ADUTORAS NA CIDADE DE PORTO ALEGRE: UMA ANÁLISE DE REGISTROS DE DADOS DE SERVIÇOS DE CONSERVAÇÃO

(1)

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Cibele Maldonado Rodrigues

ADUTORAS NA CIDADE DE PORTO ALEGRE:

UMA ANÁLISE DE REGISTROS DE DADOS DE

SERVIÇOS DE CONSERVAÇÃO

Porto Alegre dezembro 2014

(2)

CIBELE MALDONADO RODRIGUES

ADUTORAS NA CIDADE DE PORTO ALEGRE:

UMA ANÁLISE DE REGISTROS DE DADOS DE

SERVIÇOS DE CONSERVAÇÃO

Trabalho de Diplomação apresentado ao Departamento de

Engenharia Civil da Escola de Engenharia da Universidade Federal

do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para obtenção do

título de Engenheiro Civil

Orientador: Dieter Wartchow

(3)

ADUTORAS NA CIDADE DE PORTO ALEGRE:

UMA ANÁLISE DE REGISTROS DE DADOS DE

SERVIÇOS DE CONSERVAÇÃO

Este Trabalho de Diplomação foi julgado adequado como pré-requisito para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo Professor Orientador e pela Coordenadora da disciplina Trabalho de Diplomação Engenharia Civil II (ENG01040) da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Porto Alegre, dezembro de 2014

Prof. Dieter Wartchow Dr. pela Universidade de Stuttgart Orientador

Profa. Carin Maria Schmitt Dra. pelo PPGA/UFRGS Coordenadora

BANCA EXAMINADORA

Eng. Adinaldo Soares de Fraga (PUC/ DMAE) Eng. Civil pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Msc. Jones Souza da Silva (UFRGS) Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Msc. Mariane Kempka (UFRGS) Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Prof. Dieter Wartchow (UFRGS) Doutor pela Universidade de Stuttgart/ Alemanha

(4)

Dedico este trabalho a minha mãe, Carmen, e ao meu irmão, Rodrigo, que sempre me apoiaram e

(5)

Agradeço a minha mãe, Carmen, por tornar-me, diariamente, uma pessoa melhor. Agradeço pelo amor incondicional, pela paciência, pelo cuidado, pelo exemplo dado e, sobretudo, por acreditar em mim.

Agradeço ao meu irmão, Rodrigo, pela amizade, pelo companheirismo, pelas inúmeras conversas esclarecedoras, pelo carinho, pela paciência e pelo apoio incessante.

Agradeço ao meu orientador, Prof. Dieter Wartchow, pela paciência e atenção prestadas durante o desenvolvimento deste trabalho.

Agradeço à Profa. Carin Schmitt pela generosidade, paciência e atenção a mim dedicadas na orientação deste trabalho. Agradeço pelo empenho incansável no exercício da profissão. Agradeço ao Eng. Adinaldo Soares de Fraga pelas valiosas contribuições sem as quais não seria possível a realização deste trabalho. Agradeço pela atenção, pela boa vontade em ajudar, pela paciência, pelo incentivo à elaboração deste estudo.

Agradeço a todos os profissionais que auxiliaram no desenvolvimento deste trabalho, compartilhando seus conhecimentos técnicos e práticos.

Agradeço aos grandes amigos que fiz dentro desta Universidade pelo companheirismo, pelo carinho, pelas trocas de conhecimento, pelas risadas. Agradeço-os por tornarem esta jornada mais agradável.

(6)

Se tens de lidar com água, consulta primeiro a experiência, e depois a razão. Leonardo da Vinci

(7)

À margem de uma crise hídrica como a que ocorre em São Paulo em 2014, e nas condições atuais de consumo, a infraestrutura, a operação e a manutenção precárias, bem como, a escolha inadequada de materiais, em um sistema de abastecimento de água, podem ser facilmente relacionadas com as causas de perdas hídricas, as quais, dentro deste contexto, tornaram-se inaceitáveis. Este trabalho aborda, através da revisão bibliográfica, quais são os critérios básicos a serem analisados para a escolha apropriada do material para tubulações de adução de água e, no âmbito das adutoras existentes na cidade de Porto Alegre, quais são os principais materiais e tipos de juntas utilizados nas tubulações. Através de dados de controle de vazamentos e serviços realizados em adutoras, registrados pelo setor responsável pela manutenção de adutoras do Departamento Municipal de Água e Esgotos de Porto Alegre, DMAE, são analisadas as interações entre os materiais das adutoras e as causas prováveis de vazamentos, apuradas quando da realização dos consertos, a localização dos vazamentos nas adutoras, os diâmetros envolvidos e a influência da sazonalidade na atuação das adutoras. Estas análises foram feitas de maneira individual, por material, e de maneira global, considerando a extensão total da rede de adutoras, e apontaram criticidades relativas ao uso e manutenção de alguns materiais como o aço carbono, por exemplo. Aliadas a estas, verificou-se a necessidade de substituição das redes de fibrocimento, cujo desempenho mostrou-se substancialmente insatisfatório para a função que deveria desempenhar visto o desenvolvimento tecnológico atual. Não menos importante, considera-se fundamental uma evolução nos métodos de obtenção de dados e processamento de informações, os quais podem dar uma contribuição inestimável para o planejamento de ações futuras com vistas à melhoria da eficiência de todo o sistema de abastecimento de água de Porto Alegre.

Palavras-chave: Adutoras. Materiais e Tipos de Juntas de Adutoras. Perdas Reais de Água. Causas Prováveis de Vazamentos em Adutoras.

(8)

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Diagrama das etapas de pesquisa ... 21

Figura 2 – Classificação dos materiais empregados em tubos para adução de água ... 25

Figura 3 – Adutora de aço carbono no sistema ponta-ponta ... 28

Figura 4 – Apresentação das grafitas do ferro fundido cinzento (lamelar) e do ferro fundido dúctil (esferoidal) ... 30

Figura 5 – Tubos de ferro fundido dúctil com sistema de ligação ponta e bolsa ... 32

Figura 6 – Junta travada internamente ... 33

Figura 7 – Junta travada externamente ... 34

Figura 8 – Tubo PVC PBA com junta elástica ... 35

Figura 9 – Tubo PVC DEFOFO com junta elástica ... 35

Figura 10 – Tubo de PVC-O com junta elástica ... 36

Figura 11 – Tubos de PEAD em barras ... 38

Figura 12 – Tubos de PEAD em bobinas ... 38

Figura 13 – Solda de topo por termofusão ... 39

Figura 14 – Solda por eletrofusão ... 41

Figura 15 – Conexão de compressão ... 42

Figura 16 – Tipos de acoplamento em PRFV ... 44

Figura 17 – Tubulação de fibrocimento ... 45

Figura 18 – Formulário para o registro de apropriação diária ... 50

Figura 19 – Planilha para controle de vazamentos e serviços em redes adutoras ... 50

Figura 20 – Vazamentos por tipo de material ... 56

Figura 21 – Representação de cada material na extensão total de adutoras por km e percentual ... 57

Figura 22 – Vazamentos por extensão de rede (por tipo de material) ... 58

Figura 23 – Percentuais dos vazamentos por prováveis causas ... 59

Figura 24 – Percentuais dos vazamentos por localização ... 60

Figura 25 – Percentuais dos vazamentos por estação do ano ... 60

Figura 26 – Total de horas trabalhadas nos reparos por tipo de material ... 61

Figura 27 – Horas trabalhadas nos reparos por número de vazamentos em cada tipo de material ... 62

Figura 28 – Identificação das prováveis causas dos vazamentos nas adutoras de aço ... 63

Figura 29 – Localização dos vazamentos nas adutoras de aço ... 65

(9)

Figura 33 – Prováveis causas dos vazamentos nas adutoras de fibrocimento ... 69

Figura 34 – Interação entre tubos e o solo ... 70

Figura 35 – Interação entre tubos rígidos e o solo ... 70

Figura 36 – Localização dos vazamentos em adutoras de fibrocimento ... 72

Figura 37 – Extensão de redes adutoras de fibrocimento por diâmetro ... 74

Figura 38 – Vazamentos por km considerando as redes de fibrocimento por diâmetro .. 75

Figura 39 – Ocorrências de vazamentos em adutoras de fibrocimento por estação do ano ... 76

