Abastecimiento de agua mediante sistema de perforación horizontal con tubería de fundición dúctil acerrojada

Transcripción

1 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :38 PÆgina 1 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, porque 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

2 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :38 PÆgina 2 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. 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. 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 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 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. 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 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

3 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :38 PÆgina 3 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 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 hincado. 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.

4 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :39 PÆgina 4 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. 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. 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 mm de diámetro. La máquina de hincado de los tubos mediante perforación horizontal, capaz de realizar una longitud total de m con un diámetro nominal máximo de tubería de mm, tiene una capacidad de tracción máxima de 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

5 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :39 PÆgina 5 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. Acto seguido se realiza el montaje de un dispositivo espaciador, que posee un diámetro de aproximadamente 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- 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 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.

6 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :39 PÆgina 6 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. 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 valores 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 peso total de los 432 metros de tubería de fundición dúctil con unión acerrojada BLS asciende a 76 toneladas, con una 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 º 70* º 100* º 140* º 165* º 230* º 308* º 380* º 558* º 860* º º º Consultar 230 *Máxima fuerza de tracción permitida calculada a partir de Presión Tipo=PT; PT= PFA x (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

7 ART. CONSTRUTEC bueno.qxd 29/01/ :39 PÆgina 7 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 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 Referencia 100