo ou usar espuma
Vedação de saída
Opção para ligação dos sistemas
existentes de baixa ou média pressão
Inserção numa rede de distribuição de
gás, sem corte do fornecimento.
Existem diversas variantes da técnica. Na mais simples, a nova tubulação de PEAD é passada
através de vedações situadas na escavação de saída, podendo então ser ligado à rede existente ou a uma nova, geralmente de pressão mais alta. Em todas as variantes, o espaço anular
entre as tubulações antiga e nova é usado para manter o suprimento para os consumidores
durante a instalação. Para facilitar a transferência dos serviços para a nova rede de PEAD, injeta-se espuma de poliuretano no espaço anular, para fazer cessar o fluxo de gás e possibilitar
a remoção da rede antiga e a conexão da nova.
Redes de distribuição de 75 a 450 mm podem ser recuperadas utilizando-se o método acima.
Para a recuperação de ramais de ligação, foi desenvolvida uma técnica que permite manter
a posição do medidor existente, introduzindo-se o tubo de PEAD através de um cotovelo de
90o , um “T” ou curvas de raio longo. Após a remoção do medidor e do registro, instala-se o
conjunto soprador na conexão situada na posição do medidor e coloca-se ar comprimido na
rede antiga para remover ferrugem solta. O receptor do tubo, a curva e o tubo são acoplados
ao ramal, inserindo-se rapidamente ar para soprar uma linha até a extremidade mais distante,
para puxar de volta o cabo do guincho, que é instalado na parte superior do receptor do cabo.
Um pedaço curto de tubo de PE é puxado pela rede, para remover ferrugem e incrustações
remanescentes. Em seguida, instala-se o comprimento total de tubo usando o guincho em
combinação com uma força de empuxo aplicada manualmente na outra extremidade. A tubulação é testada pouco tempo depois, para permitir que se recupere de eventuais estiramentos.
Essa técnica também pode ser adaptada para a recuperação de ramais de ligação de água.
Após a inserção
Transição
metálica
instalada no
interior da
edificação
Argamassa/espuma
injetada no espaço anular
a partir do acoplamento
de transição
Pode-se usar uma
transição de tecido
neste local
Tubo de PEAD
introduzido a partir de
um destes pontos
Nova tubulação de PE instalada
com vedação cônica aletada
Inserção em ramais de
ligação de gás
Foi desenvolvido um método de instalação em ramais domiciliares de gás, sem interrupção do
fornecimento, no qual um novo tubo de PEAD é empurrado através de um sistema de vedação acoplado à tubulação antiga, na propriedade do consumidor ou através de uma pequena
escavação feita fora da edificação. Não é necessária nenhuma escavação no local da conexão
do ramal, na via. O espaço anular entre os tubos antigo e novo é preenchido com uma vedação permanente, instalando-se um cone de vedação na extremidade do tubo de PEAD para
evitar que esse produto entre na rede de distribuição. O sistema está disponível para ramais
de aço com diâmetro entre 20 e 50 mm, operando em pressões até 50 milibar. Estão sendo
desenvolvidas adaptações que permitam o uso dessa técnica em pressões mais altas e em
redes de água.
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
D7
D 9 Conexões Laterais e de Ramais
A religação de derivações e ramais, feita em conjunto com os trabalhos de revestimento por
inserção de redes, necessita usualmente de escavação. Poderá ser possível cortar internamente uma abertura no revestimento antes de fazer a injeção e introduzir uma bolsa inflável
na conexão lateral para vedação entre o revestimento e a derivação para evitar a entrada da
argamassa. A complexidade dessa operação, contudo, somente se justifica se o acesso externo for muito difícil ou impossível, e esse procedimento somente pode ser usado em tubos de
grande diâmetro.
Deve-se executar a escavação e desligar a derivação antes de se executar a injeção. Normalmente, usa-se a eletrofusão para fixar as derivações no tubo de revestimento (de PEAD),
como se faz normalmente em instalações novas. Existem acoplamentos especiais para religação da derivação existente com a nova rede.
D 10 Resumo
• O revestimento por inserção com tubo de menor diâmetro é uma técnica conceitualmente
simples, que pode ser aplicada a redes pressurizadas e por gravidade.
• Praticamente qualquer tipo de material durável pode ser usado, embora o polietileno seja o
mais comum.
• Tubos e acessórios de mercado, como os usados para instalações novas, podem ser usados
para o revestimento por inserção de redes existentes. As emendas, contudo, não podem ser
salientes em relação à circunferência externa da tubulação final usada para revestimento.
• Os tubos podem ser empurrados ou puxados, dependendo do material e do projeto das
emendas.
• Pode-se obter uma rede tão boa quanto uma nova, mas a redução de diâmetro poderá ser
significativa.
• Normalmente é necessária a injeção, pelo menos nas redes por gravidade, para aumentar a
resistência ás cargas externas.
• Existem técnicas para inserção de tubos de revestimento em redes de gás, sem interrupção
do fluxo.
• Normalmente, as derivações laterais são religadas com escavação.
Revestimento
Por Inserção
(Sliplining)
D8
Seção E REVESTIMENTO POR INSERÇÃO APERTADA DE
TUBULAÇÃO DEFORMADA (CLOSE-FIT LINING)
E 1 Aspectos Gerais
O uso de revestimentos por inserção de tubulação deliberadamente deformada antes da inserção, com posterior recomposição de sua forma original após a colocação, de modo a ficarem
bastante justos dentro da tubulação existente corresponde a inserção apertada de tubulação
deformada (“close-fit lining” ou “modified sliplining”). Essas técnicas são um desenvolvimento
lógico da inserção básica descrita na seção D, e tanto podem ser usadas em redes por gravidade como em redes pressurizadas.
O revestimento curado in loco também pode ser considerado como de inserção apertada, mas
será apresentado na seção G deste documento.
A inserção apertada utiliza, freqüentemente, a memória construtiva de alguns polímeros usados na construção de tubos: são usadas duas alternativas principais, cujo objetivo é produzir
um revestimento ajustado que maximize o diâmetro final e evitar a necessidade de injeção
no espaço anular. Uma das alternativas procura reduzir temporariamente o diâmetro do tubo
de revestimento através da compressão por rolo, algumas vezes referida como “reduzida”,
de modo que possa ser introduzido na rede existente e pressurizado posteriormente para
recuperar suas dimensões normais. Devido às limitações da redução dimensional que pode
ser conseguida, essa técnica é mais adequada para redes pressurizadas do que para redes de
esgoto com irregularidades dimensionais.
A segunda alternativa envolve a dobragem do tubo de revestimento numa forma de “U” ou “C”
antes da inserção e o uso posterior de calor ou pressão para restaurar a forma circular. Essa
técnica é freqüentemente descrita como “dobra e reconformação”. O diâmetro e a espessura
da parede do tubo de revestimento são as principais limitações desse processo, mas existem
variantes para polietileno e PVC, para redes pressurizadas e redes de esgoto por gravidade.
Além desses dois tipos principais, existem técnicas que envolvem dobragem em outras configurações e uso de materiais termoplásticos capazes de se expandir até um ajuste apertado,
sem deformação posterior.
E 2 Aplicações
Esgotos
(v. nota A)
Redes de gás
Redes de água potável
(v. nota B)
Redes industriais/ de produtos químicos
(v. nota H)
Redes retas
Redes com curvas
(v. nota C)
Redes circulares
Redes não circulares
? (v. nota D)
Redes de seção variável
? (v. nota E)
Redes com conexões laterais
? (v. nota F)
Redes com deformações
? (v. nota E)
Revestimento
Por Inserção
Apertada de
Tubulação
Deformada
(Close-fit Lining)
Redes pressurizadas
Redes com acesso de pessoal
? (v. nota G)
E1
(A) Existem sistemas patenteados voltados especificamente para a recuperação de redes de
esgoto, que utilizam revestimentos dobrados que são reconformados posteriormente, ou revestimentos inserção de tubulações em espiral expansível cujo diâmetro aumenta após a inserção. Os revestimentos por inserção de tubulação reduzida (Swage lining) não são, contudo,
adequados a redes de esgoto em geral.
(B) É necessária aprovação do órgão regulador para todos os materiais que estejam em contato com água potável.
(C) Todas as curvas aumentam o atrito entre o tubo antigo e o novo, durante a instalação. Isso
reduz a extensão de tubo que pode ser puxada sem sobrecarregar o tubo.
(D) Os tubos dobrados podem ter capacidade de se moldar a alguns perfis não circulares. Os
revestimentos por inserção de tubulação reduzida são previstos para tubos circulares.
(E) Os tubos dobrados e estampados não têm condições de se ajustar a variações significativas de perímetro da rede existente. Revestimentos por inserção de tubulação em espiral
expansível podem ser mais adequados para isso. Em alguns casos, os revestimentos com
tubulação dobrada podem ser usados em tubos que estejam deformados.
(F) Dependendo do diâmetro do tubo, a religação interna das ligações domiciliares pode ser
possível usando robôs, embora a escavação seja mais comum em redes pressurizadas.
(G) Alguns revestimentos por inserção apertada de tubulação deformada (Close-fit Lining)
foram desenvolvidos para uso em redes de grande diâmetro (inclusive redes com condições
de acesso de pessoal), enquanto outros foram projetados principalmente para redes de diâmetros menores.
(H) Desde que o material do tubo seja compatível com os produtos químicos.
E 3 Revestimentos por Inserção de Tubulação Reduzida (Swaged Liners)
Existem revestimentos por inserção apertada que prevêem a redução temporária do diâmetro
do tubo de revestimento, de modo que possa ser puxado para dentro da tubulação existente,
e a posterior recuperação de seu diâmetro original. Baseiam-se no fato de que os polímeros
possuem uma “memória” e tendem a recuperar suas dimensões e formas originais, embora na
prática esse processo seja auxiliado pela aplicação de pressão interna.
As técnicas foram desenvolvidas para redes de gás, embora possam ser usadas na maioria
das redes pressurizadas, inclusive em redes de distribuição de água potável. Como a redução de diâmetro é limitada pelas propriedades do material, esses processos não são usados
comumente em redes de esgoto que tenham junções deslocadas ou outras irregularidades
dimensionais. Um material com módulo de flexibilidade mais alto que a maioria dos utilizados
é preferível para redes por gravidade que tenham cargas externas altas.
Diagrama: cortesia de Subterra
Revestimento
Por Inserção
Apertada de
Tubulação
Deformada
(Close-fit Lining)
E2
O diâmetro do tubo é reduzido
através da passagem por rolos
ou ferramentas. Após a inserção,
retorna a suas dimensões originais.
A tubulação final é feita de polietileno que não só tem propriedades físicas adequadas para o
processo de redução de diâmetro, como também é um material aprovado para redes de gás
e água potável. O diâmetro desse tubo é reduzido pela passagem por um sistema de rolos ou
ferramentas, numa máquina de acionamento hidráulico. Isso pode ser feito no campo, como
parte do processo de instalação, ou na fábrica, antes da remessa dos tubos.
Após o lançamento do tubo com diâmetro reduzido para dentro da tubulação existente e o
fechamento de ambas as extremidades, aplica-se pressão para fazer o tubo voltar a suas dimensões originais. Essa técnica pode ser aplicada a tubos para redes pressurizadas ou para
elementos não estruturais de parede fina, para proteção contra corrosão e reparo de vazamentos. As redes podem ser instaladas em curvas graduais e os sistemas normalmente podem
ser usados em redes de 100 a 600 mm de diâmetro, embora essa técnica já tenha sido usada
em tubos com mais de 1100 mm.
Foto: cortesia de Subterra
Máquina para redução e inserção simultânea de tubo
de PEAD em redes existentes
E 4 Revestimento por Inserção com Dobra e Reconformação (Folded Liners)
A inserção de tubos dobrados, algumas vezes chamados “revestimentos dobrados e reconformados”, compreende a dobra do tubo de revestimento em forma de “U” ou “C” antes da instalação. Como ocorre nos revestimentos com ajuste apertado, a dobragem se destina a reduzir
as dimensões da tubulação final durante a inserção, executando-se o retorno às dimensões
originais para assegurar um ajuste apertado na tubulação existente. Os revestimentos dobrados estão disponíveis tanto para redes pressurizadas como para redes por gravidade. Usa-se
geralmente o polietileno para as redes pressurizadas e o PVC para redes por gravidade.
Em alguns sistemas, o revestimento é dobrado na fábrica e entregue em bobinas, para ser
inserido para dentro da tubulação existente através de guinchos. Os revestimentos de PEAD,
especialmente aqueles com paredes finas, podem recuperar sua forma somente com pressão,
mas os tubos de PVC necessitarão também de aquecimento. Em outros sistemas, os revestimentos de PEAD são dobrados no campo, como parte do processo de instalação. Os tubos de
PEAD dobrados na fábrica, destinados a redes pressurizadas, estão disponíveis em diâmetros
até 450 mm, enquanto que os dobrados no campo podem ir até 1600 mm de diâmetro.
O tubo dobrado é inserido na rede
existente, recuperando em seguida
sua forma original
Diagrama: cortesia de Subterra
Como alternativa para a dobragem do tubo antes da entrega, existe uma técnica de revestimento com ajuste apertado usada em tubos de parede fina na qual um tubo circular de PEAD
é empurrado através de uma máquina de dobragem ou conformação, no campo. A técnica
utiliza tubos comuns de PEAD, que são dobrados em forma de “C” ou de “U” para inserção
na rede existente. Essa forma é mantida por presilhas temporárias que se rompem quando o
revestimento instalado é pressurizado para recuperar sua forma original. Podem-se instalar
comprimentos longos de revestimento (acima de 1000 metros) e passar por curvas, dependendo do diâmetro da rede e de outros fatores.
Revestimentos termoplásticos de PVC são, muitas vezes, pré-aquecidos antes da inserção,
para aumentar a flexibilidade. Uma vez no local definitivo, são aquecidos internamente, para
assegurar uma temperatura uniforme em todo o material. A recuperação de diâmetro pode
ser feita progressivamente, introduzindo-se um dispositivo de acabamento na extremidade de
montante, que é movido por pressão de vapor até a extremidade de jusante. À medida que o
dispositivo avança, expande o revestimento contra a parede da tubulação existente, expelindo
Revestimento
Por Inserção
Apertada de
Tubulação
Deformada
(Close-fit Lining)
E3
Foto: cortesia de Insituform Technologies
líquidos que estejam entre o revestimento e a rede antiga. Enquanto está flexível, o revestimento se amolda à forma da rede existente e, normalmente, forma depressões nas conexões
de ramais laterais. A pressão é mantida enquanto a linha resfria, até que atinja uma condição
rígida, quando as extremidades são cortadas e as conexões laterais, reabertas. Uma instalação típica leva aproximadamente cinco horas. Deve-se ressaltar que a infiltração de água do
lençol freático poderá afetar negativamente a capacidade do revestimento se amoldar à rede
existente, e o uso de técnicas alternativas poderá ser desejável dentro dessas circunstâncias.
Tubo dobrado de PVC
para revestimento
de redes de esgoto,
mostrando-se o ajuste
após a recuperação da
forma original.
Os tubos dobrados de PVC para revestimento são encontrados em diâmetros de 100 a 350
mm e são feitos de um tipo de PVC modificado para aceitar o processo de dobragem e conformação. O grau de modificação varia bastante entre os diferentes produtos: alguns têm um
módulo de flexibilidade relativamente alto, entre 2000 e 2500 MPa, enquanto outros compostos altamente modificados somente atingem valores entre 900 e 1100 MPa, similares ao do
polietileno. É preciso levar isso em conta no projeto estrutural do revestimento.
A recuperação com inserção por ajuste apertado de tubulações de pequeno diâmetro com
tubo de polietileno para trabalho sob pressão pode ser feita com polietileno de ligação cruzada
(PE-X), cujas propriedades incluem a memória da forma. Isso permite que os tubos sejam extrudados num determinado diâmetro e sejam subseqüentemente reduzidos em cerca de 25%,
enrolando-se o produto em bobinas para entrega na obra. A redução de diâmetro assegura a
passagem na obra e em juntas deslocadas.
O tubo dobrado de
PVC é expandido
usando-se uma
ferramenta rombuda
que se move pela
tubulação.
Foto: cortesia de Insituform Technologies
Revestimento
Por Inserção
Apertada de
Tubulação
Deformada
(Close-fit Lining)
E4
Uma vez inserido, o tubo é aquecido por uma ferramenta de ar quente que ativa a memória
dimensional do material e faz com que ele volte às dimensões em que foi extrudado. O tubo
de revestimento se expande até conseguir um ajuste apertado, moldando-se às deformações
e emendas da rede existente. Se, antes de executar a expansão, a rede for cortada na posição
das conexões dos ramais, o novo tubo se expandirá até as dimensões corretas para o uso de
conexões padrão de eletro fusão.
Está disponível um sistema de recuperação de redes de distribuição de água formado por uma
malha tecida circular de poliéster encapsulada em polietileno. Esse tubo flexível é dobrado
num “C” apertado antes de ser inserido na rede existente e inflado com vapor de baixa pressão. O processo produz um tubo de revestimento de parede fina que pode ter uma tensão
não apoiada de ruptura aos 50 anos de até 23 bar, dependendo do diâmetro. Atualmente,
esse sistema é oferecido para diâmetros de 70 a 200 mm, e comprimentos de até 200 metros
podem ser instalados em uma única operação, inclusive através de curvas.
Duas técnicas recentemente apresentadas para renovação de ligações domiciliares de água
de pequeno diâmetro (12 a 18 mm) destinam-se a controlar vazamentos e a evitar a contaminação em canos de chumbo. No primeiro, um tubo dobrado de polietileno é enrolado em uma
bobina colocada em um vaso de pressão. A força motora é criada através da pressão de ar
que atua sobre uma pequena peça flexível fixada na extremidade do revestimento. O ar isento
de óleo originado de um compressor com essas características é injetado no vaso de pressão,
empurrando essa peça e transportando o revestimento preso a ela. Infla-se então o revestimento com ar comprimido, mantendo-se o mesmo no lugar através de conexões comuns de
encanamento, o que permitirá reiniciar com rapidez o suprimento de água. No segundo, ocorre a inserção de um tubo extrudado de poliéster (PET) de diâmetro menor, que é expandido
com pressão de vapor e mantido no lugar com conexões comuns de encanamento.
E 5 Revestimento por Inserção de Tubulação Espiral Expansível (Expande Spiral Liners)
Diagrama: cortesia de Subterra
Algumas versões da técnica de revestimentos em espiral para redes por gravidade (descritas
na seção D) oferecem a possibilidade de expansão do revestimento instalado, para proporcionar um ajuste apertado na rede existente. Durante a instalação, o deslocamento da junção
entre espiras adjacentes é evitado por um fio de travamento. Após colocar o revestimento na
posição, a máquina enroladora continua a funcionar, e o fio de travamento é recolhido progressivamente para permitir que a junção deslize e a tubulação aumente seu diâmetro.
O revestimento enrolado
em espiral se expande
após a inserção devido
ao deslizamento de
espiras adjacentes.
Da mesma forma observada no revestimento em espiral, pequenas vazões da rede podem ser
acomodadas durante a instalação, sem necessidade de desvio ou bombeamento adicional.
Como não há injeção, a água do lençol freático pode entrar nos poços de visita seguindo a trajetória entre as nervuras externas em “T”. Portanto, é essencial providenciar uma boa vedação
entre o revestimento e a rede existente, nos poços de visita e nas conexões de ramais.
As propriedades estruturais do revestimento são definidas com base na necessidade de enrolar a fita de PVC em espiral. Os revestimentos executados dessa maneira não possuem
resistência a cargas externas.
E 6 Resumo
• Revestimentos de pequeno diâmetro (por inserção de tubulação reduzida) são adequados
para a recuperação estrutural de redes de distribuição de gás e água, produzindo um revestimento com ajuste apertado na rede existente. Poderão não ser adequados para redes com
juntas deslocadas ou irregularidades dimensionais.
• Revestimentos por inserção de tubulação com dobra de PEAD são um meio eficiente de instalação com ajuste apertado, estruturais ou não, em redes pressurizadas ou por gravidade. As
propriedades de tubos de polietileno de parede fina não são ideais para redes em mau estado
sujeitas a altas cargas externas.
• Revestimentos por inserção de tubulação com dobra de PVC são adequados para redes por
gravidade com diâmetro até 350 mm, oferecem boa resistência ao ataque químico e podem
ser instalados em tempo relativamente curto. Níveis altos do lençol freático e infiltrações podem prejudicar a instalação.
Revestimento
Por Inserção
Apertada de
Tubulação
Deformada
(Close-fit Lining)
E5
• Tubulações com dobra de PE com reforço de poliéster devem ser usadas na recuperação de
redes de distribuição de água e são suficientemente flexíveis para passar pelas curvas durante
a instalação.
• Membranas dobradas de PE para pequenos diâmetros ou revestimentos expansíveis de poliéster podem ser usadas para controle de vazamentos em ligações domiciliares de água e para
evitar contaminação devida a tubos de chumbo.
• Revestimentos por inserção de tubulação em espiral expansíveis para redes por gravidade
são de instalação rápida e podem não exigir desvio de fluxo. Embora sejam de ajuste apertado, o espaço entre as nervuras externas permite a passagem de água, que precisará ser
vedada nos poços de visita e nas conexões. A rigidez do revestimento poderá não ser tão alta
quanto à de outros sistemas.
Revestimento
Por Inserção
Apertada de
Tubulação
Deformada
(Close-fit Lining)
E6
Seção F
REVESTIMENTO POR ASPERSÃO
(SPRAY LINING)
F 1 Aspectos Gerais
Esta seção trata de sistemas de revestimento por aspersão para tubos pressurizados de pequeno diâmetro (sem condições de acesso para pessoas). Os métodos de revestimento por
aspersão para tubos de maior diâmetro e poços de visita estão apresentadas na seção I.
Freqüentemente, o principal objetivo da recuperação de redes de distribuição de água é a
remoção de depósitos e corrosão, com a posterior aplicação de um revestimento que iniba a
deterioração futura e vede pequenos vazamentos. Os materiais de uso mais comum para esse
fim são argamassa de cimento ou resina epóxi, aplicadas por uma máquina robô de aspersão
puxada através da rede a uma velocidade constante predeterminada.
O desenvolvimento dos métodos de revestimento por aspersão foi feito para redes de esgoto
de pequeno diâmetro (sem acesso para pessoas), mas nenhum processo adquiriu grande
destaque comercial. Talvez isso se deva, em parte, aos diferentes requisitos de recuperação
de redes de esgoto, cujo objetivo é, normalmente, aumentar a resistência da rede às cargas
externas e evitar a corrosão, e em parte devido às dificuldades práticas de assegurar que a
entrada de material na rede seja completamente interrompida durante a aplicação e cura do
revestimento. Um sistema prático de revestimento por aspersão deve evitar o problema de
religação de ramais, inerente às outras técnicas.
O revestimento por aspersão é muito pouco usado em redes de distribuição de gás, embora
em alguns países seja usado extensivamente em ligações domiciliares de gás. Esta seção se
concentrará na abordagem da aplicação do revestimento por aspersão em redes de distribuição de água potável, que se constitui no uso mais comum dessa técnica em todo o mundo.
F 2 Preparação
Como o revestimento por aspersão é normalmente previsto como uma película protetora que
se ligará à superfície da rede existente, a preparação cuidadosa dessa rede é importante.
Redes antigas de distribuição de água, particularmente as executadas com tubos de ferro fundido, possuem freqüentemente grandes depósitos internos de corrosão e assoreamento que,
em alguns casos, poderão reduzir a vazão real a uma fração da original.
As tecnologias de limpeza incluem jateamento com água em alta pressão, raspagem, escovamento, ferramentas de fresagem alimentadas por cremalheira, dispositivos de acionamento
mecânico como cortador e mancais com corrente. Freqüentemente, é necessário que haja
equilíbrio entre remover todos os vestígios de corrosão e evitar danos na parede do tubo, e
algumas das técnicas mais agressivas devem ser usadas com cuidado.
Os raspadores são projetados para remover depósitos duros e nódulos quando são puxados
através de um tubo, e consistem de certa quantidade de lâminas de aço montadas em um eixo
central. Existe uma peça de união em cada extremidade desse eixo, para permitir o retorno
da ferramenta, se necessário.
As escovas de aço compreendem duas escovas circulares instaladas em um eixo central, com
uma peça de união com o cabo em cada extremidade, e são usadas para remoção de depósitos soltos e poeira, antes da aplicação do revestimento. Podem também ser usadas para a
remoção dos resíduos deixados pela raspagem.
Existem diversos tipos de dispositivos para limpeza de tubulações (PIG), normalmente moldados em espuma resistente, com uma camada externa abrasiva. Alguns possuem placas de carbeto de tungstênio em torno do eixo central, para remoção de depósitos duros. Normalmente,
a locomoção no PIG é feita com água sob pressão, podendo se deslocar por vários quilômetros
em redes contínuas. Em tubos com incrustações pesadas, essa operação é feita em estágios,
usando-se dispositivos de tamanho cada vez maior.
Revestimento
por
Aspersão
(Spray Lining)
F1
Os dispositivos de espuma (PIG) são normalmente empurrados através da rede por água sob
pressão ou ar comprimido, embora existam versões que podem ser puxadas por cabo. Normalmente, são usados para remover poeira ou fluidos de tubos de qualquer material, podendo
também executar a secagem da rede.
Alguns modelos possuem alojamento para um transmissor, para localização e acompanhamento. Normalmente, os dispositivos de espuma são bidirecionais e suficientemente flexíveis
para passar através de dispositivos como curvas, válvulas e conexões de ramais. Conseguem
também passar por reduções de diâmetro e obstruções parciais da rede.
Dispositivos de borracha puxados através da rede (também conhecidos como “rodos”) removem materiais finos e fluidos da tubulação. São formados por dois discos grossos de borracha
presos em um eixo central com uma peça de união em cada extremidade. Os dispositivos de
espuma e de borracha são usados com freqüência no estágio final de preparação, para produzir uma superfície limpa e seca sobre a qual o material de revestimento possa ser aplicado.
F 3 Revestimento com Argamassa de Cimento
A aplicação de argamassa de cimento é um método comum e relativamente barato de recuperação de redes de distribuição de água. A argamassa tem duas funções: a alcalinidade do
cimento inibe a corrosão dos tubos de aço e a superfície interna pouco rugosa reduz o arrasto
hidráulico e melhora as características do fluxo. Deve-se observar que o revestimento de argamassa de cimento também é aplicado em tubulações novas de ferro fundido e ferro dúctil,
para inibir a corrosão.
O revestimento não tem função estrutural, a não ser pela redução de velocidade de deterioração da rede instalada. Essa técnica não é adequada, portanto, para tubulações com
vazamento ou para redes onde ocorreu redução significativa da espessura da parede devido
à corrosão.
Como foi dito acima, é essencial uma preparação cuidadosa da rede existente. Também é
importante aplicar uma espessura adequada de argamassa para criar o ambiente alcalino na
interface argamassa/aço. Como ocorre na armadura das estruturas de concreto, a cobertura
inadequada do metal permitirá o início da corrosão, que fará trincar e lascar a argamassa.
