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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL DIEGO REBOUÇAS FORTES ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE TUBULAÇÕES SOB INTERFERÊNCIA FEIRA DE SANTANA - BA 2010
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL
DIEGO REBOUÇAS FORTES
ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE
TUBULAÇÕES SOB INTERFERÊNCIA
FEIRA DE SANTANA - BA
2010
DIEGO REBOUÇAS FORTES
ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE
TUBULAÇÕES POR INTERFERÊNCIA
Monografia apresentada como requisito
para a obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Civil outorgado pela
Universidade Estadual de Feira de
Santana.
Orientador: Prof. Dr. João Carlos B. J. da
Silva
Co-orientadora: Maria do socorro São
Matheus.
FEIRA DE SANTANA – BA
2010
DIEGO REBOUÇAS FORTES
ESTUDO DO USO DE MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS EM TRAVESSIAS DE
TUBULAÇÕES SOB INTERFERÊNCIA
Monografia apresentada como requisito
para a obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Civil outorgado pela
Universidade Estadual de Feira de
Santana.
Feira de Santana, 20 de outubro de 2010.
___________________________________________________
Orientador: Prof.º Doutor João Carlos B. J. Da Silva
Universidade Estadual de Feira de Santana
___________________________________________________
Co-orientadora: Professora Doutora Maria do Socorro são Matheus
Universidade Estadual de Feira de Santana
__________________________________________________
Avaliador Professor Areobaldo de Oliveira Aflitos
Universidade Estadual de Feira de Santana
Dedico este trabalho a toda a minha
família
AGRADECIMENTOS
Os meus sinceros agradecimentos:
A minha mãe que sempre me deu estrutura para realizar os meus objetivos.
Aos professores João Carlos e Maria do Socorro pelo conhecimento cedido e por me orientar
com tamanha dedicação e paciência.
A minha namorada não só por esta sempre ao meu lado, quando precisei mas por me orientar
sempre que necessário.
A todos os colegas da turma 2005.1, em especial a Rafael Ribeiro por toda ajuda que me foi
dada.
RESUMO
Ainda hoje no Brasil o método convencional para realização de escavação para
assentamento de tubulações é bastante utilizado, entretanto, já existem tecnologias que a
depender das particularidades da obra podem ser muito mais eficientes, principalmente quanto
ao impacto causado ao espaço físico. No Brasil as tecnologias não destrutivas mais usadas
são: o furo direcional, o método „‟slurry shield machine‟‟ e o túnel linear. O método do furo
direcionado tem inúmeras aplicações porem só pode ser usado para assentamento de
tubulações de até 600 mm, o contrário ocorre com o „‟slurry shield machine‟‟, onde se
executam redes que variam de 500 mm a 2000 mm, já o túnel linear pode ser usado para
qualquer diâmetro. Sua execução é bastante simples, entretanto sua produtividade é bem
menor. O mesmo não acontece com os „‟shields‟‟, estes necessitam de uma estrutura
complexa para viabilizar a sua execução, alem de mão-de-obra cara e especializada. A
execução do furo direcionado é de fácil execução, porem, a falta de operadores qualificados
também é um problema.
Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre os métodos não
destrutivos de escavação, abordando as vantagens em relação ao metodo de escavação a céu
aberto e as especificidades de cada um deles.
ABSTRACT
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Simulação de um emissário submarino (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008) . 22
Figura 2.2: Fluxograma de estudos para projeto executivo (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
.................................................................................................................................................. 25
Figura 2.3: Poço de emboque circular (CALÇA, 2007) ........................................................... 26
Figura 2.4: Laser instalado (CALÇA, 2007) ............................................................................ 26
Figura 2.5: Anel de emboque (CALÇA, 2007) ........................................................................ 27
Figura 2.6: Anel de cravação (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008) ................................... 28
Figura 2.7: Furo de lubrificação (CALÇA, 2007). ................................................................... 28
Figura: 2.8: Cone de trituração (CALÇA, 2007). ..................................................................... 31
Figura: 2.9: Bolsa em anéis metálicos (CALÇA, 2007). .......................................................... 31
Figura: 2.10: Junta em anéis de borracha (CALÇA, 2007). ..................................................... 31
Figura 2.11: Arranjo geral do sistema „‟slurry shield machine‟‟(CALÇA, 2007). .................. 32
Figura 3.1: Máquina Navigator da vermeer (NEPOMUCENO, 2008). ................................... 35
Figura 3.2: Equipamento de pequena capacidade (ABRATT, 2006) ....................................... 36
Figura 3.3: Equipamento de média capacidade (ABRATT, 2006) .......................................... 36
Figura 3.4: Equipamento de grande capacidade (ABRATT, 2006) ......................................... 36
Figura 3.5: Fluxograma para montagem do equipamento (ABRATT, 2006) .......................... 37
Figura 3.6 – Componentes do Equipamento de Perfuração: a) Motor do Navigator; b) Bombas
Hidráulicas; c) Bombas de fluído; d) Manômetros de verificação; e) Computador de bordo.
(NEPOMUCENO, 2008). ......................................................................................................... 38
Figura 3.7: Tanque misturador de fluidos (NEPOMUCENO, 2008). ...................................... 39
Figura 3.8: Pá cortante (NEPOMUCENO, 2008). ................................................................... 40
Figura 3.9: Transmissor de dados (NEPOMUCENO, 2008). .................................................. 43
Figura 3.10: Cabeça cortante para corte giratório em rocha (NEPOMUCENO, 2008). .......... 44
Figura 3.11: Equipamento para corte por impacto (NEPOMUCENO, 2008). ......................... 45
Figura 3.12: Cabeça cortante para corte por arrasto ................................................................. 45
Figura 3.13: Alargador (PALAZZO, 2008). ............................................................................ 46
Figura 3.14: Puxamento do tubo (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008). ............................. 46
Figura 3.15: Método de inspeção visual (ABRATT, 2006). .................................................... 47
Figura 4.1: Fluxograma do procedimento executivo do túnel (ABRATT, 2006) .................... 49
Figura 5.1: Trincheira para emboque do túnel (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010). ........................................................................................................................................ 54
Figura 5.2: Flange das chapas (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010). ............. 54
Figura 5.3: Fluído de preenchimento (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010). ... 55
Figura 5.4: Bomba e misturador de fluído (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010). ........................................................................................................................................ 55
Figura 5.5: Poço de emboque no canteiro central (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE
SANTANA, 2010) .................................................................................................................... 56
Figura 5.6: Água de infiltração vinda da galeria (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010) ......................................................................................................................................... 57
Figura 5.7: Furo para injeção de argamassa fluída (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE
SANTANA, 2010) .................................................................................................................... 57
Figura 5.8: Maciço rochoso em seção plena (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010) ......................................................................................................................................... 58
Figura 5.9: Guincho foguete (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010) ................. 58
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Evolução das técnicas de cravação de tubos (COUTINHO & NEGRO JUNIOR,
1995). ........................................................................................................................................ 19
Tabela 2.2: Vantagens da utilização do método „‟Slurry Shield Machine‟‟ (CALÇA, 2007) . 21
Tabela 2.3: Produtividade dos métodos (FREITAS & FREITAS, 2002). ............................... 22
Tabela 2.4: Parâmetros de projeto em relação aos diâmetros dos „‟shields‟‟ (CALÇA, 2007).
.................................................................................................................................................. 23
Tabela 2.5: Especificações técnicas dos equipamentos (CALÇA, 2007)................................. 24
Tabela 2.6: Etapas para execução de método (MATSSUI & KOTCHEN, 2003). ................... 30
Tabela 3.1: categorias das máquinas ........................................................................................ 35
Tabela 3.2: Relação entre tipo de solo e fluído de perfuração (MATSSUI & KOTCHEN,
2003). ........................................................................................................................................ 41
Tabela 3.3: Ensaio de Marsh (PALAZZO, 2008). ................................................................... 41
Tabela 4.1: Comparativo entre os Métodos .............................................................................. 51
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 15
1.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES ......................................................................... 15
1.2 JUSTIFICATIVA ........................................................................................................... 16
1.3 HIPÓTESE ..................................................................................................................... 16
1.4 OBJETIVOS ................................................................................................................... 17
1.4.1 Objetivo Geral ............................................................................................. 17
1.4.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 17
2 MÉTODO DE ESCAVAÇÃO ‘’SLURRY SHIELD MACHINE PIPE JACKING’’ .. 18
2.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 18
2.2 HISTÓRICO ................................................................................................................... 19
2.2.1 Período ......................................................................................................... 19
2.2.2 Década de 60 ................................................................................................ 19
2.2.3 Emprego mais freqüente da técnica de cravação de tubos........................... 19
2.2.4 Década de 70 ................................................................................................ 19
2.2.5 Associações de „‟pipe jacking‟‟ ................................................................... 20
2.2.6 Década de 70 - Brasil ................................................................................... 20
2.2.7 Mine túneis, com equipamentos de frente aberta e escavação manual ........ 20
2.2.8 A partir de 1993 – Brasil ............................................................................. 20
2.2.9 Máquinas mais modernas ............................................................................ 20
2.3 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO „‟SLURRY SHIELD MACHINE PIPE
JACKING‟‟ .......................................................................................................................... 21
2.4 APLICAÇÕES ............................................................................................................... 21
2.5 PRODUTIVIDADE ....................................................................................................... 22
2.6 ESTUDOS PRELIMINARES ........................................................................................ 23
2.7 ELEMENTOS BÁSICOS PARA EXECUÇÃO DO MÉTODO ................................... 26
2.7.1 Poço de Emboque ........................................................................................ 26
2.7.2 Poço de Desemboque ................................................................................... 27
2.7.3 Sistema de cravação das Tubulações de Concreto Pré-Moldado ................ 27
2.7.4 Controle de Direcionamento do „‟Shield‟‟ .................................................. 29
2.7.5 Funcionamento Abaixo do Nível de Água .................................................. 29
2.8 MÉTODO DE EXECUÇÃO .......................................................................................... 29
2.9 EQUIPAMENTOS ......................................................................................................... 32
3 ESCAVAÇÃO UTILIZANDO PERFURAÇÃO DIRECIONAL ................................... 34
3.1 HISTÓRICO ................................................................................................................... 34
