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Como Elaborar um Plano de Controle Térmico para Concreto em Massa

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Mass Concrete Thermal Control
Como Elaborar um Plano de Controle Térmico para Concreto em Massa
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Umaplano de controle térmico para concretodefine como um projeto preverá, limitará, monitorará e responderá ao desenvolvimento de calor no concreto em massa. Ele integra, em um único documento controlado, a mistura aprovada, as condições de lançamento, o modelo térmico, as medidas de controle, o layout dos sensores, as responsabilidades e os critérios de aceitação.

O plano deve ser concluído e aprovado antes do lançamento. Seus requisitos devem estar alinhados com a especificação reguladora, a geometria estrutural, os equipamentos disponíveis, as condições previstas no canteiro de obras e a análise térmica específica do projeto. Ele não substitui a especificação do projeto nem o julgamento do engenheiro responsável.

Quais problemas um Plano de Controle Térmico para Concreto em Massa deve resolver?

O plano deve controlar duas grandezas distintas: a temperatura máxima do concreto após o lançamento e a diferença de temperatura entre locais críticos no interior e próximos à superfície. Controlar uma delas não implica automaticamente o controle da outra.

O plano também deve definir como a conformidade será prevista, medida, documentada e mantida até que os critérios de conclusão especificados sejam satisfeitos.

Gradiente Térmico do Concreto em Massa

Temperatura Interna Máxima Excessiva do Concreto

A hidratação do cimento gera calor. Em um lançamento de grande volume, o interior pode gerar calor mais rapidamente do que consegue dissipá-lo pelas fronteiras circundantes. A temperatura central resultante depende das características de geração de calor da mistura, da temperatura inicial do concreto, do tamanho do elemento, do isolamento, da sequência construtiva e da perda de calor através de cada face.

O limite regulador deve constar dos documentos contratuais. Quando aplicável a ACI SPEC-301-20, os limites-padrão mais citados são160 °F (70 °C)para a temperatura máxima do concreto após o lançamento e35 °F (19 °C)para a diferença de temperatura entre o centro e a superfície. Esses valores são limites independentes e não constituem exigências universais para todos os projetos, especificações ou sistemas cimentícios.

Uma temperatura interna excessiva pode afetar o desempenho a longo prazo e pode aumentar o risco de problemas de durabilidade relacionados à temperatura em concretos suscetíveis. O plano deve, portanto, identificar o limite aplicável, onde ele será medido, como o pico previsto será verificado e quem detém a autoridade para aceitação.

Diferença Excessiva de Temperatura entre o Centro e a Superfície

A superfície de um lançamento de concreto em massa frequentemente esfria mais rapidamente do que o interior. Quando a superfície mais fria tenta contrair-se enquanto o núcleo mais quente restringe esse movimento, pode surgir tensão de tração antes que o concreto tenha adquirido capacidade suficiente de resistência à tração.

O isolamento pode retardar o resfriamento da superfície e reduzir o gradiente de temperatura. O pré-resfriamento e os ajustes da mistura podem reduzir o aquecimento do núcleo. O plano deve avaliar ambos os lados dessa relação, pois a simples redução da temperatura de colocação não garante que a diferença posterior entre núcleo e superfície permanecerá aceitável.

A diferença permitida é um valor de controle do projeto, e não uma constante universal de previsão de fissuração. O risco real de fissuração também depende do grau de restrição, da resistência à tração do concreto, das propriedades elásticas, da fluência, da taxa de resfriamento, da geometria e das condições de contorno.

Quais condições do projeto impulsionam o risco térmico?

O risco térmico é controlado pela interação entre a mistura de concreto, as temperaturas iniciais, a geometria estrutural, os limites de fluxo de calor, a sequência de construção, a exposição ambiental e a capacidade de resposta. Nenhuma espessura única de elemento ou limiar de temperatura ambiente define todas as colocações de concreto massivo.

O plano de controle térmico deve identificar as hipóteses utilizadas para cada uma dessas condições, de modo que as condições reais de campo possam ser comparadas posteriormente com a análise aprovada.

Mistura de concreto e características de geração de calor

Coletar os tipos e quantidades de materiais cimentícios, o teor de água, as proporções dos agregados, os aditivos, o desenvolvimento esperado da resistência e as propriedades térmicas relevantes da mistura proposta.

