Os sistemas de tubulação fazem parte do nosso mundo cotidiano. Visto de fora, o conceito de instalação de dutos subterrâneos parece relativamente simples – uma vala é cavada, um tubo é colocado nela e a vala é preenchida. Embora esta visão simplista do procedimento possa ser atraente, ela fica completamente aquém da engenharia real envolvida na colocação de uma tubulação subterrânea.
Considera-se que os tubos de polietileno (PE) possuem uma flexibilidade que permite que sejam dobrados até um limite de deformação permitido sem serem danificados. A maioria dos tubos PE pode suportar grandes curvas sem serem danificados, mas para fins práticos, os tubos PE são limitados a 7,5% de deflexão ou menos, dependendo da relação entre diâmetro e espessura da parede (DR) e sua aplicação. Para tubos PE, a flexibilidade é diretamente proporcional à RD. Tubos com baixo valor de DR, por exemplo DR 7,3, apresentam alta resistência à flexão porque a flexibilidade desses tubos é muito baixa e sua resistência à compressão é alta. Tubos com DR 7,3 suportam pressões de até cerca de 11 MPa, por outro lado, tubos com DR 32,5 suportam pressões de cerca de 0,08 MPa. Esta ampla gama de flexibilidade dentro de uma linha de produtos significa que tubos com diferentes valores de DR precisarão atender a diferentes requisitos de instalação. A profundidade da cobertura e as cargas superficiais esperadas também influenciam os requisitos específicos de instalação. Portanto, antes de construir os sistemas, é necessário avaliar a aplicação e as condições do local para determinar o melhor e mais econômico método de instalação.
Em geral, existem dois objetivos a serem alcançados na construção de sistemas de tubulação. A primeira é fornecer uma base e aterro para proteger o tubo de danos mecânicos causados por impactos ou objetos duros no solo. A segunda é fornecer reforço contra movimentos e cargas do solo, quando necessário. Tubos com valor RD mais baixo podem suportar cargas maiores e exigir menos suporte do solo. Quando os tubos requerem o suporte de uma almofada para suportar uma carga, o material geralmente se compacta. O aterro colocado sobre a almofada também pode ser compactado. A compactação do aterro imediatamente acima do tubo facilita a redistribuição de parte da carga na direção do tubo para o solo de aterro.
Etapas de construção
Cavando trincheiras. As valas devem ser escavadas de acordo com os requisitos especificados na documentação do projeto e de acordo com as normas de segurança aplicáveis. Devem ser evitados períodos excessivamente longos de exposição da vala para minimizar problemas como inundações, colapso das paredes da vala, congelamento da base e do aterro, e para minimizar os riscos para os trabalhadores e o tráfego. Isto pode ser conseguido através da coordenação estreita dos processos de abertura de valas, assentamento de tubulações e aterro.
Os principais factores a considerar na construção da vala são a sua largura, a estabilidade do solo envolvente, a estabilidade das paredes da vala e a acumulação de água na vala. Solos instáveis ou condições húmidas devem ser controlados fornecendo uma fundação alternativa, inclinando ou reforçando as paredes da vala, drenando a vala ou aplicando outra medida semelhante.
Drenagem. Para que as tubulações sejam instaladas de forma segura e correta, o nível do lençol freático na vala deve ser controlado. Isto pode ser conseguido através da construção de furos ou da utilização de bombas submersíveis para drenagem.
Almofada. Quando o solo do fundo da vala puder ser escavado e nivelado sem dificuldade, o tubo poderá ser instalado diretamente no fundo assim preparado. A superfície do leito para colocação de tubos de pressão deve ser lisa – sem bordas salientes, vazios e grumos. Nas demais situações, o bloco pode ser preparado a partir do material escavado, desde que não contenha pedras e esteja bem triturado durante a escavação. O fundo da vala deve ser relativamente nivelado e livre de rochas e pedras, pois elas podem causar carregamento pontual do tubo. Eles devem ser removidos e uma camada de base com 100 a 150 mm de espessura deve ser colocada no fundo da vala. O substrato consiste em um material solto, como cascalho, areia, silte ou areia argilosa, que não contém pedras ou partículas sólidas com diâmetro superior a 12 mm.
Colocação dos tubos na vala. Tubos de pressão PE com até cerca de 200 mm de diâmetro e pesando cerca de 2,7 kg por 30 cm ou menos geralmente podem ser colocados manualmente em valas. Tubos mais pesados e de maior diâmetro requerem equipamento para levantar, mover e baixar os tubos até a vala. Eles não devem ser jogados, derrubados, empurrados ou rolados para dentro da vala. Precauções de segurança adequadas devem ser observadas quando os trabalhadores estiverem dentro ou perto da vala.
