Cómo se realiza la instalación de tuberías mediante perforación: reglas técnicas y consejos de especialistas

Si las comunicaciones subterráneas cruzan una carretera o vías de ferrocarril, el desmontaje de dichos objetos puede ser extremadamente difícil y, a menudo, imposible. La instalación de tuberías mediante perforación puede ayudar a resolver el problema. Este método es mucho más sencillo y económico de implementar.

Para quienes desean saber cómo se instalan tuberías en el suelo sin alterar las cubiertas terrestres, demoler edificios ni mover objetos móviles, les explicaremos los detalles de la tecnología. Aquí conocerán qué equipo se utiliza durante los trabajos y de qué manera se realizan las perforaciones.

Además del método principal, hemos descrito opciones alternativas para la instalación de tuberías en el suelo mediante tecnología sin zanja, e incluido esquemas, selecciones de fotos y materiales de video.

¿Qué es el método de perforación?

El método de perforación se refiere a una tecnología mediante la cual se puede obtener un agujero sin excavar ni remover el suelo, compactándolo.

Este método es adecuado para la instalación de estructuras de acero. El diámetro puede variar entre 100 y 500 mm, y la longitud del agujero, de 30 a 50 m. La perforación bajo una carretera – es uno de los métodos más demandados para la instalación de comunicaciones sin zanja.

Así se instalan las ramas subterráneas de agua y alcantarillado, y se conectan al terreno el gas principal.

La perforación dirigida se utiliza para instalar:

• comunicaciones de metal y plástico;
• carcasas protectoras en las que luego se colocan tuberías de gas y agua;
• carcasas para cables de alimentación, teléfono, etc.

La perforación no se utiliza solo en los casos en que es necesario cruzar una carretera o vías de ferrocarril sin causar daños.

El método es adecuado para realizar agujeros hacia un pozo (siempre que su diámetro sea de al menos un metro y medio), un sótano de una casa, o cuando sea necesario pasar cables por debajo de algún objeto relativamente pequeño, etc.

La mayoría de las veces, la perforación dirigida se realiza en el espesor del suelo arcilloso debajo de diversas carreteras, por ejemplo, debajo de una autopista o una vía férrea. Para ello se utiliza una unidad de empuje con bomba y gato hidráulico, como por ejemplo la unidad Ditch Witch P80.

Además, se necesitará un juego de ensanchadores, varillas, cabezales y otras herramientas con las que se realizan los trabajos de perforación.

Es obligatorio utilizar una estación hidráulica. La fuerza necesaria la proporciona un cilindro hidráulico; la potencia aceptable de la unidad es del orden de 36 toneladas. El funcionamiento de la estación debe estar garantizado por un motor de combustión interna. Para supervisar el avance de los trabajos en el espesor del suelo, se utilizan sistemas de localización inalámbrica.

Como ejemplo, se puede considerar el procedimiento de funcionamiento del dispositivo de localización Eclipse. En la cabeza de perforación se coloca una sonda que transmite información sobre el avance de la perforación.

La perforación dirigida controlada – es uno de los métodos menos costosos de instalación sin zanja de servicios públicos debajo de una carretera u otros objetos similares (+)

La información llega al localizador. Allí se analizan los datos, determinando la ubicación exacta de la herramienta de perforación en el espesor del suelo, el ángulo de inclinación de la cabeza de perforación y la conformidad de su movimiento con el plan de trabajo previamente elaborado. Simultáneamente, se controla el estado de la batería de la sonda de la que se recibe la información.

La cabeza de perforación está diseñada de tal manera que una parte de su superficie está biselada. Esto mejora el rendimiento, pero afecta la calidad del trabajo.

Debido al bisel, al avanzar en el espesor del suelo, la posición de la cabeza se desviará constantemente del vector de acción. El operador debe corregir continuamente la trayectoria de la cabeza, verificando los resultados de la localización.