Diagrama:
cortesia de
Subterra
Aplicação de argamassa de cimento através de uma máquina de aspersão com cabeçote giratório
Revestimento
por
Aspersão
(Spray Lining)
F2
Normalmente, a aplicação é feita por uma máquina de aspergir argamassa, que é alimentada
por mangueiras provenientes da superfície ou, particularmente em redes de grande diâmetro,
poderá ter sua própria caçamba com argamassa pré-misturada. O controle da velocidade de
avanço da máquina é importante para assegurar uma espessura consistente do revestimento.
A aspersão é seguida por alisamento, que pode ser feito por espátulas rotativas fixadas na
máquina de projetar ou, algumas vezes, por um simples cone tubular com o diâmetro interno
requerido, que é puxado atrás da máquina. Seja qual for o sistema usado, é essencial centralizar o equipamento na rede existente, de modo que a espessura do revestimento seja a
mesma em todo o perímetro.
F 4 Revestimento com Epóxi
O revestimento com epóxi pode ser considerado como alternativa do revestimento com argamassa, e possui uma função similar: proteger contra a corrosão e produzir um acabamento
liso. O objetivo é fazer com que a resina se ligue com a superfície interna do tubo, devidamente preparada, formando uma película que evite a corrosão e a penetração de água. Geralmente, a espessura dos revestimentos de epóxi é muito menor que a dos de argamassa, não
ocorrendo, portanto, redução significativa no diâmetro interno. Esses revestimentos também
têm cura mais rápida que os feitos à base de cimento. Qualquer defeito na película de epóxi,
contudo, poderá dar início à corrosão e, ao contrário da argamassa, não há alcalinidade para
inibir quimicamente a deterioração. As resinas epóxi também são relativamente caras, comparadas aos materiais à base de cimento.
Diagrama:
Cortesia de
Subterra
As resinas epóxi que foram aprovadas pelas autoridades nacionais competentes para o revestimento de redes de distribuição de água não afetam a qualidade da água transportada, desde
que sejam misturadas e curadas corretamente. As resinas epóxi não podem ser usadas para o
revestimento de redes de água, a menos que a formulação específica tenha sido oficialmente
aprovada para esse fim.
Aplicação de resina epóxi
Foto: Cortesia de Subterra
A resina é aplicada por uma máquina aspersora que possui, normalmente, um injetor rotativo. A espessura da película é controlada pela vazão e velocidade de avanço da máquina.
Na maioria dos sistemas, a resina de base e o endurecedor são alimentados por mangueiras
separadas e combinados por um misturador estático situado logo antes do injetor. Em termos
ideais, o tempo de cura deve ser o mais curto possível para minimizar o período em que a rede
ficará fora de serviço, e também para reduzir o risco de contaminação da resina antes da cura.
Uma cura muito rápida, contudo, tem o risco de obstruir o misturador estático ou o injetor.
Ao contrário da argamassa de cimento, a resina não sofre acabamento após a aspersão, e a
qualidade da superfície dependerá da técnica de aplicação e das propriedades do material.
Cabeçote de
aspersão de
revestimento
em epóxi
Existem diversas formulações de resina no mercado, inclusive materiais tixotrópicos de alta
resistência, que resistem ao descolamento. Algumas concessionárias possuem um material
preferido ou uma lista de materiais para aplicações específicas, cujos detalhes deverão ser
incluídos nas especificações do contrato.
F 5 Resumo
• É importante uma preparação cuidadosa da rede existente, particularmente nos sistemas
de revestimento por aspersão, e existe uma grande variedade de técnicas para remoção de
depósitos e incustrações.
• As técnicas de revestimento por aspersão para tubulações de pequeno e médio diâmetro
estão voltadas principalmente para a recuperação de redes de distribuição de água potável.
Todos os materiais precisam ser aprovados pelas respectivas autoridades reguladoras.
Revestimento
por
Aspersão
(Spray Lining)
F3
• O revestimento com argamassa de cimento é relativamente barato, oferece proteção química contra a corrosão do tubo instalado e assegura um acabamento liso. A espessura requerida
para o material, contudo, pode produzir uma redução significativa de diâmetro e a expectativa
de vida do revestimento poderá ser menor que a de outras técnicas de recuperação.
• A aplicação e cura do revestimento de epóxi são geralmente mais rápida que a do revestimento de argamassa de cimento e causa uma redução mínima de diâmetro na rede, mas o
controle cuidadoso da qualidade durante a aplicação e a cura é essencial para evitar defeitos
que possam permitir o reinício da corrosão.
• Nem a argamassa de cimento nem a resina epóxi são adequadas para redes que tenham
defeitos estruturais ou vazamentos.
• O custo do revestimento por aspersão deverá ser avaliado em relação ás outras técnicas,
levando-se em conta a durabilidade relativa, a capacidade estrutural e a longevidade dos sistemas alternativos.
Revestimento
por
Aspersão
(Spray Lining)
F4
Seção G
REVESTIMENTO POR INSERÇÃO COM CURA
IN LOCO (CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G 1 Aspectos Gerais
A principal alternativa para a inserção com tubos e suas variações é o revestimento por inserção com cura in loco, às vezes chamado de “revestimento in situ”, “revestimento macio” ou
“tubo curado in loco (CIPP)”, que dominou por mais de 20 anos o mercado de recuperação de
tubulações de esgoto sem possibilidade de acesso de pessoal em muitos países. Para maior
facilidade, este documento se referirá a todas as técnicas de revestimento por inserção com
cura in loco como “sistemas CIPP”, embora se deva observar que nem todos os fornecedores
utilizam esse termo.
Embora existam no mercado diversos sistemas concorrentes, a característica comum a todos
é a utilização de um tubo de tecido impregnado com resina epóxi ou de poliéster. O tubo é
introduzido na rede existente, inflado contra a parede dessa rede e curado na temperatura
ambiente ou, mais comumente, exceto nos tubos de menor diâmetro, com recirculação de
vapor ou água quente. Algumas variantes utilizam luz ultravioleta para cura da resina.
Os sistemas CIPP criam um ajuste apertado de “um tubo dentro de outro”, que possui resistência estrutural calculável e pode ser projetado para atender a várias condições de carga. A
rigidez anular do revestimento é aumentada devido à resistência oposta pela rede existente e
solo adjacente, mas os sistemas projetados para redes por gravidade não se baseiam numa
relação entre a tubulação final de revestimento e o tubo existente. Sistemas que utilizam a
tubulação existente como meio para assegurar algum suporte estrutural são conhecidos algumas vezes como técnicas de “revestimento interativo”.
Fraturas múltiplas em uma rede de tubos cerâmicos – mostram os danos mais severos que
podem ser recuperados com a utilização de técnicas de revestimento com cura in loco
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
Além de minimizar a redução de diâmetro, uma vantagem inerente aos revestimentos por
inserção com cura in loco (CIPP) é sua capacidade de se conformar a praticamente qualquer
forma da tubulação, o que torna seu uso possível para recuperação de redes não circulares.
Desde que o perímetro seja medido corretamente e que não ocorra uma contração significativa durante a cura, o resultado será um revestimento com ajuste apertado. Sua maior limitação
é a espessura da parede e, conseqüentemente, a quantidade, peso e custo do material neces-
G1
sário para grandes diâmetros ou condições severas de carga, particularmente em tubulações
não circulares.
As ligações de ramais poderão ser reabertas remotamente após o revestimento, mas é preciso
tomar cuidado durante a instalação para assegurar que o excesso de resina não entre nos
ramais. Os sistemas CIPP são também usados para a recuperação de ramais laterais a partir
do interior da rede de distribuição principal.
A principal desvantagem dos sistemas de revestimento com CIPP é a necessidade de retirar
de serviço a rede existente durante a instalação e cura. Em redes por gravidade, onde as
vazões são muito baixas, poderá ser possível fechar a entrada de alguns ramais e confiar na
armazenagem dentro do próprio sistema. Nos demais casos, será necessário, geralmente,
bombeamento adicional ou desvio de fluxo.
Alguns sistemas de CIPP podem ser usados em tubulações de grande diâmetro (com acesso
para pessoal) – v. seção I.
G 2 Aspectos Gerais
Esgotos
Redes de gás
(v. nota A)
Redes de água potável
(v. nota B)
Redes industriais/ de produtos químicos
(v. nota C)
Redes retas
Redes com curvas
(v. nota D)
Redes circulares
Redes não circulares
Redes de seção variável
? (v. nota E)
Redes com conexões laterais
Redes com deformações
? (v. nota F)
Substituição on-line (diâmetro igual ou maior)
Redes pressurizadas
Redes com acesso de pessoal
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G2
? (v. nota G)
(v. nota H)
(A) Certos tipos de sistemas CIPP foram projetados especificamente para uso em redes de
gás, em lugar de redes de esgoto por gravidade.
(B) É necessária aprovação do organismo regulador para todos os materiais que estejam em
contato com água potável. A maioria dos sistemas CIPP não foi prevista para recuperação de
redes de distribuição de água potável, mas há alguns que foram projetados ou adaptados e
aprovados para essa finalidade.
(C) É preciso escolher a formulação correta da resina para resistir a efluentes anormalmente
agressivos e/ou altas temperaturas.
(D) Pode ocorrer o enrugamento do tecido na face interna da curva, dependendo do raio, do
tipo de tecido utilizado e da espessura do revestimento.
(E) Alguns sistemas CIPP permitem que o tubo de tecido seja feito sob medida para atender a
mudanças de circunferência ou perímetro da tubulação, num trecho entre dois poços de visita.
Outros sistemas utilizam um tecido que pode se esticar para acomodar pequenas variações da
seção transversal. Deve-se observar que, como os revestimentos CIPP são flexíveis antes da
cura e podem se conformar a quase qualquer forma de rede, a medida crítica será a circunferência ou perímetro da rede.
(F) Uma regra largamente aceita é que esgotos com menos de 10% de deformação (ovalização) podem ser revestidos sem necessidade de acerto anterior. A ovalização reduz a capacidade do revestimento suportar cargas externas tais como a pressão hidrostática, e devem ser
levadas em conta no projeto.
(G) A maioria dos sistemas CIPP foi desenvolvida originalmente para redes por gravidade, mas
existem técnicas específicas para redes pressurizadas. V. também notas A e B acima.
(H) Embora usados principalmente em redes sem possibilidade de acesso de pessoal, alguns
sistemas são adequados para a recuperação de redes de esgoto e águas pluviais de grande
diâmetro. As principais limitações são as espessuras da parede, o peso e o custo do revestimento.
G 3 Projeto e Especificações
Como as especificações e procedimentos de projeto do revestimento variam de um país para
outro e estão sujeitos a modificações periódicas, está fora do escopo deste documento à inclusão de qualquer referência a todos os padrões nacionais.
Em países onde não haja critérios estabelecidos, um padrão de larga utilização é o Specification for Renovation of Gravity Sewers by Lining with Cured-in-place Pipes, contido na WIS
4-34-04 de março de 1995, edição 2, publicado pela WRc na Inglaterra. Os procedimentos
de projeto para determinação da espessura de parede requerida para seções circulares e não
circulares sob diferentes condições de carga estão indicados no Sewerage Rehabilitation Manual da WRC.
As concessionárias de serviços públicos e os organismos reguladores fornecem especificações
para aplicações pressurizadas (gás e água). A maioria dos países possui requisitos estritos e
procedimentos de credenciamento para todos os materiais que tenham possibilidade de entrar
em contato com água potável.
G 4 Instalação – Aspectos Gerais
Da mesma forma detalhada para os sistemas de recuperação, a preparação e limpeza cuidadosa são pré-requisitos essenciais. Em redes de esgoto e outras tubulações sem possibilidade
de acesso para pessoal, a inspeção deverá ser feita por CFTV imediatamente antes do revestimento (tubulações antigas podem ser enganadoras). Redes com possibilidade de acesso
podem ser inspecionadas manualmente ou por CFTV.
Os depósitos e entulhos deverão ser removidos por completo, recomendando-se nova inspeção após a limpeza, para conferência. Deve-se tomar cuidado para evitar pressões excessivas
quando for usado equipamento de jateamento em redes danificadas de esgoto, uma vez que
esse processo poderá aumentar os defeitos. Ligações domiciliares salientes, incrustações e
outros depósitos duros deverão ser removidos por equipamentos de corte, mecânicos ou de
água sob pressão, seguindo-se limpeza para remoção dos resíduos gerados no processo.
É importante remover todos os fragmentos soltos de tubo, que possam cair durante a instalação do revestimento. Isso é particularmente crítico quando se usam revestimentos “puxados”,
nos quais uma parte quebrada da rede existente poderá cair sobre o revestimento quando
este estiver sendo puxado, e ficar retido entre a parede da rede e o revestimento quando este
for inflado. Revestimentos com instalação por inversão tendem a causar menos problemas
para o tubo, mas estes poderão ocorrer.
A maioria dos sistemas CIPP requer desvio do fluxo durante a instalação e cura. Esse período
poderá durar de algumas horas a mais de um dia, dependendo do sistema e das características da rede. As conexões de ramais serão bloqueadas pelo revestimento até que sejam reabertas, e deverá ser feita previsão para remoção do excesso de efluente quando a capacidade
do ramal for insuficiente. O aumento de efluente em um ramal bloqueado cria uma pressão
externa sobre o revestimento, que poderá ser significativa se a rede for profunda. Serão necessárias medições para limitar a sobrecarga.
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G3
Embora os sistemas CIPP sejam não destrutivos e sejam projetados para minimizar os problemas na superfície, serão necessários veículos e instalações na superfície durante a instalação,
especialmente no poço de entrada. Poderá, portanto, ser necessário reorientar o tráfego nessa
região.
Poderá também haver implicações ambientais de curto prazo quando se usarem sistemas CIPP
baseados em resinas de poliéster, uma vez que o solvente à base de estireno presente na resina não curada libera um vapor pesado de odor forte. Embora esse vapor possa ser um risco
para a saúde quando em alta concentração, tais níveis não são habitualmente encontrados
em instalações de CIPP. O vapor de estireno, contudo, é detectável pelos seres humanos em
concentrações abaixo de uma parte por milhão, e o odor se torna insuportavelmente forte em
níveis muito abaixo daqueles que representam risco. Assim, para evitar qualquer aborrecimento, é essencial uma ventilação adequada no local de trabalho. Essa situação ocorre somente
onde a resina sofre cura.
As resinas de poliéster podem ser afetadas negativamente pela água, até o final da cura. Isso
pode ser relevante em redes com infiltração ou conexões recuadas. Em alguns casos, o uso de
um “pré-revestimento” (v. abaixo) poderá evitar os problemas de contaminação.
G 5 Instalação em Esgotos – Cura Térmica
O texto a seguir descreve um processo típico de instalação de revestimentos CIPP com cura
térmica em redes de esgoto. Cada sistema possui sua própria metodologia, e a descrição que
se segue será mais uma diretriz do que uma definição das melhores práticas.
A maioria dos revestimentos com cura térmica para uso em redes por gravidade compreende
um tecido não trançado de feltro de poliéster impregnado com resina de poliéster. Alguns
sistemas utilizam um material composto, como feltro e fibra de vidro. A formulação da resina
pode ser adaptada para atender a diferentes regimes de cura e características dos efluentes.
Normalmente, o tecido usado é revestido com uma membrana de poliéster, polietileno, surlyn
ou poliuretano na face externa do tubo (dependendo da aplicação), que se tornará a superfície
interna de um revestimento invertido. A membrana possui diversas funções: reter a resina durante a impregnação e transporte, e propiciar uma superfície interna hidraulicamente eficiente
no revestimento acabado. Alguns sistemas utilizam uma membrana independente em lugar de
um revestimento, que poderá ser removida após a instalação.
Normalmente, a impregnação é feita na fábrica, a vácuo, para excluir o ar e assegurar uma
distribuição uniforme da resina. Esse processo é conhecido como impregnação. Dependendo
das características da resina, o revestimento poderá ser entregue em um veículo refrigerado,
para evitar que a cura comece prematuramente.
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
Veículo de revestimento
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
Curva de Inversão
G4
Revestimento
Início da Inversão
A inserção na rede existente é feita, normalmente, por puxamento por guincho ou por um
processo de inversão no qual se usa água (ou, algumas vezes, ar) sob pressão para virar o
revestimento pelo avesso à medida que este avança pela rede existente. O seguinte procedimento é típico:
(a) Uma torre de andaime é construída sobre o poço de entrada para propiciar a pressão de
água necessária para inverter o revestimento. Em poços profundos, essa torre poderá ser
desnecessária.
(b) Instala-se um tubo de inversão (que pode ser feito com material seco de revestimento)
entre a entrada da rede de esgoto e a parte superior da torre de andaime, com um colar rígido
na extremidade superior de instalação do revestimento.
(c) A extremidade do revestimento é virada do avesso, manualmente, num comprimento predeterminado, usualmente de alguns metros, e fixa-se a mesma ao colar do tubo de inversão.
Uma mangueira, que percorrerá toda a extensão do revestimento após a inversão, será ligada
à outra extremidade.
(d) Introduz-se água na seção já invertida, o que faz com que o revestimento continue a virar
do avesso através do tubo de inversão e da rede existente. A pressão da água forçará o revestimento contra a parede da rede.
(e) Quando a inversão estiver concluída, a água situada no interior do revestimento passará
por uma caldeira, utilizando-se a mangueira presa à extremidade do revestimento, para assegurar a circulação de água quente em toda sua extensão. O aquecimento é controlado, para
atender ao regime de cura requerido para a resina.
Veículo com caldeira
Recirculação de água quente
Revestimento
Curva de Inversão
Conclusão da Inversão
(f) A temperatura será monitorada em diversos pontos da superfície do revestimento, utilizando-se termopares.
(g) Após a conclusão da cura, a água será resfriada gradualmente antes de ser removida.
(h) Aparam-se as extremidades do revestimento. Algumas vezes, é deixada uma saliência
de alguns centímetros na parede do poço de visita, o que proporciona melhor vedação e fixa
melhor o revestimento.
(i) Se necessário, as conexões laterais dos ramais serão reabertas com um cortador tipo
robô.
Alguns sistemas utilizam um pré-revestimento, que é instalado na rede existente antes da
inversão do tubo impregnado de resina. Esse pré-revestimento serve para evitar que o excesso de resina entre nas conexões dos ramais, e também evita a contaminação da resina não
curada por infiltrações de água na rede de esgotos ou por situações de sobrecarga.
Alguns sistemas trabalham com puxamento por guincho em lugar de utilizar a técnica de
inversão. A inversão poderá ser difícil em alguns locais devido à necessidade de se criar uma
coluna alta de água (embora existam dispositivos que permitam gerar essa coluna d’água
através de uma combinação de ar comprimido e água pressurizada), e o puxamento do revestimento evitará a necessidade de instalação dos andaimes e do trabalho de montagem
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G5
da cabeça do revestimento. Existem, contudo, limitações com respeito ao tamanho e peso
do revestimento que pode ser puxado sem que se deforme ou rasgue. O puxamento de um
revestimento pesado numa rede danificada poderá danificá-lo ainda mais.
G 6 Revestimentos por Inserção com Cura por UV
Uma alternativa para a cura com água quente são os sistemas que utilizam resinas que curam
sob luz ultravioleta. Normalmente, a quantidade de instalações necessárias é menor que a
utilizada com sistemas de cura térmica.
Freqüentemente, os revestimentos com cura por UV são feitos de fibra de vidro ou de uma
combinação de fibra de vidro e feltro de poliéster, com uma membrana externa e uma luva
provisória interna destinada a proteger o revestimento durante a armazenagem, transporte e
instalação.
É possível usar resinas com um tempo de armazenagem de várias semanas à temperatura
ambiente, de modo que não há necessidade de refrigeração. Várias formulações da resina têm
capacidade de se adequar á natureza do efluente.
Normalmente, a instalação é feita de acordo com o seguinte procedimento:
(a) Após a pré-inspeção e limpeza, o revestimento pré-impregnado é colocado na posição, por
puxamento ou inversão.
(b) Introduz-se a fonte de luz ultravioleta no revestimento, inflando-se os conjuntos de vedação em cada poço de visita.
(c) Pressuriza-se o revestimento, tipicamente até 0,6 bar. A luva interna transfere a pressão
para o material do revestimento, que é pressionado contra a parede da rede existente. A
membrana externa evita que haja vazamento de resina.
Foto: Cortesia
de Subterra
A fonte de luz ultravioleta é puxada
através do revestimento numa
velocidade controlada, enquanto a
pressão interna é mantida.
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G6
Foto: Cortesia de Subterra
(d) Enquanto se mantém a pressão, procede-se à cura movendo a fonte de luz ultravioleta
através do revestimento, a uma velocidade monitorada eletronicamente, que dependerá da
temperatura do revestimento durante a reação química.
(e) Após completar o processo de cura, a pressão é aliviada e a luva interna, removida.
Revestimento com cura
concluída por UV
Os tempos típicos de cura estão entre 0,5 e 0,9 m/min, e comprimentos de até 200 metros
podem ser revestidos continuamente. Os sistemas com cura por UV estão disponíveis para tu-
bos de 100 a 1000 mm de diâmetro, com espessuras de revestimento de 3 a 15 mm. Existem
variantes em desenvolvimento para atender ao revestimento dos ramais laterais.
G 7 Instalação em Redes de Esgoto – Cura à Temperatura Ambiente
Os sistemas de revestimento por inserção com cura à temperatura ambiente são usados principalmente para a recuperação de redes de esgoto, de drenagem e outras de pequeno diâmetro, inclusive tubulações verticais de águas pluviais. Utilizam tecidos similares aos usados nos
sistemas de cura térmica (normalmente feltros com revestimento). A maioria utiliza resinas de
poliéster, que são formuladas para curar sem aplicação de calor.
Os sistemas de cura na temperatura ambiente tornam desnecessária a instalação de aquecedores ou outras fontes de calor e, conseqüentemente, tendem a ser mais baratos que as
versões correspondentes de cura térmica. As propriedades do produto acabado, contudo,
poderão não ser iguais às dos revestimentos de cura térmica, e a falta de controle externo
durante o ciclo de cura faz com que esses sistemas não sejam adequados para tubos com
diâmetro acima de 150 mm ou para grandes extensões de rede.
Normalmente, o procedimento de instalação é o seguinte:
(a) Diferentemente dos sistemas de cura térmica, a mistura da resina e a impregnação do
revestimento são freqüentemente feitos no campo. Mistura-se uma quantidade medida de
resina e adicionam-se quantidades diferentes de catalisador e acelerador, de acordo com a
temperatura e a velocidade de reação requerida.
(b) Coloca-se o tubo de revestimento, com uma membrana na parte externa, ao longo da
pista ou sobre solo firme, e coloca-se a resina em uma das extremidades. Espalha-se a resina
ao longo do tubo, usando-se um rolo pesado, até que todo o revestimento fique saturado.
Como não se pode aplicar vácuo, como ocorre com os revestimentos impregnados na fábrica,
é essencial assegurar que ocorra a perfeita impregnação do tecido e a remoção de todas as
bolhas de ar.
(c) O tubo impregnado é puxado ou invertido através da rede existente, e uma luva interna
provisória é puxada ou invertida através do mesmo. Essa luva conterá o ar ou água a ser usado durante o processo de inflação.
Instalação de um
revestimento com
cura á temperatura
ambiente, em
um local de difícil
acesso
(d) Introduz-se água ou ar comprimido na luva provisória, para pressionar o revestimento
contra a parede da rede existente.
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G7
(e) Quando se considera que o tempo de cura foi suficiente, alivia-se a pressão e se remove
a luva provisória.
(f) As extremidades do revestimento são aparadas e as ligações laterais reabertas, se necessário.
Existem numerosas variações dessa técnica, inclusive com vasos portáteis de pressão para
inversão da luva interna com ar comprimido.
Devido ao baixo investimento em equipamentos, os sistemas de revestimento com cura à temperatura ambiente tornaram-se populares entre muitos empreiteiros de pequeno porte, como
alternativa à execução de reparos em sistemas de drenagem usando escavação.
G 8 Revestimentos por inserção com Cura In-loco para Recuperação de
Redes de Água e Gás
As características estruturais requeridas para o revestimento de tubos pressurizados são muito diferentes das requeridas para redes de esgoto. A carga principal nas redes de esgoto
é externa, e os parâmetros estruturais mais importantes são o módulo de elasticidade e a
espessura da parede que, em conjunto, asseguram rigidez do anel, suficiente para resistir à
deformação.
Exceto nas de pequeno diâmetro, as redes pressurizadas falham com menor freqüência devido
a cargas externas. Os esforços mais importantes sobre o tubo são causados geralmente pela
pressão interna, que gera tensões no tubo ou no revestimento, e os defeitos mais comuns são
vazamentos nas juntas e corrosão. Geralmente, as redes pressurizadas não requerem tanta
rigidez do anel como as redes de esgoto, mas precisam suportar as cargas de ruptura geradas
pela pressão interna.
Por essa razão, o tecido usado para CIPP em redes pressurizadas tende a ter uma resistência
à tração maior que a do usado nas redes de esgoto e, como as tensões de flexão não são
críticas, a espessura das paredes do revestimento é muito menor. Os materiais comumente
usados são fibra de vidro ou compostos desse material, exceto em revestimentos com tecidos,
que normalmente são de fibras de poliéster.
Em lugar de poliéster, o material do tecido de revestimento é impregnado, normalmente, com
resina epóxi, que pode produzir uma ligação adesiva com o substrato e eliminar passagens de
água que poderiam causar a continuidade de processos de corrosão interna. As resinas epóxi
são também mais aceitas para contato com água potável.
A maioria das técnicas destinadas á recuperação de redes pressurizadas foi desenvolvida
inicialmente para o mercado de gás, principalmente no Japão, mas muitos sistemas CIPP
estão disponíveis atualmente no mercado para recuperação de redes de distribuição de água
potável.
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G8
Conceitualmente, o processo de instalação é similar ao método de inversão utilizado para
revestimento de redes por gravidade. Como as redes pressurizadas são menos volumosas, é
possível colocar o tecido impregnado em um vaso de pressão e inverter com ar comprimido o
revestimento na rede existente. A cura é feita com a posterior introdução de vapor no interior
do revestimento.
Além dos revestimentos de parede fina descritos acima, existem também técnicas de CIPP
que utilizam resinas epóxi, que não se baseiam numa ligação com a parede existente. Esses
sistemas obtêm sua resistência a partir da ação conjugada da resina e das fibras, em lugar
de um revestimento trançado, e são projetados para resistir tanto á pressão interna como ás
cargas externas. Como alternativa para a resina epóxi, usam-se resinas de éteres vinílicos para
algumas aplicações industriais.
G 9 Resumo
• A maioria dos sistemas com cura in loco foi desenvolvida para a recuperação de redes por
gravidade, embora também existam sistemas para redes pressurizadas.
• São versáteis e podem trabalhar com seções não circulares, curvas, mudanças de seção
transversal, todos os materiais de tubos e diversas condições de carga.
• Produzem um revestimento com ajuste apertado e superfície interna uniforme. O baixo coeficiente de rugosidade muitas vezes compensa a redução de diâmetro.
• Geralmente, os revestimentos são resistentes ao ataque químico das substâncias normalmente encontradas nas redes de esgoto. Formulações especiais de resina estão disponíveis
para efluentes particularmente agressivos.
