Montagem e manutenção de tubulações de PEAD com grandes diâmetros


Hoje é possível a aplicação de tubulações em PEAD com grandes diâmetros (superiores a 900 mm) e altas pressões também para adução de água. Este trabalho apresenta os métodos utilizados, as vantagens e considerações importantes relativos à montagem e manutenção em campo dessas tubulações nas obras da Sabesp.


Renato Augusto Costa dos Santos, José Leandro Alves de Oliveira e Felipe Augusto Eiras de Resende, engenheiros da Superintendência de Manutenção Estratégica da Sabesp

Data: 10/09/2017

Edição: Hydro Setembro 2017 - Ano XII - No 131

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Até há pouco tempo não era comum o uso de tubulações de PEAD Polietileno de Alta Densidade com grandes diâmetros e para altas pressões visando à adução de água. A adoção desse tipo de material, no caso da Sabesp, estava restrita basicamente a redes e ramais de distribuição (pequenos diâmetros e baixas pressões) e emissários submarinos (grandes diâmetros, porém com baixas pressões). Os materiais mais adotados para adução eram os metálicos (aço e ferro fundido) ou, mais antigamente, de concreto/fibrocimento.

O PEAD apresenta as seguintes propriedades:

Fig. 1 – Máquina de soldagem de tubo de PEAD por termofusão

Métodos de união de tubos de PEAD

Os métodos utilizados na união de tubos em PEAD com grandes diâmetros, em obras da Sabesp, foram os seguintes:

Outra maneira de efetuar a união entre tubos é por meio de solda por eletrofusão, mas essa técnica não foi empregada pela Sabesp em se tratando de grandes diâmetros.

Vantagens

Como mencionado anteriormente, as tubulações em PEAD com grande diâmetro têm mostrado algumas vantagens quando comparadas com os materiais comumente utilizados no saneamento devido às suas características mecânicas, que ao longo do tempo têm se aprimorado. A seguir listamos algumas vantagens percebidas durante a utilização do material.

Agilidade para montagem

Em condições favoráveis para a soldagem (ausência de chuva e facilidade para alimentação da máquina de solda), é possível executar quatro soldas entre tubos de PEAD DN 1200 mm. Cada barra de tubo tem 12 metros de comprimento; em um único dia é possível executar um trecho de 60 metros.

Por outro lado, para a soldagem de um tubo em aço com esse mesmo diâmetro, considerando um passe de selagem, um passe de raiz, dois de enchimento e acabamento da junta soldada, executada com dois soldadores qualificados e bem treinados, nas mesmas condições favoráveis citadas anteriormente, em um dia é possível executar duas soldas. Como cada barra de tubo de aço tem 6 metros, no mesmo período é possível executar um trecho de apenas 18 metros.

Percebe-se então que, para tubulações de grande diâmetro, onde a soldagem do tubo de aço é mais demorada, a produtividade é maior quando se utiliza o PEAD.

Facilidade para movimentação

Fig. 2 – Movimentação de um tramo de tubulação de PEAD com máquinas escavadeiras

Em ocasiões onde o prazo seja exíguo para o assentamento de tubulações, a tubulação em PEAD favorece a agilidade, por ser mais leve e flexível. A tabela I apresenta a massa linear dos tubos de PEAD, aço e ferro fundido, com diâmetro nominal de 1200 mm e classe de pressão PN 10 kgf/cm2.

Além da significativa diferença da massa linear, outra vantagem do PEAD é a flexibilidade. Em locais de assentamento da adutora adversos e de difícil acesso, é necessário um ma‐ terial que permita a movimentação de grandes comprimentos (figura 2).A estratégia nesse sentido consiste na soldagem de várias barras de tubo de PEAD, para que posteriormente os tra‐ mos sejam movimentados por meio de escavadeiras.

Fig. 3 – Alimentação da máquina de soldagem de tubos de PEAD

Aplicação em locais adversos

Durante o assentamen‐ to de adutoras, é comum deparar‐se com locais de difícil acesso e traçados irregulares ou com grande declividade. Em alguns ca‐ sos, a adutora passa por rios ou repre‐ sas e, dessa forma, merece destaque a montagem de tubulações de PEAD sobre a água. A aplicação de tubula‐ ção em aço ou ferro fundido demanda obras civis de grande porte, que pode‐ riam inviabilizar os prazos de execução.

Para a montagem de tubos sobre a água, pode‐se adotar a soldagem por termofusão na margem do corpo d’água. Uma escavadeira posiciona os tubos na máquina de termofusão e após a soldagem outra escavadeira puxa a extremidade do tramo soldado.

Fig. 4 – Montagem de tubulação sobre a água

Esse tramo, por sua vez, é deslocado sobre roletes (tarugos de PEAD) em direção à água.