Os dados de geração de calor devem representar a mistura produzida, e não um concreto genérico. Dependendo dos requisitos do projeto, os dados de apoio podem provir de calorimetria laboratorial, ensaios adiabáticos ou semiadiabáticos, lotes experimentais, dados históricos validados ou outro método aceito pelo engenheiro responsável.

O plano também deve identificar quais alterações na mistura exigem revisão. Uma mudança na origem do cimento, no material cimentício complementar, no teor de materiais cimentícios, nos aditivos, na origem dos agregados ou nas proporções da mistura pode alterar a curva prevista de temperatura, mesmo que a resistência à compressão especificada permaneça inalterada.

Temperaturas iniciais do concreto e dos ingredientes

Registrar as temperaturas esperadas dos materiais cimentícios, dos agregados, da água de mistura e do concreto fresco nos pontos aplicáveis de descarga e colocação. Esses valores estabelecem as condições iniciais para a análise térmica.

Quando o gelo substituir uma porção aprovada da água de mistura, inclua-o no balanço total de água. Determine a quantidade necessária de gelo com base em um balanço térmico de lote aprovado e verifique se a capacidade de produção, armazenamento, pesagem e entrega pode atender ao período de pico de dosagem.

Disponível máquinas de gelo em flocosdeve ser avaliado com base na demanda calculada por lote e nas condições do local, em vez de ser selecionado apenas com base na tonelagem diária nominal.

Geometria Estrutural e Condições de Contorno

Modele as dimensões reais das camadas, juntas de construção, interface com a fundação, faces expostas, fôrmas, isolamento e lançamentos adjacentes. A análise deve representar a condição de construção prevista, em vez de um bloco isolado com contornos uniformes.

Rocha, solo, água, concreto previamente lançado, fôrmas removíveis, isolamento e ar exposto podem gerar diferentes condições de perda de calor ao redor do mesmo lançamento. Cantos, bordas, interfaces entre camadas, perfurações e sistemas embutidos também podem criar padrões locais de temperatura que não são representados apenas pela espessura nominal do elemento.

O plano deve identificar as localizações previstas de maior temperatura e as localizações de superfície ou contorno utilizadas para calcular as diferenças de temperatura determinantes.

Sequência de Lançamento, Cronograma e Condições Ambientais

Inclua a sequência planejada de camadas, taxa de dosagem, duração da concretagem, horário do dia, ciclo de entrega, período de cura, previsão de desforma e relação com lançamentos adjacentes.

Avalie cenários ambientais plausíveis de calor e frio. Temperatura do ar, vento, chuva, exposição solar, temperatura do solo e mudanças meteorológicas rápidas podem afetar o resfriamento superficial e a proteção necessária. Médias sazonais isoladas podem não representar as condições que controlam a temperatura máxima ou a diferença máxima de temperatura.

A análise aprovada deve também definir a faixa de condições abrangidas pelo plano. Condições fora dessa faixa devem acionar uma revisão, em vez de um ajuste de campo não aprovado.

Requisitos de Monitoramento, Resposta e Coordenação

Defina quem analisa os dados de temperatura, quem recebe alarmes, quem verifica leituras questionáveis, quem pode ajustar medidas aprovadas de resfriamento ou isolamento e quem pode adiar ou interromper um lançamento.

A cadeia de comunicação e resposta deve permanecer funcional durante noites, fins de semana, trocas de turno, falhas de energia e interrupções de comunicação. O plano deve incluir informações de contato atualizadas, acesso alternativo aos dados, requisitos de escalonamento e os registros exigidos para cada resposta.

Como Elaborar um Plano de Controle Térmico para Concreto em Massa

Elabore o plano estabelecendo inicialmente os critérios reguladores, seguidos pela coleta das entradas do projeto, análise do desenvolvimento da temperatura, seleção de controles compatíveis e documentação dos requisitos de monitoramento, resposta, aprovação e encerramento.

Cada suposição deve ser rastreável até um desenho, especificação, registro de mistura, resultado de ensaio, cálculo, dados verificados do equipamento pelo fabricante ou outra fonte aceita do projeto.

Etapa 1: Confirmar o escopo, os critérios e as responsabilidades

Identifique todas as concretagens abrangidas pelo plano de controle térmico. Registre a especificação reguladora, a temperatura máxima, a diferença de temperatura admissível, os locais de medição, a duração do monitoramento, a frequência de relatórios, os critérios de conclusão e a autoridade competente para aprovação.