Para que la herramienta se mueva estrictamente en línea recta, es necesario girarla a una velocidad constante. La primera etapa de la perforación comienza en el pozo de inicio y finaliza – en el pozo de recepción. Aquí, en lugar de la cabeza de perforación, se fija un ensanchador cónico en el equipo.

Este dispositivo atraviesa el pozo horizontal formado en dirección inversa, lo que permite ensancharlo y compactar las paredes.

Para realizar la instalación de tuberías sin zanja mediante el método de perforación, es necesario preparar previamente dos pozos: el de inicio y el de llegada (o de recepción).

Después de esto, en el orificio alargado resultante se inserta un tubo del diámetro necesario o una funda para la colocación de servicios. Dependiendo de la situación, se pueden tender no solo una, sino varias tuberías. Las acciones posteriores consisten en tender estos servicios y conectarlos al sistema general.

Durante los trabajos preparatorios, también es necesario planificar el lugar de almacenamiento de las tuberías, que deben estar cerca del lugar de perforación.

Normalmente se prevé una plataforma para los tubos junto al pozo de inicio. Las dimensiones de la plataforma de almacenamiento dependen de la longitud de los tubos, que puede alcanzar los seis metros. Es recomendable que los tubos seleccionados para la instalación se almacenen en posición horizontal. Esto simplificará el montaje y reducirá la probabilidad de daños a la estructura.

Además, es necesario garantizar vías de acceso al pozo de inicio para transportar sin problemas los materiales y la maquinaria necesaria para los trabajos.

El método de perforación dirigida permite instalar con éxito tanto tuberías de plástico como metálicas en una funda metálica. Primero se realiza una perforación piloto, luego se compacta en dirección inversa, se introduce la funda y, a continuación, se colocan las tuberías.

Primero se realiza un estudio preliminar del lugar de trabajo sobre el terreno. Los especialistas utilizan la documentación del proyecto, basándose en ella y en los resultados del análisis del objeto, para elaborar un plan de ejecución de la perforación.

Si es necesario realizar una perforación debajo de un objeto que soporta cargas de transporte importantes (vías de tranvía, carretera, ferrocarril, metro, etc.), las tuberías se colocan en fundas especiales.

Si es necesario tender varios cables debajo de la carretera, primero se coloca un tubo o funda cuyo diámetro permita albergar todos los servicios necesarios.

Dicha carcasa debe tener un diámetro que supere las dimensiones de las tuberías aproximadamente entre 15 y 20 cm. Primero se coloca la carcasa, luego se montan las tuberías en su interior, y el espacio entre estas instalaciones se rellena con mortero, para el cual se puede usar un cemento económico M-100. Las carcasas reducen las cargas sobre las instalaciones subterráneas y disminuyen el riesgo de daño.

Hidroperforación, vibroperforación y hincado

Se distinguen la hidroperforación y la vibroperforación. En el primer caso, se utiliza un chorro de agua como herramienta para hincar el terreno, que golpea con gran presión desde una punta especial.

Este método es particularmente eficaz en suelos arenosos no cohesivos, que se erosionan fácilmente bajo el efecto del chorro. Permite realizar un agujero de aproximadamente 50 cm de diámetro en un tiempo mínimo. Sin embargo, la longitud máxima del pozo con hidroperforación es de 30 m.

La vibroperforación, como se desprende del nombre, se realiza mediante la acción vibratoria. En el dispositivo para realizar la perforación se utilizan equipos de impacto-vibración-hincado con excitadores de vibraciones longitudinales.

El hincado estático se combina con el impacto de impulsos de un vibromartillo sobre el terreno. El método se aplica en suelos arenosos saturados de agua y con poca humedad, tanto para la instalación de tuberías como para su extracción. El diámetro del pozo puede alcanzar los 50 cm y su longitud, 60 m.

El método de hincado se realiza mediante gatos, al igual que la perforación. Pero en este caso, el tubo se dirige al terreno con el extremo abierto. Durante el avance de la estructura, se forma un tapón denso de tierra dentro del tubo, que luego se elimina.