Uma vez lançada a extremidade da tubulação na água, toda a movimenta‐ ção é feita utilizando uma escavadeira sobre uma balsa. Posiciona-se a tubulação de PEAD sobre estruturas flutuantes previamente preparadas, que consistem em segmentos de tubos também de tos de tubos também de PEAD, com comprimento aproximado de 6 metros, instalados a cada 30 metros, aproximadamente (figura 3).

Fig. 5 – Desalinhamento entre flanges e uso de talha para fechamento da união

Em alguns casos, é necessário executar o assentamento da tubulação em regiões pantanosas. Nessa situação, o PEAD também se mostra vantajoso, pois à medida que a soldagem ocorre na margem de um corpo d’água e a tubulação avança pelos diversos tipos de terreno, não é necessária grande mobilização de equipamentos para executar a união de barras de tubos em PEAD em regiões críticas. Com isso, devido à facilidade de manuseio e utilizando apenas escavadeiras sobre uma plataforma de madeira, por exemplo, é possível movimentar a tubulação e acomodá-la (figura 4).

Podem ocorrer situações nas quais o traçado da adutora de PEAD passa por taludes com grande inclinação. O assentamento nesse local se mostrou muito complexo e a flexibilidade do material plástico foi uma característica favorável, pois permitiua movimentação do tramo utilizando retroescavadeiras.

Considerações importantes

Fig. 6 – Vazamento em união flangeada que estava enterrada

A seguir apresentaremos considerações importantes acerca da montagem, operação, manutenção e mesmo desativação de tubulações de PEAD de grandes diâmetros.

Caso 1: Alinhamento entre tubos na montagem de uniões flangeadas e condições para executar o torque dos parafusos

Devido ao lançamento das tubulações de PEAD sobre terrenos adversos, em valas ou no interior de um corpo d’água, em alguns casos não é possível efetuar uniões soldadas entreas partes, devido à falta de acesso para as máquinas de soldagem ou existência de umidade no local, sendo necessário recorrer às uniões flangeadas. Nesse caso, recomenda-se a utilização de uniões flangeadas.

Portanto, é necessário executar as uniões flangeadas com bastante cuidado em termos de alinhamento entre as partes, e propiciar condições necessárias para efetuar o aperto e reaperto dos parafusos no torque e sequência corretos. Essa consideração aplica-se especialmente em trechos enterrados ou alagados, nos quais existe uma maior dificuldade para realização de montagens e manutenções.


Fig. 7 – Manutenção em união flangeada dentro d ́água

Fig. 8 – Junta de borracha expulsa durante a operação da tubulação

Fig. 9 – Face de colarinho danificada durante a movimentação da tubulação

Caso 2: Tipo de junta utilizada entre colarinhos

Em tubulações de PEAD com grandes diâmetros, o tipo de junta utilizada entre os colarinhos pode ser um fator crítico para se evitar vazamentos.Normalmente são utilizadas juntas de borracha, mas em alguns casos elas podem ser ineficientes e romper após um período curto de operação. Pode-se atribuir a ineficiência ao aperto excessivo de apenas uma parte da união flangeada para compensar o desalinhamento entre as faces, ou ao torque desigual dos parafusos, conforme posto no tópico anterior.

A literatura especifica que a junta entre colarinhos pode até ser dispensada, dependendo da pressão de operação da tubulação e da possibilidade de efetuar o torque adequado dos parafusos da união. Na impossibilidade de aplicar o torque adequado, recomenda-se, por segurança, usar juntas de papelão hidráulico, que apresentam propriedades melhores que as das juntas de borracha.

Caso 3: Movimentação das tubulações

É importante que se faça o manuseio cauteloso das tubulações durante o assentamento, para evitar quaisquer danos aos colarinhos, paredes dos tubos ou cordões de solda, que posteriormente podem resultar em vazamentos ou outra consequência mais severa.Também é importante evitar sujeiras nas paredes e interior do tubo, o que dificulta o processo de soldagem.

É recomendável que, durante a movimentação da tubulação na etapa de montagem, suas extremidades estejam devidamente tamponadas, de forma a proteger as facesdos colarinhos e evitar a entrada de sujeira. É importante também evitar que ocorra a movimentação da tubulação sobre pedras e outro evitar que ocorra a movimentação da tubulação sobre pedras e outros objetos pontiagudos, que possam danificar as paredes dos tubos ou as soldas efetuadas. Outro ponto é que, ao movimentar uma tubulação em PEAD na água, ela deve estar com as extremidades bem lacradas. Uma tubulação na água, sem as extremidades perfeitamente impermeáveis, permite a entrada de fluido em seu interior e faz com que afunde em mais de 90% de seu diâmetro externo, dificultando bastante a montagem posteriormente.

