¿Cómo se realiza la instalación de tuberías sin zanja? Características del método + ejemplo de trabajo
En la construcción de nuevas tuberías, así como en la reparación o sustitución de líneas de comunicación antiguas, se aplica activamente la instalación de tuberías sin zanja.
La diversidad de métodos permite seleccionar la forma óptima, dependiendo de la complejidad del terreno o la densidad de la edificación.
En este material, le explicaremos detalladamente los métodos de instalación sin zanja de tuberías y sus características distintivas.
Contenido del artículo:
Ventajas y particularidades de la instalación sin zanja
Las ventajas evidentes en comparación con los movimientos de tierra en la excavación de zanjas son los siguientes aspectos:
- reducción de los plazos de ejecución de los trabajos;
- minimización de los costes de restauración del paisajismo;
- conservación del funcionamiento normal de las infraestructuras;
- reducción del impacto en zonas ecológicamente sensibles.
La elección del método de instalación sin zanja de tuberías depende del diámetro necesario del pozo, las características del paisaje y del terreno, el material de las tuberías a instalar, y la presencia o ausencia de servicios existentes.
Existen muchas variantes de ejecución, pero entre ellas se pueden destacar cuatro métodos principales: saneamiento, hincado y perforación del terreno, y perforación horizontal dirigida.
Reconstrucción y sustitución de tuberías mediante el método de saneamiento
El método de saneamiento se aplica en aquellos casos en los que, durante el proceso de revisión, se ha identificado la necesidad de reemplazar total o parcialmente la tubería existente.
Mediante el saneamiento se solucionan eficazmente los siguientes problemas:
- obstrucción de tramos de la tubería y formación de grietas;
- destrucción de ramificaciones locales de las tuberías por raíces de árboles;
- amenaza de rotura de tuberías debido a la corrosión.
Dependiendo del estado de las tuberías y de los objetivos planteados, se recurre a la tecnología de relining o renovación.
Tecnología de relining o “tubería dentro de tubería”
El relining es una variante del saneamiento aplicada a tuberías en las que es posible una reducción leve del diámetro. Si la vida útil real de las tuberías metálicas ha expirado y se teme que estén al borde de una nueva rotura, se limpian previamente de depósitos de calcio, óxido y arena.
Se prepara un inserto de polietileno en forma de manga, que se llena previamente desde el interior con un compuesto polimérico, distribuido uniformemente a lo largo de toda su longitud. Esta media polimérica se despliega dentro de la tubería mediante presión de agua o aire, girándola al mismo tiempo para que el compuesto aplicado anteriormente quede adyacente a las paredes de la tubería.
Una vez que la manga ha llenado todo el segmento de la tubería desgastada, se realiza el proceso de polimerización bajo la acción de la temperatura. Como resultado, aumentan tanto la resistencia de las tuberías como su capacidad de flujo.
Otra tecnología de relining implica la colocación de nuevos tubos de polipropileno dentro de los antiguos existentes. De esta manera se reemplazan tuberías de acero, cerámica, fibrocemento, hierro fundido, hormigón y hormigón armado con diámetros de 200-315 mm.
Además, se debe tener en cuenta que en los puntos de unión de tuberías de PVC se forma una costura de aproximadamente 15 mm, y a partir de ella se debe medir el espacio entre el diámetro interior del tubo antiguo y la superficie exterior del nuevo tubo.
Debido a la baja resistencia hidráulica de las tuberías de plástico, la capacidad de flujo no se ve afectada incluso con la reducción del diámetro.
Actualización de tuberías mediante la tecnología de renovación
Otra opción de rehabilitación es la renovación. Se diferencia del relining por un trato mucho menos cuidadoso hacia las tuberías existentes, que se rompen y compactan en el suelo, creando una capa protectora para la nueva tubería, que a menudo tiene un diámetro mayor.