Atribua responsabilidades entre o engenheiro, o empreiteiro, o produtor de concreto, o laboratório de ensaios, o consultor térmico, o prestador de serviço de monitoramento e o operador do sistema de refrigeração. As responsabilidades devem ser definidas para:

  • Aprovar a mistura e a análise térmica.
  • Confirmar a capacidade de produção e refrigeração.
  • Instalar e verificar os sensores.
  • Analisar os dados de temperatura.
  • Receber avisos e alarmes.
  • Autorizar ajustes nos controles.
  • Avaliar excedentes e dados ausentes.
  • Aprovar a remoção da proteção e o encerramento térmico.

O plano deve distinguir claramente entre o pessoal que coleta informações e o pessoal autorizado a tomar decisões de aceitação ou controle.

Etapa 2: Coletar as entradas referentes à concretagem, à mistura e ao ambiente

Compile os desenhos atuais, dimensões das camadas, congestionamento de armaduras, juntas de construção, condições da fundação, propriedades das fôrmas e isolamento, proporções da mistura, dados de geração de calor, temperaturas dos ingredientes, taxa de concretagem, método de cura, cenários ambientais e limites dos equipamentos.

As entradas devem ser internamente consistentes. A taxa de concretagem planejada, por exemplo, deve estar alinhada com a duração da concretagem utilizada no modelo térmico e com a capacidade de produção empregada para calcular a demanda de pré-resfriamento.

Os dados ausentes ou assumidos relativos à geração de calor, às condições de contorno ou às propriedades dos materiais devem ser identificados claramente. Como essas entradas afetam diretamente os picos e gradientes previstos, suposições não resolvidas não devem ser ocultadas dentro do modelo nem tratadas como dados do projeto verificados.

Etapa 3: Modelar o desenvolvimento da temperatura e selecionar as medidas de controle

Utilize um modelo térmico documentado para prever a temperatura em função do tempo em locais críticos no interior, na superfície e nas fronteiras. Registre a geometria do modelo, as propriedades térmicas, as entradas de geração de calor, as temperaturas iniciais, as condições de contorno, a sequência de construção, as suposições sobre isolamento e os cenários ambientais.

Compare as temperaturas máximas previstas, as diferenças de temperatura, o cronograma e as tendências de resfriamento com dados de laboratório, uma maquete qualificada, registros validados do projeto ou uma colocação comparável aceita. O método de validação e suas limitações devem ser explicitados no plano.

Avalie combinações práticas de:

  • Projeto de mistura com menor geração de calor.
  • Temperatura reduzida na colocação.
  • Água de amassamento refrigerada.
  • Substituição parcial da água de amassamento por gelo, conforme aprovado.
  • Resfriamento dos agregados.
  • Ajustes na altura das camadas (lift) ou na sequência de colocação.
  • Isolamento superficial.
  • Remoção tardia das fôrmas ou do isolamento.
  • Resfriamento por tubos embutidos.

Cada medida deve ser selecionada com uma finalidade definida. O pré-resfriamento reduz a temperatura inicial, enquanto o isolamento limita o resfriamento rápido da superfície. O resfriamento por tubos embutidos remove calor do interior, mas exige critérios projetados quanto ao fluxo, à temperatura, à operação e ao desligamento. Nenhuma medida deve ser ajustada sem considerar seu efeito sobre as demais.

Quando for adotado o pré-resfriamento com gelo, calcule a quantidade de gelo aprovada por lote e a demanda máxima por hora. Verifique a capacidade de produção, armazenamento, recuperação, precisão de pesagem, entrega, balanço hídrico, infraestrutura auxiliar e desempenho esperado sob as condições reais do canteiro de obras.

Gelo em flocos para pré-resfriamento de concreto

Etapa 4: Definir o layout dos sensores, o plano de monitoramento, escalonamento e resposta.

Instale sensores nos pontos quentes previstos, em locais representativos próximos à superfície e nas fronteiras necessárias para calcular as diferenças de temperatura especificadas. Forneça sensores redundantes em locais críticos onde uma única falha poderia impedir a verificação da conformidade.

