Como é feita a instalação de tubos sem vala: características do método + exemplo de trabalho

Na construção de novas tubulações, bem como na reparação ou substituição de linhas antigas de comunicação, a instalação de tubulações sem vala é ativamente utilizada.

A variedade de métodos permite selecionar a maneira ideal — dependendo da complexidade do trecho ou da densidade de edificações.

Neste material, detalharemos os métodos de instalação de tubulações sem vala e suas características distintivas.

Vantagens e características da instalação sem vala de tubulações

As vantagens óbvias em comparação com os trabalhos de escavação na abertura de valas são os seguintes aspectos:

• redução dos prazos de execução dos trabalhos;
• minimização dos custos de restauração do paisagismo;
• manutenção do funcionamento das infraestruturas no modo normal;
• redução do impacto em áreas ecologicamente sensíveis.

A escolha do método de instalação sem vala da tubulação depende do diâmetro do furo necessário, das características da paisagem e dos solos, do material dos tubos a serem instalados, da presença ou ausência de comunicações existentes.

Corpos d'água naturais, infraestrutura de superfície e subterrânea, vegetação e construções não são afetados, se os trabalhos de construção de tubulações forem realizados pelo método sem vala.

Existem muitas variantes de implementação, mas entre elas podemos destacar quatro métodos principais: saneamento, cravação e perfuração do solo, perfuração direcional horizontal.

Reconstrução e substituição de tubulação pelo método de saneamento

O método de saneamento é aplicado nos casos em que, durante a inspeção, foi identificada a necessidade de substituição total ou parcial da tubulação existente.

Com o saneamento, os seguintes problemas são eficazmente resolvidos:

• entupimento de trechos da tubulação e formação de fissuras;
• destruição de ramificações locais das tubulações por raízes de árvores;
• risco de ruptura dos tubos devido à corrosão.

Dependendo do estado das tubulações e das tarefas definidas, recorre-se à tecnologia de relining ou renovação.

Tecnologia de relining ou “tubo dentro de tubo”

O relining é uma variante de saneamento aplicada a tubulações onde é possível uma redução insignificante do diâmetro. Se a vida útil real dos tubos metálicos expirou e há receio de que estejam funcionando até o próximo rompimento, eles são previamente limpos de depósitos de cálcio, ferrugem e areia.

Prepara-se um inserto de polietileno em forma de manga, que é preenchido internamente com uma composição polimérica distribuída uniformemente ao longo de todo o comprimento. Essa meia polimérica é expandida dentro do tubo sob pressão de água ou ar, simultaneamente sendo invertida para que a composição aplicada anteriormente adira às paredes da tubulação.

Depois que a manga preenche todo o segmento da tubulação desgastada, o processo de polimerização é realizado sob ação da temperatura. Como resultado, aumentam tanto a resistência das tubulações quanto a sua capacidade de vazão.

Outra tecnologia de relining envolve a instalação de novos tubos de polipropileno no interior dos antigos existentes. Dessa forma, substituem-se tubulações de aço, cerâmica, fibrocimento, ferro fundido, concreto e concreto armado com diâmetro de 200-315 mm.

Relining – uma forma rápida e econômica de renovar a tubulação e aumentar sua capacidade de fluxo, apesar da ligeira redução do diâmetro interno dos tubos

É necessário considerar que, nos locais de conexão dos tubos de PVC, forma-se uma junta de cerca de 15 mm, e a partir dela é necessário medir a folga entre o diâmetro interno do tubo antigo e a superfície externa do novo tubo.

Devido à baixa resistência hidráulica dos tubos plásticos, a capacidade de fluxo não se deteriora mesmo com a redução do diâmetro.

Atualização de tubulações pela tecnologia de renovação

Outra opção de reabilitação é a renovação. Diferencia-se do relining por ser uma abordagem muito menos conservadora em relação às comunicações existentes, que são destruídas e compactadas no solo, criando uma camada protetora para a nova tubulação, que geralmente tem um diâmetro maior.

Ao utilizar a tecnologia de renovação, os segmentos desgastados da tubulação antiga são destruídos e pressionados no solo, criando assim uma camada protetora adicional para as novas comunicações.