3.2 EQUIPAMENTOS PARA PERFURAÇÃO .................................................................. 34
3.2.1 Montagem do Equipamento de Perfuração e do sistema de direcionamento.
.......................................................................................................................................... 37
3.3 COMPONENTES DO EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO .................................... 38
3.4 TANQUES DE MISTURA DE FLUIDOS .................................................................... 39
3.5 AS HASTES DE PERFURAÇÃO ................................................................................. 40
3.6 OS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO ............................................................................... 40
3.6.1 Funções do Fluído de Perfuração ................................................................ 42
3.7 PLANEJAMENTO DO FURO ...................................................................................... 42
3.8 EXECUÇÃO DO MÉTODO ......................................................................................... 43
3.9 PERFURAÇÃO EM ROCHA ........................................................................................ 44
3.10 ALARGAMENTO DO FURO E PUXAMENTO DA TUBULAÇÃO ....................... 45
3.11 IDENTIFICANDO AS INTERFERÊNCIAS .............................................................. 46
3.11.1 Métodos de identificação das interferências ............................................ 46
4 ‘’TUNNEL LINER’’ ........................................................................................................... 48
4.1 EQUIPAMENTOS ......................................................................................................... 48
4.2 SONDAGENS ................................................................................................................ 48
4.3 ACOMPANHAMENTO TOPOGRÁFICO ................................................................... 49
4.4 EXECUÇÃO .................................................................................................................. 49
4.5 CONSOLIDAÇÃO DO SOLO ...................................................................................... 50
4.6 INJEÇÕES DE ARGAMASSA DE SOLO-CIMENTO ................................................ 50
4.7 COMPARATIVOS ENTRE OS MÉTODOS ................................................................ 51
5 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO ‘’TUNNEL LINER’’............................................ 52
5.1 Dados Gerais ................................................................................................... 52
5.1.1 Dados do Empreendimento .......................................................................... 52
5.1.2 Dados das Travessias ................................................................................... 52
1º Travessia: Anel rodoviário de feira de Santana ............................................ 52
2º Travessia: Avenida Jose falcão .................................................................... 53
5.1.3 Travessia por sob o Anel Rodoviário .......................................................... 53
5.1.4 Travessia por sob a Avenida José falcão ..................................................... 56
CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 59
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 60
ANEXO A - CROQUI DA AV. JOSE FALCÃO, FEIRA DE SANTANA-BA ................ 62
ANEXO B - RELATÓRIOS DE SONDAGEM A PERCUSSÃO ...................................... 63
15
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES
A utilização dos métodos não destrutivos (MND) para a execução de travessias
sob interferência é de suma importância, face aos problemas gerados por uma eventual
escavação realizada abrindo trincheiras, quer seja para drenagem, água, esgoto, telefonia,
eletricidade, gás, etc. São varias as tecnologias existentes hoje no Brasil para a execução
destas travessias, sendo cada uma específica para cada tipo de travessia, ou seja, dependendo
do diâmetro e material da tubulação, da extensão, da profundidade, da finalidade, enfim das
características inerentes a cada projeto, existe um método técnica e economicamente mais
viável.
Alguns métodos utilizam máquinas especiais que perfuram o subsolo
horizontalmente, entre dois poços de acesso, por onde serão passadas as tubulações. Desta
forma, não é necessário rasgar toda a extensão do piso por sob o qual passará a instalação.
Esse método é extremamente útil para travessias de qualquer tipo (rodovias, ferrovias,
riachos, estruturas etc.). Para o caso de travessia em rodovias a utilização deste processo
também evita a reposição do pavimento por abertura de valas, reposição esta que nem sempre
reproduz a situação original do pavimento.
O custo direto em muitos casos já é equivalente ao método com abertura de
valas contínuas, mas as vantagens são enormes: precisão na execução da obra; redução de
prazos; não interrupção do trânsito na área de trabalho; grande redução do custo social
(NUVOLARI, 2003).
Durante os últimos 15 anos, a perfuração direcionada horizontal, tem
revolucionado a indústria da instalação de produtos sob a superfície. Hoje este processo é o
preferido entre as companhias de água, gás, elétricas, etc., pois evita o inconveniente de valas
abertas, e conseqüentes prejuízos (COUTINHO & NEGRO JUNIOR, 1995).
Em Feira de Santana, durante a obra de ampliação do sistema de esgotamento
sanitário da cidade foi efetuado uma travessia de tubulação de esgoto sob o anel rodoviário,
sendo utilizado um Método não Destrutivo, mais especificamente a execução de um mini
túnel em chapas corrugadas de metal. A „‟Armco Staco‟‟ desenvolveu com tecnologia
exclusiva, o sistema não-destrutivo túnel linear, largamente utilizado em milhares de obras no
Brasil e no exterior.
16
Túnel linear é uma solução bastante prática para a execução de túneis de
pequenos a médios diâmetros (1,20m a 5,00m) na forma circular, e túneis com dimensões
variadas nas formas de elipse, lenticular, arco e passagens de veículos/pedestres, podendo ser
implantados na maioria dos tipos de solo. Sua tecnologia de execução é bastante simples e
rápida (NUVOLARI, 2003).
1.2 JUSTIFICATIVA
Executar obras com valas a céu aberto em vias de grande densidade de tráfego,
como ruas, avenidas, estradas e ferrovias, causa grandes transtornos: interrupção do tráfego,
congestionamento no trânsito, acidentes com pedestres, dificuldades de acesso, etc.
Quando se levam esses fatores em consideração, o processo não-destrutivo é o
mais recomendável. Os métodos não destrutivos estão sendo cada vez mais usados no Brasil
e, como o futuro da engenharia é a qualidade dos serviços são necessárias inovações
tecnológicas que possibilitem essa melhoria. Esse estudo irá mostrar como são executados
alguns métodos não destrutivos, suas limitações e a importância destes técnicos para a
engenharia civil.
1.3 HIPÓTESE
O uso dos métodos não destrutivos em obras de travessias de condutos é a
solução para evitar os transtornos que uma travessia feita pelo método de escavação
convencional causaria na área, alem da melhora na qualidade da obra com redução de tempo
na execução e redução dos custos sociais.
17
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo Geral
Estudar os Métodos Não Destrutivos de travessias de condutos, abordando
aspectos do projeto e execução, especificações técnicas e estudos preliminares.
1.4.2 Objetivos Específicos
Abordar três dos vários Métodos Não Destrutivos existentes para
escavação em solo.
Abordar a efetiva utilização dos Métodos Não Destrutivos, bem como
suas vantagens em relação ao método convencional de abertura de
valas.
Abordar as dificuldades oriundas do tipo de subsolo durante a utilização
do método.
18
2 MÉTODO DE ESCAVAÇÃO ‘’SLURRY SHIELD MACHINE PIPE JACKING’’
2.1 INTRODUÇÃO
„‟Com o crescimento dos centros urbanos, tornou-se necessário a melhoria e a
expansão da rede de utilidades públicas (água, esgoto, eletricidade, telefonia etc.). Em áreas
densamente edificadas, com grande ocupação do espaço subterrâneo, a execução de obras
subterrâneas em valas a céu aberto causa impactos sócio-econômico-ambientais cada vez
maiores. Por menores que sejam obras subterrâneas a céu aberto causam enormes transtornos
nos centros urbanos e nas vias principais, em especial na interferência com o trânsito
naturalmente intenso‟‟. Por esse motivo, obras com custos diretos extremamente modestos se
tornam inviáveis devido aos altos custos sociais inerentes aos atrasos e perturbações que
ocasionam a milhares de pessoas, muitas vezes por períodos prolongados. Dentro deste
panorama, a tecnologia do “slurry pipe jacking”, tornou-se atraente frente a métodos
tradicionais, como a solução em vala a céu aberto, principalmente para a construção de novas
redes de esgoto, por minimizar os impactos e oferecer maior produtividade com menor risco
técnico e econômico (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
Justifica-se assim o interesse de se intensificar os estudos e as pesquisas sobre
esta tecnologia que, apesar de estar sendo aplicada em algumas obras ainda carece de suporte
teórico capaz de estimar melhor as variáveis operacionais do sistema de cravação e suporte da
frente de escavação.