Figura 40 – Prováveis causas dos vazamentos em adutoras de ferro fundido cinzento ... 77

Figura 41 – Localização dos vazamentos em adutoras de ferro fundido cinzento ... 78

Figura 42 – Fragilização do FoFo cinzento, vazamento na geratriz superior ... 80

Figura 43 – Fragilização do FoFo cinzento, vazamento no entorno da circunferência do tubo ... 80

Figura 44 – Extensão de redes adutoras de ferro fundido cinzento por diâmetro ... 81

Figura 45 – Vazamentos por diâmetro em km de rede de ferro fundido cinzento ... 82

Figura 46 – Ocorrências de vazamentos em adutoras de ferro fundido cinzento por estação do ano ... 83

Figura 47 – Prováveis causas dos vazamentos ocorridos nas adutoras de ferro fundido dúctil ... 84

Figura 48 – Possível ocorrência de corrosão sob atrito ... 86

Figura 49 – Localização dos vazamentos nas adutoras de ferro fundido dúctil ... 87

Figura 50 – Extensão de redes adutoras de ferro fundido dúctil por diâmetro ... 89

Figura 51 – Vazamentos por diâmetro em km de rede de ferro fundido dúctil ... 89

Figura 52 – Ocorrências de vazamentos em adutoras de ferro fundido dúctil por estação do ano ... 90

Figura 53 – Prováveis causas de vazamentos em adutoras de PEAD ... 91

Figura 54 – Falha na solda por termofusão em adutora de PEAD ... 92

Figura 55 – Uso de “colarinho” para a união de tubulações ... 93

Figura 56 – Acidente provocado por retroescavadeira em tubo de PEAD ... 94

Figura 57 – Localização de vazamentos em adutoras de PEAD ... 94

Figura 58 – Extensão de adutoras de PEAD por diâmetro ... 96

Figura 59 – Vazamentos por diâmetro em km de rede de PEAD ... 96

Figura 60 – Ocorrências de vazamentos em adutoras de PEAD por estação do ano ... 97

Figura 61 – Prováveis causas de vazamentos em adutoras de PRFV ... 98

(10)

Figura 63 – Localização dos vazamentos nas adutoras de PRFV ... 100

Figura 64 – Extensão de redes adutoras de PRFV por diâmetro ... 102

Figura 65 – Vazamentos por diâmetro em km de rede de PRFV ... 102

(11)

Quadro 1 – Fatores a serem considerados para a escolha da tubulação ... ₂₄

Quadro 2 – Códigos utilizados para determinar o tipo de material da rede existente ... ₅₁

Quadro 3 – Códigos utilizados para determinar o tipo de serviço realizado ... ₅₂

Quadro 4 – Códigos utilizados para determinar a localização do vazamento ... ₅₂

(12)

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Locais e causas prováveis dos vazamentos nas adutoras de aço ... 66

Tabela 2 – Número de vazamentos por diâmetro de tubulação de aço ... 66

Tabela 3 – Locais e causas prováveis dos vazamentos nas adutoras de fibrocimento ... 73

Tabela 4 – Número de vazamentos por diâmetro de tubulação de fibrocimento ... 74

Tabela 5 – Localização dos vazamentos e causas prováveis nas adutoras de ferro fundido cinzento ... 79

Tabela 6 – Número de vazamentos por diâmetro de tubulação de ferro fundido cinzento ... 81

Tabela 7 – Locais e causas prováveis dos vazamentos nas adutoras de ferro fundido dúctil ... 88

Tabela 8 – Número de vazamentos por diâmetro de tubulação de ferro fundido dúctil .. 88

Tabela 9 – Localização dos pontos de vazamentos e causas prováveis nas adutoras de PEAD ... 95

Tabela 10 – Número de vazamentos por diâmetro de tubulação de PEAD ... 95

Tabela 11 – Localização dos vazamentos e causas prováveis nas adutoras de PRFV ... 101

(13)

C–ADUTORAS – Coordenação de Manutenção de Adutoras DE – Diâmetro externo

DMAE – Departamento Municipal de Água e Esgotos DN – Diâmetro nominal

FC – Fibrocimento

FF – Ferro fundido cinzento FD – Ferro fundido dúctil FoFo – Ferro fundido PE – Polietileno

PEAD – Polietileno de alta densidade

PRFV – Plásticos reforçados com fibra de vidro PVC – Cloreto de polivinila

PVC-O – Cloreto de polivinila não plastificado orientado

PVC-U – Cloreto de polivinila não plastificado ou PVC rígido SNIS – Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento

(14)

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 16 2 DIRETRIZES DA PESQUISA ... 19 2.1 QUESTÃO DE PESQUISA ... 19 2.2 OBJETIVOS DA PESQUISA ... 19 2.2.1 Objetivo Principal ... 19 2.2.2 Objetivos Secundários ... 19 2.3 PREMISSA ... 20 2.4 DELIMITAÇÕES ... 20 2.5 LIMITAÇÕES ... 20 2.6 DELINEAMENTO ... 20

3 MATERIAIS UTILIZADOS EM ADUTORAS ... 23

3.1 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DE TUBULAÇÕES ... 23

3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 25

3.2.1 Aço Carbono ... 25

3.2.1.1 Tipos de revestimento ... 26

3.2.1.2 Tipos de juntas ... 27

3.2.2 Ferro Fundido (FoFo) ... 29

3.2.2.1 Ferro fundido cinzento ... 31

3.2.2.2 Ferro fundido dúctil ... 31

3.2.2.2.1 Tipos de juntas ... 31

3.2.3 Cloreto de Polivinila (PVC) ... 34

3.2.3.1 PVC-U (cloreto de polivinila não plastificado) ... 34

3.2.3.2 PVC-O (cloreto de polivinila não plastificado orientado) ... 36

3.2.4 Polietileno (PE) ... 37

3.2.4.1 Tipos de juntas ... 38

3.2.5 Plásticos Reforçados com Fibra de Vidro (PRFV) ... 42

3.2.5.1 Tipos de juntas ... 43 3.2.6 Fibrocimento ... 44 3.2.7 Concreto ... 45 3.3 ACESSÓRIOS ... 46 3.3.1 Válvulas de parada ... 46 3.3.2 Válvulas de descarga ... 47 47

(15)

3.3.5 Válvulas de retenção ... 48

3.3.6 Válvulas antigolpe ... 48

4 MÉTODO DE PESQUISA ... 49

4.1 MÉTODO DE REGISTRO DE DADOS ... 49

4.2 TRATAMENTO DE DADOS ... 53

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 56

5.1 RESULTADOS E DISCUSSÕES GERAIS ... 56

5.2 RESULTADOS E DISCUSSÕES POR MATERIAL ... 62

5.2.1 Adutoras de aço carbono ... 63

5.2.1.1 Causas prováveis ... 63

5.2.1.2 Localização dos vazamentos ... 64

5.2.1.3 Localização dos vazamentos e causas prováveis ... 65

5.2.1.4 Vazamentos por diâmetro ... 66

5.2.1.5 Influência da sazonalidade ... 68

5.2.2 Adutoras de fibrocimento (FC) ... 69

5.2.3 Adutoras de ferro fundido cinzento (FF) ... 76

5.2.4 Adutoras de ferro fundido dúctil (FD) ... 83

5.2.5 Adutoras de polietileno de alta densidade (PEAD) ... 90

(16)

5.2.6 Adutoras de plástico reforçado com fibra de vidro (PRFV) ... 98

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 104

REFERÊNCIAS ... 106

ANEXO A ... 109

(17)

(18)

1 INTRODUÇÃO

A necessidade de abastecimento de água é inerente ao avanço da civilização. Desde a Antiguidade, os povos fundavam cidades próximas a mananciais de água e, com o passar do tempo, e natural crescimento das populações, os reservatórios próximos se esgotavam ou se tornavam impróprios devido a poluição. Esta situação criava pressões para que novas fontes de água, cada vez mais distantes, fossem conectadas às populações, resultando assim na necessidade de se estruturar uma forma de transportar água de um local a outro. Como exemplo dessa necessidade que acompanha o desenvolvimento das cidades, pode-se citar os aquedutos romanos, alguns existentes até os dias de hoje, e cujas dimensões impressionam devido às distâncias cobertas por estas estruturas.

