PESQUISAS E INVESTIGAÇÕES DE CAMPO
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.
Colapso parcial de uma rede de esgotos de tubo 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.
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.
REVESTIMENTO POR INSERÇÃO DE NOVO TUBO (SLIPLINING)
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.
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, mas poderá ser a melhor escolha em alguns casos.
REVESTIMENTO POR INSERÇÃO APERTADA DE TUBULAÇÃO DEFORMADA (Close-fit Lining).
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 diâmetro do tubo é reduzido através da passagem por rolos ou ferramentas. Após a inserção, retorna a suas dimensões originais.
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.
REVESTIMENTO POR ASPERSÃO (spray lining)
Trata-se de sistemas de revestimento por aspersão para tubos pressurizados de pequeno diâmetro (sem condições de acesso para pessoas).
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.
Cabeçote de aspersão de revestimento em epóxi
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.
REVESTIMENTO POR INSERÇÃO COM CURA IN LOCO (CIPP – CURED IN PLACE PIPE)
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.
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 necessário 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).
REPAROS LOCALIZADOS PONTUAIS E VEDAÇÃO
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.
Teste e vedação de juntas com utilização de assentador inflável
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”.
RECUPERAÇÃO DE REDES E POÇOS DE VISITA DE GRANDE DIÂMETRO.
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. Deve-se 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.
Instalação de elementos de revestimento de GRP numa rede de esgotos com condições de acesso de pessoa.
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.
SUBSTITUIÇÃO DE TUBULAÇÕES POR ARREBENTAMENTO IN LOCO PELO MESMO CAMINHAMENTO (PIPEBURSTING)
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.
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.
PERFURAÇÃO POR PERCUSSÃO (IMPACT MOLING) E CRAVAÇÃO (IMPACT MOLING)
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.
PERFURAÇÃO DIRECIONAL (HDD) ou GUIADA (UNIDIRECIONAL).
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 durante a execução 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, fazendo-se 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.
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 métodos não destrutivos, o custo relativo da perfuração direcional caiu para um valor equivalente ao da escavação a céu aberto para muitas aplicações, mesmo não levando em conta os custos sociais do desvio e retardamento do tráfego.
CRAVAÇÃO DE TUBOS (PIPEJACKING) E MICRO-TÚNEIS
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.
Máquina de micro-túnel com rosca transportadora, projetada para operação em espaços confinados.