19
2.2 HISTÓRICO
2.2.1 Período
A técnica de cravação de tubos foi desenvolvida nos Estados Unidos há cerca
de 100 anos, e sua evolução no mundo e no Brasil está apresentada na Tab. 2.1.
Tabela 2.1: Evolução das técnicas de cravação de tubos (COUTINHO & NEGRO JUNIOR,
1995).
Período Técnica utilizada
Década de 60 Emprego mais frequente da técnica de
cravação de tubos
Década de 70 Associações de ¨pipe jacking¨
Década de 70 – Brasil Mini-túneis, com equipamentos de frente
aberta e escavação manual
A partir de 1993 – Brasil Máquinas mais modernas
2.2.2 Década de 60
No mundo a tecnologia de escavação de túneis do tipo „‟shield‟‟ remete do
século passado, entretanto o metodo ao longo dos anos e principalmente a partir de 1960 vem
agregando uma serie de inovações tecnológicas
2.2.3 Emprego mais freqüente da técnica de cravação de tubos
No início a técnica de escavação de túneis utilizando os „‟shields‟‟ e a cravação
de tubos, se confinaram no eixo Rio - São Paulo. Atualmente o seu uso se espalhou pelo país
e pode ser encontrado em todas as capitais (COUTINHO & NEGRO JUNIOR, 1995).
2.2.4 Década de 70
A tecnologia „‟pipe jacking‟‟ teve o seu desenvolvimento quase simultâneo no
Japão e Alemanha ao longo da década de 1970 e sofreu intensa evolução ao longo dos anos
20
1980 e 1990, com a incorporação de sistemas de informática, automação e direcionamento a
laser. (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
2.2.5 Associações de „‟pipe jacking‟‟
As primeiras associações de „‟pipe jacking‟‟ começaram a ser organizadas na
década de 70. A partir daí essa técnica passou a ser mais utilizada e o mercado para seu uso
cresceu significativamente.
2.2.6 Década de 70 - Brasil
Os mini túneis começar a ser introduzidos no Brasil no início da década de 70,
com equipamentos de frente aberta e escavação manual. (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
2.2.7 Mine túneis, com equipamentos de frente aberta e escavação manual
As primeiras tecnologias criadas eram de frente aberta, onde o funcionário
tinha que ir na frente da couraça realizando a escavação manual. Todo material escavado era
retirado em vagões que se deslocavam sobre trilhos até o exterior do túnel (MATSSUI &
KOTCHEN, 2003).
2.2.8 A partir de 1993 – Brasil
No Brasil somente a partir de 1993 começou a serem introduzidos os primeiros
equipamentos mais modernos para escavação de túneis („‟slurry shield machine pipe
jacking‟‟). Essa inovação se deu principalmente no estado de São Paulo.
2.2.9 Máquinas mais modernas
Os equipamentos mais modernos já possuíam uma tecnologia mais evoluída,
onde a escavação abaixo do nível da água, em rocha e solos instáveis tornou-se possível.
Além disso, o controle e direcionamento do „‟shield‟‟ é todo automatizado e controlado por
computador (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
21
2.3 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DO „‟SLURRY SHIELD MACHINE PIPE
JACKING‟‟
As vantagens da utilização do método são inúmeras, e se mostram claras tanto
na superfície quanto no subsolo por onde irá passar a rede, suas vantagens estão expostas na
Tab. 2.2.
Tabela 2.2: Vantagens da utilização do método „‟Slurry Shield Machine‟‟ (CALÇA, 2007)
Vantagens para a superfície Vantagens para o subsolo
Reduzir a praticamente zero o número de
rompimento e reposição de ruas
Evitar desmoronamentos
Minimizar os transtornos e sujeira durante a
execução
Evitar medidas muito caras para estabilizar o
subsolo
Reduzir drasticamente o número de
engarrafamentos devido à paralisação ou
desvios no transito
Ser adequado para uma grande variação de
solos incluindo argilas moles, areias,
pedregulhos, pedras e alterações de rocha.
Minimizar a perturbação no subsolo com a
conseqüente redução de recalques na
superfície
Operar em solos com pressão de lençol
freático de até 30 m
Apresentar um baixo risco de danos as
tubulações já existentes
Instalar tubulações com precisão de até 2 cm
Permitir a instalação de trechos de até 350 m
entre os poços de serviço
Possuir vedação através de anéis de borracha,
o que aumenta muito a estanqueidade
Reduzir o volume de material escavado Dispensar a entrada de pessoas para operação
e escavação
Permitir travessias sob córregos, rios, e até
emissários submarinos.
Ser executado com tubos de grande
resistência (40 Mpa) e impermeabilidade,
aumentando assim a durabilidade da obra.
2.4 APLICAÇÕES
O método „‟slurry shied machine‟‟ atualmente vem sendo usado em diversos
tipos de obras, destacando-se coletores de esgoto, adutoras de água, dutos de gás, redes de
22
cabos elétricos e telefonia, sistemas de drenagem de águas pluviais, passagens subterrâneas
para pedestres e até emissários submarinos como mostra a Fig. 2.1
Figura 2.1: Simulação de um emissário submarino (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008)
2.5 PRODUTIVIDADE
A produtividade do método „‟slurry shield machine‟‟ em comparação a outros
métodos similares, tais como o método do túnel linear é muito maior. A Tab. 2.3 mostra o
comparativo das suas produtividades mensais dos dois métodos (MATSSUI & KOTCHEN,
2003).
Tabela 2.3: Produtividade dos métodos (FREITAS & FREITAS, 2002).
Produtividade do ‘’shield’’ e do túnel linear
Produção mensal
''shield'' 100 a180 m
Escavação com túnel linear 30 a 50 m
Essa diferença é tão grande porque o túnel linear é executado de maneira
manual, utilizando uma tecnologia bastante simples e com limitações, ao passo que o „‟slurry
shield machine‟‟ utiliza tecnologia de ponta na sua execução e navegação, aumentando muito
sua produtividade, sobretudo em escavações de maiores profundidades e abaixo do nível
d‟água.
23
2.6 ESTUDOS PRELIMINARES
Para utilização do método „‟slurry shield machine‟‟, é necessário em primeiro
lugar uma avaliação do traçado por onde irá passar a tubulação, a partir daí decide-se qual a
melhor locação para o poço de emboque. Essa avaliação é muito importante do ponto de vista
econômico, porque quando se tem uma rede muito extensa é mais viável economicamente
locar o poço de emboque num ponto entre os extremos da rede, essa decisão resulta na
construção de apenas um poço de emboque e dois poços de desemboque. Se fosse escolhido o
poço de emboque em um dos extremos, seria necessário outro para completar a rede e um
poço de desemboque, o problema é que o poço de emboque é muito mais caro que o poço de
desemboque, devido às dimensões e a estrutura que devem ser maiores e mais rígida, para
resistir aos esforços de cravação. Alem disso para definir o tipo de „‟shield‟‟ a ser usado é
preciso uma avaliação do subsolo ao longo do traçado do túnel, para isso se faz sondagens à
percussão que identificam a profundidade do lençol d‟água e a resistência da camada por onde
ira passar o „‟shield‟‟.
A perfuratriz de corte ou cabeça cortante também é definida a partir da
resistência que será enfrentada. A Tab. 2.4 mostra as características básicas de projeto com
relação aos diâmetros dos „‟shields‟‟ (CALÇA, 2007).
Tabela 2.4: Parâmetros de projeto em relação aos diâmetros dos „‟shields‟‟ (CALÇA, 2007).
Elementos para projeto
Diâmetro
(mm)
Dist. Entre
poços de
serv. (m)
Profund.
Máxima
(m)
Profund.
Mínima
(m)
Altura de
coluna
d‟água(m)
Diam. do
poço de
entrada (m)
Diam. do
poço de
saída (m)
Área do
canteiro
(m)
500 120 30 2,5 30 4,1 2,7 100
600 120 30 2,6 30 4,1 2,7 100
700 120 30 2,7 30 4,4 2,7 100
800 150 30 2,8 30 5,6 3,0 120
900 150 30 3,0 30 5,6 3,0 120
1000 200 30 3,5 30 5,2 3,9 150
1200 200 30 4,0 30 5,0 3,9 150
1500 250 30 4,5 30 6,5 4,5 250
2000 300 30 6,0 30 7,1 5,5 300
24
Atualmente é possível executar túneis com o método „‟slurry shied machine‟‟
em diâmetros variados. A Tab. 2.5 mostra as especificações técnicas dos equipamentos para
os mais variados tipos de diâmetros.
Tabela 2.5: Especificações técnicas dos equipamentos (CALÇA, 2007).