Assim, desde tempos antigos lida-se com o planejamento, a construção e a manutenção de sistemas de abastecimento de água, com um aumento evidente da complexidade dessa gestão em função dos variados usos dados aos recursos hídricos na atualidade, bem como do avanço tecnológico. Em nossos dias, dentre as áreas do conhecimento que estudam essa problemática, pode-se citar a Engenharia Civil, cujo desenvolvimento na área da gestão dos recursos hídricos aborda este estudo.

Atualmente, o abastecimento de água das cidades se dá através de um complexo sistema de tubulações, em sua maior parte, enterradas, que conduzem a água desde o manancial até o consumidor final, passando por unidades de bombeamento, tratamento e reservação de água. O acesso à água potável é um direito humano essencial reconhecido pela Organização das Nações Unidas (NACIONES UNIDAS, 2010) e, este direito, está fundamentalmente relacionado à saúde da população em geral. A conscientização sobre este direito básico tem se traduzido em políticas públicas, cujo objetivo principal é universalizar o acesso à água potável. Segundo Tardelli Filho (2006, p. 457), no cumprimento das metas de universalização do acesso à água, em muitos casos verifica-se uma forte preocupação com a implantação dos sistemas e muito pouco com a operação e manutenção destes. Consequentemente, constroem-se estruturas de baixa qualidade, com operação e manutenção deficientes, que com o decurso do tempo e uso, passam a apresentar perdas de água.

(19)

Em uma companhia de saneamento, pode-se identificar dois tipos de perdas: perdas aparentes, que correspondem ao volume de água consumido e não faturado, consequência de possíveis erros de medição em hidrômetros, fraudes, ligações clandestinas e falhas no cadastro comercial; e perdas reais, caracterizadas por vazamentos em adutoras, redes de distribuição e reservatórios (e extravasamentos de reservatórios setoriais), ou seja, volumes de água perdidos no sistema antes de chegar ao consumidor final (TARDELLI FILHO, 2006, p. 458). No ano de 2012, conforme diagnóstico do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (BRASIL, 2014), o conjunto de companhias de saneamento brasileiras apresentou um índice médio de perdas na distribuição, correspondente à comparação entre o volume disponibilizado na distribuição e o volume consumido, próximo a 37%. Cabe ressaltar que os dados informados pelo SNIS (BRASIL, 2014) são obtidos através de dados primários fornecidos pelas prestadoras de serviços (companhias estaduais, empresas e autarquias municipais, empresas privadas e Prefeituras), sendo esta uma exigência para a obtenção de recursos junto ao Ministério das Cidades. Conclui-se que elevadas perdas de água representam entraves para à expansão do acesso à água no Brasil, visto que, quando parte da produção de água de uma empresa não é faturada, reduz-se sua capacidade de investir e obter financiamentos. Além disso, as perdas reais implicam na necessidade de buscar novos mananciais, contrariando a conservação de recursos hídricos.

Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo gerar informações, a partir de dados referentes ao controle de vazamentos em adutoras da cidade de Porto Alegre, registrados pelo setor de manutenção de adutoras do Departamento Municipal de Água e Esgotos, DMAE, com a finalidade de auxiliar os profissionais da área no planejamento, execução e manutenção de adutoras na escolha mais adequada de materiais. Um sistema bem operado e mantido implica em melhorias para a população atendida, com redução dos transtornos causados pelas faltas de abastecimento, redução das tarifas e um atendimento de melhor qualidade, considerando a possibilidade de novos investimentos realizados sobre o sistema existente.

No capítulo 2, encontram-se as diretrizes da pesquisa, ou seja, a questão de pesquisa, os objetivos, a premissa, as delimitações, as limitações e o delineamento. No capítulo 3, de revisão bibliográfica, são abordados os critérios para a escolha de tubulações e as características dos materiais utilizados nas adutoras de Porto Alegre.

(20)

No capítulo 4, é feita uma descrição da metodologia de obtenção e registro dos dados de controle de vazamentos pelo DMAE, bem como, do tratamento dos mesmos. No capítulo 5, são apresentados os resultados obtidos com o tratamento de dados e a discussão dos primeiros. Finalmente, no capítulo 6, são apresentadas as considerações finais deste trabalho.

(21)

2 DIRETRIZES DA PESQUISA

As diretrizes para desenvolvimento do trabalho são descritas nos próximos itens.

2.1 QUESTÃO DE PESQUISA

A questão de pesquisa do trabalho é: qual é a incidência dos problemas de vazamentos no sistema de adutoras da cidade de Porto Alegre, tendo em vista os materiais utilizados e as possíveis causas destes problemas?

2.2 OBJETIVOS DA PESQUISA

Os objetivos da pesquisa estão classificados em principal e secundários e são descritos a seguir.

2.2.1 Objetivo principal

O objetivo principal do trabalho é produzir, com base nos dados coletados pelo Departamento Municipal de Água e Esgotos (DMAE) e na literatura técnica, informações úteis ao tomador de decisão no que tange à otimização dos processos de planejamento, execução e manutenção de adutoras, na cidade de Porto Alegre.

2.2.2 Objetivos secundários

Os objetivos secundários do trabalho são:

a) descrição de materiais utilizados em adutoras e de sua aplicação;

b) análise dos registros de controle de vazamentos, considerando os materiais envolvidos, a localização dos vazamentos na tubulação, suas prováveis causas e a frequência com que ocorrem em adutoras, na cidade de Porto Alegre.

(22)

2.3 PREMISSA

O trabalho tem por premissa que as ocorrências de vazamentos nas adutoras devem ser estudadas com a finalidade de levantar informações para contribuir com as áreas de projeto, execução, operação e manutenção, oferecendo material confiável para o aprimoramento da conservação dos sistemas de adução de água.

2.4 DELIMITAÇÕES

O trabalho delimita-se a analisar linhas de adução pertencentes ao Sistema de Abastecimento de Água da cidade de Porto Alegre.

2.5 LIMITAÇÕES

O trabalho limitou-se a analisar as prováveis causas e materiais envolvidos em ocorrências de vazamentos, nas adutoras da cidade de Porto Alegre, através de dados de controle de vazamentos registrados pela equipe de manutenção de adutoras do DMAE, no período de maio 2007 a março 2014. São consideradas adutoras pelo DMAE, tubulações com diâmetro igual ou superior a 250 mm, portanto, vazamentos em redes com diâmetros inferiores a este não foram considerados. Não obstante, em função da indisponibilidade de dados sobre as variações nos comprimentos das linhas de adução, no período supracitado, adotou-se como referência a extensão total referente a março 2014.

2.6 DELINEAMENTO

O trabalho foi realizado através das etapas apresentadas a seguir, que estão representadas na figura 1, e são descritas nos próximos parágrafos:

a) pesquisa bibliográfica;

b) estudo e descrição de materiais e suas respectivas aplicações em adutoras; c) tratamento de dados relativos aos reparos realizados em adutoras na cidade de

Porto Alegre;

d) apresentação e análise dos resultados obtidos; e) considerações finais.

(23)

Figura 1 – Diagrama das etapas da pesquisa

(fonte: elaborado pela autora)

A pesquisa bibliográfica desenvolveu-se ao longo de todo o trabalho, mas com maior densidade nas etapas iniciais, buscando aprimorar o embasamento teórico de assuntos pertinentes ao tema estudado, abordando a descrição de materiais e suas respectivas aplicações em adutoras. Foram pesquisados livros, normas técnicas, trabalhos acadêmicos, artigos, estatísticas de órgãos relacionados ao setor, manuais técnicos e outros materiais relacionados ao assunto.

Posteriormente, promoveu-se o tratamento de dados relativos aos reparos realizados em adutoras na cidade de Porto Alegre, classificando-os conforme o tipo de material envolvido, o diâmetro da tubulação, o local de ocorrência (conexões, soldas, peças, geratriz superior etc.), a causa provável do vazamento e o período de realização do serviço.

Realizou-se, então, a apresentação e análise dos resultados obtidos, através de relações entre a incidência de vazamentos e o tipo de material da adutora, o local de ocorrência, a causa provável, o diâmetro e o período do serviço, utilizando-se de tabelas e ilustrações.

(24)

Por fim, foram feitas as considerações finais sobre os objetivos alcançados com o desenvolvimento do trabalho, bem como, as conclusões do estudo.

