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.

febrero 2004

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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PERFORACIÓN HORIZONTAL

febrero 2004

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.

PERFORACIÓN HORIZONTAL

febrero 2004

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.

PERFORACIÓN HORIZONTAL

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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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Referencia 100

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