MAQUINAS PARA TUBO DE DIMETRO 500/ 600/ 700/ 800/ 900/ 1000/ 1200/ 1500/ 2000
Diâmetro
interno do
tubo (mm)
Máquina
diâm.
Externo
(mm)
Comprimento
da máquina
(mm)
Peso da
máquina
(kg)
Torque de
escavação
(kgf x m)
Rotação de
escavação
(rpm)
Movimento
epicicloidal
(p/min.)
Motor
elétrico
(kw)
500 640 2460 2300 2000 2,6 60 5
600 780 2455 2650 2390 2,6 60 7,5
700 880 2365 3880 2250 2,6 60 7,5
800 980 2580 4800 5170 2,4 60 15
900 1100 2580 5700 4800 2,4 60 15
1000 1220 3412 8000 16900 2,4 60 37
1200 1440 3412 8500 16900 2,4 60 37
1500 1800 3412 14300 24800 1,8 57 55
2000 2412 4228 19100 19100 2,6 0 2x30
Para definir o tipo de „‟shield‟‟ a ser usado é preciso uma avaliação do subsolo
ao longo do traçado do túnel, para isso se faz sondagens à percussão que identifica a
profundidade do lençol d‟água e a resistência da camada por onde ira passar o „‟shield‟‟. Em
adição, também são feitos ensaios para determinação de algumas propriedades mecânicas do
solo, Fig. 2.2.
25
Figura 2.2: Fluxograma de estudos para projeto executivo (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
Realiza-se Sondagens a
percussão para
Determinação do SPT
Define-se a força propulsora
dos macacos hidráulicos e
potencia das bombas de
injeção de fluido
Determina-se as tensões que
serão aplicadas pela frente
de escavação e o tipo de
cabeça cortante
Estima-se as tensões
de cisalhamento na
interface maciço-tubo
Identifica a presença de rocha
e profundidade do lençol
d‟água
Calcula-se coeficiente de
atrito, peso especifico,
coesão
Realiza-se ensaios de
laboratório (propriedades
mecânicas)
Retira-se amostras de
solo
Estudos para execução do
projeto executivo
26
2.7 ELEMENTOS BÁSICOS PARA EXECUÇÃO DO MÉTODO
2.7.1 Poço de Emboque
Os poços de emboque podem ser quadrados, ovais, retangulares e circulares
(Fig. 2.3), sendo o ultimo o mais comum.
Figura 2.3: Poço de emboque circular (CALÇA, 2007)
A execução começa com a escavação do poço que pode ser feita utilizando
escavadeiras. Pode ser necessário um rebaixamento do lençol freático para possibilitar o
trabalho em ambiente seco, às paredes do poço podem ser feitas de pranchas metálicas,
concreto moldado in loco, concreto pré-moldado e concreto projetado. Ainda na parede de
reação é instalado um equipamento que emite um raio laser no eixo do „‟shield‟‟ e possibilita
à correção do direcionamento do mesmo, caso saia do alinhamento desejado (Fig. 2.4).
Figura 2.4: Laser instalado (CALÇA, 2007)
27
O poço também serve de apoio para reagir aos esforços de cravação gerados
pelo sistema de macacos hidráulicos. Na parede do poço de emboque é feita uma abertura
onde é instalado o anel de emboque (Fig. 2.5), que serve para dar estabilidade no início da
escavação do „‟shield‟‟ e também no momento de cravar os tubos. A parede do poço de
emboque deve reagir aos esforços de cravação, e é exatamente por isso que se torna mais caro
que o poço de desemboque, entretanto, após a execução do túnel, os poços podem ser usados
como poços de visita para manutenção da rede (CALÇA, 2007).
Figura 2.5: Anel de emboque (CALÇA, 2007)
2.7.2 Poço de Desemboque
O poço de desemboque ou de chegada é onde se faz o resgate do „‟shield‟‟,
logo ele deve ter dimensões compatíveis com o comprimento do „‟shield‟‟. O poço de
chegada também possui as paredes e a laje de fundo armadas, entretanto, não são tão rígidas
como as dos poços de emboque (CALÇA, 2007).
2.7.3 Sistema de cravação das Tubulações de Concreto Pré-Moldado
O sistema de cravação é formado pelo conjunto de pistões hidráulicos, por um
trilho guia que apóia o tubo e mantém o direcionamento correto do mesmo e um anel de
cravação (Fig. 2.6).
28
Figura 2.6: Anel de cravação (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008)
Os tubos utilizados no método “slurry shield machine”, são em geral de
concreto pré-moldado. Eles devem ser projetados para resistirem aos esforços máximos de
cravação, além disso, o concreto produzido para execução dos tubos deve deixar o mínimo de
vazios possíveis e garantir estanqueidade. Os tubos também devem possuir uma espessura
mínima de maneira a garantir o recobrimento necessário para proteção da armadura.
O sistema de encaixe entre os tubos deve ser perfeito garantindo assim a
vedação necessária nas juntas, evitando infiltrações devido às pressões externas da água. Os
tubos em geral são produzidos com suportes internos em forma de gancho, que apóiam todas
as tubulações do sistema de lubrificação e dos tubos de circulação de lama.
Durante a cravação é necessário que a interface tubos e maciço sejam
lubrificados, reduzindo assim os esforços de cravação, e para isso são deixados furos na
parede dos tubos (Fig. 2.7) por onde é injetado o fluido lubrificante (em geral lama
bentonítica) (FREITAS & FREITAS, 2002).
Figura 2.7: Furo de lubrificação (CALÇA, 2007).
29
2.7.4 Controle de Direcionamento do „‟Shield‟‟
No poço de emboque é instalado um equipamento que emite um feixe de raio
laser e o projeta em um alvo que fica no eixo do „‟shield‟‟. À medida que a escavação avança
é possível que o equipamento saia de alinhamento, e quando isso ocorre à projeção do feixe
de raio laser sai do eixo do alvo indicando assim a necessidade de corrigir a rota do
„‟shileld‟‟. A correção da rota só é possível graças aos cilindros de direcionamento que ficam
na frente de escavação. O funcionamento dos cilindros depende de pistões hidráulicos que
garantem propulsão para alinhar novamente a rota. A visualização da mira é feita graças a
uma câmera de vídeo instalada dentro da couraça do „‟shield‟‟, que envia imagens a uma TV
ligada na cabine de operação. Ainda na cabine de operação fica instalado um computador que
monitora todo o processo, à medida que vai sendo realizado ele permite que sejam avaliados
diversos dados colhidos na escavação, tais como vazão de fluído enviado à frente de avanço,
vazão de fluído que sai no processo de escavação, pressão exercida pelo „‟shield‟‟ no maciço
e torque do equipamento (FREITAS & FREITAS, 2002).
2.7.5 Funcionamento Abaixo do Nível de Água
Os primeiros „‟shields‟‟ eram de frente aberta, e o operário tinha que ir dentro
do equipamento para retirar o material escavado da máquina, esse processo era feito
utilizando vagões que circulavam sobre trilhos montados em todo o traçado do túnel. Esse
método inviabilizava o trabalho abaixo do nível da água, além disso, o método trazia bastante
risco a integridade física do operário. Com a evolução da técnica, o „‟slurry shield machine‟‟
permite o trabalho abaixo do nível do lençol de água, isso é possível porque a frente do
„‟shield‟‟ exerce pressão de fluído que equilibra as pressões neutras gradas pelo lençol d‟água
(MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
2.8 MÉTODO DE EXECUÇÃO
Para se executar o método „‟slurry shield machine‟‟ é necessário seguir uma
seqüência de trabalho, cada etapa está resumida na Tab. 2.6.
30
Tabela 2.6: Etapas para execução de método (MATSSUI & KOTCHEN, 2003).
Escavação e Revestimento dos Poços de
Serviço
O poço é escavado até a profundidade que se
deseja executar o túnel. Em seguida se inicia
a montagem do revestimento do poço, que
em geral é de concreto armado.
Montagem do Canteiro
Deve possuir um local para estocagem dos
tubos de concreto próximo ao poço de
emboque para possibilitar uma maior
dinâmica ao processo.
Montagem do Sistema de Cravação e
Operação
Deve ser definido o alinhamento e o
nivelamento do eixo do túnel para locar o
sistema de cravação. Na superfície será
instalado todo o sistema de operação e
controle.
Sistema de Reciclagem de Lama
Toda lama extraída da escavação é bombeada
para os tanques de recirculação. Sendo três
tanques, onde um é de água e dois são de
lama. Um dos tanques de lama um é
responsável pelo processo de decantação do
material solido. O outro acumula a lama que
será bombeada de volta para frente de
escavação (Fig. 2.8).
Cravação dos Tubos de Concreto
Os tubos são cravados em sequência e cada
tubo cravado empurra todo o restante. Os
tubos possuem anéis metálicos na bolsa (Fig.
2.9) e anéis de borracha na ponta (Fig. 2.10),
que garante estanqueidade nas juntas.
31
Figura: 2.8: Cone de trituração (CALÇA, 2007).
Figura: 2.9: Bolsa em anéis metálicos (CALÇA, 2007).