Para essa instalação de tubos sem vala, é necessário equipamento especializado — é utilizada uma máquina de impacto pneumático com um cone expansor equipado com arestas de corte. O vídeo abaixo do artigo mostra claramente como o cone lida com um tubo de aço de 6 milímetros.

O mecanismo de trabalho é fixado ao cabo de tração, após o que os módulos de tubos de PVC são gradualmente conectados, cujo comprimento pode variar de 600 a 1000 mm — dependendo da largura do poço. A mangueira pneumática é conectada ao compressor e, em seguida, juntamente com o cabo de segurança, é passada através dos módulos conectados.

A entrada da tubulação a ser substituída é alargada e a máquina de impacto pneumático é introduzida nela. Movendo-se pelas comunicações, ela as quebra, enquanto puxa o material de assentamento atrás de si.

Métodos de cravação do solo

A cravação do solo também é realizada por um número significativo de variações. São elas: a tecnologia de microtunelamento, o uso de marteletes pneumáticos, a perfuração direcionada com rosca, a perfuração dirigida e não dirigida.

Cada um desses métodos de instalação sem vala é demandado e relevante dependendo da localização das comunicações.

Revestimento para tubos ou método de perfuração não direcionada

Neste método, o tubo de revestimento é cravado no solo, enquanto simultaneamente é feita a extração do solo. Na maioria das vezes, são utilizadas brocas helicoidais para a extração, e menos frequentemente, ar comprimido e jato de água.

A perfuração não dirigida é aplicada em qualquer tipo de solo, embora possam surgir dificuldades no caso de solos não coesivos e na presença de pedras grandes, quando o tubo de revestimento é comprimido pelo solo ou seu avanço é bloqueado.

Na fase de preparação dos trabalhos, o tubo de revestimento é posicionado na cava exatamente no eixo da perfuração. Devido a possíveis obstáculos, a trajetória de movimento pode ser ajustada utilizando-se dois tubos, sendo um deles de diâmetro maior que o necessário, e dentro dele é instalada a corda de tubos do diâmetro necessário.

O tubo externo serve como uma espécie de luva e protege a tubulação de trabalho, o que é relevante nos casos em que a instalação é feita sob ferrovias ou linhas de bonde, bem como sob rodovias com grande carga.

Uma das instalações mais comuns para a instalação não destrutiva de uma corda de tubos de pequeno diâmetro. As vantagens da instalação – compactação e facilidade de transporte.

A diferença de diâmetro normalmente é de 150-250 mm, e a distância entre tubos deve ser preenchida com argamassa de cimento e areia. Dessa forma, reduz-se a pressão do solo sobre o tubo de trabalho, diminui a carga dos veículos sobre ele, e também se garante proteção contra a influência de outras redes de utilidades próximas.

O comprimento dos segmentos dos tubos de revestimento varia de 3 a 12 metros; durante a instalação, eles são soldados sequencialmente.

Diferenças da perfuração direcionada

Este método difere da perfuração não direcionada pelo uso adicional de desviadores — placas de aço fixadas na parte frontal do tubo de revestimento. Elas são levantadas por cilindros hidráulicos, corrigindo assim a direção da perfuração.

A unidade de perfuração direcionada do solo UPGK-40U pode ser utilizada em poços com diâmetro de até um metro e tampa de bueiro de até 600 mm.

Em ambos os casos, é utilizada uma solução de bentonita para reduzir o atrito, que após a instalação da tubulação é bombeada e, após filtragem, pode ser reutilizada.

Mais detalhes sobre a tecnologia de instalação de tubulações pelo método de perfuração podem ser lidos em neste material.

Uso de perfuradores pneumáticos em solos densos

O uso de martelos pneumáticos para perfuração do solo é a maneira mais barata, rápida e eficaz, devido à precisão relativamente alta da passagem sem vala.

Este método não requer a fabricação de suportes adicionais para macacos hidráulicos, utiliza equipamentos pequenos e fáceis de transportar, e exige requisitos mínimos de preparação do canteiro de obras.

Um martelo pneumático com essa potência é usado para perfurar poços com diâmetro de 155 mm (sem expansor) a 245 mm (com uso de expansor).

Através do ar comprimido, desenvolve-se energia de impacto suficiente, sob a ação da qual um tubo de aço aberto com até 80 metros de extensão é cravado em solos de alta resistência. A velocidade média de instalação é de 15 metros por hora. Após a colocação, os tubos são limpos do solo com água e ar comprimido. Tubos de grande diâmetro são limpos manualmente.

