Tesis0340ic

DISEﾃ前 Y DESARROLLO DE UNA CARTILLA PARA REALIZAR PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA PARA TUBERIAS EN POLIETILENO Y ACERO

FIDEL RICARDO GARAVITO CASTELLANOS EDWIN GERARDO MATEUS SEPULVEDA

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA UNIAGRARIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA 2013

1

DISEﾃ前 Y DESARROLLO DE UNA CARTILLA PARA REALIZAR PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA PARA TUBERIAS EN POLIETILENO Y ACERO

FIDEL RICARDO GARAVITO CASTELLANOS EDWIN GERARDO MATEUS SEPULVEDA

Tesis para optar por el tﾃｭtulo de Ingeniero Civil

Director Humberto Valbuena Leguﾃｭzamo Ingeniero Civil Msc.

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA UNIAGRARIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL BOGOTA 2013

2

NOTA DE ACEPTACION

_______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________

________________________________________ Firma del Presidente del Jurado

________________________________________ Firma del Jurado

_______________________________________ Firma del Jurado

Bogotรก, 05 de Noviembre de 2013

3

A Dios por darme la vida a través de mis padres Teodolinda y Fidel, quienes creyeron en mí, dándome ejemplos dignos de superación, porque en gran parte gracias a su esfuerzo, hoy puedo ver alcanzada mi meta, ya que siempre estuvieron en los momentos más difíciles de mi carrera, y porque el orgullo que sienten por mí, fue lo que me motivo para ir hasta el final.

Gracias a mi familia por haber fomentado en mí el deseo de superación y de éxito en la vida.

Mil palabras no alcanzarían para agradeces todas las personas que de una y otra manera me ayudaron con su apoyo, su comprensión y sus consejos en los momentos difíciles.

Ricardo

4

Primero que todo doy gracias a Dios por ayudarme a emprender este camino que hoy culmina con la elaboración de este trabajo.

A mis padres Julio Enrique y María del Carmen quienes sin su ayuda, apoyo, y confianza esto no hubiese sido posible.

A mi esposa Vilma e hijos Juliana y mi BB quienes estuvieron a mi lado apoyándome incondicionalmente durante todo este proceso.

A mis Hermanas y demás familiares quienes depositaron su confianza para hacer esto posible.

Edwin

5

AGRADECIMIENTOS

Los autores de la investigación expresan sus agradecimientos a todas aquellas personas que con su ayuda han colaborado en la realización del presente trabajo, en especial al Ingeniero Humberto Valbuena Leguízamo, director de esta investigación, por la orientación, el seguimiento y la supervisión continúa de la misma, pero sobre todo por la motivación y el apoyo recibido a lo largo de estos años.

Ing. Jonathan Estupiñan, nuestros sinceros agradecimientos por la ayuda prestada para que esta tesis se llevará a cabo.

También estos agradecimientos son extensivos a nuestros compañeros de carrera por su amistad y colaboración.

Un agradecimiento muy especial merece la comprensión, paciencia y ánimo recibidos de nuestras familias y amigos.

A todos ellos muchas gracias.

Los autores.

6

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION

14

1 LAS TECNOLOGIAS TRENCHLESS

16

1.1 TIPOS DE TECNOLOGIAS TRENCHELESS

17

1.1.1 Instalación de nuevas cañerías

17

2 NORMAS TÉCNICAS APLICADAS PARA LA INSTALACIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE TUBERÍAS DE SERVICIOS PÚBLICOS

32

2.1 TIPOS DE TUBERIAS DE SERVICIOS PUBLICOS

32

2.1.1 Acueducto y Alcantarillado

32

2.1.2 Energía Eléctrica

40

2.1.3 Gas

43

2.1.4 Telefonía

46

2.2

NORMAS TECNICAS

APLICADAS PARA LA

INSTALACION DE

TUBERIAS DE SERVICIOS PUBLICOS EN COLOMBIA

47

2.2.1 Acueducto y Alcantarillado

47

2.2.2 Energía Eléctrica

48

2.2.3 Gas

49

2.2.4 Telefonía

50

3 PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

51

3.1 GENERALIDADES

51

3.2 TECNOLOGIA Y EQUIPOS PARA LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

52

3.2.1 Herramientas

52

3.2.2 Equipos estándar

53

3.3 METODO DE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

57

3.3.1 Implantación de instalaciones de perforación de disco duro

57

3.3.2 Proceso operativo

59

7

3.3.3 Proceso General

60

3.4 CLASES DE SISTEMAS

65

3.4.1 Sistemas vía radio

65

3.4.2 Sistema de cable

66

3.4.3 Sistema MGS

67

3.5 VENTAJAS COMPETITIVAS DE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

68

3.6 PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA EN COLOMBIA

69

4 IMPACTO AMBIENTAL. COMPRACION ENTRE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA Y LA CANALIZACION A CIELO ABIERTO 4.1