Foto: cortesia de Insituform Technologies
• Tubos com diâmetro entre 100 e mais de 2500 mm podem ser revestidos, embora a viabilidade econômica seja menos favorável nos diâmetros maiores, devido ao aumento de peso e
custo dos materiais.
Instalação de revestimento curado in loco em uma tubulação de grande diâmetro
• As conexões dos ramais laterais podem ser abertas remotamente, a partir do interior da rede
principal.
• Existem sistemas de recuperação de ramais, a partir do interior da rede principal ou da extremidade de montante do ramal. Podem oferecer um sistema de revestimento vedado e integral
para redes de esgotos por gravidade.
• A tubulação existente precisará ser bloqueada durante a inserção e cura do revestimento
CIPP. Freqüentemente, poderá ser necessário o desvio do fluxo, a menos que haja capacidade
adequada de armazenagem na rede situada a montante.
• As técnicas de cura in loco possuem registros de obras com mais de 25 anos, e sua durabilidade está perfeitamente estabelecida.
Revestimento
por
Inserção com
Cura In Loco
(CIPP - CURED IN PLACE PIPE)
G9
Seção H REPAROS LOCALIZADOS PONTUAIS E VEDAÇÃO
H 1 Aspectos Gerais
Foram desenvolvidos diversos sistemas para reparos localizados, a maioria destinada à recuperação de redes de esgoto e alguns destinados à vedação de juntas em redes pressurizadas.
Muitas técnicas são adaptações dos sistemas de revestimento para seção plena, especialmente
aqueles baseados em inserção de tubos de feltro e resina com cura in loco. Hoje eles têm uma
semelhança incrível com o cateterismo e instalação de “STENTS” em sistemas coronários.
Os aspectos econômicos dessas técnicas precisam ser verificados para cada caso, mas está
claro que há situações em que os danos estão restritos a apenas parte do comprimento da
rede, e o reparo dos defeitos individuais poderá ser mais vantajoso economicamente que a
recuperação de toda a extensão da rede. Como regra geral, admite-se que os reparos localizados são economicamente viáveis se ocorrerem defeitos estruturais em menos de 25% da
extensão da rede de esgotos, embora o equacionamento varie de acordo com as circunstâncias específicas.
A limpeza e pré-inspeção são essenciais para os sistemas de reparo localizado, tanto quanto
foram para os métodos de recuperação integral. Para os métodos de reparo localizado pontual
que requeiram uma ligação com a tubulação existente, todos os vestígios de graxa e entulho
precisam ser removidos.
Existem cinco categorias principais de sistemas de reparo localizado: reparos com luva ou
feltro impregnado; sistemas de injeção de resina; reparos com robôs; recomposição da seção
circular; e vedação de juntas. A comparação leva à questão do que constitui ou não um reparo
“estrutural”.
H 2 Considerações Estruturais
Todas as formas de recuperação trazem algum grau de melhoria estrutural. Os sistemas de
revestimento, inclusive os reparos com inserção, fazem isso através de um tubo novo, que é
inserido ou curado no interior do existente. As propriedades do novo elemento podem ser medidas separadamente da rede existente, embora, na prática, a resistência oferecida por essa
rede aumente significativamente o desempenho em relação ao elemento isolado. Por exemplo, a rigidez do anel de um revestimento com ajuste apertado ou moldado in loco pode ser
aumentada em até sete vezes devido à resistência da rede existente se tiver um bom apoio,
embora, para fins de projeto, seja usado um valor muito mais baixo.
Como os revestimentos e as luvas curtas correspondem a elementos estruturais definidos, são
geralmente considerados como técnicas de recuperação “estrutural”. A questão fica menos
clara, contudo, com outros métodos como a injeção de resina ou argamassa, que trabalham
de forma composta com a rede existente e, freqüentemente, com o solo adjacente. Como não
há separação entre os elementos, é mais difícil calcular a resistência do reparo. Esses sistemas
são chamados, freqüentemente, de “não estruturais”. Isso é enganador, e seria mais correto
dizer que as propriedades estruturais do reparo executado são difíceis de determinar com precisão. Mesmo as técnicas de injeção de poliuretano (PU) ou acrilato, cujo material tem baixa
resistência, podem melhorar o desempenho estrutural apreciavelmente, devido á estabilização
e vedação do solo adjacente. A eliminação de erosões resultantes do ciclo de infiltração/extravazão pela junta também é importante para aumentar a vida útil da rede.
Devido a essas considerações, é importante executar uma avaliação técnica de engenharia
para verificar a adequação de determinada técnica específica de reparo localizado, em lugar
de confiar exclusivamente na matemática.
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
H 3 Reparos com Luva de Feltro e PVC
A maioria das técnicas de reparo dessa natureza prevê a impregnação de um tecido com uma
resina adequada, a colocação desse tecido no lugar, dentro da rede de esgoto, em torno de
H1
um recipiente inflável ou mandril, e o enchimento do recipiente com água, vapor ou ar comprimido, para pressionar o tecido contra a rede existente enquanto ocorre a cura da resina.
Existem no mercado sistemas de cura na temperatura ambiente e de cura térmica.
Em muitos aspectos, os reparos com luvas são versões reduzidas dos revestimentos por inserção com cura in loco (CIPP), embora freqüentemente os tecidos e resinas sejam mais fortes,
uma vez que a economia de material é muito menos significativa no custo geral da instalação.
O tecido é, normalmente, um feltro de poliéster (não trançado), isolado ou em combinação
com fibra de vidro ou PVC. Alguns sistemas usam um sanduíche de diversas camadas, com a
fibra de vidro proporcionando resistência e o feltro atuando como transportador da resina.
Embora a resina de poliéster possa ser usada da mesma forma detalhada para revestimento
de trechos completos de rede, a resina epóxi é uma alternativa comum para reparos localizados. As resinas epóxi podem ser formuladas como não miscíveis com água, enquanto que
as de poliéster são afetadas negativamente pela água antes da cura, o que pode ser particularmente relevante em técnicas projetadas para instalação sem desvio do fluxo da rede. O
inconveniente das resinas epóxi, além de seu custo mais alto, é que o regime de cura é mais
crítico. A maioria dos sistemas baseados em epóxi requer cura térmica, ficando a cura em
temperatura ambiente geralmente restrita às resinas de poliéster.
O reparo poderá ser preformado num tubo da circunferência correta ou poderá ser simplesmente um retângulo do material, que é colocado sobre o assentador, e que se conforma na
parede do tubo quando o assentador é inflado. Neste último caso, a sobreposição no tubo
acabado será visível, mas as conseqüências para o desempenho do reparo serão pequenas.
Diagrama: Cortesia de Subterra
Tecido
impregnado
com resina
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
Rede
existente
Assentador
inflável
Arranjo típico para instalação
de um reparo de pequeno
comprimento em torno de um
assentador inflável
A impregnação do tecido é feita normalmente, mas nem sempre, in loco. Em alguns sistemas,
o tecido é pré-impregnado e refrigerado para entrega na obra. Embora a impregnação no local
seja aceita normalmente, é preciso cuidado para evitar danos à saúde e derramamento dos
produtos químicos, alguns dos quais são tóxicos em seu estado anterior à reação. O solvente
de estireno encontrado na maioria das resinas de poliéster faz com que seja necessária ventilação adequada, como foi discutido com mais detalhes na seção G.
Durante a mistura e impregnação, é importante remover a maior quantidade possível de ar
da resina. O ar retido enfraquece o material e, em casos mais graves, poderá causar porosidade.
Poderá ser impossível evitar a retenção de ar, especialmente com resinas viscosas; alguns
sistemas buscam evitar a incorporação com impregnação a vácuo.
H2
Tanto nos sistemas com cura na temperatura ambiente como naqueles com cura térmica, é
essencial limitar a elevação da temperatura do material até que o assentador seja inflado no
interior do tubo. Uma das causas mais comuns de falha é a cura prematura, na qual o reparo
começa a endurecer antes de estar na posição correta. A cura exotérmica começa logo após a
mistura dos componentes, e a velocidade de elevação de temperatura aumenta com o volume
de resina que, uma vez misturada, deverá ser aplicada imediatamente no tecido, em vez de
ser deixada no recipiente de mistura. Deve-se dar atenção especial à temperatura da superfície onde o reparo foi colocado durante a impregnação. Uma vez concluído esse processo, o
assentador precisa ser colocado na posição e inflado sem demora.
Diagrama: Cortesia de Subterra
Geralmente, os assentadores são feitos com elastômeros com borracha semelhante aos bloqueadores. A pressão interna inicialmente expande o assentador e, em seguida, pressiona o
reparo contra a parede do tubo. Na maioria dos sistemas com cura na temperatura ambiente,
usa-se ar comprimido para inflar o assentador. Os métodos com cura térmica poderão usar
uma mistura de ar comprimido e vapor, ou água quente recirculada entre o assentador e um
aquecedor instalado na superfície. É necessário cuidado para evitar o excesso de pressão,
especialmente em sistemas inflados com água, onde o assentador é submetido a uma carga
estática e a uma carga adicional de bombeamento relacionada com o atrito do fluido na mangueira de retorno.
Reparo localizado usando
um trecho curto de tubo de
revestimento impregnado
com resina
O tempo de cura dependerá da formulação da resina, da espessura do reparo, da temperatura
no interior do assentador (em sistemas com cura térmica) e da temperatura da parede da tubulação existente. Um lençol freático alto tende a funcionar como absorvedor de calor, refrigerando a superfície externa do segmento de rede, o que exigirá um tempo adicional de cura.
Após a cura, o assentador é desinflado e removido. O reparo deverá ser inspecionado por
CFTV e as conexões dos ramais laterais deverão ser reabertas usando as mesmas técnicas
disponíveis para os revestimentos completos.
H 4 Injeção de Resina
Os sistemas de injeção de resina se enquadram em duas categorias: aqueles cuja função principal é impedir infiltrações e extravazões nas juntas da rede, e aqueles destinados a restaurar
a estrutura de redes danificadas.
Um método comum de vedação de juntas com infiltração em redes por gravidade é o uso de
um assentador especial que combina as funções de teste de estanqueidade e injeção de argamassa. O teste e a vedação das juntas podem ou não ser “localizado”, dependendo de quantas
juntas apresentam falha, mas pode ser incluído nesta abordagem, uma vez que se destina a
identificar e sanar um problema específico.
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
H3
Posiciona-se na junta da rede um assentador com elementos infláveis nas extremidades, pressurizando-o para deixá-la isolada. Aplica-se então pressão, através de ar ou água, na parte
central do assentador e mede-se a velocidade da perda de pressão através da junta. Se a
perda exceder um limite especificado, injeta-se um gel selante no local, através do assentador,
e testa-se novamente.
Existem numerosas variações no projeto e na sofisticação do grouting. A maioria dos sistemas
usa uma mistura acrílica de dois componentes ou uma resina de poliuretano reativa com água.
Em ambos os casos, o material possui baixa resistência intrínseca, mas transforma o solo em
torno da junta com vazamento em uma massa impermeável que não só impede o vazamento
como aumenta a estabilidade estrutural.
Deve-se notar que materiais vedantes de injeção à base de acrilamida são considerados como
de risco para a saúde em diversos países, devido á toxicidade dos componentes antes da reação. Apesar da semelhança de nome, os materiais à base de acrilato possuem propriedades
químicas muito diferentes e são considerados seguros.
Os materiais à base de poliuretano (PU) são hidrófilos e reagem tanto com a água livre no
solo como com a água injetada através do assentador, juntamente com o produto. Embora
se possa usar água pura, mistura-se freqüentemente uma solução de borracha de estirenobutadieno (SBR) na proporção de 1:4 para adicionar resiliência ao produto curado e reduzir
a contração. A proporção resina-água afeta as propriedades do material: relações acima de
1:5 tendem a produzir espumas, enquanto que relações ligeiramente inferiores produzem gel.
Recomenda-se geralmente uma relação de uma parte de material á base de PU para 8 partes
de água (ou água/SBR) para vedação de tubulações.
Guincho
Assentador
inflável de três
seções
Câmera
de CFTV
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
Teste e vedação de juntas com utilização de assentador inflável
H4
Muitos materiais de injeção á base de PU contêm acetona para reduzir a viscosidade e aumentar a miscibilidade. As características inflamáveis da acetona devem ser levadas em conta na
armazenagem do material. Alguns fabricantes oferecem atualmente materiais à base de PU
sem acetona.
Uma forma diferente de sistema de injeção de resina, usando normalmente argamassa ou
resina epóxi, pode ser usada para estabilizar e recompor a estrutura da rede existente, além
de proporcionar vedação contra infiltração e extravazão pelas juntas. Embora desenvolvido
originalmente para redes cujos danos não fossem tão graves ou extensos, a técnica evoluiu
para atender a defeitos mais graves. Um assentador inflável isola o defeito e injeta uma resina
epóxi de cura rápida na trinca, fratura ou furo da parede do tubo. O assentador é mantido na
posição até o final da cura da resina e, normalmente, um colar interno de resina, com pequena
espessura, permanece após a remoção do assentador.
H 5 Sistemas tipo encher e esvaziar “fill and drain”
Uma abordagem diferente da vedação de vazamentos corresponde às técnicas tipo “fill and
drain”, que tratam as redes coletoras, ramais e poços de visita em uma única operação. Um
dos sistemas mais usados foi inventado na Hungria.
Inicialmente, isola-se o trecho a ser vedado, enchendo-o com uma solução ambientalmente
segura (normalmente silicato de sódio), a partir de um poço de visita. Após um intervalo
predeterminado, que permita ao produto químico passar pelas emendas com vazamentos e
trincas, remove-se a solução rapidamente através de bombeamento e enche-se o trecho com
uma segunda solução específica, que reage com os resíduos da primeira para formar um gel
à prova d’água. Em seguida, remove-se a segunda substância por bombeamento e se limpa a
rede, para remover os resíduos.
Como ocorre com os vedantes injetados através do assentador, o efeito do sistema é transformar o solo em torno do poço e da rede numa massa impermeável em torno dos pontos com
vazamento. Devido às instalações necessárias e ao volume de material utilizado, os sistemas
tipo “fill and drain” são mais usados em projetos de controle de vazamentos em larga escala
do que no tratamento de trechos isolados. Possuem a vantagem de tratar trincas e vazamentos em todo o sistema através de uma única operação.
H 6 Reparos com Robôs
Os sistemas de reparo com robôs, largamente desenvolvidos na Suíça, são usados principalmente em redes por gravidade e compreendem um robô fresador e um robô de enchimento.
O primeiro remove as incrustações e saliências, e também fresa as trincas para assegurar uma
superfície adequada e a pega para os materiais de reparo. O robô de enchimento aplica a argamassa de epóxi no rasgo formado pela fresagem e dá acabamento uniforme ao material.
Foto: Cortesia de KA-TE
System AG
Existem robôs para uso em redes de 200 a 800 mm de diâmetro. Tipicamente, as versões
menores trabalham em diâmetros entre 200 e 400 mm, e as maiores, de 300 mm para cima.
Diversos conjuntos de eixos e rodas são usados para centralizar o robô na tubulação.
Robô de corte e fresagem
removendo uma conexão de
ramal lateral saliente
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
H5
O cabeçote de fresagem é acionado hidraulicamente, tendo alto torque em baixa velocidade,
e pode ser montado com diversos tipos de cortadores de diamante ou carbeto de tungstênio,
para uso em argilas, concreto, polímeros e até mesmo aço. Alguns dos robôs mais potentes
podem cortar concreto armado. A refrigeração mais comum é feita através da aspersão de
água proveniente do cubo central.
Normalmente, as rodas e as funções de rotação e extensão do cabeçote são acionadas por
motores elétricos. O funcionamento do robô é monitorado por uma câmera de CFTV fixada no
cabeçote e, normalmente, instala-se uma segunda câmera para ter visão para frente. Alguns
robôs de fresagem podem injetar um composto selante através de uma perfuratriz oca, o que
evita que a infiltração possa afetar a argamassa aplicada pelo equipamento. Podem também
ser equipados com um jato de água em alta pressão para remoção dos detritos gerados pela
operação de fresagem.
Normalmente, as trincas são fresadas numa largura e profundidade entre 25 e 30 mm. Após
a fresagem, é essencial limpar cuidadosamente a área a ser reparada, uma vez que qualquer
resíduo de poeira, lama ou entulho irá evitar a aderência da argamassa. Ramais salientes,
depósitos e incrustações duras também podem ser removidas.
As propriedades do produto de epóxi são importantes, uma vez que, normalmente, esse material é aplicado em superfícies úmidas. Os dois componentes podem ser misturados antes de
se encher o recipiente do robô de enchimento ou, em alguns projetos, os componentes são
armazenados separadamente no robô e misturados na saída, no momento em que serão usados. Da mesma forma que os robôs de fresagem, os robôs de enchimento são autopropelidos
e possuem câmeras instaladas.
O epóxi é aplicado por um sistema de injetores e espátulas controlados remotamente. Um
pistão acionado por ar comprimido força o material para fora do recipiente. Como alternativa,
o produto pode ser injetado através de uma placa flexível ou conformado anteriormente sobre
a parede da tubulação.
Foto: Cortesia de KA-TE
System AG
Além dos rasgos para enchimento feitos pelo robô de fresagem, o robô de enchimento pode
aplicar o epóxi em torno de ligações domiciliares ou ramais com problemas, para vedar a conexão com a rede principal. Alguns sistemas permitem o uso de conformadores especiais ou proteções que atuam como um fechamento temporário e permitem a recuperação das ligações
defeituosas dos ramais com epóxi. Pode-se também inserir um bloqueador inflável num ramal
para auxiliar na recuperação de uma conexão e para bloquear temporariamente o fluxo.
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
H6
Robô de enchimento
injetando resina epóxi
através de uma placa
flexível pressionada contra
a parede da tubulação
Todas as funções do robô são controladas a partir de um console central situado em um veículo que também contém carretéis para mangueiras, compressor, unidade hidráulica geradora
de força e outros equipamentos auxiliares, além de uma talha para colocação e retirada dos
robôs dos poços de visita. A fonte principal de potência é um grupo gerador de grande porte,
normalmente montado em um reboque.
Os reparos com sistemas de robôs são versáteis, mas necessitam de um programa consistente
de trabalho para serem economicamente viáveis. Encontraram condições favoráveis em regiões que oferecem uma carga previsível de trabalho em reparos localizados, mas foram menos
bem sucedidos, em termos comerciais, em locais onde a demanda é esporádica.
H 7 Vedação Mecânica de Juntas
Outro método de vedação de juntas envolve a instalação de uma fita ou presilha metálica
juntamente com elastômeros (Junta Mecânica), que forma uma vedação na superfície interna
do tubo. Sistemas desse tipo foram desenvolvidos para redes por gravidade e pressurizadas.
Possuem a vantagem de não depender de reações químicas in situ e de poderem ser instalados com rapidez. O custo dos materiais, contudo, é mais alto que os dos métodos de cura
in loco.
Foto: Cortesia de Toa Grout Kogyo Co.
Os sistemas mecânicos podem ser usados para vedação de emendas em redes pressurizadas
com possibilidade de acesso de pessoal, com pressões até 20 bar. É necessária somente uma
pressão de 2 a 3 bar para fixar a junta de vedação, de modo que materiais de baixo módulo de
elasticidade, tais como PE e uPVC podem ser usados sem sofrer sobrecarga. Existem conjuntos para reparo em redes de 600 a 3000 mm de diâmetro, e a junta mecânica pode ser feita
de borracha NBR para redes de gás ou de borracha EPDM para aplicações em água potável.
São também fabricadas versões cônicas para uso entre tubulações com variação de diâmetro
e para vedação do espaço anular de tubulações lançadas por puxamento.
Junta mecânica de aço
inoxidável e borracha para
reparo interno de redes por
gravidade, com vedadores
adicionais de borracha
hidrófila (amarelos)
Existem também conjuntos para reparo mecânico de redes por gravidade sem possibilidade
de acesso de pessoal, com diâmetro de 200 a 600 mm. A junta interna de aço inoxidável tem
a forma de uma presilha enrolada que pode expandir seu diâmetro e um mecanismo de catraca que evita que o conjunto volte a se contrair. A junta externa de borracha também possui
faixas de borracha hidrófila para assegurar uma vedação estanque com a tubulação existente.
Os conjuntos de reparo são instalados com um assentador inflável que expande a presilha e
pressiona a borracha contra a parede do tubo. Em seguida, o assentador é esvaziado e removido. Existem variantes para vedação em torno de conexões de ramais e para recuperação
estrutural, em conjunto com uma luva com cura in loco.
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
H 8 Reconformação de Tubos
A reconformação não é uma técnica isolada, mas um meio de restabelecer a forma de uma
tubulação deformada antes de executar reparos ou revestimento. Usa-se um expansor para
H7
conformar novamente a tubulação e instalar uma presilha de metal ou plástico que mantenha
os fragmentos do tubo na posição até que um remendo ou revestimento seja instalado.
O expansor pode ser feito de material elastomérico, inflado por pressão hidráulica, ou pode
ser uma variante do conjunto hidráulico com “pétalas” de aço que são forçadas para fora
por pistões hidráulicos. A presilha de plástico ou metal é posicionada no expansor antes da
inserção e mantida na posição por fitas. Normalmente, essa braçadeira possui alguma forma
de catraca ou trava que faz com que ela mantenha sua conformação após expandida. Após
o posicionamento controlado por CFTV, a presilha é expandida com pressão suficiente para
reconformar a tubulação.
Embora seja uma técnica útil no conjunto das tecnologias não destrutivas, a reconformação
de tubos não é sempre bem sucedida. Durante a expansão, a presilha seguirá o caminho de
menor resistência. Por exemplo, se houver um vazio sob o arco reverso, a presilha poderá ser
forçada para baixo durante a expansão, em lugar de reconformar o plano inferior do tubo.
Também é importante executar o remendo ou reparo logo após a reconformação, no mais
curto prazo possível, uma vez que a resistência estrutural da presilha é limitada e poderá se
deformar se for deixada sem apoio.
H 9 Resumo
• Reparos com juntas ou “feltros” seguem, normalmente, princípios similares aos do revestimento por inserção com cura in loco, e resultam em um trecho curto de revestimento estrutural no interior da rede existente. São usados mais comumente para a recuperação de redes
por gravidade de esgotos e águas pluviais, em diâmetros acima de 100 mm.
• Dependendo dos materiais usados, os sistemas de grouting com injeção de resina estabilizam o espaço em torno da tubulação e/ou o tecido do tubo. Também vedam contra infiltração
e extravazão e evitam a erosão do solo.
• Sistemas tipo “fill and drain” têm função similar às técnicas de injeção de resina e tratam
todo o sistema (inclusive poços de visita e conexões de ramais) em uma única operação. São
destinados principalmente a obras em grande escala.
• Sistemas de reparo com robôs podem executar uma grande variedade de serviços, inclusive
o reparo de juntas com defeito. Como o equipamento é relativamente caro, é geralmente necessário que haja continuidade dos trabalhos para a viabilidade comercial.
• A vedação mecânica de juntas é uma alternativa para os sistemas com cura in loco usados
em redes por gravidade, e pode também ser usada em redes pressurizadas. Normalmente, a
instalação é muito rápida.
• A reconformação de tubulações não é uma técnica isolada, e pode ser usada como precursora de muitos reparos localizados ou métodos de recuperação de redes completas, onde a
deformação da tubulação ultrapassar os limites permitidos.
Reparos
Localizados
Pontuais e
Vedação
H8
Seção i
RECUPERAÇÃO DE REDES E POÇOS DE
VISITA DE GRANDE DIÂMETRO
i 1 Aspectos Gerais
As técnicas de recuperação de redes e poços de visita de tubulações de grande diâmetro são
provavelmente as mais antigas formas de método não destrutivo (MND). Embora os tubos de
pequeno diâmetro não pudessem ser inspecionados antes do advento dos equipamentos de
CFTV, sempre foi possível caminhar ou rastejar através das redes maiores e, em muitos casos,
aplicar manualmente as mesmas técnicas usadas para reparo de alvenaria ou concreto situado
acima do solo.
A definição de “tubos com condições de acesso para pessoal” (man-entry) varia de um país
para outro. Normalmente, é possível o trabalho humano no interior de tubos de 900 mm de
diâmetro ou mais, ou em tubos não circulares acima de 900 x 600 mm. O trabalho em espaços
menores pode estar sujeito a procedimentos restritivos de segurança. A alocação de equipes
especializadas de busca e resgate perfeitamente treinadas é obrigatória nessa situação. Devese lembrar que os serviços convencionais de emergência estão aparelhados principalmente
para o resgate de pessoas em edifícios, e não em espaços subterrâneos confinados, e que
seus equipamentos poderão ser volumosos demais para entrar em redes e poços de visita
abaixo de determinadas dimensões.
Muitos sistemas de recuperação desenvolvidos principalmente para redes de menor diâmetro
podem ser usados também nos diâmetros maiores, embora os aspectos econômicos possam
ser desfavoráveis devido à quantidade e custo dos materiais.
Os processos de recuperação devem ser usados não só nas redes, como também nos poços
de visita situadas ao longo destas. Não há sentido na vedação das redes contra infiltração do
lençol freático e extravazão de esgotos se os poços de visita continuarem com vazamentos.
Além disso, a vedação de uma rede contra infiltração do lençol freático poderá aumentar a
pressão externa e a infiltração nos poços de visita, de modo que a recuperação desses poços
deve ser vista como parte integrante do processo.
Da mesma forma apresentada para tubos de menor diâmetro, a recuperação de tubulações
e poços de visita de tubulações de grande diâmetro pode ser dividida em técnicas de uso de
componentes pré-formados e de execução in loco.
i 2 Revestimentos Pré-formados
Os revestimentos pré-formados, que podem ser produzidos em peça única ou em segmentos,
são normalmente feitos com plástico reforçado com fibra de vidro (GRP), concreto reforçado
com fibra de vidro (GRC) ou concreto armado. São posicionados na rede existente, usando-se
espaçadores para o alinhamento correto, e fixado nessa posição através da injeção de materiais á base de cimento (ou, algumas vezes, de poliuretano) através da parede do revestimento.
Embora os revestimentos pré-formados não sejam tão adaptáveis em tubulações irregulares
como os moldados in loco, e causem uma grande redução na área da seção transversal, proporcionam maior resistência e eficiência hidráulica. Pode-se argumentar que os revestimentos
pré-formados são uma alternativa relativamente segura do ponto de vista da qualidade, uma
vez que o desempenho do revestimento instalado dependerá mais de elementos produzidos
industrialmente e menos dos trabalhadores comuns que estiverem dentro da rede.
Embora desenvolvidos principalmente para redes por gravidade, certos tipos de revestimentos
pré-formados foram projetados para uso em redes pressurizadas.
i 2 1 Revestimentos de Plástico Reforçado com Fibra de Vidro (Grass Reinforced
Plastic - GRP)
Os elementos de revestimento de GRP são feitos de forma similar à de outros produtos de
fibra de vidro, e são formados por fibras picadas ou contínuas inseridas dentro de uma matriz
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
i1
de resina. A mais comumente usada é a resina de poliéster, embora outros tipos, inclusive resinas epóxi, possam ser usadas em aplicações específicas. Alguns revestimentos patenteados
incorporam areia ou outros materiais de enchimento na matriz, para aumentar a espessura da
parede e, portanto, a rigidez. Pode-se criar elementos de qualquer tamanho ou forma, embora
seja necessário um molde específico para cada configuração, o que aumenta o custo marginal
de pequenas quantidades.