Para realizar este tipo de trabajo, se utilizan de dos a ocho gatos hidráulicos potentes (de 200 a 400 toneladas), para cuyo funcionamiento es necesario instalar un muro de empuje con un marco y un cabezal.

Hincado del terreno – es un método de instalación de tuberías sin zanja que se realiza con la ayuda de equipos hidráulicos especiales de alta potencia.

En un turno, este dispositivo puede atravesar hasta 10 metros de terreno, y la longitud total del pozo generalmente no supera los 80 metros. Si se requiere instalar un trazado más largo, se divide en tramos individuales de no más de 80 metros.

Este método también requiere la construcción de un pozo de inicio y uno de final, en los cuales se instala la hidráulica necesaria.

La perforación de cada tramo se realiza dos veces: en dirección directa y luego en dirección inversa. El control del funcionamiento de los mecanismos y la calidad del hincado lo realiza un operador que se encuentra en el pozo.

Técnicamente, este método es más complejo que la perforación ordinaria, pero se puede aplicar prácticamente en cualquier tipo de terreno. El diámetro de la estructura puede alcanzar los 172 cm. La extracción del testigo formado dentro del tubo se puede realizar manualmente o con medios mecanizados.

Ventajas del método de perforación

La demanda del método de perforación se explica por sus importantes ventajas en comparación con otras opciones de realización de trabajos de este tipo. Por ejemplo, la perforación está disponible en cualquier época del año; la temperatura alta o baja del aire exterior y del suelo no tiene gran importancia.

Una de las ventajas del método de perforación dirigida es que los trabajos pueden realizarse también en zonas con un nivel elevado de aguas subterráneas

El funcionamiento del equipo no requiere el uso de solución de bentonita, suministro de agua al pozo ni lodo de perforación. Se trata de una unidad compacta y potente, equipada con un sistema de seguridad eléctrica confiable. No es difícil transportarla hasta la obra e instalarla. Además, sus dimensiones compactas no impiden que el dispositivo funcione con altos niveles de potencia.

Los métodos sin zanja para instalación de tuberías, como la perforación dirigida, pueden aplicarse con éxito tanto en verano como en invierno

Los plazos de trabajo también son menores que con otros métodos. Incluso si en el área donde se realiza la perforación hay un nivel elevado de aguas subterráneas, no es necesario realizar medidas para el drenaje del agua.

Durante el paso del cono expansivo también se realiza la compactación de las paredes de la zanja, por lo que no se requieren trabajos adicionales al respecto.

Realización de la perforación en diferentes objetos

La complejidad y la velocidad de este tipo de trabajo dependen en gran medida de las condiciones, es decir, del terreno y de las características del objeto bajo el cual se realiza la perforación. Para perforar bajo las vías del ferrocarril, generalmente se requiere un trámite bastante riguroso. Primero es necesario coordinar la perforación con varias dependencias del ferrocarril.

El uso del método de perforación dirigida dentro de la ciudad permite mantener la integridad de las vías de tráfico para minimizar los costos y no interrumpir la circulación de vehículos

En Rusia es necesario acudir a las subdivisiones ECh, ShCh, RTSS NODG, PCh y otros servicios de OAO «RZhD». Obligatoriamente se formalizan contratos para la supervisión técnica, así como para la instalación de paquetes de seguridad. Toda la documentación ejecutiva debe ser acordada y presentada a las autoridades ferroviarias.

A la sección de vía se entrega un paquete de documentos al finalizar el ciclo de trabajos de instalación de tuberías. En las ciudades, la perforación bajo una carretera es muy demandada para la instalación de nuevas comunicaciones, especialmente en lugares con monumentos históricos.

El método permite no solo mantener el tráfico normal en las carreteras, sino también evitar la destrucción de los antiguos adoquines cuando es necesario instalar tuberías bajo dichas zonas.

