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PERFORACIÓN HORIZONTAL
La perforación horizontal dirigida es un
método para la instalación sin zanjas de
sistemas de tuberías nuevas o para reha-
bilitar las ya existentes. Entre sus ventajas
nos encontramos con que su coste, com-
parado al de las obras con zanja, es
menor, y el tiempo necesario para la insta-
lación es muy inferior, además de no
requerir interrupciones en el tráfico ni las
actividades comerciales.
Esta tecnología opera mediante una
máquina que perfora el suelo a lo largo de
toda la trayectoria de la instalación, siendo
orientada y seguida desde la superficie
mediante un localizador que indica la posi-
ción, sin necesidad de pozos verticales, ya
que la obra comienza desde la superficie.
Cuando la cabeza perforadora ha alcanza-
do su objetivo es reemplazada por un
escariador, que amplía la perforación al
diámetro deseado durante su regreso e
introduce las tuberías que se van a insta-
lar. No es necesario que el alineamiento
del agujero de perforación sea recto, por-
que este sistema permite cambiarlo para
evitar el choque con otros servicios u otros
obstáculos que se localicen bajo tierra.
Para la correcta realización de este tipo
de instalación con fundición dúctil se esta-
blecen dos requisitos: utilizar tubería ace-
Oranienburg es una ciudad situada al norte de Berlín
(Alemania), en la que se ha realizado una moderna
conducción para el abastecimiento de agua a la población.
Para llevar a cabo esta obra se ha utilizado un sistema de
perforación horizontal. Esta es la primera vez que se instalaba
un tramo de tubería de fundición dúctil de estas dimensiones
mediante el método de Perforación Horizontal Dirigida.
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Abastecimiento de agua mediantesistema de perforación horizontalcon tubería de fundición dúctilacerrojadaPaula BERNEDO JUEZ - Ing. Industrial. Dpto. Técnico de Construtec.
Sistema de vendaje del tubo con venda de polietileno
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rrojada con resistencia al arrastre a través
del agujero de perforación, que soporte las
desviaciones angulares que pueden sufrir
en su introducción bajo tierra, y un reves-
timiento exterior que permita realizar la
trayectoria sin generar deterioros en la
superficie del tubo. Gracias a los avances
obtenidos en la técnica del acerrojamiento
interno por la tubería de fundición dúctil de
Buderus y su revestimiento exterior de
mortero de cemento, se ha logrado el uso
de esta tubería tipo PHD de forma exitosa
para la perforación sin zanja.
Un caso práctico
La instalación de tubería acerrojada que
se presenta como ejemplo es la conducción
para abastecimiento de agua que se reali-
zó en la ciudad de Oranienburg. Esta obra
consistía en la realización de una nueva
instalación que uniera los dos tramos ya
existentes, lo que daría como resultado
final una completa red de abastecimiento
de agua a la población de la zona.
El Castillo de Oranienburg, que da su
nombre a la ciudad, cuenta con una con-
ducción de agua potable de tubería DN
500, que pasa una parte por el parque del
castillo y transcurre paralela al canal que
pasa por dicha ciudad hacia las antiguas
esclusas. La ciudad se encuentra en el cru-
ce con los dos ríos que atarviesan la ciu-
dad , hoy en día, una isla considerada
como zona de reserva y protección
ambiental. El trazado de la nueva conduc-
ción fue seleccionado de manera que debía
cruzar dicha isla, por lo que, debido a sus
características, era necesario realizar un
paso de barranco a modo de sifón desde el
antepuerto de las esclusas. Para que el sis-
tema y el material fueran compatibles se
eligió realizar el sifón mediante tubería de
fundición dúctil, sistema que desde hace
años se viene utilizando en Alemania para
cruzar ríos, con una efectividad total.
Para proteger la zona forestal por la que
se debe realizar la conducción, y debido a
la protección ambiental que rige en esta
zona, se pensó en la perforación horizontal
dirigida con tubería de fundición dúctil de
PHD de DN 500 de más de 400 m de lon-
gitud, que se ensambla en un solo tramo y
del que luego se tira para ser instalada a
través del agujero de perforación.
