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Alargamento através de rochas — com o Sistema de perfuração guiada AXIS

Set-2011

Enfrentar um desafio não é nada fora do comum para os experientes especialistas em instalação sem vala da Midwest Mole. Desde sua fundação, em 1982, essa empreiteira sediada em Indianápolis conquistou uma reputação de inovação em instalações, superando obstáculos e desafiando as probabilidades. Portanto, esses profissionais de instalação sem vala não hesitaram em encarar outro desafio, embora estivessem cientes de que provavelmente encontrariam alguns obstáculos desconhecidos e inesperados durante o percurso.

A Midwest Mole foi contratada pelo empreiteiro geral Dudley Construction em nome do proprietário do projeto, o Distrito Sanitário 1 (SD1) do norte do Kentucky. O SD1 é responsável pela coleta e tratamento de esgoto no norte do Kentucky, bem como pela gestão regional de águas pluviais, e é a segunda maior empresa pública de tratamento de esgoto no estado. A área de serviço do distrito abrange aproximadamente 570 km² em três condados do norte do Kentucky, atendendo mais de 30 municípios e várias áreas não incorporadas. O SD1 mantém mais de 2.575 km de linhas de esgoto sanitário, mais de 140 estações de bombeamento de esgotos, várias estações de tratamento e cerca de 17.800 estruturas de galerias de águas pluviais.

Esse projeto, localizado nas imediações de Florence, Kentucky, consistia na instalação de uma seção de 154 m de material DR11 HDPE de 46 cm para eliminar uma estação de bombeamento e converter a tubulação de esgoto com fluxo forçado existente para vazão por gravidade. Ele deveria ser instalado em uma inclinação de 1,3% usando perfuração por trado como método de instalação. O maior desafio, porém, não era a inclinação, o material ou mesmo o acesso restrito ao local, que exigia a passagem por terreno íngreme e densamente florestado, mas, como é comum acontecer, eram as condições do terreno que causavam mais preocupação. Entretanto, depois de examinar o plano, David Howell, um gerente de projeto da Midwest Mole, teve uma ideia de uma abordagem alternativa.

"Essa era uma área residencial com muitas árvores, em uma colina, com acesso extremamente limitado e formada por rocha sólida", explica Howell. "O projeto do SD1 consistia basicamente em perfurar através da colina usando o método de perfuração por trado. Já tínhamos usado anteriormente o sistema de perfuração guiada AXIS da Vermeer em um projeto e achamos que ele poderia ser útil nesse caso. Nossa única preocupação real era o alargamento através das rochas".

Como funciona
O sistema AXIS consiste em uma unidade de potência a vácuo, tanque de vácuo e a unidade de potência do rack, juntamente com uma caixa de perfuratriz e cabeça de perfuratriz. Uma unidade de potência a vácuo de anel líquido de alto desempenho localizada fora do fosso de lançamento remove o material escavado da perfuratriz. Quando chega ao fosso de lançamento, o material escavado passa da caixa de perfuratriz para uma mangueira com 6 polegadas (15,2 cm) de diâmetro instalada entre o poço de lançamento e o tanque de vácuo.

Fora do fosso há uma unidade de potência independente com um motor a diesel de 104,4 kW e bombas hidráulicas conectadas a um rack (localizado no poço de lançamento) que alimenta as funções de rotação, avanço e recuo da cabeça de perfuratriz e da caixa.

O console do operador é projetado para centralizar o controle de vários componentes em uma interface de fácil utilização e consiste no monitor de exibição do alvo, exibição de parâmetros, controle de direção da cabeça de perfuratriz, controle de avanço/recuo, controle de rotação e controles de vácuo. Os segmentos da caixa de perfuratriz, medindo 2 m de comprimento, são colocados no transporte de rack e possuem um canal de mira laser e um canal de vácuo para a remoção de material escavado.

O sistema de orientação inclui um laser que determina a linha e a inclinação do furo, proporcionando precisão angular em todo o processo de perfuração. A cabeça de perfuratriz usa um cortador de face plana que, quando combinado ao sistema de orientação a laser, é capaz de completar furos com precisão angular dentro da tolerância. Em terreno firme, ela pode ser retraída no transcorrer da instalação, permitindo que o empreiteiro troque a broca de corte para se adaptar a tipos de solo variáveis.

Eliminação de uma etapa ajuda a aumentar a eficiência
A rocha era composta de camadas de xisto com veios de formações calcárias, variando de 2,5 a 12,7 cm de espessura e medindo mais de 827,4 bar. A linha de alta tensão e uma estação de bombeamento existente localizadas nas proximidades do local onde a área do fosso de lançamento deveria estar situada também eram fatores a serem considerados. No entanto, depois de verificar a localização das tubulações de esgoto entrando e saindo atualmente da estação de bombeamento e avaliar as medições finais para o posicionamento dos vários componentes do sistema AXIS, Howell estava confiante de que esse método de perfuração orientada por laser de fato era a melhor abordagem, e os representantes do SD1 concordaram com isso.