(25)

3 MATERIAIS UTILIZADOS EM ADUTORAS

Os autores Alambert Júnior (1997, p. 10) e Tsutiya (2006a, p. 172) definem tubulação como o conjunto de tubos e conexões que tem a finalidade de transportar água de um ponto a outro e denominam adutoras as tubulações que interligam captação, estações de tratamento de água e reservatórios, sem distribuir a água ao consumidor final. O presente capítulo aborda os critérios de seleção e a caracterização dos materiais mais empregados em tubulações de adutoras.

3.1 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DE TUBULAÇÕES

No momento atual, o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, aliado à necessidade de adequadas condições sanitárias e de resistência das tubulações, determinam um estudo perspicaz do projetista para a definição apropriada do material para compor uma tubulação. A escolha das tubulações deve considerar fatores diversos, integrando aspectos técnicos, relacionados à qualidade da água e ao desempenho satisfatório do sistema projetado, e econômicos, associados à viabilidade de execução da obra e operação e manutenção do sistema. Inicialmente, os parâmetros calculados através de equações da hidráulica, tais como pressão interna e velocidade de escoamento, sozinhos, já limitam as alternativas de materiais disponíveis, visto que cada material possui especificidades com relação às margens de pressão e velocidade admitidas (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 683).

O quadro 1 apresenta os principais elementos a serem considerados quando da escolha da tubulação.

(26)

Quadro 1 – Fatores a serem considerados para a escolha da tubulação

(fonte: KURODA; PÁDUA, 2006, p. 685)

Pode-se acrescentar aos fatores discriminados no quadro 1, a disponibilidade dos materiais no mercado (dimensões, espessuras, acessórios, juntas, prazos de entrega, etc.), a análise de experiências prévias na utilização do material em questão, em serviços semelhantes, e o menor coeficiente de atrito interno possível, considerando a minimização das perdas de carga, e neste caso, devendo-se ponderar também, o envelhecimento da tubulação e, consequentemente, o aumento de sua rugosidade (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 147).

Comentários

O projetista não deve esquecer que o transporte de água bruta e de água tratada requerem cuidados distintos. Há águas que são agressivas às tubulações, mas também há tubulações que podem liberar, na água, substâncias potencialmente prejudiciais à saúde.

Em função do tipo de material a ser utilizado nas tubulações, estas apresentam diâmetros máximos e mínimos de fabricação. É imprescindível a realização de dimensionamento hidráulico adequado.

Devem-se estimar as variações de pressões estática e dinâmica do sistema, bem como a ocorrência de transientes hidráulicos (golpes de aríete) e a possível intermitência do escoamento.

Devem-se obter informações como declividade do terreno, altura de aterro, tipo de solo, localização do lençol freático, carga de tráfego.

Resistência física às pressões internas e externas

A pressão interna exercida pela água e as cargas externas podem ser fatores limitantes na escolha da tubulação. Além disso, devem-se considerar os valores limites de resistência à tração, compressão, flexão, deformação, fadiga, abrasão e colapso.

Resistência a agentes físicos e

químicos

As condições climáticas locais (temperatura, umidade) e o tipo de solo onde será instalada a tubulação podem ser muito desfavoráveis a alguns materiais.

Durabilidade

Depende de fatores tais como características do solo, cargas externas e natureza da água transportada. A durabilidade desejada pode variar de alguns dias a décadas, dependendo da natureza da obra.

Facilidade de assentamento e

manutenção

Principalmente em situações de emergência, a rapidez de execução da obra torna-se mais importante que torna-seu custo final. Deve-torna-se considerar o tipo de montagem, distância mínima entre apoios, deflexão máxima permitida, ovalização,

estanqueidade, variedade de conexões, diâmetros disponíveis, intercambialidade e periodicidade entre manutenções.

Custos

Na avaliação dos custos, é indispensável levar em consideração não apenas o preço da tubulação e do assentamento, mas também o custo de operação do sistema e manutenção durante a vida útil da obra. Além disso, deve-se considerar os custos decorrentes dos transtornos causados na infraestrutura local, por ocasião de possível manutenção do sistema.

Fator a considerar Pr o p r ie d a d e s d o s m a te r ia is d is p o n ív e is Características do local Condições de escoamento Vazão a ser aduzida -

Dimensionamento hidráulico Qualidade da água a ser

(27)

3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

Existem diversos materiais empregados na fabricação de tubulações. Para a condução de água, podem ser classificados em duas categorias: metálicos (ferrosos) e não metálicos, conforme a figura 2.

Figura 2 – Classificação dos materiais empregados em tubos para adução de água

(fonte: adaptado de ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 11)

Todos os materiais descritos na figura 2 podem ser utilizados em adutoras (TSUTIYA, 2006a, p. 172); porém, em adutoras de conduto forçado por gravidade, são comumente utilizados tubos de ferro fundido, de aço, de PVC, de polipropileno ou de polietileno e, nos condutos de recalque, normalmente, são utilizados o ferro fundido dúctil ou aço, mais resistentes às alternâncias de sobrepressão e depressão (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 687).

3.2.1 Aço Carbono

O aço pode ser classificado segundo o teor de carbono presente em sua composição, sendo este, determinante nas características finais do produto, tais como tenacidade, ductilidade, resistência, dureza, etc. O processo de fabricação dos tubos é descrito por Alambert Júnior (1997, p. 63): “[...] consiste na dobra das chapas de aço e na soldagem destas, de forma retilínea ou helicoidal. [...] esta chapa deverá ter um limite de resistência entre 35 e 54 kgf/mm² e um teor de carbono máximo de 0,35% [...]”.

Aço carbono Tubos metálicos

(ferrosos)

Ferro fundido dúctil

PVC (PVC-U e PVC-O) Material plástico Polietileno - PE Tubos não

metálicos Plásticos reforçados com fibra de vidro (PRFV)

Ferro fundido cinzento (fora de fabricação)

Fibrocimento (fora de fabricação) Concreto

(28)

As principais características desse material são:

a) elevada resistência às pressões internas e externas, permitindo o uso de paredes mais finas (observadas as pressões de colapso);

b) soldabilidade, garantindo a estanqueidade do sistema e, quando ocorrem vazamentos por perfurações, são facilmente recuperados;

c) custo do material e da instalação (exige mão de obra especializada), geralmente superior em relação aos outros materiais (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 63); d) suscetível a dilatações térmicas quando aparente, necessitando o uso de juntas de

expansão (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 64);

e) o material é competitivo com o ferro fundido dúctil para grandes diâmetros e pressões elevadas (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 687);

f) sensibilidade à corrosão, interna (água transportada) e externa (condições de entorno), necessitando de revestimentos e proteções especiais;

g) disponibilidade em comprimentos superiores com relação a maioria dos outros materiais;

h) leveza do aço em relação ao ferro fundido, facilitando o transporte e a montagem; i) capacidade de vencer grandes vãos sem a necessidade de construção de estruturas de apoio especiais, devido à sua leveza e à viabilidade de instalação aérea em forma de arco;

j) menor resistência às pressões negativas internas (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 697).

Os diâmetros de fabricação dos tubos de aço, atualmente, encontram-se na faixa de DN 170 a 2.500 mm, com comprimentos variando de 6 a 12 m (sob encomenda até 18 m) (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 698).

3.2.1.1 Tipos de revestimento

O aço carbono possui duas características, citadas anteriormente, que requerem a proteção da tubulação: sensibilidade à corrosão e suscetibilidade à dilatação térmica. As tubulações de aço, quando expostas ao sol, devem ser revestidas externamente com pintura que auxilie na redução da absorção de calor e, ou, devem contemplar a instalação de juntas de expansão ou dilatação. Quando enterradas, se deve levar em consideração as características do solo e sua agressividade, bem como o caminhamento de correntes elétricas estranhas à tubulação, necessitando, além do revestimento, de uma proteção eletroquímica da superfície da tubulação (proteção catódica) (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 702). A água transportada, dependendo de sua agressividade (adutoras também transportam água bruta), também pode causar corrosão interna na tubulação

(29)

aplicação da tubulação, deve ser estudado o tipo de revestimento mais adequado. A eficiência de um revestimento está diretamente relacionada com sua aderência à superfície da tubulação, garantindo impermeabilidade e resistência elétrica e mecânica (cargas externas e atrito com o solo) (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 70).