EXCAVACION

TRADICIONAL

VS

PERFORACION

73

HORIZONTAL

DIRIGIDA

73

4.1.1 Método tradicional

73

4.1.2 Perforación Horizontal Dirigida

78

4.2 IMPACTO AMBIENTAL. COMPARATIVO ENTRE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA Y LA CANALIZACION A CIELO ABIERTO

81

4.2.1 Canalización a cielo abierto

81

4.2.2 Perforación Horizontal Dirigida

82

4.3 PASOS PARA LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

84

4.3.1 Estudio de la obra

84

4.3.2 Perforación Piloto

84

4.3.3 Ensanche y soldaduras o justas

85

4.3.4 Reamer o escariador

86

4.3.5 Tendido de tubería

86

CONCLUSIONES

87

RECOMENDACIONES

89

BIBLIOGRAFIA

90

INFOGRAFIA

94

ANEXOS

97

8

FIGURAS

Pág.

Figura 1. Diagrama de utilización del sistema de desplazamiento de suelo con martillo no – direccional (izquierda). Diagrama de martillo neumático (derecha)

Figura 2. Diagrama de utilización del cracking dinámico para el reemplazo de cañerías

23

Figura 3. Diagrama del método Tight – in – Pipe

27

Figura 4. Diagrama del pipe ramming o pipe jacking

31

Figura 5. La Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

51

Figura 6. Proceso Operativo de la Perforación Horizontal Dirigida

59

Figura 7. Ejemplo de diseño de traza

62

9

IMÁGENES

Pág.

Imagen 1. Taladro direccional FDP – 20

21

Imagen 2. Reemplazo de cañerías.

22

Imagen 3. Cracking Dinámico.

24

Imagen 4. Reemplazo de tuberías por medio del cracking dinámico

26

Imagen 5. Jacking Pipe. Obra de HOBAS.

32

Imagen 6. Tipos de Tubería para acueducto

36

Imagen 7. Tubería de hormigón

37

Imagen 8. Tubería de PVC para alcantarillado

38

Imagen 9. Tubería en poliéster reforzado con fibra de vidrio

39

Imagen 10. Tubería de polietileno de alta densidad (PEAD).

39

Imagen 11. Tubería de gres.

40

Imagen 12. Tubería eléctrica plegable no metálica

41

Imagen 13. Tubo (conduit) metálico intermedio – NTC 169 – (Tipo IMC) 42

Imagen 14.Tubo conduit no metálico rígido

10

43

Imagen 15. Tubería de polietileno en acometida para instalaciones de gas 45

Imagen 16. Tubería de acero galvanizado cédula 40

45

Imagen 17. Tubería de cobre flexible y rígido tipo L y tipo K para gas

46

Imagen 18. Perforadora Hidráulica.

53

Imagen 19. Compresor

54

Imagen 20. Bottom Hole Assembly BHA Direccional.

55

Imagen 21. Sonda eléctrica

56

Imagen 22. Nudos giratorios de acero forjado.

56

Imagen 23. Traza o túnel piloto. Túnel Piloto del alto de La Línea

64

Imagen 24. Sistema vía radio

65

Imagen 25. Telegestión Comunidades de Regantes (TCR). Vía radio

66

Imagen 26. Sistema cable

67

Imagen 27. Gaseoducto Ballena – Barrancabermeja. 1996

72

Imagen 28. Método belga de construcción de túneles. Excavación de bóveda.

Imagen 29. Construcción de túneles mediante el método austriaco. Túnel de Albertia.

77

11

Imagen 30. Tuneladora de doble escudo

78

Imagen 31. Perforaci贸n del t煤nel

80

Imagen 32. Estudio de la obra

84

Imagen 33. Perforaci贸n piloto.