O tamanho das partículas do suporte não deve exceder 12 mm para tubos de 50 a 100 mm de diâmetro, 19 mm para tubos de 150 a 200 mm de diâmetro e 25 mm para todos os outros tamanhos. Quando a almofada é angular, a pedra britada também pode ser colocada ao redor do tubo. Quando o subleito for construído com cascalho natural, areia e misturas de partículas finas, ele deverá ser colocado em camadas não superiores a 150 mm de espessura e depois compactado mecanicamente.
Preenchimento. Isso deve ser feito o mais rápido possível após o assentamento e conexão dos tubos. Esta prática evita o deslocamento do tubo, protege-o de danos externos, elimina o levantamento devido ao alagamento da vala aberta e, em climas muito frios, reduz a possibilidade de congelamento do material de aterro.
A qualidade dos materiais de aterro e a sua colocação e compactação determinam em grande parte a deformação final e o alinhamento dos tubos. O material de aterro da vala deve ser seleccionado tendo em consideração a sua migração potencial para ou da parede da vala para o tubo e outras camadas de leito. Na maioria dos casos, a compactação é necessária para todos os materiais colocados na vala, desde 150 mm abaixo do tubo até pelo menos 150 mm acima do tubo.
Materiais para a almofada
Acontece que o revestimento é o material que envolve imediatamente o tubo. Pode ser importado, por exemplo brita, ou pode ser o material escavado da vala. O suporte deve fornecer resistência, rigidez, distribuição uniforme de contato com o tubo e estabilidade adequadas para minimizar a deformação do tubo.
A pressão exercida pelas massas terrestres sobre o tubo é diferente para diferentes seções ao longo do perímetro do tubo. A carga na parte superior e inferior do tubo geralmente é menor. A pressão que atua horizontalmente ao longo da linha central da tubulação é frequentemente a maior.
Como a pressão das massas terrestres atua sobre o perímetro do tubo, é importante que ele seja totalmente circundado por um suporte. Para garantir que a almofada será eficaz nas condições operacionais esperadas, é necessário especificar os materiais permitidos e sua densidade mínima aceitável.
Controle de curvatura
A capacidade de carga dos tubos PE, especialmente aqueles com grande RD, pode ser grandemente aumentada pelo solo em que são colocados. Quando o tubo está sob pressão, a carga é transferida do tubo para o solo pelo movimento horizontal de sua parede. Isto aumenta o contato entre o tubo e o solo e ativa a resistência passiva do solo. Ajuda a prevenir deformações adicionais dos tubos e contribui para a absorção de cargas verticais. O valor da resistência do solo na almofada depende diretamente do procedimento de instalação. Quanto mais rígidos forem os materiais de suporte, menos o tubo se curvará. Portanto, a combinação de material e tubo é frequentemente considerada como um sistema.
O objetivo principal no assentamento da tubulação é limitar ou controlar a flexão. O tubo PE flexível é a soma de dois componentes principais: o cabo flexível de instalação, que reflete a técnica e o cuidado com que o tubo é instalado; e flexão em serviço, que reflete a adaptação do sistema duto-solo construído à pressão subsequente das massas terrestres e outras cargas.
A inspeção de campo do procedimento de assentamento geralmente é suficiente para controlar a flexão da maioria dos tubos PE soldados por fusão. Às vezes, tubos de diâmetro muito grande são verificados quanto à deformação vertical. Normalmente, as medições de deformação são feitas somente depois que o aterro foi colocado no tubo e permaneceu em repouso por pelo menos 30 dias. O desvio permitido é determinado, geralmente dentro de 5%. Isto proporciona segurança adicional, pois a maioria dos tubos PE por gravidade podem suportar maiores deformações sem danos.
Colocação correta de acessórios PE
Como os acessórios fazem parte da construção monolítica, não são necessários blocos de suporte para evitar que se separem do tubo PE. Em tubulações com encaixes sobrepostos, devem ser usados blocos de suporte ou braçadeiras para evitar que os tubos se separem das conexões onde houver uma mudança na direção da tubulação.
O movimento dos tubos PE devido à deformação elástica, expansão/contração térmica, etc. não os danifica, mas movê-los ou instalar válvulas ou outros acessórios pode causar tensão excessiva. O preenchimento adequado evita sobrecarga na maioria das situações. As conexões, cotovelos e tês planos mais comuns geralmente exigem o mesmo aterro especificado para o tubo. Ao fazer conexões de serviço a partir de tubulações de água PE, não é necessária nenhuma vedação especial.