Atualmente, os revestimentos utilizados pela fabricante são (CONFAB INDUSTRIAL SA, 2010):

a) revestimentos externos (enterrados ou submersos), - polietileno (tripla);

- fusion bonded epoxy – FBE; - epóxi líquido de alta espessura; b) revestimentos externos aéreos, - dual coat em FBE + poliéster; - epóxi líquido + poliuretano alifático; c) revestimentos internos,

- epóxi líquido (condução de esgoto, água doce e salgada).

3.2.1.2 Tipos de juntas

Os tipos de juntas mais utilizados em tubulações de aço carbono são: a) soldada;

b) elástica; c) flangeada;

d) telescópica ou simples encaixe; e) especiais.

A junta soldada pode ser executada no sistema ponta-ponta, com aço biselado (chanfrado), ou no sistema ponta e bolsa. Os tubos ponta-ponta com junta soldada costumam ser utilizados em adutoras de alta pressão, têm boa estanqueidade em aplicações aéreas e enterradas, e não é necessária a execução de blocos de ancoragem. Os tubos de aço biselados podem ser encontrados nos diâmetros nominais de 300 mm a 2.500 mm, com comprimentos entre 7 e 12

(30)

m (CONFAB INDUSTRIAL SA, 2010). Na figura 3, verifica-se a montagem de uma adutora de aço carbono, com diâmetro superior a 2.000 mm e juntas soldadas no sistema ponta-ponta.

Figura 3 – Adutora de aço carbono no sistema ponta-ponta

(fonte: OAS ENGENHARIA, [2014])

No sistema ponta e bolsa com junta soldada, a ligação acontece após a centralização e o acoplamento do conjunto ponta com a bolsa expandida, com solda de filete circunferencial que pode ser externa, interna (se o diâmetro do tubo permitir) ou em ambos os lados, dependendo da aplicação. Esse sistema tem a possibilidade de integrar-se ao sistema ponta e bolsa com junta elástica. Há um menor número de acoplamento nas tubulações (os tubos podem ser fabricados com comprimentos de até 12 m), possibilitando maior produtividade. O sistema ponta e bolsa com junta soldada também permite deflexões na tubulação e dispensa soldas de raiz e de topo. Os tubos são fabricados nos diâmetros nominais de 600 a 1.200 mm (CONFAB INDUSTRIAL SA, c2014a).

Assim como no ferro fundido dúctil, a junta elástica é composta por um tubo de ponta lisa, uma bolsa expandida e um anel de vedação, com montagem por acoplamento deslizante. Aceita deflexões garantindo a estanqueidade, oferece boa produtividade (facilidade de montagem e menor número de acoplamentos, tubos de até 12 m) e dispensa o uso de areia na execução da

(31)

envoltória. O sistema é fabricado nos diâmetros nominais de 300 a 1.200 mm (CONFAB INDUSTRIAL SA, c2014b).

Juntas flangeadas, pela facilidade de desmontagem e isentar o uso de blocos de ancoragem, são utilizadas, geralmente, em casas de bombas, em reservatórios e na ligação com peças e acessórios. Os flanges são soldados na tubulação (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 65).

Junta telescópica ou simples encaixa somente é utilizada para trabalho em baixas pressões. Os tubos, no sistema ponta e bolsa, se encaixam por meio de pancadas de malho ou por pressão de macaco (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 698).

Juntas especiais podem ser dos tipos Dresser, Gibault, de expansão, etc. Recomendadas em tubulações de menores diâmetros, pela dificuldade de serem refeitos os revestimentos internos, quando se torna inviável a mobilização do equipamento de solda (em pequenas extensões), ou ainda, quando há problemas de vibrações ou dilatação térmica na tubulação. Não devem ser instaladas enterradas (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 698).

3.2.2 Ferro Fundido (FoFo)

O termo ferro fundido é genericamente utilizado para definir ligas de Fe-C-Si, sendo que a proporção de carbono na liga é o que determina as características do material. São relevantes para a aplicação em adução de água, o ferro fundido cinzento e o ferro fundido dúctil, que se diferenciam pela cristalização do carbono, sendo lamelar no ferro fundido cinzento e esferoidal (ou nodular) no ferro fundido dúctil, e pela resistência à ruptura, sendo esta muito baixa no ferro cinzento com relação ao ferro fundido dúctil. A diferença entre as grafitas e a resistência à ruptura estão intimamente interligadas, pois as grafitas lamelares, sob determinada concentração de esforços, podem dar início a um processo de fratura, enquanto que as grafitas nodulares eliminam as linhas de propagação destas possíveis rupturas (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 83; SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 12). As formas das grafitas do ferro fundido cinzento e do ferro fundido dúctil podem ser vistas na figura 4.

(32)

Figura 4 – Apresentação das grafitas do ferro fundido cinzento (lamelar) e do ferro fundido dúctil (esferoidal)

(fonte: SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 13)

Segundo Kuroda e Pádua (2006, p. 691), as qualidades mecânicas tradicionais desse material, devido ao elevado teor de carbono, são:

a) resistência à compressão; b) facilidade de moldagem; c) resistência à corrosão; d) usinabilidade; e) resistência à fadiga.

Observa-se ainda, que os tubos de ferro fundido costumam apresentar longa durabilidade; no entanto, especialmente quando expostos ao transporte de água com pH elevado, apresentam incrustações nas paredes internas dos tubos, aumentando sua rugosidade e, consequentemente, diminuindo a vazão escoada. Esta é a principal objeção que se faz ao uso do ferro fundido. Para contornar este fenômeno opta-se por revestir as paredes internas dos tubos com argamassa de cimento (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 692). É importante ressaltar que, o ferro fundido dúctil, devido à melhoria das características mecânicas do material, substituiu o uso do ferro fundido cinzento e, conforme Misawa (1969, p. 102), por volta de 1969, a fabricação de tubos de ferro fundido dúctil no Brasil estava começando.

(33)

3.2.2.1 Ferro fundido cinzento

Embora não sejam mais fabricados, é comum deparar-se com tubos de ferro fundido cinzento em sistemas de abastecimento de água, pois, no passado, o material foi largamente utilizado. A rejeição atual à fabricação deste material está diretamente relacionada à fragilidade do mesmo, ou seja, à baixa resistência à tração (pressões internas) e aos impactos decorrentes do transporte e assentamento, se comparado ao ferro fundido dúctil (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 688). Distinguem-se dois tipos de junta nestes tubos: a junta de chumbo, mais usual, e a junta de flange. A junta de chumbo, utilizada, atualmente, somente em casos de manutenções, é executada no sistema de ligação ponta e bolsa, com vedação através de estopa alcatroada e chumbo (TSUTIYA, 2006a, p. 174).

3.2.2.2 Ferro fundido dúctil

Os tubos de FoFo dúctil, para adução de água, apresentam-se nos diâmetros nominais de 80 a 2.000 milímetros, com comprimentos úteis que podem variar de 6,0 a 8,15 metros, nas classes K7 e K9 (SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 221).

As principais características desse material, somadas às propriedades mecânicas tradicionais do FoFo e pela forma esferoidal da cristalização do carbono, são: a resistência à tração (aproximadamente, três vezes maior que a do FoFo cinzento) e a resistência às cargas externas e aos choques que podem ocorrer durante o transporte e o assentamento (devido ao elevado limite elástico e alongamento) (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 691).

3.2.2.2.1 Tipos de juntas

Atualmente, há uma grande variedade de juntas disponíveis no mercado para tubos de FoFo dúctil, sendo as mais usuais:

a) a elástica; b) a flangeada; c) a mecânica; d) as especiais.

Junta elástica é o tipo de junta mais corrente em tubulações de FoFo dúctil, com ligação ponta e bolsa. Constitui-se de um anel de vedação de borracha, inserido na bolsa do tubo, que sofre compressão radial pela introdução da ponta do tubo subsequente no interior da bolsa

(34)

(KURODA; PÁDUA, 2006, p. 694). Suas vantagens são a facilidade e rapidez de montagem (não exige mão de obra especializada), a estanqueidade, a mobilidade (permite dilatações e deflexões, facilitando os possíveis movimentos da tubulação em decorrência do uso) e a boa absorção de variações térmicas (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 90). Tubos e conexões com junta elástica apresentam-se nos diâmetros nominais de 80 a 2.000, dependendo da classe de pressão (K7 e K9). As pressões de serviço admissíveis variam com a espessura do tubo e com o diâmetro, por exemplo, para classe K9, um tubo com DN 80 possui pressão de serviço admissível igual a 6,4 MPa e um tubo DN 2.000, pressão de serviço admissível igual a 2,6 MPa (SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 106). Na figura 5 pode-se observar uma tubulação de ferro fundido dúctil para adutora, com sistema de ligação ponta e bolsa.