85

Imagen 34. Ensanche y soldaduras o juntas

85

Imagen 35. Reamer o escariador

86

Imagen 36. Tendido o tuber铆a

86

12

TABLA

Pág.

Tabla 1. Excavaciones de entrada y salida muy pequeñas

25

Tabla 2. Clases de Tuberías de acueducto

33

Tabla 3. Clases de Tuberías para gas

44

Tabla 4. Proyectos de PHD realizados en Colombia

69

Tabla 5. Resultado de evaluación ambiental a cielo abierto

81

Tabla 6. Impactos ambientales de la Perforación Horizontal Dirigida

83

Tabla 7. Componentes ambientales

83

13

INTRODUCCIÓN

Este proyecto es de gran importancia ya que puede establecer una forma de construcción, en donde se tienen en cuenta muchos factores, los dos más importantes: el económico y el ambiental. Este trabajo tiene 4 objetivos: el primero de ellos es recopilar las normas técnicas aplicadas para la instalación de los distintos tipos de tuberías de servicios públicos. El segundo hace referencia a investigar los distintos pasos o procedimientos para la perforación dirigida horizontal. El tercer objetivo es realizar un estudio de impacto ambiental y de esta manera comparar la perforación dirigida y la canalización a cielo abierto y por último la realización de la cartilla de acuerdo a la recopilación de la información.

Teniendo en cuenta estos cuatro objetivos, este documento se divide en cuatro capítulos: el primero de ellos hace referencia a las Tecnologías Trenchless con el fin de dar una visión a lo que es el tema de la Perforación Horizontal Dirigida y se exponen aquí los diferentes tipos de metodologías de dicha tecnología. En un segundo capítulo se establece las normas técnicas aplicadas para la instalación de los distintos tipos de tuberías de servicios públicos (Acueducto y alcantarillado, energía eléctrica, gas y telefonía) en Colombia. Este capítulo se divide en dos: el primero de ellos se hace una breve exposición de las clases de tuberías que se pueden utilizar en cada uno de los servicios públicos, con sus respectivas características y el segundo hace referencia a las normas técnicas que se deben tener en cuenta.

Un tercer capítulo que habla de la Perforación Horizontal Dirigida (PDH), en donde se exponen generalidades, herramientas, máquinas que se utilizan y las directrices para el desarrollo del método.

14

El cuarto capítulo se hace referencia al estudio comparativo entre diferentes sistemas

de

construcción

observando

sus

generalidades,

ventajas

y

desventajas además de su estudio económico y ambiental. Y por último la realización de la cartilla como una guía para este método de Perforación.

15

1 LAS TECNOLOGIAS TRENCHLESS

Trenchless Techonology es el término que traduce Tecnología casi sin abrir zanja, por lo tanto debido a que la Perforación Horizontal Dirigida (PDH) (tema de esta investigación) tiene que ver con estas tecnologías, se hará un breve recuento teórico con el fin de determinar donde se encuentra la tecnología PDH y que otras opciones existen.

Esta tecnología “abarca una serie de ingenierías y tecnologías diversas para rehabilitar e instalar tuberías en los suelos y líneas antiguas diversas; esta ingeniería nos ofrece una nueva manera de trabajar en obras hidráulicas para rehabilitar líneas obsoletas que transportan diferentes fluidos, la rehabilitación de tuberías por la metodología de estallamiento es la ingeniería adecuada para renovar líneas sin abrir zanja solo ventanas” 1, por lo tanto con esta tecnología se permite realizar obras de cableado y piping sin la necesidad de excavar grandes zanjas, reduciendo así mismo el tiempo de instalación, las obras de reconstrucción y la utilización de espacios.

“Además que ofrece bondades inigualables como: no abrir casi zanja hasta en un 95%, no altera la dinámica citadina ni la detiene, el costo es menor que a zanja abierta, es rápida de instalar, el material utilizado como Polietileno de alta densidad, PVC, es resistente y su vida útil es garantizado para 50 años y su durabilidad es para más años”2.

1

PERÉZ GUTIERREZ, Eduardo. Reposición de Tuberías y redes hidráulicas por el método de estallamiento. Tijuana, BC. Octubre del 2008. Pág. 1 2

Ibíd. Pág. 1.