A espessura da parede está geralmente entre 10 e 30 mm, adequada ao tamanho do revestimento e a suas necessidades estruturais, e o comprimento de cada elemento está geralmente
entre 0,5 e 1,5 metros, dependendo do tamanho dos poços de visita de acesso. Pode-se usar
elementos mais curtos para passar por curvas graduais.
Normalmente, as extremidades de cada elemento são construídas para união tipo macho e
fêmea na espessura da parede, que poderá ter um anel de vedação integral ou necessitar da
aplicação de um selante durante a instalação.
Os elementos de revestimento de GRP são relativamente leves e, na maior parte das vezes,
podem ser manuseados sem necessidade de guinchos ou guindastes. As peças de diâmetro
maior podem ser feitas em dois ou mais segmentos, tipicamente com elementos independentes para cada posição, o que facilita o manuseio, especialmente em redes com restrições
localizadas. São colocadas cunhas nos elementos, entre o revestimento e a rede existente à
medida que a instalação avança, para assegurar o alinhamento correto e evitar movimento
durante a injeção.
Elementos de revestimento de GRP prontos para instalação numa
rede de esgotos em forma ovóide
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
i2
Após a instalação dos elementos de revestimento, executa-se a injeção de argamassa no
espaço entre este e a rede existente. A função do material injetado depende dos princípios
que nortearam o projeto. Os revestimentos de GRP podem ser projetados de acordo com os
seguintes critérios:
(A) Para formar uma estrutura composta com a rede existente;
(B) Para atuar como elemento independente com restrição da rede existente;
(C) Para atuar como forma para o material de injeção.
Nos tipos A e C, o desempenho final do revestimento depende parcial ou completamente da
injeção, de modo que o material precisa ter alta resistência e, em (A), precisa se ligar á rede
existente. Em B, o material injetado atua simplesmente como enchimento, provocando restrição, e não constitui um elemento estrutural por si só.
Em revestimentos muito curtos, é possível injetar a argamassa no espaço anular partindo das
extremidades, mas na maioria dos casos, a injeção é feita através de furos feitos a intervalos
regulares ao longo da circunferência e do comprimento do revestimento. A argamassa é injetada em diversas etapas para evitar pressão ou esforços excessivos de flutuação no revestimento, dando-se tempo para a cura em cada etapa. É também comum o escoramento interno
durante a injeção, especialmente em seções não circulares, onde partes da parede da rede
poderão estar razoavelmente niveladas e serem suscetíveis de distorção devido a pressões
externas.
Os revestimentos de GRP possuem alta resistência ao ataque químico da maioria das substâncias, em temperaturas moderadas, e são geralmente adequados para uso em redes de esgoto
sujeitas ao ataque químico resultante da presença de H2S. A superfície interna possui baixa
rugosidade, o que, até certo ponto, poderá compensar a redução de diâmetro. Como todos
os polímeros, o GRP sofre fluência sob carga contínua, o que reduz a flexibilidade em longo
prazo e aumenta a espessura da parede, o peso e o custo dos revestimentos projetados para
atender a requisitos estruturais de longo prazo.
Instalação de elementos
de revestimento de GRP
numa rede de esgotos com
condições de acesso de
pessoa
i 2 2 Revestimentos de Concreto Reforçado com Fibra de Vidro (Glass Reinforced
Concrete - GRC)
Pode-se usar um material à base de cimento com filamentos de fibra de vidro para formar um
revestimento estrutural com alta resistência à compressão, tensão e flexão. Elementos moldados em peça única ou em segmentos podem ser produzidos em qualquer forma e tamanho.
A aplicação dos revestimentos de GRC é similar à dos revestimentos de GRP, mas sem utilização como revestimento não estrutural, e o custo dos componentes é mais baixo que o dos
usados no GRP. Os elementos de GRC são mais pesados, portanto os custos de manuseio e
transporte dentro da rede existente poderão ser mais altos.
Devido a sua rigidez inerente, os revestimentos de GRC apresentam baixa fluência em prazo
longo e não exigem escoramento durante a injeção. Nos demais aspectos, os procedimentos
de instalação são similares aos descritos anteriormente para os revestimentos de GRP.
Sendo um material á base de cimento, a resistência do GRC a determinados ataques químicos
como o dos ácidos resultantes do H2S não é tão alta como a dos polímeros. O desempenho
hidráulico dependerá da qualidade do acabamento interno, mas é provável que o coeficiente
de rugosidade seja mais alto que o do GRP.
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
i3
i 2 3 Ferro-Cimento
O ferro cimento é formado por camadas de armadura de malha de aço mescladas com argamassa de cimento. Em alguns aspectos pode parecer similar ao concreto armado, mas na
prática, suas propriedades apresentam significativas diferenças. A malha fina atua em composição com a matriz de cimento, dando um grau de flexibilidade e resiliência ao produto final,
totalmente diferente da natureza rígida ou quebradiça da maioria dos materiais à base de
concreto. A malha também controla a propagação das trincas, e o ferro-cimento foi usado para
produzir uma grande variedade de estruturas estanques, inclusive cascos de barcos.
Embora os revestimentos com tubos pré-formados de ferro-cimento não tenham, atualmente,
larga utilização, esse material pode ser visto como uma alternativa viável para GRP e GRC,
dentro das considerações econômicas usuais. Os procedimentos de instalação também são
similares.
O ferro-cimento também é usado para as técnicas de revestimento in-situ, descritas a seguir.
i 3 Recuperação In-situ
Deixando de lado as considerações econômicas, a principal vantagem da maioria das técnicas
de revestimento in-situ é a possibilidade de adequação às mudanças de forma e dimensões de
qualquer tubulação. Enquanto que os revestimentos pré-formados precisam ser construídos
de modo a atender ás dimensões mínimas de cada trecho, as técnicas in situ podem seguir
o perfil existente, minimizando a redução de seção e a quantidade de argamassa necessária
para enchimento do espaço anular.
Métodos de recuperação de tubos sem condições de acesso de pessoal, tais como revestimento por inserção de tubulação em espiral (Seção D), e revestimento por inserção com cura in
loco (Seção G) podem ser usadas em tubos de diâmetro maior. Devido à espessura da parede
de revestimento e, em conseqüência, da quantidade de resina necessária para produzir um
revestimento estrutural de CIPP de grandes dimensões, a escolha é usualmente determinada
por uma comparação econômica entre as técnicas voltadas especificamente para a recuperação de tubos de grande diâmetro.
Alguns sistemas de recuperação in situ de tubos de grandes dimensões dependem muito da
qualidade da mão-de-obra que trabalhará em seu interior, uma vez que, freqüentemente, não
há elementos de produção industrial que possam ser usados como base para o revestimento.
Na ausência de um produto pré-formado que possa ser testado acima do solo da mesma forma que qualquer tubo novo, é difícil avaliar com precisão o desempenho estrutural de revestimentos in-situ, especialmente em condutores de forma pouco comum.
Mesmo assim, as técnicas de revestimento in-situ de tubos de grande diâmetro, se executadas
corretamente, têm muito a oferecer, especialmente quando a redução de seção precisa ser minimizada ou quando o custo de fabricação de revestimentos pré-formados em uma quantidade
variada de diâmetros e formas se tornaria proibitiva. Podem ser particularmente atrativas para
a renovação de bueiros e redes antigas de tijolos, que muitas vezes foram construídos com
seção transversal variável e com mudanças de direção para seguir antigos cursos d’água.
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
i4
Muitas técnicas de trabalho in-situ estão baseadas na aderência entre o material do revestimento e a parede do tubo existente, sendo, portanto essencial que a tubulação seja limpa
cuidadosamente e que sejam removidos todos os depósitos de graxa e os materiais soltos.
Para os métodos que incluem armaduras de aço, o procedimento de instalação deve incorporar itens que assegurem que seja conseguida a cobertura mínima dessa armadura.
i 3 1 Concreto Projetado
Sendo basicamente uma técnica de estabilização de redes antigas de alvenaria e tijolos, o
concreto projetado forma uma nova película interna que aumenta a resistência, reduz os
vazamentos e evita a perda futura de argamassa. O concreto é acabado após a aspersão,
para produzir uma superfície lisa. A armadura pode ser fixada na tubulação existente, antes
da aplicação do concreto, aumentando a resistência estrutural e criando um novo tubo de
concreto armado dentro do tubo existente. A definição do traço do concreto é importante para
assegurar a penetração total e o recobrimento da armadura.
As unidades de concreto pré-moldado são usadas normalmente para revestir o arco reverso,
especialmente se o fluxo interno da rede não puder ser interrompido por completo.
O revestimento por aspersão é também usado com freqüência para a recuperação de redes
de distribuição de água – v. Seção F.
i 3 2 Ferro-cimento
Além de ser um material para revestimentos pré-moldados, o ferro-cimento pode ser moldado
in-situ. As camadas de rede de aço são fixadas na parede da rede existente, aplicando-se a
argamassa sobre e através dessa rede. Nesse caso, o revestimento depende da ligação entre
a tubulação antiga e a argamassa, e o revestimento armado assegurará maior resistência e
controle de trincas. Como ocorre com os revestimentos de concreto projetado, a maioria das
instalações utiliza um elemento pré-moldado para o arco reverso(piso inferior) e o revestimento aplicado in-situ para o restante da tubulação.
Alguns revestimentos de ferro-cimento foram desenvolvidos para uso nas condições de acidez
encontradas em aplicações químicas ou industriais.
i 3 3 Concreto Armado Moldado In loco
Existe no mercado um revestimento contínuo de concreto armado moldado in loco para tubos
com diâmetros entre 900 e mais de 5500 mm. A armadura de aço é fixada na parede da rede
de esgoto, instalando-se em seguida um conjunto de formas leves, usualmente em segmentos
de dois metros de comprimento, unidas através de pinos. O concreto é bombeado sob pressão
de modo a criar um revestimento monolítico. Trata-se, portanto, de uma técnica que forma
uma união com a estrutura existente.
O processo pode ser usado em curvas e deformações leves, e produz um acabamento liso com
baixa rugosidade hidráulica. As conexões podem ser feitas com fechamentos adaptados, e a
vazão pode ser mantida sem necessidade de bombeamento adicional.
i 3 4 Revestimentos por Inserção de Tubulação em Espiral
Foto: Cortesia de de Tubemakers Water
Os revestimentos por inserção de tubulação em espiral são montados in-situ a partir de uma
faixa (ou perfil) de PVC que é enrolada em espiral para produzir um tubo com ajuste apertado
na rede existente. O perfil é transportado em bobinas e alimentado na rede através dos pontos
de acesso disponíveis. Em alguns sistemas, o perfil é posicionado em espiral dentro da rede
existente, em contato com a parede da mesma, colocando-se com martelo uma fita separada de travamento entre as espirais adjacentes. Vedações integrais de borracha asseguram a
vedação da junta. Podem ser usadas placas com seção em “H” para unir a extremidade final
da bobina com o início da seguinte, permitindo que qualquer comprimento de tubo possa ser
instalado em uma única operação.
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
Instalação de revestimento
em espiral numa tubulação
em formato ovóide
i5
Diagrama: cortesia de Sekisui Chemical Co. Ltd.
Outros sistemas possuem arestas intertravadas em lugar de usarem fitas separadas de travamento, e uma variante utiliza uma máquina de enrolamento autopropelida, similar em conceito àquela usada para revestimento por inserção de tubulações em espiral de grande diâmetro,
que trafega pela rede existente à medida que forma o revestimento. Esse sistema pode criar
revestimentos não circulares, cuja forma é determinada pela configuração da forma.
Revestimento em
espiral formado
por uma máquina
que trafega
através da rede
existente
O perfil usado possui uma face externa com nervuras na forma de “vigas T” que aumentam a
resistência estrutural do tubo e também formam uma ligação mecânica com a argamassa injetada entre o revestimento e a parede da rede. A superfície interna do tubo possui um baixo
coeficiente de rugosidade e o material resiste à maioria dos ataques de substâncias químicas.
Em alguns sistemas, a armadura de aço pode ser inserida entre as nervuras antes do enrolamento, para aumentar a resistência do tubo.
O perfil possui flexibilidade suficiente para superar mudanças leves ou graduais das dimensões
e forma da seção da rede. Onde as variações forem mais acentuadas, pode-se recortar tubos
para instalação manual através de cortes longitudinais em “V” , que serão vedados com placas
de emenda em “H”, unidas com um adesivo solúvel.
Após a instalação e vedação do tubo, injeta-se uma argamassa comum de cimento e PFA em
furos feitos em intervalos ao longo do perímetro e do comprimento do revestimento. Pode-se
colocar escoramento no interior do tubo para evitar deformação decorrente da pressão de
injeção ou das forças de flutuação. O revestimento é executado em diversas etapas, dependendo de suas dimensões. Após a conclusão da injeção, os furos são vedados com bujões de
PVC. As aberturas das conexões laterais são cortadas à medida que se instala o revestimento,
usando-se argamassa de cura rápida para a vedação em torno da ligação entre o revestimento
e a parede da rede.
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
Revestimentos em espiral podem ser usados para tubos com seção circular ou não, com condições de acesso de pessoal ou não, de diâmetros até 3000 mm, sujeitos às regulamentações
de segurança referentes ao diâmetro mínimo para acesso, e podem ser instalados em redes
com vazão limitada sem necessidade de bombeamento adicional.
i 3 5 Revestimentos em Epóxi
i6
Revestimentos de epóxi com alta aderência podem ser usados para vedação e proteção de
redes de distribuição, poços de visita e outras estruturas subterrâneas, e para assegurar uma
superfície interna lisa, para maior facilidade de manutenção e baixo arrasto hidráulico. Os
materiais propiciam boa aderência e resistência à corrosão, juntamente com alta impermea-
bilidade e excelente acabamento superficial. São projetados para aplicações in-situ, em redes
de aço, concreto e fibra de vidro, normalmente através de equipamentos de aspersão especialmente projetados para esse fim.
i 3 6 Reparos Pontuais
Redes de esgotos feitas com tijolos, que tenham juntas degradadas ou com falta de argamassa podem necessitar de pouco mais do que reparos pontuais, que utilizam as mesmas
técnicas aplicadas em estruturas situadas acima do solo. A limpeza cuidadosa e a raspagem
da argamassa antiga são essenciais O termo “reparo pontual sob pressão” é usado algumas
vezes para indicar a projeção da argamassa através de uma mangueira pressurizada e um bico
injetor de aplicação. Como a argamassa fica na pressão atmosférica logo que sai do injetor, o
termo não deve ser considerado para indicar que o material seja necessariamente forçado nas
juntas de maneira mais eficaz que em outros métodos.
i 4 Recuperação de Poços de Visita
Existem dois métodos básicos de recuperação de poços de visita: a selagem com resina ou
injeção de argamassa nas juntas, trincas e solo adjacente, ou a instalação de um revestimento
interno pré-moldado ou moldado in-situ.
i 4 1 Injeção
A maioria dos processos de injeção utiliza materiais similares aos empregados para vedação
das emendas de tubulação (poliuretano ou argamassas acrílicas) que são injetados através de
bicos instalados nas paredes da câmara. As argamassas de poliuretano reagem com a água
e podem ser injetadas sem catalisador, se houver suficiente água livre no solo adjacente.
Geralmente, o processo compreende a perfuração de furos para injeção num padrão predeterminado, através dos quais a argamassa é injetada para criar uma membrana externa flexível.
Túneis, redes de esgotos de grande diâmetro, subsolos e estações elevatórias também podem
ser tratados por este método.
O efeito obtido é a conversão do solo adjacente numa massa impermeável, vedando contra
infiltrações e extravazões pelas juntas, além de assegurar uma melhoria estrutural não quantificável. Um efeito similar pode ser obtido com os sistemas de vedação tipo “fill and drain”, que
tratam as tubulações e poços de visita na mesma operação.
Cimentos de pega rápida são adequados para o fechamento de furos e trincas, mesmo contra
infiltrações de porte, e podem ser usados antes da injeção para evitar que a argamassa seja
carreada. Alguns cimentos hidráulicos possuem um tempo de pega de apenas alguns segundos, e se expandem durante esse processo.
i 4 2 Revestimento in-situ
Pode-se aplicar uma argamassa de formulação especial na face interna preparada de um poço
de visita, usando-se um robô aplicador que elimina a necessidade de entrada no poço de
visita. A técnica pode ser usada em poços de tijolos, blocos ou concreto pré-moldado, e uma
única aplicação cria um revestimento denso e uniforme de espessura entre 12 e 50 mm. Se
houver risco alto de corrosão, o tratamento pode ser seguido pela aplicação de resina epóxi,
que deverá ser projetada sobre a argamassa fresca antes que se reinicie o processo de corrosão.
A técnica de revestimento por inserção de tubulação em espiral descrita anteriormente para
redes de grande diâmetro também pode ser usada para a recuperação de poços de visita. O
material à base de PVC pode ser instalado em estruturas circulares ou retangulares, pré-moldado ou moldado in loco. Normalmente, a preparação compreende a remoção das escadas,
degraus e telas de fundo internas, antes da limpeza da superfície da estrutura com jatos de
água de alta pressão. A remoção da laje da tampa do poço de visita é normalmente necessária quando são usados revestimentos pré-formados, enquanto que, na alimentação dos
revestimentos moldados in-situ, a fita de PVC é introduzida pela abertura de acesso ao poço
e enrolada em espiral no poço de visita, executando-se a injeção do espaço anular para ligar
o revestimento às paredes do poço de visita. A parte inferior da laje de cobertura pode ser
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
i7
revestida in situ, ou pode-se executar uma nova laje integralmente com o uPVC usado como
forma permanente. A junção entre o revestimento das paredes e a laje de cobertura é vedada
com um produto à base de poliuretano ou por soldagem de PVC.
Uma outra técnica in-situ é um sistema com cura in loco que utiliza fibra de vidro estrutural
com uma membrana interna impermeável. O tecido é cortado nas dimensões exatas do poço
antes de ser impregnado com resina epóxi. Após a limpeza e o pré-tratamento do poço, posiciona-se o revestimento e a forma inflável é pressurizada entre 0,25 e 0,5 bar. Usa-se vapor
para aquecer o revestimento a aproximadamente 120o C até que a cura esteja completa,
o que normalmente ocorre entre uma e duas horas. Após a remoção da forma inflável, as
tubulações de entrada são reabertas e todo o excesso de revestimento é aparado na laje de
cobertura.
Existem também no mercado produtos à base de cimento que podem ser aspergidos ou aplicados com rodo ou pincel para formar um revestimento à prova d’água. A preparação cuidadosa da superfície é essencial, e poderá ser necessário utilizar um agente ligante ou estabilizador
antes de aplicar o material à base de cimento.
i 5 Resumo
• O atendimento dos procedimentos de segurança reconhecidos é especialmente importante
nos sistemas de recuperação de redes de grande diâmetro, e a escolha da técnica a ser usada
poderá ser influenciada pelas práticas de trabalho permitidas.
• Os sistemas de recuperação voltados principalmente para redes de menor diâmetro podem
ser usados em diâmetros maiores, embora o volume e o custo dos materiais seja um fator
determinante.
• Revestimentos pré-formados como GRP e GRC usam unidades manufaturadas industrialmente, que possuem propriedades conhecidas e são menos dependentes do trabalho subterrâneo. Não se adaptam facilmente a tubulações com dimensões variáveis e podem gerar uma
redução significativa no diâmetro da rede.
• As técnicas de revestimento in-situ se adaptam a variações de forma e dimensões, e minimizam a perda de seção transversal, mas alguns métodos dependem muito mais da qualidade
dos materiais e da mão-de-obra utilizada no local.
• A recuperação de poços de visita pode ser vista como parte integrante do processo de recuperação. Os sistemas voltados para redes de grande diâmetro podem ser adequados para o
revestimento dessas unidades.
Recuperação
de redes e
poços de visita
de grande
diâmetro
i8
Seção J
SUBSTITUIÇÃO DE TUBULAÇÕES POR ARREBENTAMENTO
IN LOCO PELO MESMO CAMINHAMENTO (PIPEBURSTING)
J 1 Aspectos Gerais
Uma rede que possua capacidade inadequada ou cuja situação estrutural não permita recuperação pode, muitas vezes, ser trocada sem escavações, usando-se um sistema de substituição
por arrebentamento in situ ou direta.
O sistema de substituição direta mais usado é o de arrebentamento da rede, no qual uma ferramenta de percussão (normalmente um martelo de percussão modificado) ou um expansor
hidráulico arrebenta a rede existente enquanto uma nova tubulação final é puxada ou empurrada em substituição, atrás da ferramenta. Em alguns países, o arrebentamento de tubos
(pipebursting) é chamado de “fragmentação de tubos” (pipecracking). Alguns sistemas
não utilizam martelo, funcionando exclusivamente com base na força de puxamento ou no
acionamento de pistões hidráulicos sobre uma cabeça cônica de arrebentamento.
A tecnologia de substituição por arrebentamento de tubos foi desenvolvida no início da década
de 80, originalmente para a substituição de redes antigas de gás, feitas em ferro fundido. Desde a expansão do uso no Reino Unido, para substituição de redes de água potável de pequeno
diâmetro construídas em ferro fundido ou cimento amianto, o mercado de arrebentamento de
tubos vem se expandindo em todo o mundo.
Os sistemas de substituição por arrebentamento de tubos usam uma cabeça cortante de acionamento hidráulico
ou pneumático para romper a rede existente, instalando simultaneamente uma nova tubulação final.
Além do uso na renovação de redes de gás e água, a substituição das tubulações vem se tornando uma das principais tecnologias não destrutivas para a substituição de redes de esgoto
antigas ou de diâmetro insuficiente. Foram conseguidos aumentos significativos de diâmetro,
como a instalação de um coletor tronco de plástico com 600 mm de diâmetro no lugar de uma
rede de concreto de 375 mm. As operações de substituições de redes de esgoto ocorrem tipicamente na faixa entre 150 e 175 mm, mas já foram trocadas por esse método redes de 800
e 900 mm, e uma ferramenta para redes de 1200 mm de diâmetro foi colocada recentemente
no mercado.
Outro método não destrutivo (MND) de substituição é a “destruição de tubos”, uma variação
da tecnologia de micro-túneis na qual a tubulação antiga é destruída pela máquina de escavação do túnel (TBM) e a nova tubulação final é empurrada no local por pistões. Essa técnica é
particularmente adequada para grandes diâmetros e para situações em que o esforço devido
à expansão possa causar danos na superfície ou nas redes adjacentes.
Um sistema apresentado recentemente foi projetado como uma adaptação para máquinas
de perfuração direcional de grande diâmetro, usando um alargador especial para desbastar a
rede existente, conhecidos por percussor, acionado por um sistema de molas.
Substituição de
Tubulações Por
Arrebentamento In
Loco Pelo Mesmo
Caminhamento
J1
Devido à expansão da rede antiga, é necessário desacoplar as ligações de ramais e redes auxiliares antes de executar o arrebentamento e a maioria das demais técnicas de substituição
in loco. Embora tenham sido desenvolvidas técnicas de desacoplamento remoto de ligações,
o método mais comum é uma pequena escavação, através da qual o ramal ou rede auxiliar
possa ser religado posteriormente à nova rede. A quantidade e freqüência de ramais poderão
ser um fator determinante na avaliação econômica do uso de métodos não destrutivos (MND),
em relação aos métodos tradicionais de troca a céu com abertura de valas.
J 2 Substituição de Tubulações por Arrebentamento por Percussão
(Dinâmico) com Guincho Hidrostático
Os perfuradores pneumáticos, também conhecidos como “mole” ou “ferramentas de penetração no solo” estão descritos na seção K. São compostos por um cilindro de aço dentro do
qual um martelo de acionamento pneumático golpeia repetidamente um bloco situado na
extremidade da ferramenta, fazendo com que o cilindro se mova para frente. Existem diversas
configurações, com diversos projetos do cone da extremidade e do mecanismo interno.
Podem também ser usados diversos tipos de ferramentas pneumáticas para arrebentamento
da tubulação , nos quais a ferramenta se move através de uma rede existente, rompendo-a,
forçando seus fragmentos para dentro do solo adjacente e instalando simultaneamente uma
nova tubulação final. Um cabo ou um conjunto de barras preso à extremidade da ferramenta
aumenta a força de percussão e ajuda a manter a ferramenta no curso correto.
O arrebentamento dos tubos com equipamento pneumático se baseia num mecanismo de
fratura por percussão sendo, portanto, voltada para materiais quebradiços como ferro fundido, ferro extrudado, materiais cerâmico e concreto não armado. Essa técnica é, de longe, a
mais popular para substituição por redes de mesmo diâmetro e para o aumento de diâmetro
de redes pressurizadas, e vem sendo usada em diâmetros de menos de 100 mm até mais de
500 mm.
Os sistemas originais eram formados por um martelo pneumático que era puxado através da
rede existente por um cabo de aço preso a um guincho. A ponta da ferramenta possuía aletas
para auxiliar no arrebentamento da rede.
Substituição de
Tubulações Por
Arrebentamento In
Loco Pelo Mesmo
Caminhamento
J2
Os avanços na técnica surgiram com a introdução de barras acionadas hidraulicamente para
puxar a ferramenta através da rede. A maioria dos sistemas atuais de substituição de redes
por arrebentamento utiliza barras em lugar de cabos. Esse método propicia melhor controle
da potência, maior segurança para os operadores e facilidade para aumento de potência ou
trabalho em diâmetros maiores.
A rede nova, usualmente de polietileno de alta densidade (PEAD) soldado no comprimento
requerido, é lançada imediatamente atrás da ferramenta. Em alguns casos, pode-se usar uma
força intermediária de empuxo por cilindros hidraulicos, em vez de usar somente a força de
puxamento da cabeça de arrebentamento, na frente, ou de empuxo pelos pistões, atrás da
ferramenta.
J 3 Substituição de Tubulações por Arrebentamento com Sistema Hidráulico (Estático)
Um dos fatores que deve ser considerado no arrebentamento pneumático de redes é o efeito
da percussão sobre as redes, fundações e superfícies pavimentadas adjacentes. Uma alternativa é o arrebentamento hidráulico, usando-se uma cabeça de corte com “facas” que quebram
(ou cortam) a rede antiga. Freqüentemente, os equipamentos hidráulicos têm comprimento
menor que os pneumáticos, permitindo a substituição ou aumento de diâmetro da rede a
partir dos poços de visita existentes, sem necessidade de escavação de poços de entrada e
saída. Até esta data, o arrebentamento com força hidráulica é usado principalmente para a
substituição in loco de redes de esgoto e redes por gravidade e, com menos freqüência, para
redes pressurizadas. Redes com diâmetro até um metro foram instaladas por esse método.
Um sistema portátil de sistema hidráulico foi projetado para a substituição de tubos até 150
mm de diâmetro, usando equipamento suficientemente compacto para utilização em jardins
ou no subsolo de prédios e outras localizações com acesso limitado.
Durante a operação, as barras de tração são inseridas inicialmente na tubulação antiga até a
vala a jusante. A cabeça de corte com facas cônicas ou roletes de corte, é conectada à coluna
de barras juntamente com um expansor, Os cilindros hidráulicos que atuam sobre a coluna de
barras puxando o conjunto , quebrando a rede antiga, trazendo conjuntamente o a cabeça de
corte, o expansor e a tubulação nova em direção á montante.