Para esta instalación sin zanja de tuberías se requiere equipo especializado: se utiliza una máquina de impacto neumático con un cono ensanchador equipado con nervaduras de corte. En el video debajo del artículo se muestra claramente cómo el cono maneja una tubería de acero de 6 mm.
El mecanismo de trabajo se fija al cable de tracción, después se unen gradualmente módulos de tuberías de PVC, cuya longitud puede variar de 600 a 1000 mm, según el ancho del pozo. La manguera neumática se conecta al compresor y luego, junto con el cable de seguridad, se pasa a través de los módulos unidos.
La entrada a la tubería a reemplazar se expande y se introduce la máquina de impacto neumático. Al desplazarse por las tuberías, las rompe mientras tira del material de revestimiento.
Métodos de hincado de tuberías
El hincado del suelo también se realiza con una gran cantidad de variaciones. Incluye la tecnología de microtúneles, el uso de perforadores neumáticos, la perforación direccional con tornillo sinfín, y la perforación dirigida y no dirigida.
Cada uno de estos métodos de instalación sin zanja es demandado y relevante según la ubicación de las tuberías.
Carcasa para tuberías o método de perforación no dirigida
En este método, la tubería de revestimiento se hinca en el suelo, mientras que simultáneamente se extrae el material. Para la extracción se utilizan principalmente tornillos sinfín, y menos frecuentemente aire comprimido y lavado con agua.
La perforación no dirigida se aplica en cualquier tipo de suelo, aunque pueden surgir dificultades en suelos no cohesivos y en presencia de piedras grandes, cuando la tubería de revestimiento es comprimida por el suelo o se bloquea su avance.
En la etapa de preparación de los trabajos, la tubería de revestimiento se coloca en el pozo exactamente a lo largo del eje de perforación. Debido a posibles obstáculos, la trayectoria puede corregirse utilizando dos tubos, uno de los cuales se selecciona de un diámetro mayor al necesario, y dentro de él se instala la línea de tubos del diámetro requerido.
El tubo exterior sirve como una especie de carcasa y protege la tubería de trabajo, lo que es relevante en aquellos casos en que la instalación se realiza debajo de vías férreas o tranviarias, así como debajo de autopistas con gran carga.
La diferencia de diámetro suele ser de 150-250 mm, y la distancia entre tubos debe ser rellenada — con mortero de cemento y arena. De este modo se reduce la presión del suelo sobre el tubo de trabajo, disminuye la carga del tráfico sobre él, y también se proporciona protección contra la influencia de otros servicios públicos cercanos.
La longitud de los segmentos de los tubos de revestimiento varía de 3 a 12 metros; durante la instalación se sueldan secuencialmente.
Diferencias de la perforación dirigida
Este método se diferencia de la perforación no dirigida por el uso adicional de desviadores — placas de acero fijadas en la parte frontal del tubo de revestimiento. Se levantan mediante cilindros hidráulicos, corrigiendo así la dirección de la perforación.
En ambos casos, para reducir la fricción se utiliza una solución de bentonita, que después de la colocación de la tubería se extrae y, tras filtración, puede reutilizarse.
Más información sobre la tecnología de colocación de tuberías mediante perforación se puede leer en este material.
Empleo de martillos neumáticos en suelos densos
El uso de perforadores neumáticos para la perforación del suelo es el método más económico, rápido y eficaz, gracias a la relativamente alta precisión de la perforación sin zanja.
Este método no requiere la fabricación de soportes adicionales para gatos hidráulicos, se utiliza un equipo pequeño y fácil de transportar, y se imponen requisitos mínimos para la preparación del sitio de construcción.
Gracias al aire comprimido se genera la energía de impacto suficiente para hincar un tubo de acero abierto de hasta 80 metros de longitud en terrenos de alta resistencia. La velocidad media de instalación es de 15 metros por hora. Una vez colocada la tubería, se limpia del suelo con agua y aire comprimido. Las tuberías de gran diámetro se limpian manualmente.