O plano de sensores deve documentar:

  • Identificação do sensor e localização pretendida.
  • Profundidade de instalação e ponto de comparação correspondente.
  • Precisão exigida ou verificações funcionais.
  • Intervalos de leitura e relatório.
  • Proteção durante a instalação.
  • Transmissão e armazenamento dos dados.
  • Procedimentos de recuperação de backup.
  • Procedimentos de substituição ou avaliação de sensores com falha.

Defina limiares de aviso e de ação abaixo dos limites de aceitação, para que a equipe do projeto tenha tempo de verificar a condição e aplicar uma resposta aprovada. Um aviso não deve acionar automaticamente uma mudança drástica de controle antes que o sensor e a tendência de temperatura sejam analisados.

As respostas permitidas podem incluir a verificação do sensor, a reparação da proteção superficial, a modificação do isolamento, o ajuste de um sistema de refrigeração aprovado, o adiamento da remoção das fôrmas, a proteção de uma face exposta, a notificação ao engenheiro ou o adiamento de uma concretagem subsequente. Cada resposta deve identificar o gatilho, o revisor responsável, o tomador de decisão autorizado, a documentação exigida e quaisquer condições que exijam nova análise.

Disposição dos sensores no concreto em massa

Etapa 5: Definir os critérios de conclusão, compilar o plano e obter aprovação

Especificar quando o monitoramento pode ser encerrado, quando as fôrmas ou o isolamento podem ser removidos e quando a refrigeração ativa pode ser interrompida. Os critérios de conclusão devem abordar a temperatura máxima registrada, as diferenças de temperatura controladas, a tendência de resfriamento, o período de cura ou proteção exigido, a integridade dos dados e a autorização do engenheiro.

Quando a remoção da proteção altera uma condição de contorno, o plano deve considerar se a exposição poderá gerar uma nova diferença de temperatura. Apenas a queda da temperatura do núcleo não é suficiente para garantir que as fôrmas ou o isolamento possam ser removidos com segurança.

Compilar os cálculos, hipóteses, desenhos, informações sobre a mistura, requisitos de equipamentos, procedimentos de monitoramento, lista de contatos, planos de contingência, ações de resposta, formulários de relatório e critérios de encerramento em um único documento controlado. Registrar a revisão aplicável e obter todas as aprovações exigidas antes da mobilização ou do início da dosagem.

Como verificar o Plano de Controle Térmico

A verificação deve demonstrar que o plano aprovado está completo, é executável e baseado nas condições atuais do projeto. Uma previsão que atende aos requisitos apenas no papel não é suficiente se a mistura, o cronograma, os equipamentos, as condições climáticas ou as condições de contorno utilizados durante a construção diferirem das hipóteses aprovadas.

Portanto, a verificação deve concentrar-se na validade das entradas do plano e na capacidade dos sistemas exigidos de desempenhar suas funções atribuídas.

Verificação Pré-Colocação

Antes da colocação, confirmar a mistura aprovada, as entradas atuais do modelo, as condições previstas, o layout dos sensores, o sistema de aquisição de dados, a capacidade de refrigeração e isolamento, a alimentação de reserva, os registros de calibração ou funcionamento, a cadeia de comunicação e os recursos para resposta.

Realizar uma reunião pré-colocação que confirme as responsabilidades, a autoridade de decisão, os intervalos de relatório, os limiares de advertência e os procedimentos de contingência. Testar todo o percurso de monitoramento, desde a leitura do sensor e o armazenamento dos dados até o recebimento do alarme e o reconhecimento pelo responsável.

Verifique se a mistura, as temperaturas dos materiais, a taxa de colocação, a capacidade do equipamento, o isolamento e as condições climáticas permanecem dentro da faixa abrangida pela análise aprovada. Resolva quaisquer desvios nos materiais antes do início da dosagem.

Verificação durante a colocação em conformidade com o plano aprovado

Compare as temperaturas reais dos ingredientes e do concreto, a taxa de dosagem, as entradas de refrigeração, a sequência de camadas, as condições ambientais e as leituras dos sensores com as suposições aprovadas. Registre os desvios e avalie se eles afetam a geração de calor, a perda de calor, os picos previstos ou os locais utilizados para aceitação.