Caso 4: Dilatação térmica em tubulações aparentes

Quando uma tubulação de PEAD possui trechos aparentes, é necessário levar em consideração que as variações de temperatura atmosférica podem alterar substancialmente seu comprimento e diâmetro. Isso se deve à grande elasticidade do material, que pode provocar dilatações, contrações e tensões indesejáveis. Outro aspecto importante é que a variação de temperatura ao longo da seção da tubulação é desigual (figura 10), o que também pode causar os efeitos mencionados.

Por isso, é recomendável prever sobras no comprimento da tubulação, para acomodar as deformações decorrentes de variação térmica do ambiente e da distribuição desigual de temperatura longo da seção do conduto.


Fig. 10 – Imagem termográfica mostrando a variação de tem- peratura ao longo da seção da tubulação de PEAD

Fig, 11 – Válvula borboleta montada em posição inadequada, causando interferência entre o obturador e o colarinho da tubulação

Fig. 12 – Válvula da borbo- leta montada em posição correta entre dois trechos metálicos da tubulação

Caso 5: Instalação de válvula borboleta

Ao instalar uma válvula borboleta em uma tubulação em PEAD, énecessário considerar o fato de que o diâmetro interno de um tubo desse material é menor que o diâmetro interno de um tubo de aço ou ferro fundido. Com isso, o obturador da válvula pode colidir contra a parede do colarinho, inviabilizando a abertura e/ ou fechamento completo da válvula.

Assim, é prudente certificar-se de que o diâmetro interno da tubulação de PEAD na qual será acoplada uma válvula borboleta seja suficiente para permitir a movimentação do obturador. Caso não seja, deve-se considerar a utilização de carretéis metálicos de transição ou ainda trocar o tipo de válvula, empregando uma do tipo gaveta, por exemplo.

Fig. 13 – Derivação executada pela técnica de termofusão

Caso 6: Soldagem de derivações

Assim como para efetuar a união entre dois tubos, a soldagem de derivações em uma tubulação de PEAD pode ser feita tanto pela técnica de termofusão quanto pela de eletrofusão. De acordo com a ocasião,uma ou outra técni ca se apresenta mais adequada. A termofusão tem custo menor, porém depende mais da habilidade do operador do equipamento de soldagem. A eletrofusão é mais cara, porém mais robusta e deexecução mais simples.

Outra consideração importante em relação às derivações é que se devem evitar esforços cortantes/perpendiculares sobre os tubos, como o peso de uma válvula, por exemplo. Um esforço perpendicular pode causar o rompimento da derivação; nesse caso deve-se transmiti-lo a um apoio ou mudar a derivação para uma posição mais favorável.

Caso 7: Deformação durante a inatividade

Fig. 14 – Derivação executada pela técnica de eletrofusão

Foi observada uma acentuada deformação em algumas tubulações de PEAD após certo período de inatividade das instalações onde foram aplicadas. Não foi possível avaliar ainda se é uma deformação elástica ou plástica, porém foi constatado que são oriundas do esforço das tubulações sobre seus apoios, o que propicia forças cortantes.

Os tubos podem deformar consideravelmente. Então é necessário verificar se o traçado ou posição na qual a tubulação esteja instalada não facilitará a deformação durante a inatividade, o que poderá eventualmente dificultar a retomada do fluxo, bem como forçar outros pontos da tubulação. Deve-se definir e observar criteriosamente os pontos de apoio de uma tubulação de PEAD, de forma que sejam evitadas deformações tanto durante a operação quanto durante sua inatividade.

Fig. 15 – Tubulações deformadas após um período de inatividade

Caso 8: Execução de travessias aéreas

Na execução de travessias aéreas utilizando tubulações em PEAD é necessário considerar a flexibilidade do material, o que demanda a construção de estruturas de apoio mais robustas e complexas. Outro fato é que, numa travessia aérea, a tubulação também fica exposta, suscetível a todos os efeitos já mencionados. Uma alternativa é utilizar para a travessia uma tubulação de aço, mais rígida e que exige estruturas de apoio menores, apoio menores, fazendo a transição para o PEAD através de sistemas de colarinhos e flanges, nos pontos a montante e jusante da travessia aérea.


Fig. 16 – Travessia aérea de uma tubulação de PEAD

Conclusão

Na Sabesp, a solução em termos de tubulação para diversas obras necessariamente passava pelo PEAD, em virtude de todas as dificuldades envolvendo o ambiente de trabalho, grandes diâmetros, o alto rendimento necessário para os serviços e prazos bastante reduzidos. Provavelmente, com a utilização de outro material, não seria possível cumprir as demandas.

Além disso, a utilização de tubulações em PEAD com grande diâmetro evidencia sua aplicabilidade no saneamento básico em diversas ocasiões, como adução de água, no remanejamento de adutoras e na substituição de trechos com corrosão acentuada ou em regiões com potencial para corrosão. Todavia, é sempre importante levar em conta todas as considerações mencionadas neste artigo, de forma a evitar retrabalhos durante a montagem e dificuldades na manutenção das tubulações.