Figura: 2.10: Junta em anéis de borracha (CALÇA, 2007).
32
2.9 EQUIPAMENTOS
Para se executar o túnel é necessário que uma série de equipamentos trabalhe
de maneira conjunta. O arranjo geral do „‟slurry shield machine‟‟ é apresentado na Fig. 2.11.
Figura 2.11: Arranjo geral do sistema „‟slurry shield machine‟‟(CALÇA, 2007).
Conforme mostra a Figura 2.11:
01- Cabine de controle: No interior da carcaça uma câmara de TV é instalada e monitorada
na cabine de controle, ele permite a visualização da projeção que é emitida pelo nivelador a
laser em um painel.
02- Sistema de retirada de solo: O material escavado é transportado por meio de dragagem,
que retira o solo escavado de um compartimento na frente da maquina levando-o ao sistema
de tratamento de lama. A injeção de liquido na frente de escavação é feita por bombas
controladas de forma a pressurizar e equilibrar as pressões exercidas pelo lençol d‟água,
evitando assim perda de material e vazamentos laterais.
03- Sistema de empuxe: O sistema de empuxe é feita com quatro macacos hidráulicos
posicionados nos poços de serviço, que cravam os tubos de concreto pré-fabricados, enquanto
a maquina avança sob o solo.
33
04- Tubos pré-fabricados de concreto: Os tubos devem ser capazes de resistir aos esforços
da cravação exercida pelos macacos hidráulicos, o tubo também tem micro furos na sua
parede que possibilita a inserção de lama bentonítica para reduzir o atrito gerado pelo solo.
05- ‘’Shield’’: Em aço, a carcaça protetora abriga a unidade escavadora, sistema hidráulico de
direcionamento, compartilhamento pressurizado de dragagem e sistema de monitorização por
câmera de TV. Uma inovadora cabeça escavadora executa movimento excêntrico, que quebra
pedras e pedregulhos de até 30% do diâmetro do equipamento com uma força compressora de
200 kgf/cm², permitindo o trabalho praticamente em qualquer tipo de solo.
34
3 ESCAVAÇÃO UTILIZANDO PERFURAÇÃO DIRECIONAL
3.1 HISTÓRICO
Desenvolvido na Alemanha há 50 anos, a tecnologia, inicialmente praticada
somente na área de telecomunicação, atualmente esta sendo usado em outros setores da
engenharia.
A utilização do método de perfuração direcional, no Brasil teve seu início em
1972 em São Paulo pela antiga empresa de telecomunicações (Telesp), que usou o método
para instalar cabos no subsolo da cidade. (MENDES,2006).
O método voltou a ganhar destaque com a abertura da economia brasileira, no
inicio da década de 90, em função de projetos para execução de redes de fibra óptica. Além de
São Paulo o método também já é conhecido em outros estados e a sua utilização movimenta
números que oscilam entre U$ 30 e 40 milhões (MENDES,2006).
Segundo Palazzo (2008), Presidente da ABRATT (Associação brasileira de
tecnologia não destrutiva), somente nas áreas de extensão de telecomunicações, o setor
emprega mais de 50 mil pessoas. Quando se inclui outros segmentos indiretos, este número
chega a 150 mil. Contudo no Brasil somente 5% das perfurações são feitas utilizando o furo
direcional, embora tenha espaço para chegar a 50%. Enquanto que nos Estados Unidos 80%
das obras adotam este processo.
No subsolo de São Paulo encontram-se instalados quilômetros de fios, cabos,
dutos e galerias. São 22.800 km de rede de água, 17.265 km de galerias de esgoto, 3.000 km
de galerias de águas pluviais e 2.000 km de dutos de gás. Os fios telefônicos e elétricos, cabos
de fibra óptica e cabos de TV se estendem por mais 50.000 km (PALLAZO, 2005).
3.2 EQUIPAMENTOS PARA PERFURAÇÃO
Algumas das perfuratrizes comercializadas no Brasil são equipadas com
sistema automático de alimentação e retiradas de barras e cujos componentes ficam
concentrados em um único local o que facilita sua manutenção. Os equipamentos também são
em geral compactos e leves, o que facilita o transporte do mesmo. As máquinas mais
utilizadas no Brasil são as da linha „‟Navigator‟‟ da „‟vermeer‟‟ (Fig. 3.1) (NEPOMUCENO,
2008).
35
Figura 3.1: Máquina Navigator da vermeer (NEPOMUCENO, 2008).
O método de perfuração direcional pode ser utilizado para escavações em
diferentes tipos de solo e até em rocha, bem como para execução de redes em diferentes
diâmetros, logo os equipamentos usados para tal variam de acordo com a necessidade de uso.
Segundo Palazzo (2008), Os equipamentos são divididos em três categorias,
indicadas na Tab. 3.1:
Tabela 3.1: categorias das máquinas
CATEGORIAS TRAÇÃO (ton) DIAMETROS (mm)
PEQUENA CAPACIDADE 10 50 a 300
MÉDIA CAPACIDADE 10 a 50 300 a 600
GRANDE CAPACIDADE > 50 >600
Pequena Capacidade: Adequado para instalação de cabos de utilidades ou tubos
de pequeno diâmetro em áreas congestionadas (Fig. 3.2).
36
Figura 3.2: Equipamento de pequena capacidade (ABRATT, 2006)
Média Capacidade: Adequado para tubulações com acessórios especiais
permitem perfuração em rocha. (Fig. 3.3).
Figura 3.3: Equipamento de média capacidade (ABRATT, 2006)
Grande capacidade: Utiliza equipamentos de suporte (Bombas de Grande
capacidade, recicladores de fluídos, guindaste, etc..). O inconveniente são os significativos
períodos de montagem e desmontagem. É empregado em redes de grande diâmetro e na
exploração industrial de reservas de gás. (Fig. 3.4).
Figura 3.4: Equipamento de grande capacidade (ABRATT, 2006)
37
3.2.1 Montagem do Equipamento de Perfuração e do sistema de direcionamento.
Para a montagem do equipamento de perfuração, é necessário seguir uma série de etapas
definidas na (fig. 3.5).
Figura 3.5: Fluxograma para montagem do equipamento (ABRATT, 2006)
Determina-se o porte e o tipo de equipamento de
perfuração
Deve-se alimentar o equipamento com as hastes
de perfuração, a instalação é automatizada.
Deve-se ancorar o equipamento no terreno,
alinhar e dar a inclinação correta da haste.
Na ponta da haste existe um transmissor que
envia ondas para um receptor na superfície.
Um computador de bordo transforma as
informações enviadas pelo receptor em gráficos,
por onde se monitora a perfuração.
38
3.3 COMPONENTES DO EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO
a) b)
c) d)
e)
Figura 3.6 – Componentes do Equipamento de Perfuração: a) Motor do Navigator; b) Bombas
Hidráulicas; c) Bombas de fluído; d) Manômetros de verificação; e) Computador de bordo.
(NEPOMUCENO, 2008).
39
O motor deve ter potência suficiente para tocar as bombas hidráulicas ou
hidrostáticas e executar a escavação em grandes distâncias.
As bombas hidráulicas ou hidrostáticas devem ter fluxo suficiente para
desenvolver o trabalho de rotação e de puxar ou empurrar a coluna.
A bomba de fluido deve ter capacidade compatível com o tipo de trabalho a
executar e está diretamente relacionada com o diâmetro, peso e inclinação da coluna a ser
colocada no solo.
Manômetros de verificação de força de puxada („‟pull-back‟‟), força de rotação
e fluxo de fluído e é muito importante para se detectar problemas durante a execução.
O computador de bordo permite visualizar problemas elétricos e hidráulicos,
além disso, permite também mudança de sistema manual para automático ou perfuração em
rocha. (NEPOMUCENO, 2008)
3.4 TANQUES DE MISTURA DE FLUIDOS
São tanques misturadores (Fig. 3.7), motor e bomba de recalque para o
equipamento de perfuração. A água que é colocada no tanque deve ser isenta de areia e estar
com ph de aproximadamente (7,5 a 8,5), a ordem de colocação dos aditivos deve ser
respeitada como, por exemplo, bentoníta/polímeros/etc.
Figura 3.7: Tanque misturador de fluidos (NEPOMUCENO, 2008).
40
O motor do tanque deve está sempre ligado para garantir uma perfeita mistura
dos fluídos (baixa rotação), testes de ph, presença de areia e viscosidade deve ser feito
periodicamente no fluído, deve ser feita também a limpeza diária do tanque para evitar a
decantação de aditivos e um possível entupimento do sistema. (NEPOMUCENO, 2008)
3.5 AS HASTES DE PERFURAÇÃO
As hastes podem variar de 1,30 m a 4,50 m de comprimento em máquinas
existentes no Brasil. As hastes são construídas de maneira a permitir a passagem do fluído
através das mesmas, e possuem a particularidade de permitir flexibilidade, ou seja, permitem
uma flexão pré-determinada pelo fabricante, para formar pequenas curvaturas no solo.