Quando gelo for utilizado, verifique a substituição de água aprovada, a quantidade medida de gelo e a capacidade do sistema de refrigeração de suportar a taxa de dosagem exigida. Orientações sobre refrigeração de concreto com gelo em flocosexplicam por que o balanço de água na dosagem e o requisito de pico de entrega devem ser estabelecidos antes da seleção do equipamento.

O plano de controle térmico deve definir o processo de revisão e aprovação de desvios. Os procedimentos detalhados de entrega, adensamento, qualidade da execução e procedimentos gerais de colocação continuam regidos pelos documentos do projeto relativos à colocação de concreto massivo.

Verificação pós-colocação e encerramento formal

Revise o registro completo de temperaturas quanto aos valores máximos, às diferenças controladas, aos dados ausentes, aos alarmes, às ações corretivas, às taxas de resfriamento e à conformidade com o período de monitoramento especificado.

Compare as curvas de temperatura medidas com os picos previstos, seu cronograma e gradientes. Investigue diferenças não explicadas, em vez de presumir que um valor máximo conforme valida todas as entradas do modelo.

O encerramento formal exige confirmação de que os critérios de conclusão aplicáveis foram atendidos, que os desvios foram resolvidos e que quaisquer alterações no isolamento, nas fôrmas, nos sensores, nos colectores de refrigeração ou em outros sistemas temporários foram autorizadas. Mantenha o registro de temperaturas aceito e as aprovações correspondentes juntamente com a documentação do projeto.

Verificação do Controle Térmico

Como manter o plano de controle térmico eficaz durante a construção

O plano permanece eficaz apenas quando o equipamento permanece pronto para operação, as alterações de campo recebem revisão técnica e os resultados medidos são utilizados para melhorar colocações posteriores. A aprovação antes da primeira colocação não torna o plano válido para todas as condições subsequentes sem nova revisão.

Manter a prontidão operacional e a capacidade de reserva

Verifique se os equipamentos de refrigeração, bombas, isolamento, sensores, registradores de dados, comunicações e fonte de alimentação de reserva continuam capazes de desempenhar suas funções atribuídas antes de cada colocação coberta.

Mantenha sensores de reposição, materiais de substituição e procedimentos de recuperação adequados para falhas críticas. A capacidade de reserva deve proteger as funções que controlam a produção, o monitoramento ou a resposta; simplesmente duplicar um componente não crítico não cria uma contingência eficaz.

As inspeções de equipamentos e os registros de prontidão devem corresponder aos requisitos estabelecidos no plano aprovado.

Controlar alterações no campo em conformidade com o plano aprovado

Encaminhe alterações nas proporções da mistura, na origem do cimento, na temperatura de colocação, na espessura das camadas, no cronograma, no isolamento, na desforma das fôrmas, no fluxo de resfriamento ou no layout dos sensores por meio do processo de controle de alterações previsto no plano.

Reanalise uma alteração sempre que esta puder modificar a geração de calor, a perda de calor, a restrição, a temperatura máxima prevista, o gradiente térmico ou os locais utilizados para demonstrar conformidade. A conveniência temporária no campo não deve anular uma suposição térmica sem a revisão técnica exigida e a devida autorização.

As alterações aprovadas devem ser registradas no plano controlado ou numa revisão aceita, de modo que o pessoal de campo e os revisores utilizem os mesmos requisitos.

Comparar resultados, registrar lições aprendidas e atualizar planos futuros

Compare as curvas de temperatura medidas com os picos, os tempos, os gradientes térmicos e as tendências de resfriamento previstos. Sempre que os resultados divergirem, investigue alterações nos materiais, nas condições climáticas, nas condições de contorno, na sequência construtiva, no isolamento, no desempenho do resfriamento ou no estado dos sensores.

Utilize achados validados para aprimorar colocações posteriores. Atualize apenas as entradas do modelo, os controles, os locais dos sensores ou os limiares de resposta após documentar a base técnica e obter a aprovação exigida.

O objetivo não é forçar medições posteriores a coincidir com o modelo original. Trata-se de manter uma relação rastreável entre as suposições aprovadas, as condições reais, os resultados medidos e as decisões futuras.