16

Esta tecnología se comenzó a utilizar en el año de 1950 en Estados Unidos con la instalación de tuberías por debajo de autopistas o líneas férreas, esto porque la creciente congestión de servicios, la alta urbanización de las ciudades, el desarrollo tecnológico que se comenzaba a vivir y la competencia del mercado fueron hechos que hicieron que esta tecnología comenzará a utilizarse, debido a que con ella los costos sociales y económicos son los más mínimos posibles.

Existen otros beneficios como son: la instalación de tuberías es económica, existe un menor impacto a los usuarios directos debido a que no se tienen que realizar excavaciones y de esta forma incomodar a la población y al público general de la zona afectada; al igual que causa una mínima interrupción en la operación de los servicios en la superficie; además disminuye dramáticamente los costos de restauración de las zonas cercanas afectadas y una invasión mínima a la propiedad privada que rodea el área de trabajo.

1.1 TIPOS DE TECNOLOGÍAS TRENCHELESS

Existen distintos tipos de metodologías y equipos para llevar a cabo este tipo de trabajos. Estos se dividen principalmente en dos grupos, los métodos disponibles para la instalación de nuevas cañerías, y los métodos para la renovación de sistemas antiguos.

1.1.1 Instalación de nuevas cañerías: “Para la instalación de nuevas cañerías existe una gran variedad de métodos. La elección de los distintos métodos dependerá principalmente de las condiciones del entorno de donde se requiera instalar la nueva cañería” 3.

Técnica con desplazamiento de suelo con martillo no direccional.

“Este

método

es

utilizado

principalmente

en

suelos

altamente

deformables y con ausencia de clastos. Un martillo neumático, desplaza radialmente el suelo comprimiéndolo a su alrededor, creando una 3

Ibíd.

17

cavidad en el suelo para poder introducir tuberías cortas o largas, plásticas o metálicas de hasta 200 mm de diámetro. Dependiendo del tipo de suelo, este método tiene rendimientos de hasta 15 m/hr y permite la instalación de cables de hasta 40 m de largo en un solo paso. La propulsión del martillo es proporcionada por un pistón de aire comprimido, proporcionado por un compresor de aire típico” 4.

Figura 1. Diagrama de utilización del sistema de desplazamiento de suelo con martillo no-direccional (izquierda). Diagrama de martillo neumático (derecha)

Fuente: PERÉZ GUTIERREZ, Eduardo. Reposición de Tuberías y redes hidráulicas por el método de estallamiento. Tijuana, BC. Octubre del 2008. Consultado: 23 de Octubre de 2013.

Hincado de tubería de acero: “Es utilizado para los tramos en que los sistemas

normales

no

logran

perforar

el

suelo

existente.

El

procedimiento es muy parecido al sistema utilizado para la hinca de pilotes de acero, ya que utiliza un percutor para la instalación de las 4

Ibíd.

18

tuberías. La tubería es martillada hacia el suelo mediante una fuerza percutora, proporcionada por martillos hidráulicos, luego de instaladas las tuberías, estas son limpiadas por medio de un tornillo sin fin que arrastra el suelo hacia uno de los extremos mediante un movimiento circular. Una segunda opción es empujar un embolo con aire comprimido a través de esta, el émbolo sirve como tope y mientras se desplaza hacia uno de los extremos empuja el suelo que queda dentro de la tubería luego del trabajo de instalación” 5.

Perforado con martinete horizontal – direccional: “Permite la instalación de líneas de hasta 500 m de largo, bajo ríos hasta por debajo de complejos industriales. Sus aplicaciones incluyen instalaciones de líneas de GNL, redes de agua potable, líneas de alcantarillado, tuberías de alta presión, cables de protección para cableado eléctrico y fibra óptica. Este sistema mezcla la fuerza percutora del martinete más el torque de un taladro direccional. Además permite la perforación en suelos de moderada resistencia gracias a la utilización de un lubricante a base de una solución de bentonita” 6.

“La solución de bentonita cumple la misma función que en las máquinas de sondaje de suelos, es enviada a la cabeza de perforación, mediante la utilización de sistemas hidráulicos, la solución de bentonita se mezcla con el suelo adyacente a la cabeza permitiendo, una mejora en la capacidad de perforado de la máquina” 7.

5

FORNO MARTINIC, José Pedro. Impacto de la utilización de nuevas tecnología y materiales en los plazos y costos de construcción. Departamento de Ingeniería Civil. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Universidad de Chile. Santiago de Chile. 2010.

6

Ibíd.

7

Ibíd.