Figura 5 – Tubos de ferro fundido dúctil com sistema de ligação ponta e bolsa

(fonte: JOINVILLE, 2013)

A junta flangeada, como o nome já diz, é composta por dois flanges, arruela de vedação e parafusos com porcas, que variam em quantidade e dimensões dependendo da pressão e diâmetro nominais do tubo. Garante-se a estanqueidade da tubulação através da compressão da arruela de vedação pelo aperto dos parafusos. A junta flangeada é denominada rígida, pois permite a desmontagem da tubulação, e, portanto, é normalmente utilizada, também pela necessidade de precisão da montagem, em tubulações não enterradas que contêm acessórios, como estações de bombeamento, estações de tratamento de água e reservatórios (KURODA;

PÁDUA, 2006, p. 694). Os tubos podem ter flanges soldados (até DN 600), roscados (DN ≥

700) ou podem ser fundidos com os flanges, formando um conjunto integral. Juntas com flanges são ligações onerosas, que exigem um perfeito alinhamento e conexões justas, porém ocupam

(35)

pouco espaço, facilitam a manutenção e não necessitam de ancoragem. São disponíveis nos diâmetros nominais de 80 a 2.000 mm (SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 104).

Juntas travadas são juntas que incorporam às características da junta elástica a capacidade de suportar esforços axiais, evitando a desconexão das tubulações, e muitos modelos são patenteados por seus fabricantes. O travamento sucessivo transfere os esforços axiais para o terreno, possibilitando a supressão de blocos de ancoragem. São indicadas quando não há espaço para a construção de blocos de ancoragem, devido ao volume dos mesmos, ou em solos de baixa resistência, devido ao peso, ou, ainda, em travessias aéreas e declives acentuados. Podem ser travadas internamente, conforme figura 6, com insertos metálicos, vulcanizados nos anéis de vedação durante a sua fabricação, que se fixam sobre a ponta do tubo quando sob pressão, assegurando o travamento (DN 80 a 600, em tubos e conexões) (SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 110); ou travadas externamente, como mostra a figura 7, através de um cordão de solda na ponta do tubo (executado na fábrica) que fixa um anel de travamento, onde deve ser apoiado um contraflange de bloqueio que se engasta no aro da bolsa do tubo por meio de parafusos e porcas especiais (DN 300 a 1.200, em tubos e conexões). A estanqueidade é assegurada pelo anel de vedação de borracha da junta elástica (SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 113).

Figura 6 – Junta travada internamente

(36)

Figura 7 – Junta travada externamente

(fonte: SAINT-GOBAIN CANALIZAÇÃO LTDA., 2011, p. 113)

Juntas mecânicas são utilizadas para suportar pressões superiores a 1,5 MPa, e empregadas em qualquer tipo de tubo (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 95). As peças que compõem a junta têm a vantagem de ser reaproveitadas quando há modificação ou desmontagem da tubulação (TSUTIYA, 2006a, p. 175). A estanqueidade é garantida pela compressão axial do anel de borracha através de um contraflange e parafusos (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 695).

Existem no mercado diversos modelos das chamadas “juntas especiais”. Geralmente são peças de montagem e desmontagem rápida, utilizadas em situações em que outros tipos de junção ou intervenção (em reparos) são inviáveis ou para absorver esforços de dilatação térmica ou deflexão (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 101). São peças caras e não devem ser enterradas, costumam ser utilizadas em conjunto com a montagem de válvulas e outros acessórios. São exemplos: juntas Dresser, juntas Gibault, juntas de desmontagem travadas axialmente, etc. (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 695).

3.2.3 Cloreto de Polivinila (PVC)

3.2.3.1 PVC rígido ou PVC-U (cloreto de polivinila não plastificado) O PVC rígido é definido por Alambert Júnior (1997, p. 114):

[...] a resina de PVC é a matéria prima básica empregada na fabricação de tubos e conexões de PVC rígidos, tendo em sua composição a adição de elementos estabilizantes, antioxidantes, lubrificantes e pigmentos. Estes elementos dão à resina de PVC as propriedades necessárias durante o processo de fabricação e para resistir ao longo do tempo às ações da luz solar, variação de temperatura e pressões internas

(37)

e externas. E além disto, não devem fornecer a água qualquer odor, gosto, cor ou componentes tóxicos que possam ser nocivos à saúde.

Atualmente, a fabricação de tubos de PVC rígido para sistemas de abastecimento de água (água bruta e água tratada), subdivide-se em dois tipos, ambos no sistema de montagem ponta e bolsa: a) PVC PBA JEI/ JERI: anel de vedação fixo (junta elástica integrada - JEI), ou removível (junta elástica removível integrada - JERI), na bolsa do tubo, disponível nos diâmetros nominais de 50 a 100 mm, na cor marrom, em classes de pressão distintas - 0,6 MPa, 0,75 MPa e 1,0 MPa, à temperatura de 20ºC (AMANCO BRASIL LTDA., 2014; TIGRE SA, 2011);

b) PVC DEFOFO JEI/ JERI: anel de vedação fixo (junta elástica integrada - JEI), ou removível (junta elástica removível integrada - JERI), na bolsa do tubo, e diâmetro externo que possibilita o intercâmbio com o sistema de ferro fundido (DEFOFO); disponível nos diâmetros nominais de 100 a 500 mm, na cor azul; suporta pressões de serviço de até 1,0 MPa à temperatura 20ºC (AMANCO BRASIL LTDA., 2014; TIGRE SA, 2011).

As figuras 8 e 9 mostram os tubos PVC PBA e PVC DEFOFO, respectivamente.

Figura 8 - Tubo PVC PBA com junta elástica Figura 9 - Tubo PVC DEFOFO com junta elástica

(fonte: AMANCO BRASIL LTDA., 2014) (fonte: AMANCO BRASIL LTDA., 2014)

As principais vantagens do PVC rígido são a leveza, que garante facilidade no transporte e velocidade na montagem (não exige mão de obra especializada), e a elevada resistência a agentes químicos e a processos corrosivos, assegurando a durabilidade da tubulação. Além disso, o PVC possui baixa rugosidade, o que garante um bom desempenho hidráulico (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 703).

Já as desvantagens do PVC rígido estão relacionadas:

a) à baixa resistência a pressões internas elevadas e a grandes impactos (agentes externos);

b) à deterioração sob a ação da luz solar, não podendo ser utilizado em sistemas não enterrados;

(38)

c) às limitações de diâmetros (diâmetro nominal máximo disponível igual a 500 mm) (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 703).

Com referência à ancoragem, a NBR 9822 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012, p. 6) determina: “5.1.10.1 As juntas elásticas não são projetadas para suportar esforços longitudinais. Desta forma, deve ser executado um bloco de ancoragem em curvas, tês, reduções, tampões (caps ou plugues) e locais onde são instaladas válvulas de manobra ou de bloqueio [...]”. Alambert Júnior (1997, p. 120) também alerta para o uso de ancoragens em regiões próximas às bolsas dos tubos, quando em trechos inclinados.

3.2.3.2 PVC-O (cloreto de polivinila não plastificado orientado)

Desde o ano de 2009, é fabricada no Brasil, uma nova tecnologia em PVC, o PVC-O (cloreto de polivinila não plastificado orientado). A fabricante informa que as propriedades do PVC-O têm origem na orientação das moléculas do PVC-U, nos sentidos circunferencial e longitudinal (bi-orientação), produzindo uma estrutura em camadas (AMANCO BRASIL LTDA., 2009). Os tubos de PVC-O são fabricados no sistema ponta e bolsa, com anel de vedação (junta elástica integrada ou removível), na cor branca para o transporte de água, de acordo com a figura 10, diâmetros nominais disponíveis de 100 a 300 mm, com pressão hidrostática interna admissível de até 1,6 MPa à temperatura de 25ºC (AMANCO BRASIL LTDA., 2009).

