Proteção de tubulações enterradas contra danos mecânicos com a utilização de reforço geossintético

Abstract

No cenário do mundo atual, o gás natural passou a assumir papel relevante na matriz energética do país. Seu consumo tem aumentado substancialmente nas últimas décadas. Redes de dutos metálicos são amplamente utilizadas como meio eficiente para o seu transporte e também para o transporte de petróleo e outros derivados. Para que estes produtos sejam transportados das fontes de produção até os centros de consumo, a infra-estrutura necessária requer, muitas vezes, que o subsolo de regiões urbanas, industriais e até mesmo rurais seja cortado por uma ampla rede de tubulações enterradas. Nestes ambientes, estas estruturas estão sujeitas às influências do meio, movimentações do solo e à ação de terceiros. Por conta desses fatores, muitos acidentes vêm sendo reportados na literatura. Uma das principais causas apontadas é o desconhecimento da existência destas tubulações enterradas. Grande parte dos acidentes é proveniente de danos provocados nas tubulações por impactos de ferramentas de escavação. Estes acidentes, geralmente seguidos por explosões ou incêndios, trazem graves conseqüências ao meio ambiente e à sociedade, geralmente envolvendo vítimas fatais. Este trabalho investiga o uso de geossintéticos para proteção de tubos enterrados contra danos causados por ferramentas de escavação. Para avaliar a influência da presença do geossintético como camada protetora, foram executados experimentos em laboratório em escala reduzida. Foi utilizado um tubo de aço instrumentado enterrado em um maciço de areia. Um objeto contundente (OC), simulando uma ferramenta de escavação, foi forçado a penetrar na massa de areia com inclinações variadas. Foram avaliados os efeitos de tal penetração no tubo, que foi instrumentado com extensômetros elétricos em vários pontos ao longo do seu perímetro. Células de tensões totais foram instaladas no interior do maciço onde o tubo foi enterrado a fim de medir os incrementos de tensão causados pela penetração do OC. Os geossintéticos (geogrelha e geotêxtil tecido) foram instalados no interior do maciço em diferentes configurações geométricas. Os resultados obtidos mostraram o potencial da utilização de reforço geossintético como elemento de proteção de tubulações enterradas. A presença do reforço no maciço causou um aumento significativo na força requerida para penetração da ferramenta em comparação à situação sem a presença do reforço. Em alguns casos, a inclusão aumentou a resistência à penetração em até nove vezes. O estado de tensões no maciço também foi favoravelmente alterado na maioria dos casos reforçados e as deformações sofridas pelo tubo foram reduzidas. ____________________________________________________________________________ ABSTRACT

In the modern world, natural gas has assumed a relevant role in the energy sector. His consumption has increased substantially in the last decades. Networks of metallic pipes are used thoroughly as an efficient way for its transport and also for the transport of oil and other derived products. In order to transport these products from the production sources to the consumption centers, the necessary infrastructure requires, many times, that the underground of urban, industrial and even rural areas be cut by a wide network of buried pipes. In those areas, these structures are subjected to the influences of the environment, soil movements and to the action of third parties. Many accidents have been reported in the literature. One of the main causes of accidents is the unawareness of the existence of these buried pipes. Most of the accidents is originated from damages in the pipelines caused by impacts of excavating tools. These accidents, usually followed by explosions or fire, bring serious consequences to the environment and the society, usually involving fatal victims. This work investigates the use of geosynthetics to protect buried pipes against damages caused by excavating tools. To assess the influence of the presence of the geosynthetic protective layer, model scale experiments were executed in laboratory. An instrumented steel pipe buried in dense sand was used and a wedge simulating an excavating tool was forced to penetrate in the sand mass with varying inclinations to the vertical direction. The effects on the pipe behaviour generated by such penetration were assessed through the use of strain gauges installed in several points along the perimeter of the pipe. Total pressure cells were installed inside the sand mass where the pipe was buried in order to measure the stress increments caused by the penetration of the excavating tool. The geosynthetics (geogrid and woven geotextile) were installed inside the sand mass in different geometrical arrangements. The results obtained showed the potential for the use of geosynthetics materials as protective elements for buried pipes. The presence of the reinforcement in the sand mass caused a significant increase on the force required for tool penetration in comparison with the situation without the presence of the reinforcement. In some cases, the presence of the reinforcement increased the resistance against tool penetration up to nine times. The total stresses in the sand mass were also favorably altered in most of the reinforced cases and the strains in the pipe were reduced.