19

Este sistema cuenta con tres partes principales8: •

Anillo de perforación (herramientas de perforación).

•

Sistema de mezclado de solución de bentonita

•

Unidad hidráulica para el transporte de mezcla de bentonita.

Las etapas del trabajo consiste en: •

Planificación.

•

Seleccionado de las herramientas

•

Instalación de equipos

•

Perforado

•

Tirado de tubería por medio de winches.

La principal ventaja de este método es básicamente la posibilidad de direccionar y maniobrar la dirección de perforación de la máquina.

Dando la posibilidad de perforar de manera más controlada y precisa.

Perforado mediante taladro direccional: “Este método es utilizado para instalar tuberías subterráneas, especialmente diseñado para lugares de acceso restringido, ya que los estabilizados y la propulsión son dos máquinas distintas que pueden instalarse en apiques de 8

Ibíd.

20

reducido tamaño. Este método a diferencia de los anteriores, no utiliza el impacto como generador de la perforación, sino que desplaza el suelo hacia el apique de entrada gracias al movimiento circular y a la utilización de brocas. Para poder utilizar este equipo, solo se debe tener la posibilidad de crear un pique de entrada y uno de salida” 9.

El perforado se hace por medio del taladro direccional encontrándose entre ellos “El FDP – 20 es una plataforma de perforación direccional horizontal hidráulica llena automotora con las correas de goma de la correa eslabonada, integradas con la central eléctrica y la alimentación principal. Es conveniente para móvil y potente de la flexibilidad”10 (Ver imagen 1)

Imagen 1. Taladro direccional FDP - 20

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=taladro+direccional&tbm=isch&tbo=u&source=uni v&sa=X&ei=9nx2UsnHAavlsATF5YHYB. Consultado 03 de Noviembre de 2013.

9

Ibíd.

10

GRUPO CO. Ltd de Sinocoredrill. Perforadora Direccional Horizontal 110 Kw, aparejo de taladro hidráulico.

En: http://spanish.sinocoredrill.com/china110kw_horizontal_directional_drilling_machine_hydraulic_drill_rig-1179585.html.

Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

21

Las ventajas que presenta este método son las siguientes: •

Apiques de reducido tamaño

•

Fácil montaje y desmarmado de las componentes del sistema.

•

Instalación de tuberías con una alta precisión.

•

Permite la perforación en casi cualquier tipo de suelo, ya que el accesorio perforador puede ser cambiado.

Reemplazo de cañerías: “Los métodos que se presentan a continuación utilizan la tubería o línea de servicio antigua como guía. Como lo señala su nombre, estos métodos reemplazan cañerías y líneas de tuberías de tuberías en mal estado por tuberías nuevas. Principalmente el reemplazo

se

hace

por

tuberías

de

HDPE11

(High

Density

Polyethylene)”12.

Imagen 2. Reemplazo de cañerías.

Fuente: https: //www.google.com.co/search?q=imagen+de+reemplazo+de+ca%C3%B1erias&tbm=isc h&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=bnJ2UqGPCLPKsQTSqYHABA&ved=0CCkQs. Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

11

En español es PEAD (Polietileno de alta densidad). El cual es un polímero de la familia de los polímeros olefínicos (como el polipropileno) o de los polietilenos. Es un polímero termoplásmatico conformado por unidades repetitivas de etileno.

12

Ibíd.

22

En la imagen 2 se presenta como se realiza el reemplazo de tuberías en una ciudad, como se puede observar existe maquinaria pesada y lo mismo movimiento de tierras que afectan la vía pública, además a los habitantes, además de esto se puede también establecer que la contaminación que provocan es muy alta.

•

Cracking Dinámico: “Es el sistema de renovación dinámico de redes sin abrir zanjas se utiliza principalmente para redes de alcantarillado hasta de 400 mm de diámetro dependiendo de las condiciones del terreno. Una vez que el equipo se encuentra en la zanja se coloca una guía para avance por el interior de la tubería a renovar hasta la salida. Este sistema avanza mediante barras de acople ultra rápido13.

Figura 2. Diagrama de utilización del cracking dinámico para el reemplazo de cañerías

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=imagen+de+cracking+dinamico&tbm=isch&tbo=u &source=univ&sa=X&ei=Dnd2UsqlEtWrsAT4voDYBQ&ved=. Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

13

CRUCES. Craking Dinámico.