Figura 10 – Tubo de PVC-O com junta elástica

(fonte: AMANCO BRASIL LTDA., 2009)

A NBR 15.750 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009, p. 7) aborda características do PVC-O:

[...] pode ser considerado altamente resistente ao entalhe. Devido à morfologia da orientação do material do tubo, não há risco de propagação rápida de eventual fissura. Também são resultados do processo de orientação molecular a melhoria da resistência à tensão circunferencial e a resistência ao impacto.

(39)

Em comparação com o PVC rígido, as vantagens e desvantagens do PVC-O são praticamente as mesmas, com duas exceções: o PVC-O admite pressões superiores ao PVC rígido (até 1,6 MPa) e, se mantidas as condições de trabalho de 1,6 MPa a 25ºC (com fator de segurança igual a 1,6), para um horizonte de 50 anos, a resistência mínima requerida para esses tubos é de 45 MPa (para o PVC-U, 25 MPa) (AMANCO BRASIL LTDA., 2009).

A ancoragem supracitada para o PVC rígido também é válida para os tubos de PVC-O.

Segundo a NBR 15.750 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009, p. 1), as conexões a serem utilizadas em tubos de PVC-O devem ser de ferro fundido dúctil.

3.2.4 Polietileno (PE)

O polietileno (PE) é uma resina derivada do etileno, com propriedades termoplásticas, ou seja, um material que amolece quando aquecido e enrijece ao ser resfriado (TSUTIYA, 2006b, 436). Segundo a fabricante, o PE surgiu no ano de 1953 e sua aplicação em tubos acelerou-se na década de 80 (BRASTUBO QUÍMICA INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA., [2014], p. 7). De acordo com Kuroda e Pádua (2006, p. 706): “Dependendo da forma de polimerização do etileno, pode-se obter o PEAD (polietileno de alta densidade), o PEMD (polietileno de média densidade) e o PEBD (polietileno de baixa densidade).”. Dentre estes, o PEAD, é a forma mais rígida e que suporta maiores pressões, portanto, nas classificações PE80 e PE100, é comumente utilizado em sistemas de abastecimento de água (BRASTUBO QUÍMICA INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA., [2014], p. 13).

Diferentemente de outros materiais, as tubulações de PEAD são denominadas pelo seu diâmetro externo (DE), que pode variar de 20 a 1.600 mm, com pressões nominais de 0,4 a 2,5 MPa, fornecidos para o transporte de água nas cores azul (somente para tubulação enterrada) e preta. São fornecidos em barras de 6 a 18 metros ou em bobinas de 50 e 100 metros (FGS BRASIL INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA., [2014]). Nas figuras 11 e 12, observa-se tubos de PEAD em barras e bobinas, nesta ordem.

(40)

Figura 11 – Tubos de PEAD em barras Figura 12 – Tubos de PEAD em bobinas

(fonte: DEPARTAMENTO DE ÁGUA E

ESGOTO (Santa Bárbara d’Oeste), 2014) (fonte: acervo da autora)

As principais vantagens deste material, segundo a fabricante são (BRASTUBO QUÍMICA INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA., [2014], p. 10):

a) leveza;

b) flexibilidade (permite curvas longas); c) resistência a agentes químicos; d) imune a corrosões;

e) resistência à abrasão; f) reduzido número de juntas;

g) baixíssimo número de incrustações; h) durabilidade.

A principal desvantagem do material, citada por Alambert Júnior (1997, p. 126), é a baixa resistência às altas pressões internas.

3.2.4.1 Tipos de juntas

As juntas mais comuns utilizadas em tubulações de polietileno são executadas em solda por termofusão, solda por eletrofusão e juntas de compressão.

A soldagem de topo por termofusão é mais adequada para tubos com diâmetro maior ou igual a 63 mm. Nesse tipo de ligação os tubos e conexões podem ser soldados topo a topo

(41)

(ponta-ponta), sem a necessidade de peças de conexão. Estas somente são necessárias em transições, em ramificações (tês), em reduções ou curvas de pequeno raio (DANIELETTO, 2007, p. 246). Segundo Danieletto (2007, p. 274), sobre a solda de topo por termofusão:

[...] segue sempre o princípio de elevar a temperatura das peças a serem soldadas até sua fusão, comprimir as partes fundidas, uma contra a outra, tal que promova a interação molecular dos materiais fundidos e, mantendo essa pressão, resfriar naturalmente os materiais até sua recristalização.

A figura 13 demonstra esquematicamente, e de maneira sucinta, o processo de solda de topo por termofusão.

Figura 13 – Solda de topo por termofusão

(fonte: DANIELETTO, 2007, p. 278)

Além da solda de topo, há outros dois tipos de soldagem por termofusão: a solda de soquete e a solda de sela. Porém, o uso de ambas, em redes de água e gás, tem sido abolido devido a dependência da soldagem à precisão das dimensões das peças e gabaritos utilizados no processo, bem como, à habilidade do soldador (DANIELETTO, 2007, p. 307).

A solda por eletrofusão está disponível nos diâmetros de 20 a 630 mm, porém, sua aplicação é mais usual em diâmetros até 160 mm (melhor custo-benefício) e em situações de reparo, quando

(42)

a solda de topo por termofusão mostra-se impraticável. Na soldagem por eletrofusão, uma conexão (espécie de luva que une ponta-ponta) provida de uma bolsa ou sela, possui uma resistência elétrica espiralada. Ao conectar a peça aos terminais de um equipamento, o mesmo gera uma determinada intensidade de corrente elétrica, por um período específico, que produz calor e a peça se funde ao tubo (BRASTUBO QUÍMICA INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA., [2014], p. 33; DANIELETTO, 2007, p. 264).

O princípio da solda por eletrofusão é explicado por Danieletto (2007, p. 314):

Quando se aplica uma tensão elétrica nos terminais (conectores) da conexão, surge uma corrente elétrica na resistência inserida no corpo, gerando calor por efeito Joule, que leva à fusão a superfície interna da conexão e a superfície externa do tubo. O material da conexão quando se funde, expande-se para dentro, em direção ao tubo. Da mesma forma, o material em fusão do tubo expande-se para fora, em direção à conexão. Dessa forma os dois materiais são empurrados um contra o outro, formando uma pressão de solda, fazendo com que se misturem.

Quando a corrente elétrica cessa, os materiais começam a resfriar lentamente, até a temperatura ambiente, formando novos cristalitos com a mistura dos dois materiais, soldando-se, tal como na solda de termofusão.

(43)

Figura 14 – Solda por eletrofusão

A junta de compressão é obtida através de montagem, onde uma conexão composta por bolsas e um anel interno, que permite o deslocamento longitudinal da tubulação, fixa as pontas dos tubos aos quais se deseja unir. Um anel de vedação deve garantir a estanqueidade da ligação (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 714). Estas conexões são disponíveis nos diâmetros de 12 até 160 mm, são de fácil instalação e também representam uma alternativa para reparos (DANIELETTO, 2007, p. 267). A figura 15 apresenta um modelo de conexão (ou junta) de compressão.

(44)

Figura 15 – Conexão de compressão

3.2.5 Plásticos Reforçados com Fibra de Vidro (PRFV)

Pela NBR 15.536-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007, p. 6), tubos de PRFV são definidos como:

Tubo constituído de um liner PVC ou de resina termofixa, uma estrutura externa reforçada com fibras de vidro impregnadas com resina termofixa curada. A estrutura composta pode conter agregados, cargas granulares, escamas de vidro, agentes tixotrópicos e pigmentos ou corantes.

Na NBR 15.536-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007, p. 4), define-se liner como: “Camada de PVC ou resina termofixa, com ou sem carga, reforçada ou não, que forma a superfície interna do tubo.”.

Os tubos são classificados pela NBR 15.536-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007, p. 7) conforme os seguintes critérios:

a) quanto aos processos de fabricação podem ser classificados, - filamento contínuo (FC);

- centrifugação (CT);

- laminação manual ou projeção;

b) quanto aos materiais componentes da estrutura, podem ser classificados como, - resina epóxi reforçado com fibras de vidro (ER);

- resina poliéster reforçado com fibras de vidro (PR); - resina éster-vinílica reforçada com fibras de vidro (VR); - argamassa de epóxi reforçado (AE);

(45)

- argamassa de poliéster reforçado (AP); - argamassa de éster-vinílica reforçada (AV);

c) quanto ao liner, uma estrutura tubular pode apresentar liner ou não, pode ter liner de PVC ou de resina termofixa e o liner pode ser reforçado ou sem reforço. A classificação do liner pode ser adotada,

- sem liner (SL);

- com liner de PVC (LP); - com liner termofixo (LF);

- com liner termofixo reforçado (LR).