Ventajas de la tecnología de microtúneles
El proceso de microtunelación está completamente automatizado. Los tubos de revestimiento y de trabajo se fabrican no solo de acero, sino también de cerámica, fibra de vidrio, fundición y hormigón armado. La distancia media de perforación sin reubicar la estación de gatos es de 100 a 250 metros.
La distancia alcanzable varía según el tipo de suelo, la potencia del marco de empuje con el que está equipado el equipo de microtunelación, así como el material de los tubos utilizados, dependiendo de la fuerza de compresión que el tubo pueda soportar.
Uso de equipos para perforación direccional por tornillo
El empleo de equipos de perforación con sinfín constituye una alternativa económica a la microtunelación. Estos equipos permiten instalar tubos de revestimiento con gran precisión y respetando la pendiente proyectada, lo cual es relevante para las conducciones por gravedad.
Las posibles limitaciones para su uso son las arenas movedizas y las inclusiones sólidas grandes en el terreno. La distancia de perforación normalmente no supera los 80 metros.
El uso de sinfines con eje hueco permite perforar sin necesidad de excavar un pozo de recepción.
Método de perforación horizontal dirigida
Quizás sea el método más costoso de todos los existentes en la instalación de tuberías sin zanja, pero también el de mayor tecnología.
Se recurre a la perforación horizontal dirigida no solo cuando se necesita perforar a largas distancias e instalar tuberías de grandes diámetros, sino también en los casos en que se requiere tender un tramo corto de tubería de diámetro pequeño en las inmediaciones de propiedades privadas u objetos de valor cultural.
En el proceso se utiliza un fluido de perforación que reduce la fricción durante la tracción de la sarta de tuberías, mantiene el suelo excavado en suspensión para evitar la compresión del material instalado, enfría y lubrica el equipo, y extrae el suelo excavado a la superficie.
El fluido de perforación se prepara diluyendo en agua bentonita, un mineral natural con un conjunto de aditivos especiales. La suspensión resultante evita el colapso de los canales, elimina la necesidad de un bombeo parcial o total del agua subterránea, ya que puede realizar sus funciones incluso en suelos permeables.
La perforación direccional horizontal en suelos saturados de agua requiere un control estricto de la presión y el caudal del fluido de perforación, así como el uso de aditivos especiales en su preparación.
Dado que el agua para preparar la solución se toma de cuerpos de agua cercanos, es necesario considerar la presencia de sales minerales y el pH del agua subterránea, ya que estos parámetros pueden afectar la estabilidad de la suspensión. Este enfoque permite evitar la erosión incontrolada.
La realización de los trabajos de perforación direccional horizontal (PDH) se puede dividir en varias etapas:
- planificación de la trayectoria de perforación;
- preparación del lugar de trabajo;
- ejecución del pozo piloto;
- etapa de ensanchamiento del pozo;
- retroceso;
- restauración del terreno.
Examinemos cada punto del plan.
Etapa de planificación y cálculo de la trayectoria del pozo
Antes de iniciar la perforación, es necesario calcular y planificar la trayectoria del pozo.
Considerar no solo la longitud y profundidad del recorrido, sino también los posibles obstáculos, tales como:
- la compactibilidad del suelo, su porosidad y adherencia;
- el contenido de humedad y el nivel del agua subterránea;
- la presencia de grandes piedras y rocas;
- las estructuras subterráneas adyacentes a la zona de perforación.
Se identifican los posibles riesgos y se envían notificaciones a los servicios de emergencia y a la Dirección de Tránsito (GIBDD).
Se elabora un plano de la trayectoria de perforación o se realiza un marcado directamente en la superficie del terreno. En un enfoque de ingeniería serio, se consideran los ángulos de entrada y salida del perforador, así como los radios de curvatura mínimos admisibles de la sarta de varillas.
La mayor carga sobre el equipo se produce durante el ensanchamiento simultáneo del pozo piloto y el tendido de la tubería, por lo que los cálculos se realizan con un factor de corrección según la potencia del equipo.