Na ponta da haste de perfuração é acoplada uma cabeça cortante em forma de
pá (Fig. 3.8), utilizada em solos com ausência de rochas ou matacões. (NEPOMUCENO,
2008)
Figura 3.8: Pá cortante (NEPOMUCENO, 2008).
As hastes são fabricadas geralmente com aço-liga exclusivo I-135, forjadas e
tratadas termicamente, medidas com tolerâncias precisas e inspecionadas rigorosamente. Elas
permitem um alto torque em perfurações de grande diâmetro, e conseqüentemente uma alta
vazão de fluído de perfuração, as roscas das barras são usinadas com precisão e possibilitam a
montagem e desmontagem rápida. (NEPOMUCENO, 2008
3.6 OS FLUIDOS DE PERFURAÇÃO
41
Para se determinar o tipo de fluído a ser usado é preciso correlacioná-lo com o
tipo de solo encontrado. Essa relação é resumida na Tab. 3.2
Tabela 3.2: Relação entre tipo de solo e fluído de perfuração (MATSSUI & KOTCHEN,
2003).
Tipo de solo Característica Fluído de perfuração
Solos grossos (areia e granito)
São inertes e não reativos e
permitem a passagem da água
através de suas partículas
Bentoníta mineral
(proporciona lubrificação
e estabilização nos solos
onde é aplicada).
Solos finos (argila)
Os solos finos possuem baixa
permeabilidade, e são reativos a
água.
Polímero Phpa
(compostos sintéticos de
alto peso molecular, que
quando atraídos pela
argila evitam sua
dilatação).
É importante também controlar a viscosidade do fluído de perfuração, o
excesso de viscosidade dificulta o fluxo de fluído e requer maiores pressões para bombeá-lo.
Pode-se medir essa viscosidade através do funil de Marsh. A Tab. 3.3 indica o tempo médio
que cada solo leva para escoar no ensaio de Marsh, e quanto maior for o tempo médio maior
será a viscosidade do fluído (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008).
Tabela 3.3: Ensaio de Marsh (PALAZZO, 2008).
TEMPO MÉDIO DE ESCOAMENTO PELO FUNIL DE
MARSH
DESCRIÇÃO TEMPO(S)
SOLO DE ARGILA 32 A 50
SOLO DE AREIA MEDIA OU MISTURADA 40 A 70
SOLO DE AREIA FINA OU GRANULADA 60 A 90
42
3.6.1 Funções do Fluído de Perfuração
A barreira que o mesmo irá formar no perímetro do furo, que é
chamado de torta de filtro que irá manter a integridade do furo.
O material cortado (tanto no furo piloto como no alargamento) deve ser
escoado para fora do furo.
Quando a tubulação está sendo instalada, exigirá uma boa lubrificação
do furo, isso para poder deslizar com suavidade reduzindo
consideravelmente o atrito lateral.
Com o atrito da cabeça de perfuração, a sonda irá aquecer, e uma das
funções do fluído também é de esfriar a sonda.
3.7 PLANEJAMENTO DO FURO
O planejamento do furo é feito utilizando softwares que processam
informações coletadas em campo. Os programas fornecem ao projetista uma atualização
teórica para auxilio na decisão da execução.
O local da execução deve estar totalmente sinalizado para o tráfego e para as
pessoas que circulam na área. Esse trabalho deve ser, se possível, orientado pela companhia
de transito, deve-se utilizar placas sinalizadoras, cones, fitas e mesmo funcionários
responsáveis pela área, isso tudo é para garantir a segurança total. Já a utilização das
vestimentas deve estender-se a todos que ocupam a área de perfuração.
Para perfurações em subsolos congestionados, como o dos grandes centros
urbanos, também é recomendável algumas prevenções: trabalhar respeitando as distâncias
mínimas de tubulações existentes. Caso o risco do não sucesso seja evidente, a perfuração
lenta é sempre o melhor procedimento, cabendo ao „‟planejador do furo‟‟ determiná-la.
A velocidade de perfuração é determinante em áreas com possíveis
interferências não localizadas, tubulações ou redes desconhecidas. Essa velocidade é que
permitirá a percepção de indicadores das interferências, seja, eles o aumento da pressão
hidráulica sem o correspondente avanço, os sons que chegam ao operador pela coluna de
barras, ou finalmente os sistemas de alarme, esses últimos, são sinas de aproximação de redes
elétricas. (PALAZZO, 2008)
43
3.8 EXECUÇÃO DO MÉTODO
A partir do levantamento fotográfico e do cadastro de interferências, é
elaborado o plano de navegação ou plano de furo, levando-se em conta as profundidades
necessárias e a flexibilidade da tubulação a ser instalada.
O processo consiste na execução primeiramente de um furo piloto utilizando-se
uma perfuratriz que tem um giro de 180º e pode ser inclinada de 15º a 45º, o que proporciona
possibilidade de adaptação as mais diversas situações.
A broca de perfuratriz realiza o rompimento hidráulico do solo. Poderão ser
utilizadas brocas do tipo „‟jet-bit‟‟(broca a jato hidráulico) para perfuração em solos moles e
do tipo „‟drill-motor‟‟, para solos mais duros e rochas.
Acoplado ao sistema de perfuração existe uma central onde são instalados
compressores de ar, bombas hidráulicas e tanque misturador de fluído. Para execução do furo
piloto é utilizado uma cabeça de perfuração com um corte diagonal formando um plano
inclinado e com bicos injetores pelos quais sairão jatos de fluído com alta pressão ou ar
comprimido. É possível a perfuração em rocha com ar comprimido sendo injetado a pressões
de até 350 kgf/cm².
O furo piloto é iniciado após nivelamento da perfuratriz na superfície e
inclinação da haste. O avanço é feito rotacionando as hastes e ao mesmo tempo injetando
fluído ou ar comprimido, sendo acopladas novas hastes com o avanço. A escolha do diâmetro
dos bicos injetores deve ser compatível com o tipo de solo encontrado, densidade da lama e
pressão de bombeamento.
O monitoramento da perfuração é efetuado através de um transmissor (Fig.3.9)
instalado na cabeça de perfuração, possibilitando as manobras necessárias para correções de
desvios indesejados, podendo assim corrigir a trajetória imediatamente (MOUTINHO &
ARIARATAM, 2008).
Figura 3.9: Transmissor de dados (NEPOMUCENO, 2008).
44
3.9 PERFURAÇÃO EM ROCHA
A identificação do tipo, dureza e formação das rochas permitirá utilizar as
ferramentas adequadas e ter maior eficiência na perfuração, pois os tipos de rocha mudam
muito de um trabalho para outro ou na mesma furação.
A formação de rocha pode ser identificada, como sólida, fraturada,
medianamente fraturada ou dura. Quanto mais dura for à rocha, mais fácil de manter o fluxo,
perfurá-la e direcionar a broca.
Ao perfurar em rocha mais macia, a ferramenta de corte percorrerá onde
apresenta menor resistência e, por tanto, será mais difícil direcioná-la. Para se executar a
perfuração em rocha aplicam-se três métodos de corte:
1. Corte giratório (Fig. 3.10); neste tipo de corte as cabeças de perfuração permitem o
corte em rocha de 6896,55 N/cm² a 8275,86 N/cm². A cabeça é movida por grandes
volumes de fluido, que fazem a mesma girar, e podem ser direcionadas de 1 a 3 graus.
Este tipo de ferramenta se tornaria antieconômico caso não se utilize outro equipamento
para reutilização do fluido.
Figura 3.10: Cabeça cortante para corte giratório em rocha (NEPOMUCENO, 2008).
2. Corte por impacto (Fig. 3.11); é um dos mais novos métodos de perfuração em rocha,
ao invés de rasgar a rocha para cortá-la, se aplicam golpes curto de energia de forma
repetitiva na rocha para criar pequenas fendas e assim remover o material. Neste tipo de
corte se usa pressão de ar para o impacto. O equipamento necessita de pouca potência, não
necessita de grandes volumes de fluído, só o necessário para deixar o material cotado em
suspensão. A pressão de ar, além do impacto também auxilia na remoção no material.
45
Figura 3.11: Equipamento para corte por impacto (NEPOMUCENO, 2008).
3. Corte por arrasto (Fig. 3.12); Este tipo de corte pode ser utilizado em rochas muito
macias, onde a broca utilizada é feita de tungstênio. Pode-se utilizar este sistema em
formações de até 3448,27 N/cm² de dureza. Caso a formação seja mais dura, haverá um
desgaste muito grande e a eficiência do material será diminuída (MOUTINHO &
ARIARATAM).
Figura 3.12: Cabeça cortante para corte por arrasto
3.10 ALARGAMENTO DO FURO E PUXAMENTO DA TUBULAÇÃO
O alargamento do furo tem como objetivo obter o diâmetro necessário para
uma passagem segura da tubulação durante o puxamento.
Ao atingir o ponto final da tubulação a broca é substituída por um escarificador
alargador (Fig. 3.13), que percorre o caminho inverso ao da cabeça de perfuração, e efetua o
alargamento do furo piloto.
46
Figura 3.13: Alargador (PALAZZO, 2008).
