Abastecimiento de agua mediante sistema de perforación

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Abastecimiento de agua mediante
sistema de perforación horizontal
con tubería de fundición dúctil
acerrojada
Paula BERNEDO JUEZ - Ing. Industrial. Dpto. Técnico de Construtec.
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.
La perforación horizontal dirigida es un
método para la instalación sin zanjas de
sistemas de tuberías nuevas o para rehabilitar las ya existentes. Entre sus ventajas
nos encontramos con que su coste, comparado al de las obras con zanja, es
menor, y el tiempo necesario para la instalación 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 posición, sin necesidad de pozos verticales, ya
que la obra comienza desde la superficie.
Cuando la cabeza perforadora ha alcanzado 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 instalar. No es necesario que el alineamiento
del agujero de perforación sea recto, porfebrero 2004
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 establecen dos requisitos: utilizar tubería ace-
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 revestimiento 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 realizó 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.
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del que luego se tira para ser instalada a
través del agujero de perforación.
Las diferentes posibilidades de revestimiento 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 introducción 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
El Castillo de Oranienburg, que da su
nombre a la ciudad, cuenta con una conducción 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 cruce con los dos ríos que atarviesan la ciudad , hoy en día, una isla considerada
como zona de reserva y protección
ambiental. El trazado de la nueva conducción 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 sistema 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.
Así mismo, existe una multitud de métodos de acerrojamiento. En este caso concreto se escogió el sistema BLS® (antigua
TKF), que se realiza con cordón de soldadura en el extremo liso del tubo y cuya copa
consta de una cámara, donde va alojada la
junta de estanqueidad TYTON®, y la precámara, que guarda los segmentos del sistema BLS® para el acerrojamiento del tubo
con la ayuda del cordón de soldadura.
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 longitud, que se ensambla en un solo tramo y
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 cemento centrifugado al alto horno para agua
Este tipo de instalaciones con diámetros
DE tan grandes no suelen ser muy frecuentes. La nueva junta de acerrojamiento BLS® es el resultado de un desarrollo
tecnológico riguroso. Esta unión es perfecta para soportar las fuerzas de arrastre en
el proceso del hincado.
Pasos de la obra
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pre-cámara
anilla de apriete
muesca izquierda
cordón de soldadura
junta TYTON
copa
Características
BLS® para los
diámetros
DN 80 - DN 500.
muesca derecha
Para los diámetros
DN 600 - DN 800
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 introducción 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 segmentos se sitúan en la precámara de la
copa y, actuando con el cordón de soldadura en el extremo liso del tubo, evita que
los tubos enganchados se desenchufen
entre sí cuando se tire de ellos en el hin-
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cado. El sistema BLS® aguanta una gran
presión y no necesita ninguna otra herramienta adicional para realizar el acerrojamiento.
Una vez limpia la superficie interior de la
copa, tanto de la cámara que alojará la junta de estanqueidad como de la precámara,
donde se colocan los segmentos de acerrojamiento, 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 estanqueidad no se ha desplazado de su sitio.
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A través de una ventana que tiene practicada 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 utiliza 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 desplazamiento de los tubos, como es el caso del hincado, mientras que una instalación convencional no requiere esta fijación. El montaje
de la unión de cada tubo se realiza aproximadamente en 15 minutos.
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concepto, ya que podría dañarse y tener
fugas que podrían tener peligrosas consecuencias obligó a establecer una velocidad
de taladrado de 32 m/h, que produjo un
sobrecalentamiento de 14º. El canal abierto 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 horizontal de 998 m y vertical de 402 m. el
piloto de cabeza alcanza el punto de destino, sin ningún tipo de deformación apreciable en el extremo de la broca. A continuación se realizan dos recorridos más, así
como una nueva perforación con un diámetro de 700 mm y, una vez terminada
esta, una tercera a 1.000 mm de diámetro.
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 producida 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
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El cabezal es intercambiado en función
de las dimensiones a las que queremos
realizar el taladrado. Para evitar la penetración de elementos en la zona acerrojada 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 tuberías 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 seguridad en comparación con la máxima fuerza de tracción posible, de 1.230 kN. A partir 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.
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Acto seguido se realiza el montaje de un
dispositivo espaciador, que posee un diámetro de aproximadamente 1.000 mm,
cuya misión consiste en eliminar las últimas desigualdades que se puedan presentar en la perforación. A partir de este
momento ya se puede realizar la conexión
entre los diversos dispositivos y la conducción montada, dando comienzo a la tracción. En menos de una semana, todo el
montaje de los los tubos y la perforación se
consigue posicionar en una línea de trabajo, 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 introducida en la perforación anteriormente practicada. En este punto se aprecian aproximadamente 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 desviación mayor a 1,5º, evitando, además, la
tracción mecánica en las uniones.
res de funcionamiento que aparece a continuación, siendo DN el diámetro nominal
de la tubería y PFA la presión de funcionamiento 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 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 acerrojada BLS®, se emplea el rango de valoDN
(mm)
El peso total de los 432 metros de tubería de fundición dúctil con unión acerrojada
BLS® asciende a 76 toneladas, con una
PFA
(bar)
Angulo de
desviación
máxima
damisible
Máxima
fuerza de
tracción
permitida
(kN)
Longitud
montaje para
tracción
Radio de
curvatura
mínimo
(logitud de
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
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Consultar
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*Máxima fuerza de tracción permitida calculada a partir de Presión Tipo=PT; PT= PFA x 1.5 + 5(bar) con un
coeficiente de seguridad de S=1.1
NOTA: Las longitudes críticas de montaje deben ser específicamente calculadas para cada proyecto siendo
estas 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 tercios de la conducción, solamente se realizan
250 kN de fuerza de tracción. A una velocidad media de 140 m/h, alcanza el extremo
primero de la conducción. Tras la complicada 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 revestimiento exterior de mortero de cemento y
se aprecia que este se encuentra en un
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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 presión sin ningún tipo de inconveniente.
Con este moderno sistema de instalación 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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