La restauración de un objeto similar puede ser compleja y, a veces, imposible. En los complejos de casas de campo, la colocación de comunicaciones mediante el método de perforación permite realizar todos los trabajos con daños mínimos a los objetos ya existentes: carreteras, cercas, etc.

Evaluación de alternativas

Además del método de perforación dirigida, existen otras opciones de instalación de comunicaciones en el subsuelo sin zanjas. A veces, la alternativa puede ser más aceptable que la perforación, todo depende de la situación específica.

Perforación horizontal dirigida, también llamada perforación direccional inclinada, se utiliza para la instalación de tuberías a presión y sin presión. La perforación con este método se realiza desde la superficie del terreno. El diámetro del orificio debe ser un 30-50% mayor que el tamaño de las tuberías que se prevé instalar en él.

El orificio no se expande de inmediato, sino en varias etapas. Para ello se utiliza una solución de bentonita, que se mezcla con el suelo removido y facilita su extracción del pozo. Además, este fluido de trabajo se utiliza para enfriar la herramienta de perforación y, posteriormente, forma una capa en las paredes del pozo que las protege de la destrucción.

Para la extracción de la solución de bentonita usada se utiliza un camión de succión. Después de la extracción, la solución residual debe llevarse a un vertedero para su posterior eliminación. Si los trabajos se realizan correctamente, el resultado es un pozo limpio con paredes resistentes.

Las perforadoras para realizar trabajos de este tipo tienen diferentes características, como el par de torsión y la fuerza de tracción. De esto depende la longitud de las tuberías que se instalarán en el espesor del suelo, la cual puede alcanzar los 1000 metros.

El diámetro permitido de las tuberías – 120 cm. Mediante la perforación horizontal dirigida se pueden instalar tanto tuberías metálicas como de plástico.

La perforación se realiza según una trayectoria previamente calculada, el movimiento de la herramienta de perforación se controla mediante un sistema de localización. El ángulo de entrada puede variar entre 26 y 34 grados.

Otro indicador importante en el uso de la perforación horizontal dirigida (PHD) – la flexión de las varillas, que puede ser del 6 al 12 %, dependiendo de su tipo. Otro método popular de instalación de tuberías sin zanja es la perforación con barrena helicoidal. Para su ejecución se utiliza un equipo hidráulico especial que actúa como un gato.

Primero se realizan los pozos de inicio y de llegada. La profundidad de cada uno debe ser un metro más profunda que el nivel de instalación de la tubería. En el pozo de inicio se introduce un equipo hidráulico que gira la barrena y los tubos de empuje. Como resultado, se elimina parte del suelo y se obtiene un pozo para la tubería.

Luego se instalan en el interior las tuberías, revestimientos, etc. La longitud máxima de instalación suele ser de solo 100 metros, pero el diámetro de las comunicaciones puede alcanzar los 172 cm; los indicadores dependen en gran medida del tipo de suelo en el que se realiza la perforación.

El método de hinca de carcasas de acero se utiliza a menudo cuando es necesario tender tuberías o carcasas de gran diámetro mediante métodos sin zanja.

Para controlar la ejecución de los trabajos durante la perforación con barrena helicoidal se utiliza un láser, que asegura el ángulo de inclinación correcto de la barrena y permite seguir la dirección de la perforación con alta precisión. Una vez que la barrena alcanza el pozo de destino, se retira del conducto resultante en orden inverso.

Microtunelación – es un método de alta precisión para la instalación sin zanja de servicios, que se realiza mediante un escudo tunelador especial.

Para desplazar el dispositivo se utiliza una estación de gatos de alta potencia. Esta ejerce presión sobre una columna de tubos de hormigón armado que están unidos al escudo. Gradualmente, la longitud del conducto aumenta, por lo que la columna se alarga añadiendo más elementos de hormigón armado.

Para la instalación de tuberías de hormigón armado y acero se utiliza el método de microtunelación. Se realiza mediante un escudo tunelador especial que disgrega el terreno.