Las diferentes posibilidades de revesti-
miento de las tuberías de fundición dúctil,
tanto interior como exterior, se adecúan a
una multitud de tareas: los revestimientos
estándar se emplean en aplicaciones muy
especiales, en tanto que el revestimiento
exterior de mortero de cemento es apto
para cruces de ríos. Como, efectivamente,
hay que cruzar un río, se ha elegido un
revestimiento de mortero, puesto que así
no es necesario preparar el terreno donde
irá alojada la tubería. Además, ofrece una
mayor protección externa, que evita su
deterioro durante el proceso de introduc-
ción y presta una eficaz ayuda contra la
corrosión. El mortero de cemento exterior
se extiende sobre la superficie del tubo
mediante un sistema de vendaje azul de
polietileno que garantiza una aplicación
uniforme.
Sistema de acerrojamiento
Así mismo, existe una multitud de méto-
dos de acerrojamiento. En este caso con-
creto se escogió el sistema BLS®
(antigua
TKF), que se realiza con cordón de solda-
dura en el extremo liso del tubo y cuya copa
consta de una cámara, donde va alojada la
junta de estanqueidad TYTON®
, y la pre-
cámara, que guarda los segmentos del sis-
tema BLS®
para el acerrojamiento del tubo
con la ayuda del cordón de soldadura.
Este tipo de instalaciones con diámetros
DE tan grandes no suelen ser muy fre-
cuentes. La nueva junta de acerrojamien-
to BLS®
es el resultado de un desarrollo
tecnológico riguroso. Esta unión es perfec-
ta para soportar las fuerzas de arrastre en
el proceso del hincado.
Pasos de la obra
Se utilizarán en esta obra un total de 72
tubos de PHD de DN 500 con un espesor
de pared K10 y con revestimiento exterior
de mortero de cemento. Interiormente la
tubería dispondrá de un revestimiento
estándar fabricado en mortero de cemen-
to centrifugado al alto horno para agua
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potable para PH mayor o igual a 5,5. En
dirección a la zona donde se realizará el
cruce del río se irán colocando los tubos
alineados, dispuestos para su posterior
montaje copa-extremo liso. Los tubos se
enchufan mediante el tráctel.
Posteriormente se procede a la intro-
ducción de los segmentos metálicos que
conforman el sistema de acerrojamiento
BLS®
a través de la ventana que se
encuentra en la copa y que permite la
introducción de los segmentos. Los seg-
mentos se sitúan en la precámara de la
copa y, actuando con el cordón de solda-
dura en el extremo liso del tubo, evita que
los tubos enganchados se desenchufen
entre sí cuando se tire de ellos en el hin-
cado. El sistema BLS®
aguanta una gran
presión y no necesita ninguna otra herra-
mienta adicional para realizar el acerroja-
miento.
Una vez limpia la superficie interior de la
copa, tanto de la cámara que alojará la jun-
ta de estanqueidad como de la precámara,
donde se colocan los segmentos de acerro-
jamiento, se procede a la aplicación de la
grasa y eliminación de posibles residuos
que se encuentren en el extremo liso. La
junta de estanquidad se introduce en la
cavidad destinada a tal efecto y se lleva a
cabo el enchufe del tubo. Una vez metido el
tubo se comprobará que la junta de estan-
queidad no se ha desplazado de su sitio.
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Características
BLS® para los
diámetros
DN 80 - DN 500.
Para los diámetros
DN 600 - DN 800
pre-cámara cordón de soldadura
muesca derecha
junta TYTON
copa
anilla de aprietemuesca izquierda
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A través de una ventana que tiene prac-
ticada la copa se introducen segmentos
metálicos en la precámara y se distribuyen
uniformemente a lo largo de la copa. Para
fijar los segmentos en su posición se utili-
za una banda de plástico flexible sin que
sufran ningún tipo de movimiento, ya que
si se rodaran podrían escapar a través del
orificio de la copa. Este procedimiento se
aconseja para aquellos montajes que
vayan a sufrir un posterior desplazamien-
to de los tubos, como es el caso del hinca-
do, mientras que una instalación conven-
cional no requiere esta fijación. El montaje
de la unión de cada tubo se realiza aproxi-
madamente en 15 minutos.