Organización del lugar para la perforación horizontal dirigida
El equipo de perforación direccional horizontal (PDH) se transporta al sitio, se descarga y se coloca en el lugar de trabajo. Es necesario verificar el ángulo de inclinación del marco de perforación y realizar el anclaje del equipo.
Sin dicho anclaje, el propio perforador, su accionamiento y el marco de perforación se desgastan más rápidamente, por lo que no se debe descuidar la fijación. A continuación, se debe realizar una prueba de funcionamiento del mezclador de suspensión y de los motores del equipo, y verificar la estabilidad de la conexión de las mangueras del sistema hidráulico.
Ejecución del pozo piloto
La perforación piloto consiste en recorrer toda la longitud de la trayectoria del pozo con un diámetro pequeño, suficiente para arrastrar la sarta de varillas. El primer segmento se carga en la varilla guía, la conexión roscada se lubrica abundantemente y se conecta con la cabeza de perforación, un dispositivo compuesto por el transmisor del sistema de localización, la propia pala de perforación y el filtro de suministro de suspensión.
Luego se realiza la alimentación de la solución de bentonita y el ajuste de presión; esto es necesario para asegurarse de que la suspensión pasa a través de las mangueras hacia la varilla de perforación, ingresa al barril, al filtro y a las boquillas de la cabeza de perforación, y luego sale con la presión requerida.
El operador de la máquina realiza la entrada perpendicular a la superficie del suelo con respecto al eje longitudinal de la cabeza de perforación, y luego realiza la perforación, añadiendo sucesivamente la sarta de varillas.
El operador del sistema de localización realiza marcas de posiciones, profundidad y ángulo de perforación, verifica con la trayectoria planificada y dibuja la trayectoria real en el plano si se requiere reorientación. Una vez que la cabeza de perforación aparece en el punto de salida, la perforación piloto finaliza.
Etapas de ensanchamiento del pozo y tendido del túnel
Durante la perforación piloto se forma un pozo de 75-100 mm de ancho, que suele ser suficiente para la instalación de servicios de pequeño diámetro. Si el diámetro del pozo es menor de lo necesario, se arrastra un escariador en dirección opuesta.
A menudo, esta etapa se combina con la colocación de los servicios, y entonces se instala un swivel detrás del escariador giratorio para evitar que el material colocado se retuerza.
En algunos casos, considerando los esfuerzos requeridos para el arrastre, se realiza por separado un ensanchamiento del pozo lo suficiente para que el tamaño del túnel permita la instalación del material del diámetro necesario.
El arrastre inverso también se realiza con suministro de fluido de perforación para reducir la fricción del material contra las paredes del pozo. A medida que se arrastra la sarta a lo largo de la varilla, el operador de PHD detiene el suministro de suspensión, detiene la rotación y desconecta la varilla, luego reanuda la operación de la máquina.
El procedimiento se repite hasta que el escariador aparezca por la entrada del pozo.
Finalización de los trabajos y restauración del paisajismo
Una vez finalizada la instalación sin zanja de la tubería, se apaga el motor de la máquina, se desconecta la sarta de servicios colocada, se retiran los conectores, el swivel y el filtro.
Todos los accesorios se limpian de tierra y se tratan con lubricante resistente al agua. Los restos de suspensión se bombean, el pozo de trabajo se rellena y, si es posible, se restaura el paisaje natural o lo más parecido al natural.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Perforación de pozo con medios improvisados en un terreno privado:
Video sobre la aplicación del método de relining:
Principio de renovación – destrucción de una tubería de acero:
Instrucciones paso a paso para la aplicación de la unidad compacta de perforación direccional horizontal:
El uso del método de instalación sin zanja para la colocación de servicios implica el uso de equipos especializados y ciertos dispositivos. Sin embargo, para distancias cortas, es posible perforar un pozo de 50-100 mm de diámetro con aparatos eléctricos comunes. Lo importante es realizar los cálculos correctamente.
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