"Embora tenhamos concordado que certamente seria possível completar o trabalho usando perfuração por trado, conseguimos identificar várias vantagens que favoreciam o sistema AXIS e apresentamos esses resultados aos representantes do SD1, nosso cliente de longa data. Eles não estavam muito familiarizados com esse método, mas nós já havíamos trabalhado com eles em vários projetos anteriores e, para nossa satisfação, eles confiaram em nossa recomendação e nos deram sinal verde."

Howell cita três fatores importantes que ajudaram a balança a pender a favor do sistema AXIS, começando pela rocha. A inconsistência da formação e a variação das camadas de calcário e xisto dificultavam a manutenção de uma linha e uma inclinação precisa usando perfuração por trado. Segundo Howell, a manutenção do grau de precisão, geralmente inferior a 1%, é uma grande vantagem do AXIS, uma vez que o sistema guiado por laser permite que o operador monitore continuamente o processo de perfuração e faça ajustes quando as variações na densidade e dureza da rocha alteram o trajeto da cabeça de perfuratriz, mesmo que por uma margem mínima.

Outra vantagem importante para o sistema AXIS dado o terreno rochoso do norte do Kentucky e o material de menor diâmetro que deveria ser instalado no projeto de Florence é a capacidade de concluir a tarefa em uma única passagem.

"A perfuração por trado exigiria uma abordagem de duas passagens", explicou Howell. "O tubo de revestimento teria que ser instalado primeiro, seguido do novo tubo de transporte rosqueado dentro dele. E essa abordagem provavelmente exigiria também que o material fosse fixado com argamassa. Isso, porém, não aconteceria com o sistema AXIS, porque o tubo de transporte poderia ser instalado diretamente no furo, sem o revestimento de aço. Portanto, nós basicamente eliminamos uma etapa, o que se traduz em menos tempo e menos despesa."

A Midwest Mole usou uma broca tricônica de 34,3 cm para o furo piloto e atingiu uma taxa de produção média de 4,3 m por hora através dessa complexa mistura de formações rochosas. Com o tubo HDPE fundido e pronto na extremidade receptora, havia chegado o momento de enfrentar o desconhecido e começar a fase de alargamento do projeto.

Uma das incógnitas, porém, era se o sistema AXIS seria capaz de realizar um alargamento eficaz através dessa difícil formação de calcário, xisto e rocha de alta densidade, visto que em instalações anteriores ele havia sido usado apenas para remover o produto através do furo. A equipe de Howell selecionou uma cabeça de corte tricônica de 49 cm para atravessar o furo de 154 m com cones de roletes, uma configuração de ferramentas considerada eficaz para remover rochas e posicionar melhor o alargador durante a extração.

"Como era a primeira vez que o sistema AXIS era usado para alargamento de rocha, obviamente houve, num primeiro momento, uma certa quantidade de tentativas e erros", afirma Howell. "Fizemos alguns ajustes ao longo do caminho para ajustar o espaçamento do cortador com o sobrecorte correto, de modo a permitir que o alargador trabalhasse com mais eficiência. Tínhamos uma cabeça de tração conectada à traseira do alargador em um pivô, o que ajuda a limpar a perfuração, e estávamos puxando o tubo de produto de volta à medida que a perfuração era alargada. Usamos o design padrão de alargador Vermeer especialmente fabricado com cabeças de corte de roletes cônicos".

Com nervos mais calmos, fazendo história
Howell admitiu que houve alguns momentos tensos antes do recuo. "Sabíamos que tínhamos considerado o projeto tão exaustivamente quanto possível, mas ainda havia alguns nervos tensos quando nos aproximamos do momento do alargamento", diz Howell. "A Vermeer estava lá para nos apoiar, e sim, havia aquele nervosismo de fazer algo pela primeira vez, mas em geral tudo correu muito bem. Tivemos que fazer alguns ajustes, mas no final o dispositivo de fato alargou satisfatoriamente a rocha e ficamos muito satisfeitos com ele. Conseguimos alargar, em média, 2,4 m por hora."

Howell e sua equipe estão ansiosos pela próxima oportunidade de inovar e fazer história com outro projeto de instalação sem vala. Até que isso aconteça, porém, os competentes profissionais da Midwest Mole estão satisfeitos por terem realizado com êxito outra perfuração histórica e, mais do que isso, por terem consolidado ainda mais seu relacionamento com o cliente.

"Nós nos orgulhamos das muitas instalações que já finalizamos com êxito", Howell conclui, "mas nos orgulhamos ainda mais da confiança e credibilidade que conseguimos conquistar com clientes como o SD1. Tivemos que improvisar um pouco desta vez, mas felizmente tudo funcionou bem e eles [SD1] estão muito satisfeitos com os resultados. De fato, o proprietário até escreveu um resumo sobre o projeto e a utilização do sistema AXIS. Um dos pontos altos para nós foi o reconhecimento de que o projeto poderia ter sido concluído usando perfuração por trado, mas não com a mesma eficiência e velocidade. É nisso que o sistema AXIS realmente se destaca."