Una vez montada la totalidad de los
tubos se efectúa una prueba de presión
con una presión interior de 15 bar, que
permite observar cualquier anomalía pro-
ducida en la colocación de los tubos, así
como la estanqueidad de las juntas. De
forma paralela a este montaje se instala el
piloto de cabeza de la perforadora.
La máquina de hincado de los tubos
mediante perforación horizontal, capaz de
realizar una longitud total de 1.500 m con
un diámetro nominal máximo de tubería
de 1.500 mm, tiene una capacidad de
tracción máxima de 2.500 kN. Al cabezal
piloto del taladrador se le aplica agua con
cemento en suspensión, de manera que se
disipan los esfuerzos hidromecánicos que
se producen en el proceso de penetración.
El cabezal del taladro alcanza el final del
recorrido, apareciendo por el otro extremo
del río a las 15 horas de haber empezado
el proceso.
La presencia de una tubería de gas DN
200 que no había que tocar bajo ningún
concepto, ya que podría dañarse y tener
fugas que podrían tener peligrosas conse-
cuencias obligó a establecer una velocidad
de taladrado de 32 m/h, que produjo un
sobrecalentamiento de 14º. El canal abier-
to por la maquina de taladrado horizontal
tiene una profundidad máxima de 11 m
bajo el borde superior del terreno. En un
radio determinado por una longitud hori-
zontal de 998 m y vertical de 402 m. el
piloto de cabeza alcanza el punto de desti-
no, sin ningún tipo de deformación apre-
ciable en el extremo de la broca. A conti-
nuación se realizan dos recorridos más, así
como una nueva perforación con un diá-
metro de 700 mm y, una vez terminada
esta, una tercera a 1.000 mm de diámetro.
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El cabezal es intercambiado en función
de las dimensiones a las que queremos
realizar el taladrado. Para evitar la pene-
tración de elementos en la zona acerroja-
da de los tubos, las uniones se protegen y
aíslan con una banda de carga mecánica.
En este momento se pueden retirar las
maderas de montaje y la chapa de la base.
Para la introducción de los tubos con
unión BLS®
en el agujero de perforación,
se utiliza un cabezal de tiro dotado de una
caja de medida de fuerza integrada, de
manera que la fuerza de tracción aplicada
puede ser rigurosamente documentada y
supervisada.
La máquina se sitúa a 54 m de las tube-
rías montadas y se tira hacia la maquina
de tracción aproximadamente unos 9 m
del total de los tubos montados. Mediante
esta prueba de tracción se ejerce una
fuerza máxima de 470 kN, que origina un
coeficiente de rozamiento de 0,6, lo que a
su vez representa un alto factor de segu-
ridad en comparación con la máxima fuer-
za de tracción posible, de 1.230 kN. A par-
tir de este punto puede proseguir el
montaje del dispositivo. Entre el cabezal y
la borna de tiro se encuentra un accesorio
de unión rodante, cuya función es realizar
un movimiento de giro para proteger e ir
abriendo camino a la borna de tiro y la
conducción.
Acto seguido se realiza el montaje de un
dispositivo espaciador, que posee un diá-
metro de aproximadamente 1.000 mm,
cuya misión consiste en eliminar las últi-
mas desigualdades que se puedan presen-
tar en la perforación. A partir de este
momento ya se puede realizar la conexión
entre los diversos dispositivos y la conduc-
ción montada, dando comienzo a la trac-
ción. En menos de una semana, todo el
montaje de los los tubos y la perforación se
consigue posicionar en una línea de traba-
jo, con lo que sólo queda la introducción de
la tubería en el agujero propiamente dicho.
Para realizar el tiro de un varillaje, de
9,5 m de longitud, se empieza con una
velocidad de tracción de 0,12 m/s, que va
aumentando hasta alcanzar los 0,15 m/s.