Vantagens da tecnologia de microtunelamento

O processo de microtunelamento é totalmente automatizado. Os tubos de revestimento e de trabalho são fabricados não apenas em aço, mas também em cerâmica, fibra de vidro, ferro fundido e concreto armado. A distância média de avanço sem reinstalação da estação de macacos é de 100 a 250 metros.

Os complexos de perfuração de microtúneis permitem instalar invólucros de aço e concreto armado com diâmetro de até 1700 mm em solos que contenham pedras e inclusões rochosas.

A distância do percurso varia conforme o tipo de solo, a potência do quadro de cravação com que o complexo de microtúneis está equipado, bem como o material dos tubos utilizados — dependendo da força de compressão que o tubo pode suportar.

Utilização de equipamentos para perfuração direcional helicoidal

O uso de equipamentos de perfuração com trado é uma alternativa barata ao microtunelamento. Esses equipamentos permitem instalar tubos de revestimento com alta precisão e cumprimento da inclinação projetada, o que é relevante para redes de esgoto por gravidade.

As limitações de uso podem ser areias movediças e grandes inclusões sólidas no solo. A distância de avanço geralmente não excede 80 metros.

A extensão máxima do poço até a reinstalação do equipamento de perfuração com trado – cerca de 80 metros. A distância também depende da resistência do tubo de revestimento.

O uso de trado com eixo oco permite realizar a perfuração sem escavação de poço de recepção.

Método de perfuração direcional horizontal

Talvez este seja o método mais caro dentre todos os existentes na instalação de tubos sem vala, mas também o mais tecnológico.

Recorre-se à perfuração horizontal direcionada (PHD) não apenas quando é necessário perfurar longas distâncias e instalar tubos de grandes diâmetros, mas também nos casos em que é necessário instalar um pequeno trecho de tubulação de pequeno diâmetro nas proximidades de propriedades privadas ou objetos de valor cultural.

No processo, utiliza-se fluido de perfuração, que garante a redução do atrito durante a tração da linha de tubos, a manutenção do solo escavado em suspensão para evitar o esmagamento do material instalado, o resfriamento e a lubrificação do equipamento, e a remoção do solo escavado para a superfície.

O fluido de perfuração é preparado diluindo bentonita — um mineral natural com um conjunto de aditivos especiais — em água. A suspensão resultante evita o colapso dos canais, elimina a necessidade de bombeamento parcial ou total das águas subterrâneas, pois é capaz de desempenhar suas funções mesmo em solos permeáveis.

A perfuração direcional horizontal em solos saturados de água exige controle rigoroso da pressão e da vazão do fluido de perfuração, bem como o uso de aditivos especiais em sua preparação.

Como a água para preparar a solução é retirada de corpos d'água próximos, é necessário considerar a presença de sais minerais e o pH das águas subterrâneas, pois esses parâmetros podem afetar a estabilidade da suspensão. Essa abordagem permite evitar a erosão descontrolada.

A execução dos trabalhos de perfuração direcional horizontal (PDH) pode ser dividida em várias etapas:

• planejamento da trajetória de perfuração;
• preparação do local de trabalho;
• execução do furo piloto;
• etapa de alargamento do furo;
• puxada reversa;
• restauração da área.

Vamos analisar cada item do plano.

Fase de planejamento e cálculo da trajetória do poço

Antes de iniciar a perfuração, é necessário calcular e planejar a trajetória do furo.

Considerar não apenas o comprimento e a profundidade do percurso, mas também possíveis obstáculos, tais como:

• compactabilidade do solo, sua porosidade e adesividade;
• teor de umidade e nível do lençol freático;
• presença de grandes pedras e rochas;
• estruturas subterrâneas adjacentes à zona de perfuração.

São identificados os riscos potenciais e enviadas notificações aos serviços de emergência e ao Departamento de Trânsito (GIBDD).

Mesmo ao instalar tubulações em curta distância, é necessário calcular com precisão a trajetória do furo, bem como considerar os riscos potenciais.