Substituição de
Tubulações Por
Arrebentamento In
Loco Pelo Mesmo
Caminhamento
J3
Uma variante é a utilização de uma máquina de alta capacidade para puxar e empurrar, que
atua sobre barras de aço de alta resistência fixadas na cabeça de arrebentamento puxado
através da rede existente, com a nova rede empurrada atrás da ferramenta. A capacidade
típica de puxamento é de 20 a 230 toneladas, dependendo do diâmetro e comprimento da
rede. Esse método baseia-se mais na potência da máquina de puxamento que na expansão
da cabeça.
Substituição de
Tubulações Por
Arrebentamento In
Loco Pelo Mesmo
Caminhamento
J4
Embora possam ser usados tubos soldados de PEAD, juntamente com o arrebentamento
hidráulico, usualmente as redes novas são de polietileno com juntas de encaixe, em comprimentos curtos adequados para instalação a partir dos poços de visita existentes. Os tubos cerâmicos projetados para aplicação com arrebentamento de tubos foram desenvolvidos recentemente, permitindo a substituição ou aumento de diâmetro de redes de esgoto com uso de
um material tradicional. Os tubos cerâmicos possuem colares de aço inoxidável para assegurar
aumento da resistência ao cisalhamento nas juntas, e são similares em aparência aos usados
em sistemas de micro-túnel, porém com parede mais fina. Podem suportar forças de empuxo
hidráulico maiores que a maioria dos materiais poliméricos, embora sejam mais pesados e
possam necessitar de sistemas motorizados de elevação e manuseio no local.
J 4 Corte de Tubos de aço e acessórios (Junta Gibaux)
Materiais não quebradiços usados em tubos, tais como os colares de aço inoxidável, presilhas
de ferro dúctil ou seções para reparo feitas em polietileno podem representar problemas em
alguns sistemas de arrebentamento de tubos. Se forem encontrados esses materiais, o equipamento poderá continuar em funcionamento, sem, contudo, avançar.
Embora tenham sido registradas altas taxas de sucesso no manuseio de materiais não quebradiços para certas técnicas de arrebentamento de redes, uma abordagem alternativa é um
sistema que utilize uma cabeça de corte e expansão que tenha capacidade de cortar a parede
de um tubo ou acoplamento dúctil. A cabeça é puxado através da tubulação por um sistema
de hastes de acionamento hidráulico, cortando a rede em faixas enquanto puxa uma nova tubulação atrás de si. Essa técnica pode ser usada para tubos de aço, ferro dúctil, ferro fundido
reparado, cimento-amianto, PVC e polietileno, para diâmetros de até 305 mm em condições
adequadas. Foram conseguidas velocidades de avanço de até 2 m/min.
J 5 Destruição e Substituição de Tubos
Os equipamentos de escavação de micro-túneis, descritos na seção M, podem ser usados para
a substituição de redes de esgoto danificadas ou de capacidade insuficiente, por método não
destrutivo (MND), bem como para a instalação de redes novas. O processo de “destruição de
tubos” é adequado para a substituição de redes de tubos cerâmicos, de concreto, de cimentoamianto, de GRP e mesmo de concreto armado, com a tubulação final sendo empurrada atrás
do equipamento de micro-túnel.
As máquinas de micro-túnel podem escavar uma rede existente, enquanto uma rede nova
é empurrada simultaneamente logo atrás. A máquina destrói a tubulação existente com seu
triturador cônico de movimento excêntrico.
Foto: cortesia de Iseky Poly-Tech Inc.
O processo também permite o realinhamento e o aumento de diâmetro da rede de esgoto.
Existem sistemas que permitem a substituição on-line sem desvio de fluxo. Durante a instalação, o fluxo de esgotos é bombeado através da proteção, separadamente do circuito de
resíduos bombeados, sem necessidade de bombeamento adicional.
Sistema de destruição e substituição de redes, com recursos de fluxo através do equipamento.
Uma outra adaptação utiliza, no triturador cônico, dentes projetados especialmente para cortar a armadura de tubos de concreto armado, permitindo a escavação de todos os materiais
convencionais de fabricação de tubos, além do concreto. Algumas máquinas possuem uma
cabeça piloto acoplado à roda cortadora, que guia a máquina através da rede existente, juntamente com um martelo pneumático que ajuda a cabeça de corte a destruir essa rede.
Substituição de
Tubulações Por
Arrebentamento In
Loco Pelo Mesmo
Caminhamento
J5
J 6 Fresagem de Redes com Máquina de Perfuração Direcional
Uma técnica apresentada recentemente permite a substituição in loco usando uma máquina
de perfuração direcional com capacidade de puxamento de pelo menos 10 ton. O sistema emprega ferramentas específicas que executam a fresagem da rede existente enquanto a nova
rede é transportada atrás da máquina. Os fragmentos são mantidos em suspensão no fluido
de perfuração e são removidos em um poço de visita ou de saída.
J 7 Remoção e Substituição de Tubos de Chumbo
Os tubos de chumbo usados em redes de água representam um risco significativo para a saúde devido à absorção de chumbo através da água potável. As redes de distribuição feitas de
chumbo podem ser revestidas ou substituídas por técnicas descritas em outros pontos destas
diretrizes. O principal problema de contaminação por chumbo, contudo, ocorre em redes de
pequeno diâmetro (tipicamente de 12 a 25 mm), para as quais a maioria dos sistemas destinados a tubos de maior diâmetro é inadequada. O revestimento de redes de chumbo com tubos
de PEAD de parede fina, dobrados, está apresentado na seção E.
Foi desenvolvido um método de remoção e substituição no qual a rede de chumbo existente
é puxada para fora do solo e trocada por uma nova rede de PEAD. O elemento chave dessa
técnica é um cabo de aço com cones que se expandem para prender a parede interna do tubo
de chumbo. Aplica-se uma força de guinchamento ao cabo e um dispositivo empurrador é
usado na extremidade da rede. À medida que a rede existente é removida e enrolada em um
tambor, uma nova rede de PEAD é puxada simultaneamente pelo mesmo cabo.
Essa técnica teve bastante sucesso em redes razoavelmente retas. Haverá necessidade de escavações localizadas em redes que tiverem curvas de raio pequeno (horizontais ou verticais),
envelopamento de concreto ou acoplamentos flangeados.
J 8 Resumo
Substituição de
Tubulações Por
Arrebentamento In
Loco Pelo Mesmo
Caminhamento
J6
• A substituição in loco pelo mesmo caminhamento representa um meio econômico de substituição e/ou aumento de diâmetro de redes por gravidade ou pressurizadas, com muito pouca
ou nenhuma escavação. Existe uma grande variedade de técnicas no mercado, baseadas em
sistemas pneumáticos, hidráulicos ou de micro-túnel.
• A maioria das técnicas está limitada à substituição de redes de materiais quebradiços, tais
como ferro fundido, tubos cerâmicos, concreto não armado, cimento amianto e etc. Algumas
foram desenvolvidas para uso em materiais dúcteis, inclusive aço.
• Em todos os casos, o sucesso da operação dependerá da disponibilidade de informações
precisas sobre os materiais originais de execução da rede e do estado em que a mesma se
encontra, compreendendo, por exemplo, a execução de reparos localizados e a existência de
eventuais seções com envelopamento de concreto.
• Ramais e redes auxiliares devem ser desacoplados antes da substituição da rede principal,
e religados posteriormente à nova rede. Normalmente, executa-se essa atividade através de
uma pequena escavação. A quantidade e freqüência de ligações poderão influenciar a viabilidade econômica da técnica.
• Foram desenvolvidas técnicas para extração e substituição de tubos de chumbo de redes de
água potável.
• A substituição in loco é uma das áreas de maior crescimento dos Métodos Não Destrutivos
(MND), e é provável que novos desenvolvimentos venham a aumentar a capacidade desses
sistemas, além de trazerem benefícios econômicos adicionais.
Seção K
PERFURAÇÃO POR PERCUSSÃO
(IMPACT MOLING) E CRAVAÇÃO
K 1 Aspectos Gerais
As perfuratrizes por percussão apareceram pela primeira vez na Polônia e na Rússia, durante
a década de 60. Os primeiros sistemas eram pesados para o tamanho do furo e, freqüentemente, tinham problemas como desvios significativos da trajetória pretendida ou perda da
unidade no subsolo. Desde então, as perfuratrizes por percussão foram desenvolvidas até
uma condição de precisão muito maior, e são hoje provavelmente as mais usadas entre todos
os itens de escavação não destrutiva em todo o mundo. Oferecem solução para uma grande
variedade de problemas de instalação, particularmente em distâncias curtas.
K 2 Perfuração por Percussão (Impact Moling)
A perfuração por percussão, ou “earth piercing”, como é usualmente conhecida na América do
Norte, é definida como a criação de um furo pelo uso de uma ferramenta que compreende um
martelo de percussão, geralmente com a forma de torpedo, colocado dentro de uma carcaça
cilíndrica adequada. O martelo pode ser hidráulico ou pneumático. Normalmente, o termo está
associado a dispositivos sem sistema de direção ou com pouca condição de direcionamento,
sem acoplamento rígido ao poço de entrada, baseados no movimento para frente dentro do
martelo interno para vencer o atrito do solo. Durante o funcionamento, o solo é comprimido,
e não removido. Em um solo adequado, pode-se executar um furo sem necessidade de escoramento ou força de reação, ou um tubo pode ser introduzido ou puxado imediatamente
atrás da ferramenta de perfuração por percussão. Pode-se também puxar cabos no interior
do furo.
Poço ou
câmara de
entrada
Máquina de
percussão
Tubo novo
de PE
Instalação de Redes usando
perfuração por percussão
Poço ou
câmara de
saída
É preciso fazer distinção entre os equipamentos de percussão apresentados nesta seção e
aqueles que funcionam mais por expansão. As máquinas hidráulicas de expansão são mais
usadas geralmente para o arrebentamento de tubos pelo mesmo caminhamento (Seção J) do
que para a instalação de redes novas. Embora existam máquinas hidráulicas de percussão no
mercado, a maioria delas é acionada por ar comprimido. As máquinas hidráulicas necessitam
de duas mangueiras (pressão e retorno), e tendem a ser mecanicamente mais complexas.
O mecanismo básico dos sistemas de perfuração por percussão é a ação alternativa do martelo de acionamento hidráulico ou pneumático dentro da carcaça cilíndrica de aço. O pistão
é acionado para frente e, ao bater na extremidade dianteira da unidade, transfere a energia
cinética para a carcaça, que avança. A energia para o ciclo de retorno do pistão é regulada de
modo a posicioná-lo para o próximo impacto, e não para a reversão da unidade para remoção
do furo (a menos que isso seja necessário).
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K1
Os impactos repetidos do pistão do martelo fazem com que toda a unidade avance através do
solo. À medida que o avanço ocorre, o solo situado na frente da máquina é forçado para os
lados e compactado pela extremidade da ferramenta, cônica ou em degraus, para formar as
paredes do furo. A potência da unidade também é usada freqüentemente para puxar a tubulação final, cabo ou duto para cabos a ser lançado, ao mesmo tempo em que o equipamento
avança.
As ferramentas de percussão são conhecidas por muitos outros nomes, tais como perfuradores pneumáticos, mole, tatuzinho, tatu ou martelos pneumáticos, dependendo do termo usado
pelo fabricante e da região do mundo onde o equipamento estiver sendo usado.
K 2 1 Condições do Solo
A ação de compactação do equipamento de percussão faz com que, de um modo geral, ele
possa operar somente em solos que possam ser comprimidos ou deslocados. Obstáculos ao
longo da trajetória da perfuração podem desviar ou paralisar o equipamento, sendo necessária, portanto, uma investigação cuidadosa das condições do solo, antes do início dos trabalhos,
para estabelecer um percurso livre. Esse trabalho poderá compreender não só o conhecimento das redes existentes, como também a coleta de amostras, para assegurar que matacões
ou pedras soltas não venham a impedir o avanço. Foram desenvolvidos alguns projetos de
equipamentos de percussão, buscando superar obstáculos inesperados ou mesmo objetos
conhecidos de pequeno porte.
Lançamento de
uma perfuratriz
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K 2 2 Travessias ou Instalações
A força motora é fornecida à parte traseira da máquina de percussão através de linhas hidráulicas ou pneumáticas pressurizadas que passam, normalmente, através da tubulação final ou
duto a ser lançado, ou correm ao longo do cabo a ser instalado.
Após completar a investigação do solo e estabelecer o percurso desejado, deve-se observar o
seguinte procedimento para completar a perfuração por percussão.
K2
Inicialmente, são escavados os poços de entrada e saída, nas extremidades do percurso, com
uma profundidade ligeiramente maior que a prevista para instalação. O berço de lançamento
se for usado, é colocado na posição, ou a máquina pode ser posicionada diretamente sobre o
fundo do poço de entrada. Usando-se uma baliza no poço de saída e uma mira no de entrada,
pode-se estabelecer o alinhamento inicial do furo, apontando-se fisicamente o equipamento
na direção da baliza. Inicia-se então a movimentação da máquina, deixando que percorra
uma pequena distância, e faz-se então a verificação final do alinhamento, antes que a carcaça
entre no solo. Se o alinhamento não estiver correto, executa-se novamente o procedimento. A
perfuração estará completa quando a máquina chegar ao poço de saída e a ferramenta puder
ser removida após a tubulação final, duto ou cabo ter surgido no referido poço.
Perfuratriz
surgindo no poço
de saída
K 2 3 Monitoração
A maioria dos equipamentos pode atualmente ser equipada com sondas de rádio similares às
usadas para monitoração do avanço de unidades de perfuração direcional (HDD) (Seção L),
que permitem acompanhar com precisão o avanço do equipamento, tanto em relação ao traçado planejado como com respeito á profundidade. As sondas podem ser instaladas na parte
traseira ou, em alguns casos, na extremidade dianteira da máquina de percussão.
Embora as sondas montadas na traseira dêem indicação do avanço, fornecem informações
menos úteis que aquelas montadas na dianteira. Dependendo do diâmetro e comprimento
da máquina, a sonda poderá estar a alguma distância da extremidade de penetração da
ferramenta, e responderá a mudanças de rumo muito mais tarde que uma sonda montada
na dianteira. As sondas montadas na dianteira ou na extremidade reagem imediatamente a
mudanças de direção na vertical e horizontal, dando mais tempo ao operador para parar a
perfuração e avaliar o próximo movimento. Por outro lado, as sondas montadas na dianteira
precisam ser muito mais robustas e bem protegidas, uma vez que precisam suportar o choque
das forças de acionamento aplicadas à frente da unidade pela ação do martelo.
Embora a maioria das perfuratrizes não disponha de sistema de direção, existem algumas
ferramentas dirigíveis, que utilizam normalmente aletas de direção externas à carcaça para
aplicar ações corretivas. A monitoração é feita através da utilização de sistemas similares aos
descritos anteriormente.
Se a escavação for forçada para fora do alinhamento ou ficar impossibilitada de avançar devido a um obstáculo, o mais fácil, freqüentemente, é executar uma escavação até a unidade,
remover a interferência, realinhar o equipamento e recomeçar, em lugar de executar novamente a perfuração. Esse processo conta freqüentemente com o auxílio do recurso de reversão, atualmente disponível na maioria das perfuratrizes, que permite recuar o equipamento,
afastando-o da interferência até um ponto onde fique no alinhamento e nivelamento corretos.
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K3
Após a remoção do obstáculo e reaterro da escavação, o equipamento recomeça o avanço na
trajetória prevista.
K 2 4 Aplicações
Como as perfuratrizes geralmente não são direcionáveis, a técnica é mais adequada para
perfurações curtas: em diâmetros grandes, pode-se manter um furo mais reto com maior
facilidade. Os diâmetros variam entre cerca de 45 a 200 mm, dependendo do tubo ou cabo
que estiver sendo instalado.
Devido às restrições de compactação do solo e à necessidade de minimizar ou eliminar o
deslizamento da superfície, uma regra largamente aceita para instalações feitas com perfuratrizes é a necessidade de haver pelo menos um metro de profundidade para cada 100 mm de
diâmetro da ferramenta. Como a maioria das redes e serviços (exceto esgotos) é posicionada
em profundidades abaixo de dois metros na maioria dos países, chega-se a um limite superior
efetivo de 200 mm de diâmetro para os equipamentos de percussão.
Apesar dessa limitação, a perfuração por percussão pode ser um método de instalação de
tubos, dutos e cabos de pequeno e médio diâmetro que apresenta grandes vantagens econômicas para uma grande variedade de redes, tais como gás, eletricidade, água e telecomunicações. Essa técnica é bastante usada para travessia de rodovias e instalação de ligações entre
as redes de distribuição e os consumidores individuais. Os equipamentos são de uso, monitoração e manutenção relativamente fáceis, no campo, e muitas empresas de serviços públicos
possuem máquinas desse tipo como equipamento normal para cada equipe que trabalha nos
veículos de instalação e manutenção.
K 2 5 Tipos de Cabeças
São usados mais comumente dois tipos de cabeças nas máquinas de perfuração. O primeiro
é um cone simples que, durante o funcionamento, corta o solo e o empurra para as laterais.
O segundo é o de cabeça em degraus ou em bisel, que é, na verdade, um cone em etapas.
No funcionamento normal, os espaços entre os degraus ficam cheios de solo e a cabeça e
funciona como um cone simples. Quando a cabeça golpeia um obstáculo, contudo, as arestas
dos degraus concentram a energia de impacto contra o mesmo. Enquanto um cone suave
tem tendência de ser desviado por um obstáculo, a forma em degraus pode aplicar uma força
longitudinal suficiente para mover ou despedaçar a interferência, reduzindo o risco de perda
da linha.
A maioria dos equipamentos possui cabeças fixas, ou seja, que fazem parte integrante do
corpo da máquina desde sua montagem. Quando o pistão aciona o cabeça, age sobre toda a
carcaça do equipamento, impulsionando-o para frente.
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K4
Uma alternativa é a cabeça móvel, que não está ligada diretamente à carcaça, mas flutua
sobre um eixo que passa através da extremidade dianteira da máquina. A parte traseira desse
eixo é o bloco golpeado pelo martelo. Usando-se essa configuração, a força de percussão
inicial, mais alta, é transferida somente para a cabeça, fazendo com que esta avance contra
o solo. São apresentadas diversas vantagens para este sistema, inclusive maior energia de
impacto para penetração em solos mais duros e para mover ou quebrar obstáculos. A carcaça
do equipamento age como uma âncora direcional inicial para a cabeça, na medida que a faz
avançar, proporcionando melhor controle de direção.
K 2 6 Variações de Instalação
Além da técnica básica de instalação, existem algumas variações na forma de operação das
perfuratrizes e na forma de execução das instalações para diferentes tipos de rede. Onde é
preciso manter limpa a superfície interna do tubo novo, como por exemplo, em uma rede nova
de água potável, foram desenvolvidos dois métodos de uso de equipamentos pneumáticos.
Os equipamentos pneumáticos funcionam com ar comprimido, que transporta o óleo lubrificante necessário para as peças móveis da unidade. Como o ar comprimido não é reciclado,
como ocorre nos sistemas hidráulicos, o ar usado é expelido para fora da máquina. Na maioria
dos casos, isso é feito pela traseira da máquina, dentro da rede que está sendo puxada, o que
faz com que a parede interna do tubo fique revestida por uma película de óleo que pode ser
difícil de remover. Essa película pode ser ignorada se não for provável que cause problemas,
mas para água potável, normalmente essa é uma contaminação inaceitável.
Para solucionar esse problema, muitas vezes se faz a instalação usando uma película de revestimento dentro da rede. O ar de exaustão deposita a película de óleo sobre esse revestimento,
que é removido após a conclusão dos trabalhos, deixando limpa a superfície interna. Para
evitar a necessidade desse revestimento, os equipamentos passaram a ser fabricados com
saída do ar comprimido pela frente da máquina, que se descarrega posteriormente pela parte
externa da rede nova, sem afetar sua superfície interna.
Chegada da
perfuratriz
K 3 Cravação de Tubos (Pipe Ramming)
A cravação de tubos é um sistema não direcionável que forma o furo através do avanço de um
tubo de aço, normalmente com a extremidade aberta, usando um martelo de percussão instalado no poço de entrada. O solo escavado poderá ser removido por transportador de rosca,
jateamento (com água) ou ar comprimido. Em condições adequadas de solo, pode ser usado
um tubo com extremidade fechada.
K 3 1 Aplicações
A cravação é usada com mais freqüência na instalação de redes novas ou em furos para instalação de novas redes. As distâncias de instalação são normalmente muito curtas, de cerca de
50 metros em média. Usa-se um tubo de aço como ferramenta de escavação, uma vez que
nenhum outro material tem resistência suficiente para suportar as forças de impacto geradas
pelo martelo. Essa técnica é freqüentemente preferida para travessias sob ferrovias, rodovias
e cursos d’água. Após a instalação do tubo de aço, este pode ser usado como tubulação ou
como duto para a maioria dos tipos de cabos.
Em condições adequadas de solo, foram feitas perfurações de até 2000 mm de diâmetro,
usando martelos de cravação por percussão de até 600 mm de diâmetro, que geraram forças
de impacto equivalentes a mais de 2000 toneladas.
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K5
K 3 2 Preparação
Uma operação típica de cravação requer a execução de uma base sólida, normalmente um
bloco de concreto, no local de lançamento da rede, que pode estar colocado contra a lateral
ou o talude do poço de lançamento. Instalam-se então trilhos de guia sobre esse bloco, para
orientar o alinhamento do furo. Em seguida, posiciona-se o primeiro segmento de tubo de aço
sobre os trilhos, cria-se ou adapta-se uma borda cortante na extremidade livre do tubo, e acopla-se o martelo na outra extremidade. Dependendo do diâmetro, pode ser necessário o uso
de cones adaptadores para assegurar contato sólido e uniforme entre o martelo e o tubo.
A fonte de energia é acionada, dando-se partida no martelo. O impacto força o tubo contra
o solo, ao longo da linha estabelecida pelos trilhos de guia. Após cravar a primeira peça, o
martelo é desligado e removido, soldando-se o segundo segmento de tubo de aço no lugar. O
ciclo é repetido até que a extremidade livre do tubo chegue ao local ou poço de saída.
Como ocorre na perfuração por percussão, é necessária uma investigação cuidadosa do solo
nos projetos de cravação de tubos. Obstáculos grandes podem desviar a rede ou danificar a
borda cortante, causando um movimento oblíquo. Como normalmente não existem meios de
monitorar a direção da rede durante a cravação, é vital estabelecer uma trajetória livre antes
de iniciar os trabalhos.
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K6
Instalação de
tubo de aço
com um martelo
pneumático de
cravação
K 3 3 Opções de Perfuração
Dependendo da natureza do solo, a cravação pode ser feita com tubos de extremidade aberta
ou fechada. Normalmente, o uso de extremidade aberta é preferido, pois apresenta diversas
vantagens, inclusive menor reação contra a força de cravação, uma vez que somente a borda
cortante é empurrada contra o solo. A penetração em solos duros pode ser feita com cravação
de extremidade aberta, uma vez que o solo não é compressível. Como a superfície de tubo em
contato com eventuais obstáculos é muito menor com tubo de extremidade aberta, a deflexão
da rede também é menos provável.
Para uso de tubos de extremidade aberta, contudo, o solo precisa ser relativamente auto-portante, caso contrário poderá ocorrer perda de material na frente da borda cortante, uma vez
que o solo se move para dentro do tubo e segue ao longo deste para sair no poço de entrada.
Em muitos casos, isso poderá causar rebaixamento ou perda de apoio das redes adjacentes. A
cravação com tubo de extremidade fechada poderá ser eficaz nessas condições, uma vez que
o solo será deslocado em torno do tubo, e compactado na parede do furo. Como ocorre na
perfuração por percussão, existe o risco de deslizamento da superfície durante a compactação
do furo.
Quando for usado um sistema de extremidade aberta, o cilindro de solo situado no interior da
circunferência da borda cortante permanecerá no interior do tubo durante a perfuração. Nas
distâncias curtas que normalmente ocorrem na cravação, esse acúmulo de material não representa problema. Para extensões maiores, contudo, é preciso lembrar que o material escavado
aumenta o peso do conjunto de tubos que está sendo cravado, o que evidentemente afetará
a velocidade de avanço. Em alguns casos, poderá ser recomendável a limpeza do material
escavado durante a instalação dos novos segmentos de tubo, para limitar a sobrecarga do
martelo, o que pode ser feito manualmente ou através de um sistema de raspador acionado
por guincho.
Se não houver necessidade de limpeza intermediária, e o material escavado permanecer no
interior do tubo durante toda a perfuração, existem técnicas diferentes do uso de raspadores
ou pás para executar a remoção. Na chegada ao poço de saída, a extremidade do tubo pode
ser fechada com um bujão adequado, introduzindo-se água ou ar comprimido entre o solo
e a vedação, e forçando o cilindro de solo situado no interior do tubo para sair pelo poço de
entrada, de onde poderá ser removido, executando-se então a limpeza e colocação da rede
em serviço.
Os princípios da perfuração por percussão e da cravação de tubos são relativamente simples,
e essas técnicas podem propiciar soluções com grandes vantagens econômicas em projetos
de instalação de distâncias relativamente curtas.
K 4 Arrebentamento de Tubos
As perfuratrizes também são usadas em várias formas de substituição de redes in loco. Essa
aplicação está detalhada na Seção J.
K 5 Resumo
• A perfuração por percussão é uma dos métodos não destrutivos mais simples e mais difundidos, especialmente para instalação de redes de pequeno diâmetro em distâncias relativamente curtas.
• Com poucas exceções, os equipamentos não possuem controle direcional e se baseiam na
orientação no lançamento e nas condições do solo para seguir o traçado desejado.
• A cravação é um método comum de instalação de tubos de aço em linha reta, e é usada com
freqüência em aterros de rodovias e ferrovias.
• Como ocorre com a perfuração por percussão, a cravação de tubos é geralmente usada para
lançamentos relativamente curtos, e é uma técnica sem controle direcional.
• As máquinas de cravação podem instalar tubos de grande diâmetro. Embora o tubo de aço
possa atuar como tubulação final, é mais comum utilizá-lo como duto para instalação de redes
convencionais.
Perfuração
por Percussão
(Impact Moling)
e Cravação
K7
Seção L
PERFURAÇÃO DIRECIONAL (HDD) ou
GUIADA (UNIDIRECIONAL)
L 1 Aspectos Gerais
As técnicas de perfuração guiada e perfuração direcional (HDD) são usadas para a instalação
por método não destrutivo de novas redes, dutos e cabos. O traçado da perfuração pode ser
reto ou ligeiramente curvo e a direção da perfuração pode ser ajustada em qualquer etapa do
serviço para contornar obstáculos, passar sob rodovias, rios ou ferrovias. A perfuração pode
ser executada entre poços pré-escavados de entrada e saída ou a partir da superfície, fazendose a entrada da perfuratriz no solo em um ângulo suave.