Hay que considerar que el mismo pro-
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cedimiento se realiza desde el principio,
cada vez que se cambie el varillaje. En sólo
tres horas, la conducción queda introduci-
da en la perforación anteriormente practi-
cada. En este punto se aprecian aproxima-
damente 18 m de longitud de un camino
cubierto de arena con cemento. Este
cemento tiene por finalidad que, durante
la tracción de los tubos hasta la posición
horizontal, no sufra un ángulo de desvia-
ción mayor a 1,5º, evitando, además, la
tracción mecánica en las uniones.
El sistema de acerrojamiento BLS®
permite obtener un ángulo de desviación
que varía en función del diámetro nominal
de la tubería. Para el caso de la unión ace-
rrojada BLS®
, se emplea el rango de valo-
res de funcionamiento que aparece a con-
tinuación, siendo DN el diámetro nominal
de la tubería y PFA la presión de funciona-
miento admisible.
Mediante una desviación angular de
1,5º se produce un movimiento de 15 cm
por cada tubo con respecto a la posición
horizontal, por lo que se ha establecido un
radio mínimo de 230 m. En los de cruces
de ríos, por la forma de los mismos, se
realiza un polígono en el que este ángulo
facilita mucho la instalación, por adaptar la
tubería a las condiciones del terreno.
El peso total de los 432 metros de tube-
ría de fundición dúctil con unión acerrojada
BLS® asciende a 76 toneladas, con una
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DN PFA Angulo de Máxima Longitud Radio de
(mm) (bar) desviación fuerza de montaje para curvatura
máxima tracción tracción mínimo
damisible permitida (logitud de
(kN) tubo 6m
80 64 4º 70* 380 86
100 64 4º 100* 440 86
125 60 4º 140* 500 86
150 50 4º 165* 500 86
200 40 3.5º 230* 515 100
250 35 3.5º 308* 525 100
300 30 3.5º 380* 515 100
400 25 3º 558* 500 115
500 25 3º 860* 570 115
600 32 2º 1170 600 172
700 25 1.5º 1280 510 230
800 16 1.5º 230Consultar
*Máxima fuerza de tracción permitida calculada a partir de Presión Tipo=PT; PT= PFA x 1.5 + 5(bar) con uncoeficiente de seguridad de S=1.1NOTA: Las longitudes críticas de montaje deben ser específicamente calculadas para cada proyecto siendoestas solamente longitudes de referencia con un coeficiente de rozamiento µ = 1
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fuerza máxima de tracción de 443 kN, lo
que conlleva un coeficiente de rozamiento
de 0,58, confirmando la menor presión de
tracción relativa. La evolución de la fuerza
aplicada es tal que, a partir de los dos ter-
cios de la conducción, solamente se realizan
250 kN de fuerza de tracción. A una veloci-
dad media de 140 m/h, alcanza el extremo
primero de la conducción. Tras la complica-
da curva del paso del río aparece la borna
de tiro girada aproximadamente 90º.
El primer tubo de fundición que llega, es
desmontado con el fin de analizarlo en
profundidad para ver si el tubo ha sufrido
algún tipo de daño superficial o interno.
Tras la limpieza de la primera tubería para
controlar el estado de la misma y de la
unión, se procede a comprobar el revesti-
miento exterior de mortero de cemento y
se aprecia que este se encuentra en un
perfecto estado. Los ensayos posteriores
que se realizan al tubo no perjudican a la
unión ni a la propia tubería. En el cierre de
la conducción se efectúa la prueba de pre-
sión sin ningún tipo de inconveniente.
Con este moderno sistema de instala-
ción con perforación horizontal fue posible
el montajen de la tubería de fundición
dúctil en el cruce del río en menos de una
semana de trabajo. De esta manera, la
vegetación y el paisaje de la zona quedó
totalmente inalterado, respetándose en
todo momento el medio ambiente.
Buderus Guss dispone de la certificación
ISO 9001 además de la ISO 14001.
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