A perfuratriz realiza a rotação do alargador e puxa em direção ao ponto de
entrada. O alargamento do furo piloto pode ser feito em uma ou varias passadas, dependendo
do tipo de solo e do diâmetro da tubulação a ser instalada até atingir o diâmetro requerido.
Depois de executado o alargamento do furo ferramentas de corte são
substituídas pelas ferramentas de puxamento acopladas ao ultimo escarificador (Fig. 3.14)
(PALAZZO, 2008).
Figura 3.14: Puxamento do tubo (MOUTINHO & ARIARATAM, 2008).
O escarificador também lança jatos de fluído de perfuração com alta pressão ou
ar comprimido para alem de desmonte, estabilizar as paredes do micro túnel, formar uma
camada protetora e lubrificar a puxada do tubo. (PALAZZO, 2008).
3.11 IDENTIFICANDO AS INTERFERÊNCIAS
3.11.1 Métodos de identificação das interferências
O método eletrônico, o mais moderno método instrumental, utiliza
localizadores acionados por baterias, com um sistema de interpretação
47
computadorizada de dados que permitem a análise das cotas,
dimensões, tipos de materiais etc.
O método geo-radar, funciona com emissão de ondas eletromagnéticas,
permitindo a checagem dos cadastros com as imagens captadas a partir
da locação física, sendo o primeiro passo definitivo na demarcação.
Método de inspeção visual a partir dos poços de visita permite a
identificação de tipos, direções e cotas das redes instaladas, servindo de
complementação indispensável ao processo de localização e
planejamento do furo (Fig. 3.15).
Método de inspeção invasiva, quando todos os outros recursos já forem
tentados, nada mais é que a escavação profunda até o alcance visual da
suposta interferência.
Figura 3.15: Método de inspeção visual (ABRATT, 2006).
48
4 ‘’TUNNEL LINER’’
Os túneis em chapas de aço corrugado, executados pelo método não destrutivo,
possuem como elemento estrutural as chapas, que conferem à seção transversal forma
circular, ovóide ou elíptica.
As chapas de aço corrugado devem ser do tipo de encaixe, nas dimensões
indicadas no projeto. O aço das chapas deve obedecer à NBR NM 146-1. As chapas de aço
corrugado devem possuir revestimento especificado em projeto, em função da agressividade
do meio, e das características dos líquidos a serem conduzidos. O revestimento pode ser
galvanizado, epóxi ou sem revestimento, para posterior concretagem. Os elementos de
fixação, parafusos, porcas ou grampos especiais, devem ser fornecidos com o mesmo
tratamento, epóxi e galvanizado, a que for submetida à chapa do bueiro metálico. (DNIT,
2004)
4.1 EQUIPAMENTOS
Antes do início dos serviços, todo equipamento de apoio deve ser previsto. Os
equipamentos necessários aos serviços de fornecimento e instalação das chapas em aço
corrugadas são basicamente, caminhão com grua, caminhão basculante, deposito de água,
retro-escavadeira, compactador manual e bomba para injeção de fluído.
4.2 SONDAGENS
As sondagens de reconhecimento do terreno devem ser realizadas ao longo do
eixo das travessias, devem conter informações do nível do lençol freático, o tipo de solo e
índice de resistência à penetração, SPT.
Estes dados permitem prever o tipo de dificuldade na escavação do túnel, e
orientam a escolha do tipo de escoramento que deve ser adotado em cada trecho. Os furos de
sondagem devem ser executados até 5 metros, no mínimo, abaixo da geratriz inferior do túnel.
Além das sondagens, deve-se conhecer o cadastro das interferências para que
sejam adotadas providências cabíveis durante a escavação.
49
4.3 ACOMPANHAMENTO TOPOGRÁFICO
O controle topográfico é realizado a cada três anéis montados, para garantir a
declividade e alinhamento definidos em projeto, e para verificar deformações no plano da
frente de escavação, de forma a garantir o formato circular da seção transversal da escavação.
As estroncas e tirantes extensíveis ajustam a forma dos segmentos.
Quando definido em projeto a superfície deve ser instrumentada, para
acompanhamento de recalques (DNIT, 2004).
4.4 EXECUÇÃO
A execução do túnel segue em geral uma seqüência de trabalhos e
procedimentos. Estes são definidos na (Fig. 4.1).
Figura 4.1: Fluxograma do procedimento executivo do túnel (ABRATT, 2006)
Executa-se o poço de emboque
Emboque Direto no talude
Emboque Indireto (poço
acesso)
Geralmente Áreas não
urbanas
Em geral áreas urbanas
Locação do eixo do túnel
Escavação e colocação dos anéis
Preenchimento dos vazios com argamassa
de cimento e argila
Execução do poço de desemboque
50
A alteração da seqüência executiva pode ser definida pelo projetista em função
do diâmetro da escavação, tipo de solo, nível do lençol freático e o recobrimento do tubo.
Os anéis são unidos por parafusos e porcas de 5/8” x 1 1/2", que devem ser
distribuídos ao longo das flanges laterais dos mesmos (DNER, 2005).
4.5 CONSOLIDAÇÃO DO SOLO
No caso de ocorrência de solos com baixa capacidade de suporte, que afetem
desde a geratriz inferior do túnel até a superfície, deve ser adotado procedimento de
consolidação com injeções de solo e cimento, através de ponteira penetrante. O traço e a
fluidez da argamassa devem ser determinados experimentalmente, de modo que a mistura
consolidada não venha a se tornar um obstáculo à escavação. Esta consolidação deve
obedecer ao especificado em projeto. (DNIT, 2004)
4.6 INJEÇÕES DE ARGAMASSA DE SOLO-CIMENTO
Os espaços vazios formados entre a face externa do revestimento do túnel e o
terreno escavado, devem ser preenchidos a fim de se evitar recalques. Para isso, deve ser
usado material de preenchimento flexível e de boa resistência à compressão. Em anéis
alternados, ou em todos os anéis para diâmetros maiores que 1,60 m deve ser feito o
preenchimento com argamassa fluída composta de solo e cimento. O preenchimento deve ser
feito através de furos existentes nas chapas, apropriados para colocação de bico de injeção.
A argamassa deve ser misturada em equipamento adequado, o material de
preenchimento deve ser fluido, ligeiramente expansível e deve ter razoável resistência à
compressão simples, o material deve ser injetado com pressão compreendida entre 1,0 e 2,0
kgf/cm².
Durante o preenchimento, devem ser checados a existência de pontos vazios,
através da procura de som oco, que evidencie a existência de vazios. Todos os vazios
eventualmente existentes, entre a superfície externa do revestimento metálico e maciço
terroso devem ser preenchidos, quando houver a necessidade de aumentar a estanqueidade do
túnel, para evitar a fuga de argamassa, pode-se introduzir nas emendas entre as chapas uma
tira de feltro ou espuma (DNIT, 2004).
51
4.7 COMPARATIVOS ENTRE OS MÉTODOS
Em geral as soluções para travessias ou escavações utilizando o MND se
resumem a três métodos: o „‟slurry shield machine‟‟, o furo direcionado e o túnel linear. E
para definir qual dentre eles deve ser utilizado para cada tipo de obra são realizadas algumas
comparações. A Tab. 4.1 mostra um quadro comparativo geral para alguns itens
preponderantes na escolha do método a ser usado.
Tabela 4.1: Comparativo entre os Métodos
Aplicações
‘’Slurry shield machine’’ Túnel linear Furo direcional
Limitado a diâmetros acima de
500 mm, utilizado para
escavação de coletores de esgoto,
drenagem pluvial, adutoras de
água, etc.
Não possui limitações de
diâmetros, pode ser usado para
as mesmas aplicações do
„‟shield‟‟ e do furo direcional.
Limitado a diâmetros
inferiores a 600 mm,
utilizado para dutos de gás,
coletores de esgoto, adutora
de água, substituição de
redes antigas, etc.
Produtividade
‘’Slurry shield machine’’ Túnel linear Furo direcional
Pode chegar até 180 m por mês,
maior demora na execução dos
poços de serviço e do canteiro de
obras.
Pode chegar a 50 m por mês, em
geral é lento, logo é indicado
para pequenas travessias.
Pode chegar a 600 mm,
bastante rápido para iniciar
a escavação.
Execução
‘’Slurry shield machine’’ Túnel linear Furo direcional
Difícil execução, porem requer
mão de obra especializada e uma
estrutura complexa de apoio.
Simples execução, mão de obra
abundante sem complexidades
de equipamentos ou ferramentas.
Fácil execução, porem
requer navegadores
experientes.
Durabilidade
‘’Slurry shield machine’’ Túnel linear Furo direcional
Bastante durável, devido ao
controle tecnológico na execução
dos tubos usados para revestir as
paredes do túnel.
Revestido com chapas de aço
bastante resistentes, mais
vulnerável a infiltrações.
Bastante durável, realiza o
assentamento das
tubulações por tração. Os
tubos em geral são de
PEAD.