Em termos comparativos e de capacidade, a perfuração guiada e a perfuração direcional
(HDD) tendem a ficar entre as técnicas de perfuração por percussão (seção K) e os micro-túneis (Seção M). Os termos “perfuração guiada” e “perfuração direcional” são, para o propósito
destas diretrizes, intercambiáveis. O último é usado com freqüência para descrever a ponta
mais pesada do mercado, como travessias de grandes rios, canais e rodovias, normalmente
cobrindo longas distâncias, mas hoje em dia existe uma sobreposição das capacidades dos
equipamentos que torna desnecessário e provavelmente de pouca importância estabelecer
uma linha divisória entre ambos.
Máquina de perfuração
direcional trabalhando
a partir da superfície
com carrossel de barras
integrais
A instalação da tubulação final ou duto é, normalmente, uma operação em duas etapas. Inicialmente, faz-se um furo piloto ao longo do percurso previsto, que depois é alargado no sentido
inverso para poder acomodar a tubulação final. Durante essa segunda etapa, de alargamento,
a tubulação final é presa ao alargador através de uma conexão articulada, e é puxado para o
furo alargado á medida que a coluna de perfuração é removida. Em condições difíceis de solo,
ou onde o alargamento for considerável, poderá haver um ou mais estágios intermediários de
alargamento, nos quais o diâmetro do furo aumentará progressivamente.
Até pouco tempo atrás, a perfuração direcional era usada principalmente para a instalação
de redes pressurizadas e dutos para cabos, onde usualmente declives precisos não são críticos, como ocorre nas redes por gravidade, que exigem tolerâncias apertadas no alinhamento
vertical para atender aos critérios de projeto hidráulico. Algumas das máquinas de perfuração
e sistemas de guia mais recentes, contudo, oferecem uma precisão excelente em condições
adequadas de solo, e espera-se que a perfuração direcional se torne cada vez mais popular na
execução de redes por gravidade.
A capacidade dos equipamentos vem aumentando nos últimos anos, e as vantagens das
tecnologias não destrutivas para a construção de novas redes tornaram-se cada vez mais
apreciadas. Algumas concessionárias de serviços públicos têm atualmente uma prevenção
contra técnicas de escavação a céu aberto (particularmente em vias públicas) onde houver
disponibilidade de alternativa não destrutiva. Além dos óbvios benefícios ambientais do uso de
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L1
métodos não destrutivos, o custo relativo da perfuração direcional caiu para um valor abaixo
da escavação a céu aberto para muitas aplicações, mesmo não levando em conta os custos
sociais do desvio e retardamento do tráfego.
L 2 Métodos
A maioria, mas não todas as máquinas de perfuração direcional usam uma cabeça com alimentação de fluido, que é empurrado através do solo, na extremidade de um conjunto de
barras (coluna) de perfuração. Normalmente, essa cabeça é angulado, de modo que a rotação
constante da coluna produza um furo reto, enquanto que a manutenção da cabeça numa
determinada posição cause desvio da trajetória. Normalmente, uma sonda ou emissor é instalado na cabeça ou em suas proximidades, emitindo sinais que são recebidos e acompanhados
por um receptor situado na superfície, permitindo a monitoração de direção, profundidade e
demais parâmetros. Sistemas de direcionamento por barras rígidas também são usados, com
o cabo correndo através da coluna de perfuração, particularmente nos casos em que a trajetória não pode ser seguida facilmente na superfície (por exemplo, na travessia de rios) ou onde
a profundidade do furo é muito grande para possibilitar uma localização precisa por métodos
de rádio-freqüência. Existem também sistemas de localização que usam magnetometria.
Coluna de
Perfuração
Máquina de
Perfuração
Guiada
Redes Existentes
Furo Piloto
Poço de
Saída
Perfuração do furo piloto
Uma mistura de água e bentonita é freqüentemente usada como fluido ou “lama” de perfuração, transportando os resíduos em suspensão. Essa mistura pode ser filtrada em um sistema
de recirculação. Após completar a perfuração, essa lama tixotrópica estabiliza o furo piloto,
deixando-o pronto para o alargamento. A tubulação final ou duto, geralmente de polietileno
ou aço, é puxado pelo alargador à medida que este avança e aumenta o diâmetro do furo
original.
Carretel de
Produto
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
Máquina de
Perfuração
Guiada
Alargador preso
à coluna de
perfuração
Tubulação final
Alargamento e Lançamento da tubulação final
L2
No caso de máquinas maiores, grande parte do trabalho é feita pela rotação da coluna de perfuração, e o torque da unidade é tão importante quanto à força axial de avanço para perfuração e retorno para alargamento. Como ocorre com máquinas menores, é uma prática normal
executar inicialmente um furo piloto de pequeno diâmetro e, posteriormente, seu alargamento
no sentido inverso até o diâmetro desejado, ao mesmo tempo em que se lança a tubulação
final presa ao alargador, usando um fluido de perfuração para auxiliar na operação de corte
e para lubrificar e resfriar a cabeça. O fluido poderá também acionar um “motor de lama”
colocado no interior do furo, para o corte de rocha e outros materiais duros, quando houver
necessidade de maiores vazões.
Alguns sistemas são projetados para operação a seco, sem uso de água ou fluido de perfuração. São mais simples de operar, criam menos sujeira e não requerem muitos equipamentos
na frente de trabalho, mas pode haver restrições sobre o tamanho das máquinas que podem
ser instaladas e sobre as condições do solo que podem enfrentar.
Um recurso cada vez mais comum é o uso de percussão para complementar as forças axial e
de rotação, o que pode ser conseguido com um martelo de percussão instalado na cabeça de
perfuração ou pela geração de percussão na máquina, na superfície, e sua transmissão através
da coluna de perfuração. Em ambos os casos, haverá aumento significativo na capacidade
das máquinas de perfuração direcional, para passagem através de solos difíceis ou inclusões
duras.
L 3 Máquinas de Perfuração – Aspectos Gerais
Os fabricantes de todo o mundo oferecem uma grande variedade de equipamentos, que vão
desde unidades compactas para pequenos diâmetros e extensões curtas, até máquinas muito
grandes, capazes de instalar extensões acima de um quilômetro de tubulações de grande
diâmetro. Existe também uma variedade igualmente grande de sistemas de direcionamento,
cabeças de perfuração, alargadores e acessórios.
Foto: cortesia de Iseky Poly-Tech Inc
Existem duas grandes categorias de máquinas: de lançamento na superfície e de lançamento
em poço. As máquinas de lançamento na superfície são freqüentemente montadas sobre esteiras e podem ser colocadas em posição utilizando recursos próprios. Embora não requeiram
poço de entrada para instalação da nova rede, há necessidade de escavações para execução
das conexões em cada extremidade. Assumindo que essas conexões estejam a certa profundidade, os primeiros metros de tubo novo poderão ser perdidos na perfuração até a profundidade requerida.
Execução do furo piloto com uma máquina típica de perfuração direcional com lançamento na superfície
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L3
As máquinas com lançamento em poço requerem uma escavação em cada extremidade, mas
podem operar em espaços confinados. Algumas das máquinas mais compactas podem trabalhar em uma escavação ligeiramente maior que a necessária para executar as emendas após
a instalação. Geralmente, são previstas pra perfurações praticamente retas e usam freqüentemente barras da coluna de perfuração mais rígidas que as dos sistemas com lançamento na
superfície. Possuem, todavia, maiores limitações na capacidade de desviar de obstáculos. O
comprimento das seções unitárias da coluna de perfuração também é função das dimensões
da escavação, o que poderá influenciar na velocidade de instalação e no custo da coluna.
L 4 Perfuração com Auxílio de Fluido
Existem dois recursos essenciais em qualquer máquina de perfuração direcional. O primeiro é
uma bandeja com sistema de acionamento que empurra a coluna através do solo para abrir
o furo piloto e puxa de volta essa coluna e a tubulação final na operação de alargamento.
Tipicamente, a inclinação da bandeja de uma máquina de lançamento na superfície pode ser
regulada entre a horizontal e cerca de 10o a 20o. O segundo recurso compreende um motor
e um sistema de acionamento para girar a coluna de perfuração e a cabeça de perfuração ou
o alargador, gerando torque de rotação.
As máquinas de lançamento no poço são mantidas na posição dentro da escavação usando
as faces dianteira e traseira da mesma para gerarem reação às forças de empuxo e retorno.
As máquinas de lançamento na superfície possuem algum sistema de cravação de “estacas”
para ancorá-las ao solo. Nas máquinas mais sofisticadas, o sistema de estacas pode ter acionamento hidráulico.
Algumas máquinas de lançamento na superfície constituem uma unidade completa, contendo
tanques para mistura e bombas para o fluido de perfuração, juntamente com as correspondentes fontes de potência, válvulas e sistemas de controle. Como alternativa, podem ser
fornecidos sistemas independentes de mistura e bombeamento. O fluido é bombeado através
da coluna oca de perfuração até a cabeça, retornando pelo espaço existente entre a coluna
de perfuração e a parede do furo. O fluido misturado com o material escavado é usualmente
bombeado para uma unidade de filtragem, para separação e reciclagem.
Os equipamentos de perfuração, em especial as máquinas de lançamento na superfície, podem
possuir um sistema automático de carga dos elementos da coluna de perfuração, no qual as
barras ficam armazenadas num “carrossel” e são adicionados ou removidos automaticamente
da coluna de perfuração, durante as operações de perfuração e alargamento. Esse sistema
pode operar em conjunto com uma morsa automática que rosqueia ou solta um elemento do
outro durante as operações de perfuração e alargamento. O manuseio automático das barras
vem se tornando cada vez mais comum, mesmo nas máquinas menores, uma vez que acelera
a instalação, aumenta a segurança e reduz a necessidade de mão-de-obra.
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L4
Máquina com auxílio
de fluido e sistema de
manuseio automático
das barras
Uma máquina típica de perfuração direcional com lançamento na superfície, de porte intermediário, possui uma capacidade de empuxo e tração da coluna entre 8 e 15 toneladas, e
um torque de até 5000 Nm, dependendo da velocidade de rotação. De um modo geral, essa
máquina terá capacidade para instalação de tubos com diâmetro aproximado de 250 a 500
mm em distâncias entre 100 e 350 metros, dependendo das condições do solo.
As maiores máquinas de perfuração direcional podem ter empuxo acima de 100 toneladas e
são usadas principalmente em obras longas ou de grande diâmetro, como travessias sob rios,
estuários, grandes rodovias e outros projetos de grande porte. Na outra extremidade da escala, as máquinas compactas com força de empuxo e tração em torno de 4 toneladas podem
instalar redes de até 160 mm de diâmetro em distâncias até 100 metros, dependendo das condições do solo, e são adequadas para uso em espaços confinados. Algumas possuem recursos
para reduzir a largura entre as esteiras, para permitir a passagem por aberturas estreitas.
Máquina de perfuração direcional de grande porte, projetada para travessias de grande
extensão sob rios, estuários, rodovias, ferrovias e canais.
A capacidade das máquinas de perfuração direcional varia consideravelmente em função do
tipo de solo através do qual forem trabalhar. De um modo geral, argilas homogêneas são os
solos mais favoráveis, enquanto que a areia pode apresentar problemas, especialmente se
estiver abaixo do lençol freático ou não for auto portante. A perfuração em cascalho pode ser
feita, com desgaste acelerado da cabeça de perfuração. As máquinas normais sem ação de
percussão ou motores de lama são, geralmente, inadequadas para a perfuração em rocha ou
inclusões duras; a cabeça parará ou será desviado se encontrar tais obstáculos.
Tubulação final 450 m 12”
Roletes
ta
Fluidos de contenção do poço
Pis
Pista de taxiamento
4L
AEROPORTO JFK
Estrada de
serviço
Fluidos de
Tanque de lama
contenção do
poço
Jamaica Bay
Guincho lateral
Furo alargado 22” (560 mm)
Coluna de perfuração 5”
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
Máquina de perfuração Berco
Perfuração direcional 12”
400m = 0,25 milha
Esquema mostrando um projeto de perfuração direcional em grande escala para instalação de
uma tubulação sobre a pista de um aeroporto
L5
Os motores de lama, acionados pelo fluido de perfuração, podem ser usados para acionar as
cabeças de corte de rocha, mas essa técnica somente pode ser usada em algumas das máquinas de maior potência. Outra forma de melhoria do desempenho em solos duros é o uso
de percussão em conjunto com avanço e rotação. A percussão pode ser transmitida através
da coluna de perfuração por um martelo integrado à máquina de perfuração ou, em alguns
casos, por um martelo pneumático situado na cabeça. A percussão aumenta a penetração e
o controle direcional em solos pedregosos ou rocha branda, mas não é prevista para uso em
rocha maciça ou grandes massas de materiais duros, tais como concreto.
A escolha dos alargadores e acessórios é bastante ampla, e a maioria possui recursos específicos de projeto destinados a melhorar o desempenho. A maioria dos alargadores tem forma de
bala, com um arranjo de dentes de carbeto de tungstênio e jatos de fluido. A traseira do alargador possui um acoplamento, no qual se pode fixar uma cabeça de tração para o puxamento
da tubulação final. Existem configurações especiais para condições difíceis de solo, inclusive
alargadores especiais para trabalho em rocha.
L 5 Perfuração a Seco
Enquanto a maioria das máquinas de perfuração utiliza um fluido para lubrificar a cabeça de
corte, transportar o material escavado para o poço de entrada e estabilizar o furo, alguns sistemas são projetados para a operação a seco. Existem versões para lançamento em poço e na
superfície, e as máquinas tendem a ser mais compactas e simples que a maioria das máquinas
com auxílio de fluido.
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L6
Foto: cortesia de de Steve Vick International Ltd.
Em lugar de se basearem totalmente no empuxo e rotação gerados no equipamento, as máquinas de perfuração a seco utilizam um martelo pneumático de alta freqüência, montado
na cabeça de perfuração, para escavar e compactar o solo no furo piloto. Nesse aspecto, o
conceito não é diferente do de uma máquina de percussão com tubo vazado (Seção K), que
também atua como alimentação de ar. Como ocorre nos sistemas com auxílio de fluido, a cabeça de corte situado adiante do martelo é angulado, permitindo o direcionamento através da
parada da rotação em uma determinada posição.
Máquina de perfuração direcional a seco com lançamento na superfície
Para instalação de tubos, dutos ou cabos de pequeno diâmetro (até 65 mm) por métodos a
seco, pode-se acoplar um alargador em forma de cone com dentes de carbeto de tungstênio
diretamente às barras de perfuração. O expansor está equipado com jatos de ar, alimentados
através da coluna de perfuração, e um fluxo de ar em alta velocidade ajuda na limpeza do furo
durante o alargamento. O expansor gira e é puxado no sentido inverso para alargar o furo,
com a tubulação acoplada a sua traseira através de uma conexão articulada e alguma forma
de cabeça de puxamento.
Para a instalação a seco de redes até 250 mm de diâmetro, usa-se um martelo de alargamento
com acionamento pneumático, também com a tubulação final presa em sua traseira através
de uma conexão articulada. O efeito de percussão do martelo de alargamento, mais que a força de tração fornecida pela máquina, é o agente principal de alargamento do furo, não sendo
necessária rotação durante essa operação. Da mesma forma prevista para o martelo pneumático usado para abertura do furo piloto, o fornecimento de ar para o martelo de alargamento
é feito através da coluna de perfuração.
Uma técnica intermediária entre a perfuração com fluido e a seco é a utilização de um sistema
de lubrificação por névoa de água incorporado ao fluxo de ar de uma máquina de perfuração
a seco, que ajuda a umedecer e amolecer o solo, e pode aumentar a produtividade em condições de solo seco. A lubrificação por névoa de água pode ser usada na abertura do furo piloto
e no alargamento.
Foto: cortesia de de Steve Vick International Ltd.
Tanto o método com auxílio de fluido como o de perfuração a seco possuem suas vantagens
em condições adequadas. Enquanto a perfuração com fluido propicia maior versatilidade em
termos de condições do solo e diâmetros máximos, requer mais equipamentos e implica o
trabalho em escavações cheias de lama e a deposição ou reciclagem dos materiais. A perfuração a seco é essencialmente uma técnica de deslocamento, e talvez possa ser descrita como
“perfuração direcional com compressão do solo”. Como tal, é mais adequada para solos compressíveis e autoportantes, e poderá não ser adequada para areia e cascalho, em diâmetros
de perfuração acima de cerca de 75 mm. O risco de movimentação na superfície também deve
ser considerado, especialmente em solos granulares.
Perfuração
direcional a seco
usando uma
máquina com
lançamento em poço
L 6 Coluna de Perfuração
Os requisitos físicos necessários para os componentes da coluna de perfuração são consideráveis. Devem ter resistência longitudinal suficiente para suportar as forças de empuxo e tração,
resistência à torção suficiente para suportar o torque de rotação da máquina e flexibilidade
suficiente para executar mudanças de direção durante a perfuração. Precisam também ter o
menor peso possível, para facilitar o transporte e o manuseio, e resistir a danos devidos a
abrasão e riscos.
O comprimento dos segmentos dependerá do tipo da máquina de perfuração e do espaço disponível. Tipicamente, máquinas com lançamento na superfície utilizarão barras tubulares de
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L7
4 ou 5 metros de comprimento, enquanto que os segmentos para máquinas com lançamento
em poço estão freqüentemente entre 1,0 e 1,5 m. Uniões rosqueadas são as mais comuns,
embora alguns sistemas utilizem encaixe tipo baioneta.
A maioria dos fabricantes de equipamentos oferece seus próprios conjuntos de barras para
perfuração, e existem empresas especializadas que produzem uma grande variedade de alternativas. Obviamente, é importante assegurar que as barras sejam perfeitamente compatíveis
com o equipamento, especialmente se este possui um sistema automático de manuseio. Isso
vale também para outros componentes como cabeças de perfuração, sondas e alargadores.
L 7 Fluidos de Perfuração
Dependendo de sua formulação, os fluidos de perfuração possuem diversas funções:
• Lubrificar a cabeça de corte e reduzir o desgaste;
• Amolecer o solo para facilitar a perfuração;
• Remover o material escavado em suspensão, até o poço de lançamento;
• Estabilizar o furo antes do alargamento;
• Lubrificar a tubulação final durante o alargamento e a inserção;
• Acionar os motores de lama para perfuração através de solos duros.
O fluido mais simples de perfuração é a água, e poderá ser desnecessário usar algo mais sofisticado em perfurações curtas de pequeno diâmetro, feitas em solo adequado.
Uma mistura de bentonita e água é o tipo mais comum de fluido ou “lama” de perfuração. A
bentonita é um tipo de argila com propriedades tixotrópica, o que significa que permanece
fluida enquanto estiver sendo bombeada ou agitada, mas forma um gel se for deixada em repouso. Se for agitada novamente, volta a ser um fluido. Esse material atua, portanto, como um
lubrificante e transportador durante a execução da perfuração, e se solidifica para estabilizar o
furo quando a perfuração pára. Durante o alargamento, a lama ajuda a garantir a lubrificação
entre a tubulação final e as paredes do furo, e reduz a regressão e o atrito com o solo.
Além dos fluidos simples à base de água e bentonita, existem materiais à base de polímeros
e uma grande variedade de aditivos que são usados para adequar as propriedades do fluido
de perfuração, de modo a atender às condições do solo e à natureza da obra. Por exemplo, a
viscosidade deve ser baixa o suficiente para permitir o fluxo através do sistema em pressões
razoáveis, mas suficientemente alta para evitar perdas significativas para o solo.
A formulação dos fluidos de perfuração é uma ciência complexa, e desempenha um papel importante no sucesso dos empreendimentos. A maioria dos fabricantes de máquinas de perfuração tem suas próprias recomendações sobre os fluidos mais adequados para cada aplicação
em particular, da mesma forma que os fabricantes dos materiais. Essa é uma área onde se
deve procurar o apoio de especialistas, especialmente quando ocorrerem condições difíceis de
solo. O projeto da instalação de bombeamento, filtragem e reciclagem também é uma consideração importante, especialmente em obras de grande porte, e também nesse campo se
deve procurar assessoria de empreiteiros ou fabricantes experientes.
L8 Sistemas de Rastreamento e Direcionamento
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L8
A maioria das técnicas de perfuração direcional, exceto algumas aplicações de curta distância
com lançamento em poço, baseiam-se em sistemas precisos de locação e direcionamento da
perfuração. Os recursos dos dispositivos de rastreamento sofreram melhorias significativas
com o avanço da tecnologia eletrônica, e hoje é possível dispor de um alto grau de precisão.
Existem vários tipos de sistemas de rastreamento. Os mais comuns conhecidos por sistema de
“passagem sobre a rede”, estão baseados numa sonda ou gerador de sinal localizado numa
carcaça situada atrás da cabeça de perfuração, que emite um sinal de rádio para um receptor
situado na superfície. Além da posição e profundidade da cabeça de perfuração, os dados
transmitidos incluem freqüentemente a inclinação da ferramenta, a situação da bateria e a
temperatura do transmissor. É comum repassar essas informações para um segundo receptor
situado na máquina de perfuração, para que o operador tenha acesso direto aos dados e possa fazer os ajustes de direção necessários.
Os sistemas de “passagem sobre a rede” são, sob muitos aspectos, similares aos detectores
de tubos e cabos, nos quais se move o receptor até a posição que recebe o sinal mais forte
que, no caso, estará diretamente sobre o transmissor. Sua maior limitação é a necessidade de
ter acesso á superfície situada diretamente acima da cabeça de perfuração, o que poderá ser
difícil ou impossível se a rede passar sob um prédio ou um curso d’água. Esse problema pode
ser superado usando-se um sistema de direcionamento com “fio rígido” ou um transmissor
que contenha uma bússola eletrônica integrada.
Os sistemas de “fio rígido” utilizam um cabo que passa através da coluna de perfuração para
transmitir os dados do gerador de sinal para o console de controle. Embora esse cabo seja
uma complicação adicional, permite o rastreamento em qualquer terreno sem depender da
transmissão de sinais de rádio, e também pode ser usado em locais onde haja interferência
eletromagnética.
Quando programada para um azimute predeterminado, um rádio-compasso informa o operador quando a cabeça de perfuração se desviar da trajetória prevista. A informação de desvio
para a direita ou esquerda é enviada para um receptor de rastreamento e é apresentada em
formato similar ao das informações de desvio vertical e de rotação. O operador não precisa
estar sobre o gerador de sinal, no traçado previsto e, em alguns casos, os dados podem ser
recebidos a distâncias superiores a 300 m do transmissor.
Foto: cortesia de Radiodetection Ltd.
Devido ao ambiente em que operam, os geradores de sinal precisam ser extremamente duráveis e resistentes a choques e vibrações. Isso se aplica particularmente no caso de máquinas
de perfuração com percussão, onde é provável que haja necessidade de algum mecanismo de
absorção de choques.
Rastreamento
do percurso
com “passagem
sobre a rede”
Para evitar que a eletrônica seja sujeita a cargas dinâmicas severas, usa-se nas máquinas de
perfuração direcional a seco, que empregam ação de martelo de percussão, um sistema de direcionamento e localização baseado em magnetometria. Imãs permanentes são instalados em
uma parte do martelo de perfuração do furo piloto, criando-se um campo magnético à medida
que o martelo gira. A resistência e flutuação desse campo são detectadas por magnetômetros
instalados na superfície, e uma unidade de processamento informatizado traduz esses dados
para informar a localização, profundidade e ângulo de rotação da cabeça de perfuração. Como
ocorrem com os transmissores de rádio, as informações de rastreamento podem ser transmitidas para o console do operador.
L9 Equipamentos Auxiliares
Embora a maior atenção esteja voltada para os itens principais do equipamento, existem
numerosos acessórios e equipamentos auxiliares que desempenham papel importante para o
sucesso de uma obra de perfuração direcional ou guiada.
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L9
Existem no mercado diversos tipos de cabeças para puxamento de tubos de polietileno, inclusive cabeças com fixação por pressão e versões destinadas especificamente para a perfuração
direcional. Uma das funções das cabeças de puxamento na perfuração direcional é evitar a entrada de fluido de perfuração ou material escavado no interior da tubulação final, o que pode
ser uma consideração importante para redes de água potável, que precisam ser estéreis.
As conexões articuladas são componentes essenciais na fase de alargamento e puxamento da
rede da tubulação final, e devem ser projetadas para evitar a entrada de lama e resíduos nos
rolamentos. Existem modelos com capacidade de menos de 5 a mais de 200 toneladas.
Algumas empresas utilizam “conexões fusíveis” para proteger a tubulação final. Essas conexões possuem uma série de pinos, dimensionados para se romper com uma carga predeterminada, instalados de acordo com a resistência à tração dessa rede. Os conectores fusíveis não
só reduzem o risco de danos acidentais, como também exercem um efeito psicológico sobre
os operadores, que estão cientes de que não podem exceder a força máxima permitida de
puxamento, e resistem á tentação de aumentá-la para conseguir maior produtividade.
Cabeças de
puxamento
para aplicação
em perfuração
direcional
Outros equipamentos auxiliares importantes são as máquinas de fusão de topo para união de
tubos de polietileno, os roletes de apoio da tubulação final e os guinchos puxadores de cabo.
L 10 Resumo
Perfuração
Direcional (HDD)
ou Guiada
(Unidirecional)
L10
• A perfuração guiada ou direcional pode ser usada para a instalação de tubulações, dutos e
cabos sem (ou com o mínimo de) escavações, na maioria dos diâmetros e por distâncias de
um quilômetro ou mais.
• Existem no mercado máquinas de lançamento na superfície e de lançamento em poço. A
escolha dependerá da natureza do projeto.
• As máquinas vão desde unidades compactas adequadas para perfurações de pequeno diâmetro e operação em espaços confinados até unidades extremamente grandes, projetadas
para travessias longas e de grande diâmetro.
• A maioria das máquinas de perfuração direcional utiliza um fluido de perfuração, que lubrifica
e estabiliza o furo, além de transportar o material escavado em suspensão. Algumas máquinas
são, contudo, projetadas para operação a seco, e podem ser vantajosas dependendo do diâmetro do furo e das condições do solo.
• As barras de perfuração devem ser escolhidas cuidadosamente para assegurar a combinação
adequada de resistência e flexibilidade. O comprimento máximo de cada segmento dependerá
do tipo de máquina e do espaço disponível para trabalho.
• A formulação do fluido ou “lama” de perfuração é importante, especialmente em solos difíceis, e deve-se procurar apoio de especialistas quando necessário.
• A escolha do sistema de direcionamento dependerá do tipo de máquina e da possibilidade
de rastreamento com “passagem sobre a rede”. Existem no mercado sistemas de rádio, de fio
rígido e magnético.
• Deve-se dar atenção á seleção e manutenção dos equipamentos auxiliares como cabeças de
puxamento e conexões articuladas, cujo desempenho pode ter um grande efeito no resultado
dos trabalhos, da mesma forma que os itens mais notáveis do equipamento.
Seção M
CRAVAÇÃO DE TUBOS (PIPEJACKING)
E MICRO-TÚNEIS
M 1 Aspectos Gerais
Os métodos não destrutivos (MND) de cravação de tubos e execução de micro-túneis são
essencialmente da mesma família das técnicas de instalação de tubulações, usadas para instalação de tubos de 150 mm ou mais. O lançamento é definido como um sistema de instalação
direta de tubos posicionados atrás de uma máquina de escavação, que são empurrados por
um sistema de pistões hidráulicos situados no poço de entrada, de modo a formar uma linha
contínua sob o solo. Os tubos, que são projetados especialmente para suportar as forças de
empuxo que ocorrem durante a instalação, formarão a tubulação final quando a operação de
escavação estiver completa.
