Uma rede que possua capacidade inadequada ou cuja situação estrutural não permita recupe- ração 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 fer- ramenta de percussão (normalmente um martelo de percussão modifi cado) ou um expansor hidráulico arrebenta a rede existente enquanto uma nova tubulação fi nal é puxada ou em- purrada 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. Des- de 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.
J 1 Aspectos Gerais
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 fi nal.
Além do uso na renovação de redes de gás e água, a substituição das tubulações vem se tor- nando uma das principais tecnologias não destrutivas para a substituição de redes de esgoto antigas ou de diâmetro insufi ciente. Foram conseguidos aumentos signifi cativos 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 tipi- camente 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 escava- ção do túnel (TBM) e a nova tubulação fi nal 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.
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J 2 Substituição de Tubulações por Arrebentamento por Percussão (Dinâmico) com Guincho Hidrostático
Devido à expansão da rede antiga, é necessário desacoplar as ligações de ramais e redes au- xiliares 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.
Os perfuradores pneumáticos, também conhecidos como “mole” ou “ferramentas de pene- tração no solo” estão descritos na seção K. São compostos por um cilindro de aço dentro do qual um martelo de acionamento pneumático golpeia repetidamente um bloco situado na extremidade da ferramenta, fazendo com que o cilindro se mova para frente. Existem diversas confi gurações, com diversos projetos do cone da extremidade e do mecanismo interno. Podem também ser usados diversos tipos de ferramentas pneumáticas para arrebentamento da tubulação , nos quais a ferramenta se move através de uma rede existente, rompendo-a, forçando seus fragmentos para dentro do solo adjacente e instalando simultaneamente uma nova tubulação fi nal. Um cabo ou um conjunto de barras preso à extremidade da ferramenta aumenta a força de percussão e ajuda a manter a ferramenta no curso correto.
O arrebentamento dos tubos com equipamento pneumático se baseia num mecanismo de fratura por percussão sendo, portanto, voltada para materiais quebradiços como ferro fundi- do, ferro extrudado, materiais cerâmico e concreto não armado. Essa técnica é, de longe, a mais popular para substituição por redes de mesmo diâmetro e para o aumento de diâmetro de redes pressurizadas, e vem sendo usada em diâmetros de menos de 100 mm até mais de 500 mm.
Os sistemas originais eram formados por um martelo pneumático que era puxado através da rede existente por um cabo de aço preso a um guincho. A ponta da ferramenta possuía aletas para auxiliar no arrebentamento da rede.
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Os avanços na técnica surgiram com a introdução de barras acionadas hidraulicamente para puxar a ferramenta através da rede. A maioria dos sistemas atuais de substituição de redes por arrebentamento utiliza barras em lugar de cabos. Esse método propicia melhor controle da potência, maior segurança para os operadores e facilidade para aumento de potência ou trabalho em diâmetros maiores.
A rede nova, usualmente de polietileno de alta densidade (PEAD) soldado no comprimento requerido, é lançada imediatamente atrás da ferramenta. Em alguns casos, pode-se usar uma força intermediária de empuxo por cilindros hidraulicos, em vez de usar somente a força de puxamento da cabeça de arrebentamento, na frente, ou de empuxo pelos pistões, atrás da ferramenta.
J 3 Substituição de Tubulações por Arrebentamento com Sistema Hidráu- lico (Estático)
Um dos fatores que deve ser considerado no arrebentamento pneumático de redes é o efeito da percussão sobre as redes, fundações e superfícies pavimentadas adjacentes. Uma alterna- tiva é o arrebentamento hidráulico, usando-se uma cabeça de corte com “facas” que quebram (ou cortam) a rede antiga. Freqüentemente, os equipamentos hidráulicos têm comprimento menor que os pneumáticos, permitindo a substituição ou aumento de diâmetro da rede a partir dos poços de visita existentes, sem necessidade de escavação de poços de entrada e saída. Até esta data, o arrebentamento com força hidráulica é usado principalmente para a substituição in loco de redes de esgoto e redes por gravidade e, com menos freqüência, para redes pressurizadas. Redes com diâmetro até um metro foram instaladas por esse método. Um sistema portátil de sistema hidráulico foi projetado para a substituição de tubos até 150 mm de diâmetro, usando equipamento sufi cientemente compacto para utilização em jardins ou no subsolo de prédios e outras localizações com acesso limitado.
Durante a operação, as barras de tração são inseridas inicialmente na tubulação antiga até a vala a jusante. A cabeça de corte com facas cônicas ou roletes de corte, é conectada à coluna de barras juntamente com um expansor, Os cilindros hidráulicos que atuam sobre a coluna de barras puxando o conjunto , quebrando a rede antiga, trazendo conjuntamente o a cabeça de corte, o expansor e a tubulação nova em direção á montante.
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Uma variante é a utilização de uma máquina de alta capacidade para puxar e empurrar, que atua sobre barras de aço de alta resistência fi xadas na cabeça de arrebentamento puxado através da rede existente, com a nova rede empurrada atrás da ferramenta. A capacidade típica de puxamento é de 20 a 230 toneladas, dependendo do diâmetro e comprimento da rede. Esse método baseia-se mais na potência da máquina de puxamento que na expansão da cabeça.
Embora possam ser usados tubos soldados de PEAD, juntamente com o arrebentamento hidráulico, usualmente as redes novas são de polietileno com juntas de encaixe, em compri- mentos curtos adequados para instalação a partir dos poços de visita existentes. Os tubos ce- râmicos projetados para aplicação com arrebentamento de tubos foram desenvolvidos recen- temente, permitindo a substituição ou aumento de diâmetro de redes de esgoto com uso de um material tradicional. Os tubos cerâmicos possuem colares de aço inoxidável para assegurar aumento da resistência ao cisalhamento nas juntas, e são similares em aparência aos usados em sistemas de micro-túnel, porém com parede mais fi na. Podem suportar forças de empuxo hidráulico maiores que a maioria dos materiais poliméricos, embora sejam mais pesados e possam necessitar de sistemas motorizados de elevação e manuseio no local.
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