Este método también requiere la preparación previa de dos pozos, la distancia entre ellos puede variar entre 50 y 500 metros. La instalación de gatos debe descender al pozo de inicio a una profundidad que corresponda al nivel de instalación de los servicios. Si la longitud del conducto supera los 200 metros, normalmente se utiliza una estación de gatos intermedia.

El escudo tunelador disgrega el terreno, que es lavado con agua o con una solución de bentonita que llega a través de las líneas de suministro. El fluido usado, mezclado con partículas de suelo, se traslada a un tanque de decantación a través de las líneas de retorno. Una vez que el escudo tunelador alcanza el pozo de destino, los trabajos pueden considerarse finalizados.

Los métodos sin zanja de instalación de servicios se realizan con equipos especiales de alta potencia. El cumplimiento exacto de la tecnología garantizará un conducto fiable.

Se desmonta y retira el equipo. Con el método de microtunelación se pueden instalar no solo tubos de hormigón armado, sino también tubos de acero. Para controlar la correcta ejecución de los trabajos se utiliza un sistema de navegación compuesto por un láser, un blanco y una rueda de medición.

Para tramos largos (más de 200 m) se considera eficaz un sistema láser electrónico equipado con un nivel hidrostático, que proporciona datos precisos sobre la profundidad de instalación de las tuberías independientemente de la temperatura del aire dentro de la estructura.

Detalles de la elección del método adecuado

El método de tendido de comunicaciones mediante perforación horizontal se selecciona ya en la etapa de diseño del proceso específico. Si la instalación de tuberías sin zanja se realiza en el contexto de la construcción de algún objeto, por ejemplo, una casa residencial, los trabajos pueden formar parte del proyecto general de construcción.

Durante el diseño se tienen en cuenta los siguientes datos:

• la longitud de las comunicaciones que deben instalarse sin zanja;
• el diámetro del revestimiento o tubería;
• el material del que están hechas las comunicaciones;
• la profundidad a la que se deben colocar las tuberías;
• el tipo de tubería (a presión o sin presión);
• la posibilidad de montar pozos de inicio y final de profundidad adecuada;
• las vías de acceso al lugar de trabajo;
• la existencia de un espacio lo suficientemente amplio para almacenar materiales, maquinaria, etc.;
• el nivel de las aguas subterráneas;
• otras características geológicas del terreno;
• el plano de ubicación de las comunicaciones ya existentes en el terreno.

Durante la construcción, a veces es necesario modificar el proyecto ya elaborado. Esto puede deberse al deseo de reducir costos, utilizando, por ejemplo, tubos de plástico en lugar de acero. Además, el plano de la ubicación de las comunicaciones subterráneas en el sitio no siempre es lo suficientemente preciso.

El diámetro de la tubería – uno de los indicadores que se tienen en cuenta al elegir métodos de instalación de comunicaciones sin zanja. El pozo debe ser un poco más grande

Durante la ejecución de los trabajos pueden descubrirse tuberías o cables no previstos. Todos estos aspectos pueden requerir cambios en el proyecto, y esto puede afectar también la decisión sobre el método de perforación.

Si la profundidad de instalación de las comunicaciones es pequeña, existe el riesgo de hundimiento de la capa superior del suelo, especialmente si se utilizó lodo bentonítico durante la perforación. En tales casos, es mejor optar por la perforación horizontal con tornillo sinfín.

Muy a menudo, el método de perforación está determinado por el tipo de maquinaria que tiene a su disposición la organización que realiza el pedido.

Por ejemplo, si los constructores disponen de gatos o de una máquina de perforación horizontal dirigida, se preferirá esta sobre el método de perforación. La mayoría de las veces, estos cambios están motivados por consideraciones de beneficio económico.

Conclusiones y video útil sobre el tema

El proceso de trabajo de la máquina para realizar la perforación dirigida se muestra claramente en el video:

La perforación dirigida – un método de alta precisión y relativamente económico para tender comunicaciones debajo de una carretera u otro objeto. Es importante diseñar correctamente todos los trabajos y cumplir exactamente con la tecnología.

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