Dentro dessa descrição, as técnicas de micro-túneis são definidas especificamente como sendo
a escavação por uma máquina direcionável com controle remoto, para lançamento de tubos
de pequeno diâmetro, sem possibilidade de acesso humano, por pistões hidráulicos. Freqüentemente, as máquinas de escavação de micro-túneis utilizam um sistema de direcionamento
por laser para manter o alinhamento e nivelamento durante a instalação embora, como ocorre
em instalações de maior diâmetro, possam ser utilizadas técnicas de laser e de levantamento
normal para esse fim.
Existem no mercado sistemas para instalação de redes principais e de conexões de ramais.
Coluna de
Perfuração
Pistões
hidráulicos
Estrutura de
alinhamento e
Tubulação
final
instalada
Equipamento
de micro-túnel
Poço de
saída
Colares no nível da
face externa
Instalação de redes por micro-túnel
M 2 Aplicações
A tecnologia moderna permitiu que, nos últimos anos, ambos os métodos pudessem ser aplicados em uma larga faixa de condições de solo, desde areias e cascalhos encharcados até
rocha sólida, passando por argilas e xistos duros ou moles, secos ou encharcados.
Tanto o lançamento de tubos como a execução de micro-túneis são bastante adequados a
situações onde a rede tem de atender a critérios rígidos de alinhamento e nível, uma vez que
os sistemas de direcionamento e controle permitem a instalação precisa, dentro de tolerâncias
mínimas, tornando-se assim uma excelente solução para construção de redes novas esgoto
com declividade mínima (como por exemplo de 5 mm por metro). Uma das aplicações mais
comuns são as redes de esgoto por gravidade, onde não apenas o alinhamento e a declividade
são críticos, mas a profundidade é tal que ambas as técnicas tendem a apresentar vantagens
econômicas em relação à instalação com vala a céu aberto.
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
A maioria das máquinas de micro-túnel escavam em linha reta entre os poços, embora existam
sistemas especializados para traçados em curva. Onde uma linha de visão entre o poço de
M1
entrada e a máquina de micro-túnel não for possível devido à curvatura do traçado, os sistemas de alinhamento baseados, por exemplo, em dispositivos giroscópicos, poderão ser usados
como alternativa para o equipamento laser, mais comum.
M 3 Escavação e Remoção de Material na Cravação de Tubos
São usadas diversas técnicas de escavação na cravação de tubos. O primeiro requisito para
a execução do lançamento ou micro-túnel é a construção do poço de entrada. O projeto do
poço dependerá da instalação requerida, e seu tamanho dependerá particularmente do comprimento dos tubos que serão instalados. Em ambos os casos, haverá necessidade de estabelecer uma parede de reação, contra a qual a estrutura de empuxo possa operar sem causar
danos ou desalinhamentos no poço.
Para a escavação do solo, na área de início do lançamento, a primeira técnica, básica, é a escavação manual usando um dispositivo de extremidade aberta, no qual um frentista utilizará
ferramentas manuais ou mecanizadas para remover o solo na frente do mesmo. Em condições
mais difíceis de solo é possível usar um arranjo com retro-atuador, lança de corte ou cortador rotativo. Na maioria dos casos, esses sistemas são usados em conjunto com couraças de
extremidade aberta e admitem que uma grande extensão de solo junto à face frontal seja
autoportante em algum grau. O material escavado é removido da frente através de caçambas
basculantes montadas sobre trilhos, que se movem através de um sistema de cabos contínuos. Como alternativa, pode ser instalado um transportador de correia que descarrega em um
sistema de elevação no fundo do poço de entrada.
Existem casos em que foi usado um sistema de vácuo para remoção do material escavado,
por meio do qual o material fragmentado foi aspirado para fora do túnel. Foi também desenvolvido um “sistema de lama mole”, no qual se utiliza vácuo para descarregar os resíduos em
suspensão.
Onde o solo não for autoportante, é necessário, normalmente, o uso de couraças de extremidade fechada. Nessas condições, a escavação é feita com uma cabeça rotativa de corte. As
técnicas de remoção de material escavado asseguram um nível suficiente de apoio na face de
escavação através do uso de um sistema pressurizado de remoção de lama ou da limitação
da quantidade de solo fragmentado a ser removida da câmara de corte, mantendo um nível
de material nesse local suficiente para proporcionar suporte adequado. Este último sistema é
mais conhecido como Sistema de Pressão Equilibrada de Solo.
M 4 Escavação e Remoção de Material em Micro-Túneis
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M2
Foto: cortesia de Enviliner association
São usados predominantemente dois sistemas de remoção de material nas escavações de micro-túneis de pequeno diâmetro. Em solos autoportantes, onde o topo do lençol freático não
excede três a quatro metros, é possível usar um sistema de rosca para remoção do material
fragmentado. Esse transportador fica montado em uma carcaça dentro da tubulação, alimentando uma caçamba posicionada no poço de entrada, abaixo da estrutura de lançamento da
rede. Quando essa caçamba fica cheia, é elevada até a superfície, esvaziada e recolocada na
posição, antes do reinício da escavação.
Máquina de micro-túnel
com rosca transportadora,
projetada para operação em
espaços confinados.
Em condições mais difíceis de solo e com maior pressão do lençol freático, usa-se freqüentemente um sistema de recirculação de fluido. Esse sistema requer uma suspensão de bentonita
ou polímero desenvolvido especialmente para esse fim (ou uma combinação de ambos), a ser
preparada na superfície. Essa suspensão é bombeada para a câmara de corte através de um
sistema de tubos posicionados no interior da rede lançada. Se necessário, a mistura é pressurizada até o nível requerido para manter o suporte da face de escavação. Na câmara de corte,
o fluido se mistura com o solo escavado e, normalmente, essa mistura passa por um britador
incorporado ao equipamento, com movimento radial excêntrico, para assegurar que nenhuma
partícula de tamanho maior que as que podem ser manuseadas pelo sistema de fluido entrem
em suas linhas de retorno.
Conjunto de acionamento dos
pistões hidráulicos principais
Unidade de desvio
Bomba de descarga de fluido
Injetor de
lubrificante
Tubo a ser
cravado
Console de
operação
Diagrama: cortesia de Iseki Poly-Tech Inc.
Instalação de separação de fluido
Bomba de carga de fluido
Teodolito tipo laser
Pistões hidráulicos principais
de lançamento
Detector
eletromagnético
de fluxo
Máquina de
escavação de túnel
Tubulação a ser
cravada
Arranjo geral de um sistema de tratamanto de fluido para micro-túnel
A mistura é bombeada para a superfície, onde as partículas de solo são removidas da suspensão por decantação simples por gravidade ou pelo uso de força centrífuga em hidrociclones
ou aparelhos similares. Algumas vezes, adiciona-se floculantes químicos para aumentar a
eficiência. O fluido novamente limpo é monitorado e recondicionado através da adição de
produtos químicos para atender às especificações requeridas na face de escavação, e reciclado
pelo sistema.
Foto: cortesia de Soltau Microtunneling
O sistema de fluido tem a vantagem de ser contínuo, enquanto que os métodos baseados em
transportadores de rosca, que requerem a remoção vertical dos resíduos são mais cíclicos e
exigem interrupções no funcionamento da cabeça de corte.
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
Máquinas de micro-túnel com diferentes desenhos da cabeça de corte
M3
Diagrama: cortesia de Iseki poly-Tech Inc
Existe também um sistema que utiliza uma porta de vedação com controle hidráulico para
limitar a quantidade de solo removida durante a escavação, completando a remoção de material com um sistema raspador instalado dentro da rede lançada. Normalmente, o sistema não
usa uma cabeça de corte, mas um anel de corte situado na aresta dianteira da máquina para
soltar o solo, fazendo com que caia longe da face. Essa técnica foi usada com sucesso, mas
sua aplicação é restrita, se comparada com os dois principais sistemas, devido principalmente
às limitações dos tipos de solo em que pode operar.
Sistema de
direcionamento a laser
para micro-túneis
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M4
Foto: cortesia de Herrenknecht GmbH
Existem duas outras técnicas especializadas de micro-túnel para furos abaixo de 200 mm de
diâmetro. A primeira consiste na simples compactação, na qual a cabeça “cortador” rotativo
não remove o solo da face, mas coloca-o de lado, compactando-o em torno do perímetro do
furo. Esse sistema é limitado aos solos de tipos compactáveis. A segunda emprega um método
de escavação que pode ser comparado com o usado pela maioria das máquinas de perfuração
direcional. A cabeça de corte é angulada e, quando gira, executa uma perfuração em linha
reta. Quando mantido num determinado ângulo, a posição da cabeça angulável faz com que
ocorra uma mudança de direção. Esse sistema usa normalmente uma técnica de remoção de
material escavado por rosca e requer uma fase de alargamento antes da instalação do tubo
ou um expansor na frente da rede durante o avanço. Esse sistema é usado com freqüência
como uma instalação em dois passos, com a instalação do tubo começando somente após a
conclusão do furo piloto.
Sistema de micro-túnel com fonte de energia e equipamentos auxiliares em contêineres
Para completar a instalação de lançamento, no lançamento hidráulico ou no sistema de micro-túnel, é necessário um poço de saída, cujas dimensões devem ser tais que permitam a
retirada do equipamento sem dificuldades. Como esses poços não são usados normalmente
para as operações de lançamento, não há necessidade de resistência anormalmente alta, nem
de paredes de reação ao empuxo.
M 5 Estruturas de Fixação dos Pistões de Cravação
Foto: cortesia de Iseki Poly-Tech Inc.
Os sistemas de cravação e micro-túnel são freqüentemente fornecidos com estruturas de fixação dos pistões, como parte do conjunto. As estruturas são projetadas para garantir o nível de
pressão requerido para o equipamento que estiver sendo usado em uma determinada obra, e
seus requisitos são determinados pelas condições do solo e pelo tipo de máquina utilizado.
Estação de
cravação
principal para
micro-túnel
M 6 Condições do Solo
Foto: cortesia de Soltau Microtunneling
O fator mais crítico em uma obra de cravação de tubos ou micro-túnel é a geologia. A investigação do local está coberta na Seção C, mas é bom repetir aqui que, se a investigação do
solo não for feita com o devido cuidado, e se não se conhecer detalhadamente as condições
prováveis de serem encontradas ao longo de um traçado de cravação ou micro-túnel, o risco
de colocar em serviço o tipo errado de máquina passa a ser bastante alto. Isso precisa ser
enfatizado – nas ocasiões em que houve falha de sistemas de cravação ou micro túnel no
passado, isso se deveu mais a condições inesperadas de solo que a qualquer outro motivo e,
muitas vezes, essas falhas acarretaram recuperações bastante caras.
Cabeça de corte
projetado para
escavação em
rocha de microtúneis de pequeno
diâmetro
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M5
M 7 Planejamento
Nos primeiros anos do desenvolvimento da tecnologia de micro-túneis, algumas obras foram
projetadas com base em um plano existente, de instalação de uma rede utilizando técnicas
de escavação a céu aberto. Muitas vezes, isso ocorreu devido à falta de conhecimento dos
métodos não destrutivos (MND) por parte do engenheiro projetista. Foi então exigido pelas
contratantes que as construtoras oferecessem alternativas utilizando a tecnologia de cravação
de tubos. Infelizmente, essa exigência foi ineficiente por não levar em conta a opção de executar “atalhos” no traçado das redes, que haviam sido projetadas considerando os critérios
de acesso para operações a céu aberto, tais como a necessidade de seguir estradas, evitar a
travessia de terrenos privados e situar-se em áreas com tamanho suficiente para acomodar os
equipamentos de escavação.
A maioria das obras de cravação de tubos e micro-túneis é planejada atualmente de modo a
remover quase completamente essas restrições. Através do conhecimento dos requisitos hidráulicos para a rede, de seus pontos de conexão, dos tipos de solo a serem encontrados e das
limitações de acesso ao longo do traçado requerido, o posicionamento, a profundidade e o tipo
dos poços podem ser projetados de modo a minimizar a quantidade de escavações necessária
e, dessa forma, reduzir a quantidade de cravações individuais em qualquer rede.
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M6
Foto: cortesia de Iseki Poly-Tech Inc.
Esse planejamento não só minimiza o impacto físico de uma obra de construção por limitar
a duração dos trabalhos, como também reduz os efeitos ambientais da obra em termos de
desvio de tráfego e quantidade de solo perturbado. A otimização do comprimento da rede
também reduz a quantidade de material necessária para execução da obra. Uma outra vantagem de reduzir o volume de escavação decorre do fato de que, atualmente, muitos clientes
e autoridades rodoviárias insistem na substituição de solos escavados por outros de melhor
qualidade, o que cria a necessidade de transportar e lançar material escavado e material de
reaterro. O uso de métodos não destrutivos (MND), com pouca ou nenhuma escavação reduz
o desvio de tráfego e o custo de transporte, carga e descarga, além de conservar os materiais
naturais.
O alinhamento em curva é possível com o uso das técnicas e equipamentos modernos
Atualmente, existem poucos padrões nacionais ou internacionais de planejamento e execução
de cravação de tubos ou execução de micro-túneis para os engenheiros que trabalham com
essas técnicas. Em muitos casos, as especificações do cliente são consideradas como requisitos mínimos para uma determinada instalação. Existem, contudo, diversos documentos que
foram introduzidos para auxiliar o projetista, compreendendo, entre outros, o Guide to Best
Practice for the Installation of Pipejacks and Microtunnels, editado pela Pipe Jacking Association (PJA) na Inglaterra, baseado parcialmente em pesquisas da Universidade de Oxford, que
recebeu recursos de diversas concessionárias de água e organizações normativas do Reino
Unido. O livro Microtunnels, de R. Bielecki e D. Stein também é usado como guia e está base-
ado, em grande parte, na experiência da Alemanha nesse campo. Estão também sendo feitas
pesquisas nos Estados Unidos através do US Corps of Engineers, voltadas para a produção de
uma norma americana para essa técnica. O comitê CEN da União Européia está desenvolvendo atualmente uma norma prEn 12889 – Trenchless Construction and Testing of Drains and
Sewers.
Como as técnicas de cravação de tubos e, particularmente, as de micro-túneis são relativamente novas em muitas partes do mundo, as possibilidades de normalização são limitadas
pela necessidade de estabelecer um nível de experiência sobre o qual possam ser baseadas
as normas publicadas referentes a condições em países específicos. Em muitos casos, os engenheiros de projeto que procuram uma instalação por método não destrutivo (MND) tendem
a se basear em empreiteiras experientes e fabricantes de máquinas para completar os vazios
de conhecimento que precisam ser normalmente abordados em uma norma.
M 8 Tubos
Existe no mercado uma grande variedade de materiais para tubos a serem instalados com
tecnologias de cravação ou micro-túnel, cuja escolha dependerá dos requisitos do cliente, das
condições do solo, dos custos de transporte e da extensão da rede. Os materiais compreendem concreto, armado ou não, concreto com polímero (concreto lançado em uma matriz de
resina), tubos com base de fibra de vidro/resina, cerâmica vitrificada ou não, aço, ferro dúctil
e plástico.
Foto: cortesia de Naylor Clayware Ltd.
Na maioria dos casos, existem normas brasileiras, na ausência utilizam-se outras. O material
da rede é concreto ou cerâmico, produzido para cravação de acordo com normas restritas.
Uma norma típica para concreto é a BS 5911 parte 120 (1989), embora atualmente não se
aplique para tubos lançados em micro túneis com menos de 900 mm de diâmetro. O padrão
europeu para tubos cerâmicos é o EM 295 parte 7 (1996) – The requirements for vitrified clay
pipes and joints for pipe jacking. O padrão para tubos de concreto armado no Japão – JSWAS
(Japan Sewerage Works Association Standard) pode ser aplicado para tubos de esgoto de
micro-túneis com diâmetro entre 250 e 800 mm.
Tubos cerâmicos para cravação e micro-túneis
Muitas empresas do ramo de métodos não destrutivos e a maioria dos clientes exigem atualmente que os tubos utilizados para cravação e micro-túneis sejam produzidos de acordo com
essas normas ou suas equivalentes locais, e também que o fabricante possua certificação EN
ISO 9002, para garantia da qualidade.
Provavelmente os aspectos mais importantes de projeto referentes a tubos para obras de cravação são o grau permitido de deflexão nas emendas e a geometria da face da junta. De um
modo geral, a deflexão na face da junta não pode exceder 0,5o,, embora deflexões de mais de
1,0o possam ser permitidas em traçados em curva, utilizando materiais adequados de amortecimento nas juntas da tubulação. Para assegurar a perpendicularidade, a face da junta deverá
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M7
ser fabricada de acordo com as normas citadas anteriormente ou suas equivalentes locais,
e deverá utilizar um material adequado de enchimento para assegurar a distribuição homogênea da força empurradora na junta. É importante estar ciente de que, devido ao aumento
das cargas pontuais, a força empurradora máxima em um determinado tubo cai significativa
e rapidamente à medida que a deflexão nas juntas aumenta. A manutenção de um traçado
tão reto quanto possível permitirá que o operador tire toda a vantagem da força de projeto da
rede, se necessário. Alta deflexão reduzirá a força máxima que a linha de tubos pode suportar
sem preocupação de falha subterrânea.
Uma característica essencial dos tubos para essas aplicações é a necessidade de que as juntas
não fiquem fora da seção transversal do tubo. Em outras palavras, toda a emenda deverá
estar contida dentro da espessura normal da parede do tubo, ao contrário dos tubos convencionais usados para instalação a céu aberto, que possuem normalmente juntas do tipo ponta
e bolsa, com bolsas de diâmetro externo maior que o restante da tubulação. Para execução
de cravação e micro-túneis, são evidentes as vantagens de uma superfície externa de baixo
atrito, sem saliências.
O comprimento dos tubos varia de acordo com o sistema de micro-túnel usado, o diâmetro da
rede e as restrições de espaço. Os comprimentos típicos variam normalmente entre 1,0 e 2,0
m, embora existam segmentos de 0,75 m para pequenos diâmetros. Grande parte do custo
das operações de micro-túnel está nas emendas, portanto o uso de comprimentos maiores
tenderá a reduzir os custos da rede mas, por outro lado, exigirá poços maiores.
M 9 Lubrificação
Foto: cortesia de Iseki Poly-Tech Inc.
As duas maiores forças que precisam ser superadas para empurrar a linha de tubos são o peso
próprio e o atrito entre a superfície do tubo e o solo, à medida que a linha se desloca através
do furo. O atrito aumenta com o diâmetro da tubulação, uma vez que uma área maior de tubo
fica em contato com a superfície interna do furo.
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M8
Instalação de preparação de fluido de perfuração (lama)
O problema do atrito é minimizado, mais comumente, com o uso de tubos do menor diâmetro aceitável e com a lubrificação. No início da aplicação da tecnologia de cravação, usava-se
a força bruta para superar a resistência total, simplesmente instalando-se uma estrutura de
empuxo de maior capacidade. Isso poderia causar a falha prematura da tubulação, uma vez
que se excedia à resistência máxima dos tubos em condições mais difíceis. A introdução da lubrificação através da bentonita ou de uma mistura de bentonita e polímero permitiram superar
a maioria dos problemas de esforço excessivo. A mistura de fluido é projetada para funcionar
com eficiência dentro das condições esperadas de solo. Pode-se usar uma formulação simples
na qual o lubrificante não seja absorvido ou drenado para o solo adjacente ou, em condições
mais difíceis, onde se pode esperar perda de lubrificante ou onde é provável que as pressões
do solo sejam altas, o lubrificante pode ser modificado para reduzir a perda e auxiliar na obtenção de suporte do solo durante a operação de movimentação do tubo.
O lubrificante é transportado por tubos instalados no interior da rede principal, e é injetado
através de aberturas feitas na parede dos tubos. Cada ponto de injeção é alimentado por uma
linha de lubrificação. A injeção é controlada manualmente, a partir do posto do operador, ou
através de um sistema monitorado por computador, através de um sistema de distribuição.
Este último sistema está se tornando cada vez mais popular, e permite que quantidades dosadas de lubrificantes específicos sejam adicionadas na posição correta, na pressão ótima ao
longo da rede, à medida que o solo varia e a rede avança. Freqüentemente, a monitoração
por computador aumenta a eficiência da lubrificação por minimizar a possibilidade de excesso
de lubrificante em algum ponto, importante se for considerado o custo dos lubrificantes. Em
diâmetros menores, muitas vezes a menor profundidade, isso pode ser uma vantagem significativa, uma vez que minimiza o deslizamento das camadas do solo e a perda de lubrificante
até a superfície, através de trincas.
Foto: cortesia de Iseki Poly-Tech Inc.
Em muitas obras, o uso dos materiais e técnicas corretas de lubrificação pode trazer uma redução considerável nas forças de avanço e nos problemas de suporte do solo. Podem também
permitir o uso de uma estrutura menor para fixação dos pistões hidráulicos, minimizando o
tamanho do poço de entrada e ajudando a reduzir o custo total da obra. Usando as técnicas
modernas de instalação e os lubrificantes atuais, poderá ser possível instalar até 1000 metros
de rede numa única operação de cravação.
Chegada de uma máquina de micro-túnel na câmara de saída
M 10 Estação Intermediária de Macaqueamento
Em situações onde a lubrificação da rede possa não ser suficiente por si só para viabilizar a
execução bem sucedida da operação de cravação (por exemplo, quando o comprimento da
linha é tal que sua resistência ao movimento excede a capacidade de uma estrutura de tamanho viável, ou onde as forças de atrito ou os fatores de movimentação do solo sejam difíceis
de serem superados), existe outra alternativa que pode ser considerada antes de se reduzir o
comprimento de uma ação planejada de cravação. Essa alternativa é a “estação intermediária
de macaqueamento”.
Essa estação consiste num anel de pistões hidráulicos montados em uma estrutura de aço,
que é inserido em pontos estratégicos da rede lançada, dividindo-a em segmentos mais manobráveis Cada segmento, seja entre a estrutura dos pistões e a estação intermediária, entre
estações intermediárias ou entre uma estação intermediária e a máquina de perfuração, pode
avançar individual e independentemente do restante da rede. É uma solução equivalente a co-
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M9
locar diversos pistões de pequeno porte em funcionamento ao mesmo tempo no furo, cada um
deles usando o tubo situado atrás de si como parede de reação. O uso de estações intermediárias reduz o potencial de falhas dos tubos, uma vez que a força máxima em qualquer “subrede” dependerá da quantidade de segmentos e do fator de atrito desse segmento de rede.
Cada estação intermediária possui controle independente, a partir do posto do operador.
M 11 Poços de Entrada e Saída
Como foi mencionado anteriormente, quase todos as cravações de redes e micro-túneis são
feitos entre um poço de entrada e um poço de saída. As exceções mais notáveis são aquelas
em que o ponto de saída da máquina está diretamente fora do solo, em uma posição determinada, ou abaixo do lençol freatico. Mesmo assim, é preciso projetar um arranjo físico de saída
que evite a contaminação ambiental por perda de lubrificante ou lama, ou a entrada de água
no interior da rede.
Os requisitos do poço de entrada variam bastante, dependendo da máquina que for usada,
das condições do solo, do comprimento da rede a ser lançada e do tipo de instalação. Pode ser
circular, retangular ou oval; revestido com estacas-prancha, com segmentos, escavado com
pressurização ou mesmo sem revestimento, se as condições do solo forem suficientemente
boas e as regras locais de segurança permitirem.
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M10
Foto: cortesia de KCMM Association
Os métodos normalmente usados para a construção do poço são também usados para cravação de redes e execução de micro-túneis, mas um fator comum a todos os poços é a necessidade de uma parede de reação contra a qual a estrutura de fixação dos pistões hidráulicos
possa ser empurrada. Em condições adequadas de solo, essa pode ser simplesmente a parede
de trás do poço, mas essa não é a situação mais comum, havendo necessidade de preparar
uma parede de reação. Feita normalmente em concreto, essa parede é parte integrante da
estrutura do poço e pode ser projetada com um centro rotativo para permitir a rotação da
estrutura de fixação dos pistões para executar um segundo furo no sentido oposto ou para
permitir a saída de uma máquina proveniente de outro local, que o utilizará como poço de
saída. A parede de reação deverá permitir que os pistões possam exercer sua força máxima
sobre a rede, mantendo a integridade da estrutura do poço e do solo adjacente, de modo a
não comprometer a estrutura final da mesma. Os requisitos para os poços utilizados somente
para os trabalhos de saída foram citados anteriormente.
Sistema especializado de escavação de poços usando uma caçamba hidráulica tipo clamshell
Certos sistemas de micro-túneis são projetados para uso de poços pequenos de entrada, e
existem técnicas que permitem a instalação de segmentos com 1,0 m de comprimento partindo de um poço com 2,0 m de diâmetro. Um desses sistemas está equipado com uma cabeça
de corte e um triturador cônico que possui movimento radial excêntrico e pode trabalhar em
Foto: cortesia de KCMM Association
uma grande variedade de condições de solo, inclusive em solo com pedras de até 30% do
diâmetro externo da máquina.
Máquina de micro-túnel com rosca para saída do material, projetada para
trabalhar a partir de poços de pequeno diâmetro
M 12 Resumo
• Os métodos de cravação de redes e execução de micro-túneis podem apresentar vantagens
econômicas na instalação de novas redes pressurizadas ou por gravidade através da maioria
dos tipos de solo e praticamente em qualquer profundidade.
• O controle preciso do gradiente e do alinhamento é possível, e essas técnicas são particularmente adequadas para redes de esgoto por gravidade de diâmetro médio para grande.
• A instalação bem sucedida de uma rede usando mde cravação ou micro-túnel baseiam-se
numa combinação de planejamento, investigação, tecnologia e aplicação experimentada. A
omissão ou abordagem incorreta de um desses fatores poderá resultar na falha da instalação
ou, pelo menos, em operações difíceis de recuperação que levarão a um aumento significativo
de custo.
• A experiência dos especialistas familiarizados com essas técnicas poderá, muitas vezes,
representar uma importante contribuição, especialmente se for usada nos estágios iniciais
do projeto. Muitas vezes, a experiência de campo mostrou ser um grande redutor dos custos possíveis de qualquer obra em particular, tendo muito maior importância que qualquer
economia aparente que decorra do uso de equipamentos, tubos ou sistemas de lubrificação
subdimensionados.
Cravação
de Tubos
(Pipejacking) e
Micro-túneis
M11
Seção N
GLOSSÁRIO DE TERMOS
PORTUGUÊS
INGLÊS
DEFINIÇÃO
Alargador
Back-reamer
Ferramenta de corte e / ou expansão fixada na extremidade de uma Coluna de Perfuração, que alarga
o Furo Piloto quando Puxada no Sentido Inverso ao
da perfuração, de modo a possibilitar a instalação
da Tubulação Final
Ângulo de
entrada/ saída
Entry/ exit
angle
Numa Perfuração Direcional ou Perfuração Guiada,
o ângulo entre a superfície do solo e a entrada ou
saída da Coluna de Perfuração, na execução do furo
piloto.