É elaborado um desenho da trajetória de perfuração ou é feita a marcação diretamente na superfície do terreno. Em uma abordagem de engenharia séria, são considerados os ângulos de entrada e saída da broca, bem como os raios de curvatura mínimos permitidos da coluna de hastes.

A maior carga sobre o equipamento ocorre durante o alargamento simultâneo do furo piloto e a instalação da tubulação, portanto os cálculos são feitos considerando a potência do equipamento.

Organização do local para perfuração direcional horizontal

O conjunto de perfuração direcional horizontal (PDH) é transportado até o local, descarregado e posicionado no local de trabalho. É necessário verificar o ângulo de inclinação da estrutura de perfuração e realizar a fixação com ancoragem da máquina.

Sem essa fixação, a própria broca, seu acionamento e a estrutura de perfuração se desgastam mais rapidamente, portanto não se deve negligenciar a fixação. Em seguida, deve-se realizar um teste de partida do misturador de suspensão e dos motores da máquina, verificando a estabilidade das conexões das mangueiras do sistema hidráulico.

Execução do poço piloto

A perfuração piloto consiste em percorrer todo o comprimento da trajetória do poço com um pequeno diâmetro, suficiente para puxar a haste. O primeiro segmento é carregado na haste guia, a conexão roscada é abundantemente lubrificada e conectada à cabeça de perfuração — um dispositivo composto por um transmissor do sistema de localização, a própria lâmina de perfuração e também um filtro de alimentação de suspensão.

Em seguida, é feita a alimentação da solução de bentonita e o ajuste da pressão — isso é necessário para garantir que a suspensão passe pelas mangueiras para a haste de perfuração, entre no fuste, filtro e bicos da cabeça de perfuração, e depois saia com a pressão adequada.

O operador da máquina faz a abertura de entrada perpendicular à superfície do solo em relação ao eixo longitudinal da cabeça de perfuração, e em seguida realiza a perfuração, adicionando sucessivamente a haste.

Uma pequena equipe de operadores, mínima interferência na paisagem existente, alta velocidade de construção de dutos – argumentos convincentes a favor da PHD

O operador do sistema de localização faz marcações de posições, profundidade e ângulo de perfuração, verifica a trajetória planejada e registra a trajetória real no plano, se for necessário reorientar. Depois que a cabeça de perfuração aparece no ponto de saída, a perfuração piloto é concluída.

Etapas de alargamento do poço e instalação do túnel

Durante a perfuração piloto, é formado um poço com largura de 75-100 mm, que é suficiente para a instalação de comunicações de pequeno diâmetro. Se o diâmetro do poço for menor do que o necessário, então, no sentido oposto, é puxado um alargador.

Frequentemente, esta etapa é combinada com a colocação dos meios de comunicação; então, atrás do alargador rotativo, é instalado um swivel para evitar que o material instalado torça.

Em alguns casos, considerando os esforços necessários para o puxamento, o alargamento do poço é feito separadamente até que o tamanho do túnel permita a instalação do material com o diâmetro necessário.

O puxamento reverso também é feito com alimentação de fluido de perfuração para reduzir o atrito do material com as paredes do poço. À medida que a haste é puxada ao longo do comprimento da barra, o operador da PHD desliga a alimentação da suspensão, para a rotação e desconecta a barra, e em seguida retoma a operação da máquina.

O procedimento é repetido até que o alargador apareça na abertura de entrada do poço.

Conclusão dos trabalhos e restauração do paisagismo

Após a conclusão da instalação do duto sem vala, o motor da máquina é desligado, a haste de comunicações instalada é desconectada, os conectores, o swivel e o filtro são removidos.

Todos os dispositivos são limpos de terra, tratados com lubrificante à prova d'água. Os resíduos de suspensão são bombeados, a vala é preenchida e, se possível, a paisagem natural ou próxima à natural é restaurada.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Perfuração de poço com meios improvisados em terreno particular:

Vídeo sobre a aplicação do método de relining:

Princípio da renovação – destruição do tubo de aço:

Instruções passo a passo para usar a instalação compacta de HDD:

A aplicação do método sem vala para instalação de utilidades implica o uso de equipamentos especiais e certos dispositivos. No entanto, para curtas distâncias, é possível perfurar um furo de 50-100 mm de diâmetro, tendo à mão aparelhos elétricos comuns. O importante é realizar os cálculos corretamente.

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