En: http://www.cruces.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=50&Itemid=62. [En línea].

Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

23

“Llegado al extremo se retira barra guía y se procede a cambiarla por el sistema de arrastre consistente en fragmentador de tubería existente expansor, arrastrador de tubería de polietileno. Se termina el proceso arrastrando el sistema de vuelta, hasta que llega el polietileno a la excavación de salida”14

Imagen 3. Cracking Dinámico.

Tubería a renovar

Barra guía

Fragmentador

Expansor

Renovación terminada

Fuente: CRUCES. Cracking Dinámico. http://www.cruces.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=50&Itemid=62. línea]. Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

En: [En

Entre las ventajas que se encuentran de este sistema se pueden establecer las siguientes:

“Rapidez en el trabajo (100 – 200 mts / día)

14

Ibíd.

24

No daña instalaciones cercanas a la red a renovar

Sólo se abren ventanas pequeñas para conexión de arranques domiciliarios.

Disminuye los costos de renovación en comparación con sistema a zanja abierta.

Amigable con el medio ambiente”15

• Cracking Estático: “El sistema de renovación estático de redes sin abrir zanjas se utiliza principalmente para redes de agua potable y gas hasta 200 mm de diámetro. Secundariamente se utiliza para renovación de alcantarillado”16.

En la tabla 1 se presenta las excavaciones de entrada y salida muy pequeñas que se pueden dar en el cracking estático.

Tabla 1. Excavaciones de entrada y salida muy pequeñas

Entrada

Salida

Ancho

0,70 mts

1,50 mts

Largo

5 v.p.e.

4,50 mts

Proyectada

Proyectada

Profundidad

Fuente: CRUCES. Cracking Dinámico.

En: http://www.cruces.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=50&Itemid=62.

[En línea]. Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

La renovación de redes ser requiere cuando: 15

Ibíd.

16

Ibíd.

25

“La reparación no es económicamente viable.

El diámetro de la tubería necesita ser aumentado para incrementar el flujo de agua, gas o alcantarillado.

Se requiere aumentar la vida de la tubería.

Parte de la tubería original ha colapsado”17

Imagen 4. Reemplazo de tuberías por medio del cracking dinámico

Fuente: CRUCES. Cracking Dinámico.

En: http://www.cruces.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=50&Itemid=62.

[En línea]. Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

Redes de agua:

“Inundaciones internas reducen capacidad.

Corrosión en líneas de fiero fundido

Baja capacidad por aumento de clientes Fisuras en rocalit”18 17

Ibíd.

18

Ibíd.

26

Redes de gas:

“Baja capacidad o baja presión.

Fierro fundido deteriorado”19

• Método “Tight – in – pipe”: “Es el término de un procedimiento para la renovación de las tuberías de desagüe y laterales con nuevas tuberías, ligeramente más pequeñas en el mismo camino sin la necesidad de llenar el annullus entre el nuevo tubo y tubería existente. Las excavaciones pueden ser abandonados casi por completo cuando se trabaja a partir de un pozo de registro a la siguiente”20.

Figura 3. Diagrama del método Tight – in – Pipe

Fuente: Tracto – Technik GmbH & Cp. Kg. Técnica Tight – in – pipe (TIP). En: http://translate.google.com.co/translate?hl=es&sl=en&u=http://www.nodigconstruction.com/index.cfm%3Fcmd%3Dtechniques%26object_id%3D23&prev=/search %3Fq%3Dtight%2Bin%2Bpipe%26biw%3D665%26bih%3D640. [En línea]. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

19

Ibíd.

20

UNITRACC. Trenchless actualización tubería de alcantarillado con el nuevo método ajustado en tubo en las calles congestionadas de la ciudad de Dortmund, Alemania. 05 de Junio de 2008. En: http://www.unitracc.com/aktuelles/artikel/trenchless-sewer-pipe-renovation-using-thenew-tight-in-pipe-method-in-the-congested-streets-of-the-city-of-dortmund-germanyen?set_language=es. [En línea]. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

27

El Tight – in – pipe se puede utilizar en las siguientes circunstancias:

“Grietas, fracturas, roturas, losa – outs (faltan fragmentos de pipas).

Corrosión, raíces (eliminar, si es necesario), las fugas.

Deformaciones hasta un máximo de 15% del diámetro de la tubería acogida.