Aumento de
diâmetro
Upsizing
Qualquer método que aumente a seção transversal
de uma rede existente através de sua substituição
por uma rede com tubo de diâmetro maior.
Avaliação de
sistemas de
esgotos
SSES
Inspeção de um Sistema de Esgotos para Avaliação
do volume de infiltração (Sewer System Evaluation
Survey) pelas juntas (Infiltration) e pelos acessórios
(Inflow)
Avanço de barras Rod pushing
Ver Perfuração por Empuxo
Cabeça de corte
Cutting
head
Ferramenta ou sistema de ferramentas colocadas
na extremidade da Coluna de Perfuração, que escava a face da perfuração. Usualmente utilizada nos
métodos de escavação mecânica. Também conhecida como Cabeça de Perfuração.
Cabeça de
perfuração
Drill head
Termo alternativo para Cabeça de Corte
CFTV
CCTV
Circuito fechado de televisão (CFTV) usado para
execução de inspeção interna e diagnóstico em redes.
Coluna de
perfuração
Drill string
Conjunto completo de barras ou hastes interligadas,
localizadas entre a máquina de perfuração e a Cabeça de Corte.
Com acesso
de pessoal
Manaccessible
Descrição de um tubo, câmara ou escavação com
possibilidade de acesso de operários sujeitos às restrições legais e regulamentares. Se o diâmetro estiver abaixo do mínimo requerido, as normas poderão
definir limitações como a distância máxima de um
ponto de acesso seguro, o tempo de permanência
permitido e a quantidade e localização de pessoal
treinado nas equipes de apoio.
Com condições de Man-entry
acesso de pessoal
Descrição aplicada a qualquer processo não destrutivo que exija a entrada de um operador numa tubulação, duto ou furo. O diâmetro mínimo permitido
deverá ser definido pela legislação local. V. também
Com Acesso de Pessoal.
Concreto armado Ferrocement
Material composto por cimento e ferro, instalado
com Condições de Acesso de Pessoas para formar
um revestimento estrutural ou pré-formado em segmentos para instalação futura.
Glossário de
Termos
N1
Glossário de
Termos
N2
Corte de tubos
Pipe
splitting
Técnica de arrebentamento de redes existentes
através de corte longitudinal. Ao mesmo tempo
puxa-se um tubo do mesmo diâmetro ou maior,
atrás da ferramenta de corte.
Corte por jato
Jet cutting
Técnica de Perfuração Guiada que utiliza jatos de
fluido sob pressão para executar a ação de corte
no solo.
Corte por jato
de fluido
Fluid jet
cut
V. Corte por Jato
Couraça de
escavação
Jacking
shield
Cilindro de aço dentro do qual se executa a escavação manual ou mecanizada. Fazem parte do equipamento recursos que permitem seu ajuste, para
controle do alinhamento e nivelamento.
Cravação de
tubo
Pipe
ramming
Sistema não direcionável de execução de furo através do avanço de uma couraça de aço, normalmente com extremidade aberta, usando um martelo de
percussão a partir de um poço de entrada. No caso
de máquina com extremidade aberta, o solo pode
ser removido por rosca, jato ou ar comprimido. Em
condições adequadas de solo, pode-se usar uma
carcaça com ajuste apertado.
Cravação de
tuboS
Pipe jacking
Sistema de instalação direta de tubos atrás de um
Equipamento Blindado (Shield) que executa o avanço de segmentos de tubos através de pistões hidráulicos (macaco), a partir de uma Coluna de Perfuração, de modo que os tubos formem uma coluna
contínua dentro do solo.
Demolição de
tubulação
Termo alternativo para Arrebentamento de TubuPipe
displacement lação
Destruição do
tubo
Pipe eating
Método baseado na execução de Micro-túneis, na
qual uma rede com defeito é escavada juntamente
com o solo adjacente, como seria feito para uma
instalação nova. Normalmente, a máquina de micro-túnel precisará ter uma certa capacidade de trituração para operar com eficiência. Pode-se encher
a rede defeituosa com argamassa, para melhorar o
direcionamento. Como alternativa, alguns sistemas
empregam um dispositivo tipo tromba para vedar o
tubo na frente da máquina.
Enterramento
direto dos tubos
Mole
ploughing
Lançamento de rede através do puxamento de um
arado enquanto se alimenta uma extensão contínua de tubos colocados na superfície e enterrados
a partir de sua traseira.
Escavação a
céu aberto ou
Abertura de
valas
Open cut
Método em que o acesso é feito através de escavação da superfície até o nível requerido para a
instalação, manutenção ou substituição de tubos,
eletrodutos ou cabos. Após o serviço, executa-se o
reaterro da vala e a recomposição da superfície.
Escavação por
percussão
Percussive
moling
V. Perfuração por Impacto.
Estabilização
química
Chemical
stabilisation
Serviço de recuperação que compreende o fechamento de um trecho de rede entre dois pontos de
acesso para introdução de um ou mais componentes em solução, no interior do tubo e no solo
adjacente, se necessário, produzindo uma reação
química. Esses sistemas podem ter uma grande variedade de funções, tais como a vedação de trincas
e cavidades, a criação de uma nova superfície de
parede com características hidráulicas superiores
ou a estabilização do solo.
Intermediate
Estação
intermediária de jacking
station
macaqueamento
Estrutura de aço com pistões hidráulicos, projetada
para operar entre os Tubos de Cravação Especiais
de dois tramos de uma rede, para propiciar empuxo
adicional em longos avanços.
Excêntrico de
direção
Bent sub
Seção da coluna de perfuração, logo atrás da Cabeça de Perfuração, que permite correções de direção
girando a Coluna de Perfuração, para orientação
da cabeça. Usado com freqüência na Perfuração
Direcional.
Expansor
Expander
Ferramenta de alargamento do furo durante a Operação de Puxamento no sentido inverso, mais por
compressão do solo adjacente do que por escavação. Usado algumas vezes nos processos tanto
avanço como de retorno. O termo também pode
se aplicar a uma cabeça de arrebentamento usado
para quebrar a rede existente durante uma Substituição in Loco.
Fluido/ lama de
perfuração
Drilling
fluid/ mud
Mistura de água e, usualmente, bentonita ou polímero, bombeada continuamente para a Cabeça de Corte para facilitar a remoção do material
escavado, estabilizar o furo, refrigerar a cabeça e
lubrificar para facilitar a instalação da Tubulação
Final. Em condições especiais de solo, pode-se usar
somente água.
Força de avanço
Jacking
force
Força aplicada nos tubos numa operação de Cravação de Tubulação
Força de tração
Pull-back
force
Força de tração aplicada a uma Coluna de Perfuração durante o puxamento em sentido inverso. Normalmente, as máquinas de Perfuração Direcional
e Perfuração Guiada são especificadas pela sua
força máxima de tração.
Furo não
revestido
Uncased
bore
Furo sem revestimento ou tubo introduzido, ou
seja, temporária ou permanentemente autoportante.
Furo piloto
Pilot bore
Primeiro passo (normalmente direcionável) do processo de perfuração, que requererá alargamento
posterior em sentido inverso, com um Alargador
ou ferramenta similar. Mais utilizado em Perfuração
Guiada, Perfuração Direcional e sistemas de Microtúnel de duas etapas.
Furo revestido
Cased bore
Furo no qual se introduz um tubo, normalmente
uma luva de aço, simultaneamente com a perfuração. Associado usualmente à Perfuração com Rosca.
Glossário de
Termos
N3
Hidrojateamento
Water
jetting
Limpeza interna de tubulações usando jatos d’água
com alta pressão.
Infiltração
Infiltration
Infiltração de água do lençol freático através de
trincas ou juntas com defeito, numa rede ou nos
ramais domiciliares e poços de visita.
Injeção
Grouting
Preenchimento do espaço anular entre a Rede Existente e a Tubulação Final. Também é usada para
preencher o espaço em torno das ligações de ramais e entre o novo tubo e os poços de visita. Outros usos da injeção são para Reparos Localizados
de redes com defeito e tratamento do solo antes da
escavação, durante a instalação de novas redes.
Injeção de resina Resin
Reparo Localizado de redes, normalmente de esgoto, através da injeção de uma formulação de resina
em trincas ou cavidades, que após a cura irá evitar
vazamentos e deterioração posterior. Poderá também aumentar a resistência estrutural da rede.
Inspeção interna
Internal
inspection
Método de verificação das condições da rede existente por inspeção visual com Condições de Acesso
de Pessoa em redes de grande diâmetro ou pelo
uso de equipamentos de controle remoto, tais
como CFTV.
Limpeza
preparatória
Preparatory
cleaning
Limpeza interna da rede, particularmente de esgoto, antes da inspeção, feita normalmente com Hidrojateamento e remoção do material quando for
o caso.
Localizador
Locator
Instrumento eletrônico usado para determinar a
posição e intensidade do sinal eletromagnético emitido por um transmissor instalado atrás da Cabeça
de Corte de um sistema de perfuração, num equipamento de Perfuração Por Impacto ou no interior
de uma rede existente. Algumas vezes chamado de
Sistema de Rastreamento.
Máquina de
perfuração
com pressão
balanceada
Earth
pressure
balanced
(EPB)
machine
Tipo de máquina para execução de túneis ou Microtuneis no qual se aplica pressão mecânica no
material da face de corte controlada para assegurar
o equilíbrio com a pressão do solo, para evitar deslizamentos ou recalques. Normalmente, este termo
não se aplica às máquinas cuja pressão se origina
do conjunto principal de Cravação de Tubos, situado no Poço de Entrada, ou a sistemas onde o equilíbrio com a pressão do solo é assegurado por lama
ou Fluido de Perfuração pressurizado.
Máquina de
perfuração de
túnel
Tunnel
boring
machine
(TBM)
Máquina mecanizada de escavação de túneis em
seção circular plena, usualmente de diâmetro com
Condições de Acesso de Pessoal, direcionável e com
cabeça rotativa de corte, controlada de dentro da
couraça ou remotamente. Para instalação de tubos,
conduz uma coluna de tubos para cravação.
Máquina de
perfuração de
túnel com rosca
Auger TBM
Tipo de Máquina de Perfuração de Túnel (TBM) na
qual o solo escavado é removido para o poço de
entrada por eixos helicoidais (rosca) que passam
através do tubo final empurrado atrás da máquina
(TBM).
injection
Glossário de
Termos
N4
Medição durante
a perfuração
Measurement
while drilling
(MWD)
Trenchless
Métodos Não
Destrutivos (MND) technology
Microtunel
Instrumentação de acompanhamento da perfuração que fornece informações contínuas simultaneamente com a execução da perfuração, normalmente transmitindo para uma tela situada na
máquina de perfuração ou em sua proximidade.
Métodos para instalação, recuperação, substituição
ou reparo de tubos, dutos, cabos e outras instalações subterrâneas com o mínimo de escavações, a
partir da superfície do terreno. Pode também compreender métodos associados, tais como detecção
de vazamentos, inspeção e localização da infra-estrutura existente.
Microtunneling Sistema direcionável de Cravação de Tubos por
controle remoto destinado à instalação de tubos
de diâmetro menor que o permitido para Acesso
de Pessoal.
Módulo principal Can
Módulo principal parte de uma Máquina de Perfuração usada em Microtunel. Podem ser usadas duas
ou mais máquinas, dependendo das dimensões
requeridas para instalação e da presença de uma
junta articulada para facilitar o direcionamento.
Ovalização
Ovality
Diferença entre os diâmetros máximo e mínimo,
dividida pelo diâmetro médio, numa determinada
seção transversal da rede, geralmente expressa
em porcentagem.
Penetração no
solo
Earth piercing
Termo alternativo para Perfuração por Impacto.
Perfuração a seco Dry boring
Sistema de perfuração que não utiliza Fluido de
Perfuração. Normalmente associado à Perfuração
Guiada por Impacto, mas também usado em alguns métodos rotativos.
Fluid assisted
Perfuração com
auxílio de fluido boring/
Técnica de Perfuração Guiada que utiliza uma
combinação de perfuração mecânica e jatos pressurizados de fluido para executar o corte do solo.
Perfuração
Direcional
Sistema direcional para instalação de tubos e cabos utilizando um equipamento de perfuração, a
partir da superfície. Esse termo se aplica a travessias de grande ou pequena extensão, bem como
para execução de toda a rede de tubulação, na
qual se executa a Coluna de Perfuração por meio
de um furo piloto com auxílio de um fluido, posteriormente executa-se o alargamento em sentido
contrario ao da perfuração através Alargadores e
Tubo de Reforço até que se atinja o diâmetro necessário para a instalação da Tubulação Final. As
mudanças de direção durante a execução do furo
piloto são feitas através do Excêntrico de Direção,
que graças a sua geometria permite a mudança
de direção em qualquer sentido. O rastreamento
da Coluna de Perfuração é feito através de uma
sonda alojada na cabeça de perfuração que emite
um sinal captado na superfície. Os termos Perfuração Direcional e Perfuração Guiada tendem, nos
últimos tempos, a se sobrepor, sendo que o último,
drilling
Directional
drilling
Glossário de
Termos
N5
antigamente, se referia a equipamentos menores,
destinados a aplicações de menor porte. O termo
Furo Direcional também é usado em ambos os casos, não sendo boa prática deduzir nada sobre a
capacidade do equipamento com base na terminologia.
Perfuração
guiada
Guided
boring
Sistema direcionável de instalação de redes, conduits e cabos usando um equipamento de perfuração com lançamento na superfície ou em um poço
de entrada. Perfura-se um Furo Piloto com uma
Coluna de Perfuração, alargando-o posteriormente
em sentido inverso com um alargador, até a medida requerida pela Tubulação Final. As mudanças
de direção necessárias durante a perfuração do
furo piloto são feitas por uma cabeça assimétrica
de perfuração, jatos excêntricos de fluido ou uma
combinação de ambos, normalmente em conjunto com um Localizador. Embora originalmente se
referissem a aplicações diferentes do mercado, os
termos Perfuração Guiada e Perfuração Direcional
são, atualmente, intercambiáveis.
Guided
Perfuração
guiada com rosca auger
Termo usado em sistemas de Perfuração com Rosca Helicoidal que são similares aos de Microtuneis,
mas com o mecanismo de direcionamento situado
no Poço de Entrada (p.ex. um equipamento de torção hidráulica que gira um eixo de aço com cabeça de corte de face assimétrica). O termo também
pode indicar os sistemas com articulação rudimentar no eixo, próximo a cabeça, acionada por hastes
procedentes do poço de entrada.
Perfuração
horizontal
direcional (HDD)
Horizontal
Directional
Drilling
(HDD)
V. Perfuração Direcional
Perfuração livre
Free boring
Equipamento de Perfuração com Rosca Helicoidal e
sem Tubo de Revestimento
Perfuração
por empuxo
Thrust
boring
Método de execução do Furo Piloto através da introdução de um tubo fechado ou cabeça pelo solo,
a partir de um Poço de Entrada. Alguns modelos
de pequeno diâmetro possuem recursos para direcionamento através de uma cabeça piloto de face
inclinada e monitoração eletrônica, geralmente em
conjunto com um Localizador. Pode-se usar o alargamento no sentido inverso para aumentar o diâmetro do Furo Piloto.
Perfuração
por impacto
Impact
ramming
Termo alternativo para Perfuração por Percussão
Perfuração
por percussão
Impact
moling
Uso de uma ferramenta composta por um martelo de percussão colocado dentro de uma carcaça
adequada, normalmente com forma de torpedo. O
martelo pode ser pneumático ou hidráulico. Normalmente, esse termo está associado a dispositivos não direcionais ou com direcionamento limitado, sem ligação rígida com o poço de entrada.
Baseado na resistência (atrito) do solo durante o
avanço. Durante a perfuração, o solo é deslocado,
boring
Glossário de
Termos
N6
e não removido. Pode-se executar um furo sem
suporte em solo adequado, ou puxar ou empurrar
uma tubulação ou cabo atrás da ferramenta de
perfuração. O termo Penetração no Solo é usado
com freqüência nos Estados Unidos como alternativa a Perfuração por Percussão.
Auger boring
Perfuração por
rosca helicoidal
Técnica de perfuração a partir de um poço de entrada, utilizando uma cabeça rotativa de corte. O
material escavado é removido para o poço de entrada por aletas helicoidais que giram numa carcaça de aço. O equipamento pode ter capacidade
limitada de direcionamento. V. Perfuração Guiada
com Transporte por Rosca.
Perfuratriz de
impacto
Mole
V. Perfuração por Impacto
Perfuratriz de
Porte Médio
Midi-rig
Equipamento de porte médio, direcional, com lançamento da superfície. Destinado á instalação de
tubos e cabos. O rastreamento da Coluna de Perfuração pode ser feito através de uma Sonda ou de
um Localizador.
Poço de acesso
Entry shaft/
pit
Thrust pit
Termo alternativo para Poço de Entrada.
Target shaft/
pit
Drive shaft/
pit
Termo alternativo para Poço de Saída (Drive Pit.)
Launch shaft/
pit
Termo alternativo para Poço de Entrada
Poço de
acionamento
Poço de chegada
Poço de entrada
Poço de
lançamento
Termo alternativo para Poço de Entrada.
Câmara ou escavação onde se posiciona o equipamento de perfuração para a recuperação ou instalação de uma tubulação ou cabo. Pode conter
uma Parede de Reação, para transmitir as cargas
de reação para o solo. Também conhecido como
Poço de Acesso ou Poço de Lançamento.
Poço de Recepção Reception
Termo alternativo para Poço de Saída
Poço de saída
Câmara ou escavação para onde o equipamento de
perfuração é dirigido e recuperado após a instalação ou recuperação da Tubulação Final. Também
conhecido como Poço de Recepção.
shaft/ pit
Exit shaft/pit
Puxamento no
sentido inverso
Pull-back
Fase da Perfuração Guiada ou Perfuração Direcional na qual a Coluna de Perfuração é puxada no
sentido inverso ao da perfuração até o poço de entrada, normalmente instalando a Tubulação Final
simultaneamente.
Quebra de tubos
Pipe cracking
Termo alternativo para Arrebentamento de Tubulação
Radar de
penetração no
solo (GPR)
GPR
Radar usado para localizar vazios no subsolo ou
tubulações subterrâneas desconhecidas a partir da
superfície ou do interior de uma rede.
Recomposição
Reinstatement
Reaterro, compactação e repavimentação, de qualquer escavação para restaurar a superfície e a estrutura do solo, de modo a permitir que desempenhe sua função original.
Glossário de
Termos
N7
Glossário de
Termos
N8
Recuperação
Rehabilitation Melhoria ou recuperação de tubulações por qual-
Rede danificada
Carrier pipe
Tubulação com defeitos que será recuperada por
algum método não destrutivo.
Rede existente
Host pipe
Rede original, na qual se instala o revestimento.
Também chamada de Rede Danificada.
Re-expansão
Re-rounding
Processo preparatório que compreende a introdução de um expansor numa tubulação deformada
para restaurar sua seção circular. Normalmente
esse trabalho é feito antes da inserção de uma tubulação permanente ou reparo localizado.
Renovação
Renovation
Recuperação de redes por Métodos Não Destrutivos (MND).
quer Método Não Destrutivo (MND) ou outras técnicas, que incorpora a estrutura da tubulação e
está voltada para a melhoria de seu desempenho
e o aumento de sua vida útil. A recuperação pode
estar voltada para a melhoria do desempenho estrutural ou hidráulico.
Renovação in situ On-line
V. Inserção com a Rede em Carga.
Reparo com
Remendo
Tipo de Reparo Pontual, no qual uma pequena peça
de material impregnado com resina é posicionada e
curada na Rede Existente.
renovation
Patch repair
Reparo
localizado
Localised
repair
Serviço de reparo em uma rede, particularmente
de esgoto, com comprimentos menores do que a
distância entre dois pontos de acesso.
Reparo pontual
Point repair
Termo alternativo para Reparo Localizado.
Revestimento
Lining
Tubo ou revestimento interno usado para recuperar
uma rede existente, sem escavação.
Revestimento por Spray lining
aspersão
Método de aplicação de um revestimento de argamassa de cimento ou resina através de uma cabeça
de aspersão que é puxado por um guincho com
velocidade controlada através da rede existente.
Revestimento por Sliplining
Inserção
Introdução de um tubo novo, empurrado ou puxado para dentro da rede existente, seguida de injeção no espaço anular. O tubo inserido pode ser
contínuo ou em tubos individuais. Este último as
vezes é chamado de Revestimento por Inserção de
tubos.
Revestimento
por Inserção
com cura in loco
(CIPP)
Sistema em que um tubo de tecido flexível é impregnado com resina e forçado em posição contra
a parede interna de uma rede com defeito ou outro duto antes da cura da resina e endurecimento
do material. A tubulação não curada pode ser puxada por guincho ou sofrer inversão por pressão de
água ou ar. As tubulações podem ser estruturais ou
suplementares à rede existente.
Cured-inplace lining
(CIPP)
Revestimento por Close-fit
Inserção apertada lining
de tubulação
deformada
Sistema de inserção em que a nova rede mantém
contato apertado com a rede existente. Nas técnicas típicas, a tubulação tem seu tamanho reduzido
temporariamente por dobragem ou Compressão,
voltando à forma original após a introdução na
Rede Existente.
Revestimento por Live
insertion
Inserção com a
rede em carga
Instalação de um revestimento, usualmente em redes de gás, no qual a Rede Existente permanece
em serviço. Também conhecido como Recuperação
em Carga.
Revestimento
por Inserção de
nova tubulação
modificada
Modified
sliplining
Termo alternativo para Revestimento por Inserção
Apertada de Tubulação Deformada.
Revestimento
por Inserção de
Segmentos
Segmental
lining
Uso de tubos pré-fabricados em redes com Condições de Acesso de Pessoal para formar uma nova
tubulação em uma rede com defeito. Normalmente, as juntas dos segmentos são vedadas e faz-se
injeção no espaço anular para que haja união com
a rede existente.
Revestimento
por Inserção
de Tubulação
com dobra e
reconformação
Fold & form
liners
Termo usado para descrever alguns sistemas nos
quais se dobra a tubulação para reduzir seu tamanho durante a inserção e depois se faz o mesmo
voltar à forma original com a aplicação de pressão
ou calor. V. Revestimento por Inserção Apertada de
Tubulação Deformada
Revestimento
por Inserção de
tubulação em
espiral
Spiral
lining
Técnica na qual uma tira plástica é enrolada em espiral por uma máquina adequada que trafega pela
Rede Existente à medida que se adicionam novas
tiras. Pode-se executar injeção no espaço anular
ou expandir a tubulação para reduzir esse espaço
e formar um Revestimento por Inserção Apertada
de Tubulação Deformada. Em diâmetros maiores,
pode-se produzir o revestimento no interior da tubulação colocando manualmente a tira plástica em
espiral.
Revestimento
por Inserção
de tubulação
reduzida
Swaged
liners
Tubulação de polietileno cujo diâmetro é reduzido
antes da inserção pela passagem por rolos ou ferramentas, na fábrica ou no campo como parte do
processo de instalação. Após a instalação a tubulação volta a seu tamanho normal através da aplicação de pressão no interior. V. Revestimento por
Inserção de Tubulação com Ajuste Apertado.
Revestimento por Soft lining
Inserção macia
Termo alternativo para Revestimento por Inserção
de Tubulação com Cura in Loco.
Robô
Equipamento com controle remoto monitorado por
Circuito Fechado de Televisão (CFTV), usado principalmente para Reparos Pontuais, corte de interferências, reabertura de ligações domiciliares, injeção de resina em trincas e cavidades, fresagem e
preenchimento.
Robot
Sistema de
rastreamento
Walkover
system
V. Localizador
Sonar
Sonar
Método de diagnóstico de tubulações usando emissão de alta freqüência para estabelecer o perfil interno do tubo. A maioria dos sistemas de sonar são
projetados para trabalhar melhor na água do que
no ar.
Glossário de
Termos
N9
Glossário de
Termos
Sondas
Survey
tools
Equipamentos e instrumentos inseridos no interior
do furo, destinados a determinar a posição do mesmo numa Perfuração Direcional ou investigação de
campo.
Substituição in
situ
On-line
replacement
Arrebentamento de uma rede existente e instalação de uma nova tubulação no mesmo local.
Substituição por
arrebentamento
Pipe
bursting
Técnica de arrebentamento da rede existente usando força mecânica a partir de seu interior e forçando os fragmentos para dentro do solo adjacente.
Ao mesmo tempo, introduz-se a tubulação final,
do mesmo diâmetro ou maior, que segue atrás
da ferramenta de arrebentamento. O dispositivo
de arrebentamento é baseado em uma ferramenta pneumática de Perfuração por Percussão que
converterá a força de avanço em força radial de
arrebentamento, ou por um dispositivo hidráulico
instalado no poço de acesso da rede para exercer
força radial (Arrebentamento Hidráulico). V. também Corte de Tubos.
Trabalho
preliminar
Precondition- Parte da obra, normalmente anterior aos trabalhos
ing work
de recuperação, que compreende a Limpeza Pre-
Travessia
Crossing
Método não Destrutivo (MND) de instalação cujo
objetivo principal é assegurar uma ou mais passagens sob um obstáculo.
Tubo de puxamento Lead pipe
Tubo fabricado para ser instalado na traseira do
cilindro de escavação, no qual se acopla à extremidade do equipamento através da qual é feito o
avanço.
Tubo de reforço
Washover
pipe
Tubo de perfuração rotativa, de diâmetro maior
que o do furo piloto, colocado em torno deste,
com a borda cortante menos avançada. Seu objetivo é proporcionar rigidez para o tubo de perfuração, de modo a assegurar o controle direcional
em furos longos, reduzir o atrito entre a Coluna de
Perfuração e o solo e facilitar a circulação do fluido.
V. Perfuração Direcional.
Tubo de
revestimento
Casing
Tubo usado para dar suporte a um furo. Usualmente, não é a Tubulação Final.
Tubo luva
Sleeve pipe
Tubo instalado como proteção externa da Tubulação Final
Tubos de estação
intermediária
Interjack
pipes
Tubos projetados especialmente para uso numa
Estação Intermediária de Avanço.
Tubulação curada Cured-inplace pipe
in loco (CIPP)
Termo alternativo para Inserção de Tubulação com
Cura in Loco, normalmente implicando recuperação estrutural.
(CIPP)
Tubulação final
N10
paratória e sua Inspeção Interna.
Tubulações de
cravação
Product
pipe
Jacking
pipes
Rede permanente para uso operacional.
Tubulações projetadas para instalação utilizando
métodos de cravação por pistões (macacos hidráulicos)
Valetamento
Trenching
Vazão de
infiltração
Infiltration/ Quantidade total de água de infiltração, sem disinflow (I/I)
tinção de fonte.
Termo alternativo para Escavação a Céu Aberto.
Glossário de
Termos
N11
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE TECNOLOGIA NÃO DESTRUTIVA
AL. OLGA 422 CJ 97 / BARRA FUNDA,
CEP 01155-040 / SÃO PAULO – BRASIL
Tel. 55 (11) 3822-2084
INTERNATIONAL SOCIETY FOR TRENCHLESS TECHNOLOGY
15 BELGRAVE SQUARE, LONDON,
SW1X 8PS, UK INGLATERRA
Tel. +44 (0) 171 259 6755
Fax +44 (0) 171 235 6976