52
5 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO „‟TUNNEL LINER‟‟
5.1 Dados Gerais
O exemplo que será apresentado faz parte da obra de ampliação do
esgotamento sanitário de Feira de Santana-BA, Bacia do Jacuípe.
O índice de atendimento da população urbana de Feira de Santana por sistemas
de esgotamento sanitário antes da ampliação do sistema era de aproximadamente 50%. Como
meta a obra pretende atender a 90% da população urbana.
5.1.1 Dados do Empreendimento
Trata-se de uma obra de esgotamento sanitário na cidade de Feira de Santana -
BA, em suas respectivas bacias. Toda a obra envolve um sistema de coleta e direcionamento
de dejetos para as estações de tratamento de esgoto. Na bacia do Jacuípe, esta sendo realizada
a ampliação de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) e a construção de outra
inteiramente nova, bem como a ampliação do sistema coletor de esgoto domestico.
A execução é de responsabilidade de um consórcio de duas empresas, a MRM
Construtora e a PASSARELI Construtora. Tal obra é uma solicitação da EMBASA (Empresa
Baiana de Águas e Saneamento) responsável pelo serviço de esgotamento na região. Os
investimentos são do governo federal através do PAC (programa de aceleração do
crescimento).
5.1.2 Dados das Travessias
1º Travessia: Anel rodoviário de feira de Santana
Esta travessia é necessária porque permite a ligação entre os coletores das
bacias L, dando assim escoamento ao esgoto. O diâmetro da rede coletora é de 200 mm e a
extensão da travessia é de 28 m, o emboque foi feito aproveitando a inclinação do talude da
rodovia.
53
2º Travessia: Avenida Jose falcão
Esta travessia é necessária porque permite a ligação entre os coletores das
bacias I e os coletores existentes da embasa, onde será entroncada a rede nova, Dando assim
escoamento ao esgoto. O diâmetro da rede coletora é de 150 mm e a extensão da travessia é
de 48 m, sendo um poço de emboque no canteiro central de 2,20 m de diâmetro e 23 m de
túnel para cada lado.
5.1.3 Travessia por sob o Anel Rodoviário
Por se tratar de uma travessia em rodovia federal e, portanto de jurisdição do
DNIT (departamento nacional de infra-estrutura e transportes), foi preciso então à liberação
do órgão fiscalizador para execução da travessia. Não foi feita sondagem a percussão (SPT),
isso porque o DNIT informou que a rodovia foi executada em aterro compactado, e esse solo
era passível de visualização e reconhecimento táctil com muita facilidade no talude da
rodovia.
A empreiteira responsável pela obra foi a „‟Geo liner‟‟, especializada em
„‟túnel linear‟‟, e os equipamentos utilizados foram basicamente:
Retro-escavadeira
Bomba e misturador de fluído
Caminhão basculante
Caminhão com guincho
Gerador trifásico
Nessa travessia não foi executado um poço de emboque, devido à favorável
inclinação do talude da rodovia, que possibilitou um emboque simples e sem maiores
complicações. Para o emboque foi executada uma trincheira de dimensões apropriadas,
definidas „‟in loco‟‟ (Fig. 5.1).
54
Figura 5.1: Trincheira para emboque do túnel (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010).
A profundidade máxima do túnel era de 3,20 m, sendo 1,20 m o diâmetro do
anel e 2,00 m de recobrimento acima da geratriz superior do anel.
A locação dos pontos de emboque e desemboque foi feita com o auxílio da
equipe de topografia, bem como a transferência das cotas das redes para dar o nivelamento
correto do túnel.
Durante a execução não foi encontrado nenhum tipo de rocha, logo, não sendo
necessária detonação e ou rompimento com uso de rompedores pneumáticos. O solo se
mostrou bastante estável durante a escavação e a injeção de fluido estabilizante foi injetado
após a colocação de todos os anéis.
Os anéis utilizados possuem largura de 46 cm e diâmetro de 1,20 m, com
flanges (Fig. 5.2) que permitem a união entre eles através de parafusos e porcas.
Figura 5.2: Flange das chapas (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010).
55
Após executada a travessia foi executada a injeção do fluído de preenchimento
(Fig. 5.3), constituído de cimento e argila no traço 1:5, a argila deve ser peneirada para
retirada de materiais indesejados e garantir a fluidez necessária para o bombeamento.
Figura 5.3: Fluído de preenchimento (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010).
O fluído é injetado para preencher os vazios deixados durante a escavação (Fig.
5.4). Para injeção do fluído é necessário uma bomba e um misturador, além de um
reservatório de água próximo.
Figura 5.4: Bomba e misturador de fluído (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010).
56
5.1.4 Travessia por sob a Avenida José falcão
Antes de se fazer a travessia foi feita uma série de sondagens a percussão na
área. Foram realizados 33 furos de sondagem distribuídos conforme croqui no ANEXO A, a
empresa responsável pelos furos de sondagem foi a Apoio engenharia, fundações e geotecnia
Ltda. Alguns relatórios de sondagem estão no ANEXO B.
Equipamentos utilizados:
Retro-escavadeira
Bomba e misturador de fluído
Caminhão basculante
Caminhão com guincho
Gerador trifásico
Guincho foguete
Compressor ar comprimido
Nesta travessia foi necessário executar um poço de emboque no canteiro
central (Fig. 5.5), o poço executado possui forma circular de 2,20 m de diâmetro 5 m de
profundidade, o revestimento do poço de emboque foi feito em chapas corrugadas de metal,
mesmo material do túnel, como mostrou os relatórios de sondagem a percussão foi encontrado
rocha durante a escavação do poço de emboque, sendo necessário o uso de explosivo para
desagregação da rocha.
Figura 5.5: Poço de emboque no canteiro central (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE
SANTANA, 2010)
57
Ao lado, e no mesmo alinhamento do túnel existe uma galeria de água pluvial
cuja parede permite a infiltração de água, este problema dificultou a escavação do poço de
emboque, devido à água de infiltração proveniente da galeria (Fig. 5.6).
Figura 5.6: Água de infiltração vinda da galeria (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010)
Durante a montagem dos anéis do poço de emboque houve fuga de material,
isso fez com o espaço vazio entre os anéis e o maciço aumentasse bastante, e para resolver
este problema foi realizada injeção de argamassa fluída para preencher os vazios e estabilizar
o solo. A argamassa foi injetada através de furos existentes nas chapas (Fig. 5.7).
Figura 5.7: Furo para injeção de argamassa fluída (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE
SANTANA, 2010)
Após o poço de emboque executado foi iniciada a primeira frente de avanço e
logo no início foi encontrado um maciço rochoso em seção plena (Fig. 5.8).
58
Figura 5.8: Maciço rochoso em seção plena (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA,
2010)
A presença de um maciço rochoso já era previsto, desta forma foi necessária
utilizar explosivos para avançar com o túnel, para viabilizar o uso de explosivos foi utilizado
um compressor de ar comprimido e uma perfuratriz pneumática, que possibilitou a perfuração
do maciço e a inserção de explosivos. Para conter o impacto da explosão foi usado sacos de
areia sobrepostos. Na segunda frente de avanço também foi encontrado rocha em seção plena.
O túnel linear por sob a Av. José falcão ainda está em execução, todo o
material proveniente da escavação é retirado através do poço de emboque utilizando o
guincho foguete (Fig. 5.9) e é armazenado no canteiro central para bota fora a cada três dias.
Figura 5.9: Guincho foguete (SES-CONSÓRCIO FEIRA DE SANTANA, 2010)
59
CONCLUSÃO
O método convencional conhecido como método destrutivo (MD), gera muitos
transtornos devido à necessidade de se avançar com as maquinas escavadeiras para abrir as
valetas de assentamento da tubulação, transformando, muito, o espaço físico. Além disso, o
processo exige um local para bota-fora do material retirado da vala, necessita de escoramento
das paredes da vala para evitar o desmoronamento e realiza o desvio do tráfego próximo as
escavações e a depender do local de execução da vala, gera interferências sobre a inabilidade
de veículos e pedestres.
O método de perfuração direcional e o método „'slurry shield machine‟‟ são
tecnologias relativamente novas no Brasil, entretanto, tem-se mostrado muito eficientes na
resolução dos vários problemas gerados no método convencional de vala a céu aberto, além
disso, estes os métodos possibilitam a execução de travessias por sob interferência, seja ela
qual for.
Em adição, embora utilizando equipamentos menos sofisticados, o método do
túnel linear também se mostra muito eficiente. Sua execução manual, torna seu custo
operacional baixo, sobretudo em pequenas travessias.
Essas tecnologias reduzem o impacto ao meio ambiente e realizam isso de
maneira pratica e eficiente. Destaca-se, ainda, a velocidade de execução das travessias e, a
redução significativa do numero de acidentes de trabalho.
É muito importante que antes da escolha do método seja feita uma analise
individual de cada situação levando em conta as peculiaridades de cada método.
60
REFERÊNCIAS
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62
ANEXO A - CROQUI DA AV. JOSE FALCÃO, FEIRA DE SANTANA-BA
63
ANEXO B - RELATÓRIOS DE SONDAGEM A PERCUSSÃO