Lista de verificação do Plano de Controle Térmico para Concreto Massivo

  • A especificação reguladora, os limites de temperatura, os locais de medição e as partes responsáveis estão identificados.
  • Cada colocação de concreto massivo abrangida pelo plano está claramente definida.
  • A geometria da colocação, as condições de contorno, a sequência e os cenários ambientais correspondem aos desenhos e ao cronograma atuais.
  • Os dados de calor da mistura e as temperaturas iniciais dos ingredientes representam o concreto de produção proposto.
  • As suposições do modelo, as propriedades térmicas, a base de validação, os picos previstos, os tempos e os locais críticos estão documentados.
  • As medidas de controle possuem capacidade suficiente de produção, armazenamento, entrega, isolamento, bombeamento, infraestrutura e reserva.
  • Os desenhos dos sensores definem as localizações do núcleo, da superfície, das fronteiras e redundantes.
  • A identificação dos sensores, os intervalos de leitura, o armazenamento de dados, os procedimentos de backup e as respostas a falhas são documentados.
  • Níveis de advertência, limiares de ação, relatórios, escalonamento, respostas autorizadas e tomadores de decisão são atribuídos.
  • Os requisitos de verificação pré-colocação e de controle de alterações são definidos.
  • A conclusão do monitoramento, a remoção da proteção, a interrupção do resfriamento e os critérios de encerramento são documentados.
  • Formulários aprovados estão disponíveis para relatórios de temperatura, alarmes, desvios, ações e aceitação final.

Se o equipamento de préesfriamento fizer parte do plano aprovado, forneça, por meio da página de contato da Mike Ice Machinea quantidade exigida de gelo por lote, o número máximo de lotes por hora, a temperatura da água de entrada, o requisito de armazenamento, os serviços públicos disponíveis e a localização do canteiro de obras. Essas informações apoiam uma avaliação inicial da viabilidade de produção, armazenamento e entrega; elas não estabelecem os limites de temperatura do projeto nem substituem a análise térmica aprovada.

Perguntas Frequentes

Como um Plano de Controle Térmico difere de um Plano de Concretagem em Clima Quente?

Um plano de controle térmico gerencia o desenvolvimento interno de calor, a temperatura máxima do concreto e os gradientes de temperatura em concretos maciços. Um plano de concretagem em clima quente aborda os efeitos ambientais sobre a mistura, o transporte, a colocação, o acabamento, a evaporação e a cura.

Um projeto pode exigir ambos os planos. O atendimento aos requisitos de colocação em clima quente não controla automaticamente a temperatura interna máxima posterior ou a diferença entre núcleo e superfície.

Uma colocação experimental ou uma maquete em escala real é necessária?

Não em todos os projetos. Pode ser exigida pela especificação ou pelo engenheiro responsável quando os dados disponíveis sobre a mistura, a validação do modelo, os ensaios com equipamentos ou os registros comparáveis de colocação não demonstrarem adequadamente os controles propostos.

O plano deve identificar o que a colocação experimental ou a maquete devem verificar e como seus resultados serão incorporados à análise final.

Sensores sem fio podem substituir termopares com fio?

Sim, desde que o sistema sem fio aprovado atenda aos requisitos exigidos de precisão, intervalo de leitura, alcance de transmissão, retenção de dados, exposição à temperatura e redundância.

A profundidade do concreto, a armadura, as baterias, as interferências no canteiro de obras, a recuperação de dados e a confiabilidade da comunicação devem ser avaliadas antes da colocação. A conveniência da comunicação sem fio não substitui medições confiáveis e registros retidos.

Os dados de temperatura podem ser utilizados para estimar a maturidade e a resistência do concreto?

Sim, mas apenas após estabelecida uma relação resistência-maturidade para a mistura real e aplicado o método aprovado.

O monitoramento de temperatura isoladamente fornece dados de controle térmico. A estimativa da resistência requer calibração específica da mistura, apoio em ensaios de resistência e conformidade com o procedimento e a norma aplicáveis ao projeto, como a ASTM C1074, quando especificada.

O que acontece com os tubos de resfriamento embutidos após a conclusão do controle térmico?

O tratamento final desses tubos deve seguir os desenhos aprovados e a especificação do projeto. O plano deve indicar se os tubos permanecem embutidos, são drenados ou lavados, recebem injeção sob pressão de argamassa e como as conexões expostas são removidas ou vedadas.

A interrupção do resfriamento e o tratamento final dos tubos devem ser planejados antes da instalação. Não devem ser improvisados após a conclusão do controle térmico.

Fontes externas

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