As classes de pressão padronizadas pela NBR 15.536-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007, p. 8-10), variam de 0,2 a 3,2 MPa. A mesma norma delimita os diâmetros nominais, entre 100 e 2.000 mm, podendo chegar a 3.600 mm desde que os requisitos de desempenho dos tubos atendam à norma, e os comprimentos úteis, de 3 a 18 metros. 3.2.5.1 Tipos de juntas

Os tipos de juntas utilizados em PRFV, descritos pela NBR 15.536-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007, p. 16), podem ser do tipo junta elástica, junta rígida e juntas mistas.

a) junta elástica tipo ponta e bolsa anel (PBA), podendo o anel de vedação ser removível (JE) ou não (JEI);

b) junta elástica tipo ponta anel e bolsa (PAB), neste caso, a junta elástica pode ser única ou dupla, e fica alojada em cavidade específica, na ponta do tubo;

c) luva elástica de montagem (ou luva tipo Reka), uma luva de acoplamento tipo junta elástica, com dois anéis de vedação nas extremidades;

d) junta elástica travada (JT), onde um sistema de trava, composto por uma ponta e um anel de PRFV colados na bolsa, complementam a vedação do anel de borracha;

e) sistema ponta e bolsa anel com junta rígida (PBA-R), onde a vedação é feita por anéis e o travamento aos movimentos axiais pode ser feito, por exemplo, por roscas;

f) união flangeada (JR-F), na qual o flange é fixado no tubo através de colagem, é um sistema de junta desmontável, composto por parafusos, porcas e arruelas e a vedação se dá por um disco de borracha.

(46)

Figura 16 – Tipos de acoplamento em PRFV

(fonte: TECNIPLAS TUBOS E CONEXÕES LTDA., 2009)

Com relação às características do PRFV, Kuroda e Pádua (2006, p. 715) explicam que:

Os tubos reforçados com fibra de vidro são intercambiáveis com diâmetros de outros materiais [...]; apresentam baixa rugosidade; maior resistência mecânica que os tubos de poliéster e PVC [...]; elevada resistência a agentes químicos e a processos corrosivos e baixo peso, em comparação aos tubos metálicos.

3.2.6 Fibrocimento

Os tubos de fibrocimento, também denominados cimento-amianto ou asbestos, já foram uma alternativa para sistemas de abastecimento de água e, embora não sejam mais fabricados, ainda é possível encontrar estes tubos em operação, em linhas que ainda não passaram pelo processo de substituição. Eram compostos de argamassa de cimento Portland e areia, com armação de fibras de amianto, misturados sob pressão, nos diâmetros de 50 a 500 mm, em comprimentos de 3 e 4 metros. As vantagens destes tubos são: resistência à corrosão interna, leveza (em comparação com o ferro fundido), baixa rugosidade, sem necessidade de utilização de juntas de expansão. Entre as desvantagens, destacam-se: baixa resistência estrutural a esforços de flexão, quebra com facilidade e, quando em solos ácidos, facilmente corroído (ALAMBERT

(47)

JÚNIOR, 1997, p. 136). A figura 17 mostra tubos de fibrocimento assentados no solo, no interior de uma vala escavada.

Figura 17 – Tubulação de fibrocimento

(fonte: TUBERÍAS Y PRODUCTOS, [2014])

3.2.7 Concreto

Tubos de concreto, simples ou armado, já não são mais utilizados para a condução de água devido aos problemas frequentes de vazamentos e dificuldades de manutenção. São tubos que apresentam grandes diâmetros, com custo baixo em relação aos demais materiais, e alta resistência às cargas externas. As juntas utilizadas nestes tubos eram com anel de borracha ou juntas de chumbo, estas últimas de difícil execução (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 139). Conforme Tsutiya (2006a, p. 175): “Ocasionalmente, tem-se aplicado tubos de concreto em adutoras de água por gravidade em conduto livre; entretanto, não tem sido muito usual a aplicação de tubos de concreto em adutoras pressurizadas.”.

(48)

3.3 ACESSÓRIOS

Em conjunto com as tubulações de adutoras e subadutoras, normalmente são utilizadas as seguintes peças especiais: válvulas de parada, válvulas de descarga, válvulas redutoras de pressão, ventosas, válvulas de retenção e válvulas aliviadoras de pressão (ou válvulas antigolpe) (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 717).

Kuroda e Pádua (2006, p. 717) expõem que:

Os acessórios podem ser responsáveis por um custo bastante representativo do valor total da aquisição e assentamento das tubulações. Assim, a escolha incorreta desses dispositivos representará prejuízo econômico e comprometerá o funcionamento do sistema de abastecimento de água.

Alambert Júnior (1997, p. 15) dispõe que: “[as válvulas] além de serem peças muito caras, [...], são peças passíveis de vazamentos (em gaxetas, juntas, etc.) e introduzem perdas de carga localizadas.”.

Fonseca (1974, p. 5) descreve manutenção preventiva, em adutoras: “[...] é todo serviço que tem como finalidade a preservação do bom funcionamento de adutoras em termos de estanqueidade, condições de operação e condições de segurança, englobando também a operação (manobra) de rotina e o levantamento cadastral.”. Dentro deste contexto, embora apresentem custo elevado e, quando inadequadas ou mal dimensionadas, possam causar danos às tubulações, as válvulas de controle atuam como aparelhos de proteção, impedindo possíveis acidentes.

3.3.1 Válvulas de parada

São válvulas destinadas a estabelecer ou interromper o escoamento em uma tubulação, trabalhando plenamente abertas ou completamente fechadas (em algumas situações, podem trabalhar semiabertas). Podem ser do tipo válvulas de macho, válvulas de esfera, válvulas de comporta e válvulas de gaveta (ALAMBERT JÚNIOR, 1997, p. 15). A operação dessas válvulas subdivide-se em manual, motorizada e automática. O controle manual é feito por meio de volante, alavanca, engrenagem, etc., a operação motorizada utiliza uma força motriz externa (pneumática, hidráulica ou elétrica) e a automática é feita através do próprio fluido ou por mecanismos de molas ou contrapesos (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 717).

(49)

A distribuição das válvulas de parada ocorre, geralmente, com uma unidade posicionada a montante do sistema, e as demais distribuídas ao longo das tubulações, em pontos que permitam manobras de isolamento e esgotamento de trechos, para possibilitar a manutenção das linhas sem que haja a necessidade de parar o sistema por completo (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 718).

3.3.2 Válvulas de descarga

São utilizadas para permitir a saída de água da tubulação, sempre que necessário, seja para uma manobra de reparo, seja para garantir a saída de ar do sistema quando se está enchendo a linha. São alocadas em pontos baixos das adutoras e seu diâmetro não deve ser inferior a 1/6 do diâmetro da adutora (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 721).

3.3.3 Válvulas redutoras de pressão

Kuroda e Pádua (2006, p. 723) definem válvulas redutoras de pressão:

[...] são dispositivos destinados a permitir uma diminuição permanente da pressão interna na linha a partir do ponto de colocação. Desempenham função semelhante às caixas de quebra de pressão, com a diferença de que a água não entra em contato com a atmosfera e, portanto, não há perda total de pressão.

3.3.4 Ventosas

A presença de ar no interior das tubulações pode ser prejudicial ao bom desempenho do sistema, podendo reduzir a vazão escoada (reduz a seção e aumenta as perdas de carga), desperdiçando energia (reduz a eficiência das bombas), causar problemas em filtros e decantadores das estações de tratamento de água e produzir corrosões. Porém, quando é necessário esvaziar uma adutora deve haver um dispositivo que auxilie o ar a entrar na tubulação, para evitar o colapso dos tubos (a pressão interna não deve ser inferior à pressão atmosférica) (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 721).

O dispositivo que controla as entradas e saídas do ar das tubulações chama-se válvula ventosa e deve-se prever a instalação de ventosas em pontos onde existe a necessidade de remoção mecânica do ar. (KURODA; PÁDUA, 2006, p. 722). Segundo Alambert Júnior (1997, p. 34),