Desalineación hasta un máximo de 10% de la sección transversal del tubo de acogida”21

Entre las limitaciones se encuentran las siguientes:

“Sólo puede utilizarse para tuberías de acogida circulares.

Un curso relativamente recto de la tubería defectuosa existente es una condición previa. El método no es adecuado para las alcantarillas con varios niveles diferentes invertido en las mismas secciones de renovación.

Huecos no puede ser compensada.

Conexión zanjas de laterales es posible desde el host tubería DN 250 mm / 10” o más grande.

Escombros bloqueo necesita ser eliminado.

Desajustes de las bases de los pozos deben ser compensadas.

21

Ibíd.

28

Montar el dispositivo de tracción en un pozo de registro no siempre es posible (debido a la desalineación de la entrada y ángulos emergentes de la tubería”22.

Entre las ventajas del método Tight – in – pipe se encuentran las siguientes:

“Re-configuración de un perfil circular: ligera a deformaciones media y los desajustes se compensan por el jefe guía, por lo tanto volver a dar forma a la forma circular de la tubería. Esto mejora las propiedades hidráulicas en comparación con la tubería defecto.

El nuevo tubo se encuentra ajustado en el interior del tubo anfitrión (sin anillo): no hay espacio angular sobre toda la longitud de la tubería necesaria para ser llenado. Sólo los tramos extremos de la red (pozos) requieren sellado.

Conexión sin zanja de laterales: los laterales se pueden conectar sin zanjas de obras que utilizan métodos de reconexión zanjas comunes (robot).

Cargar propiedades de soporte de nuevo tubo: el rendimiento de soporte de carga de la nueva tubería depende de la tubería, que es el cálculo estructural se lleva a cabo sin relación con la capacidad de soporte restante de la tubería receptora.

Larga vida útil: las tuberías se producen industrialmente en las mejores condiciones posibles. Los materiales de las tuberías de la más alta calidad, de acuerdo con el fabricante, ofrecen una larga vida útil de 80 a 100 años. Con esta tubería de pared sólida, el sistema de alcantarillado defectuoso se renovó para las generaciones venideras.

22

Ibíd.

29

Paredes de los tubos lisos: tubos cortos tienen densos, articulaciones estables, plug-in, en el interior lisa y exterior. Las paredes interiores de la tubería son regulares y muy suave, se evitan depósitos. Debido a la mejora de las propiedades hidráulicas, la frecuencia de la limpieza al ras, entre otros, se puede reducir, lo que resulta también en una reducción de los costos de operación”23

• Pipe ramming: hincado de tuberías de acero: “También llamado pipe jacking en el Reino Unido, es la técnica de instalación de tuberías sin zanja (Trenchless) utilizada para hinchar horizontalmente tuberías de acero de diferentes diámetros. Es un método muy útil en instalaciones bajo estructuras como vías, cuerpos de agua, edificaciones entre otros”24.

“El empuje se realiza mediante un martillo neumático o hidráulico, que golpea el tubo de acero, el cual penetra el suelo sin causar alteración del mismo. Una vez instalado el tubo se remueve el material de su interior.

Posteriormente se desaloja el material que permanece al interior del tubo metálico utilizando para ello aire comprimido o agua a presión, quedando el interior disponible para acondicionar la tubería metálica al servicio o utilizarla como protección o pase y colocar una nueva tubería en su interior”25.

23

Ibíd.

24

YEPES PIQUERAS, Víctor. Excavaciones en zanja y en medio urbano. Hincas de tubería, microtúneles, excavaciones y voladuras.

En: http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/2013/05/17/pipe-ramming-hincado-de-tuberiasde-acero/#more-807. [En línea]. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

25

Ibíd.

30

Figura 4. Diagrama del pipe ramming o pipe jacking

Fuente: http://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.servicesfirstltd.co.uk/wpcontent/gallery/drainage/sewerdiversion.jpg&imgrefurl=. Consultado 03 de Noviembre de 2013

“El método constructivo es el mismo utilizado para la hinca de pilotes con tubos de acero lo que facilita su manejo para quienes ya tienen experiencia en pilotaje. Es importante destacar que se utilizan tubos de acero, ya que por las características de resistencia y ductilidad del acero estos resisten y distribuyen mejor las cargas transmitidas por el martillo sin que se dañe la estructura de la tubería”26.

Entre las características de este sistema se encuentran las siguientes:

“Longitud variable de acuerdo a las condiciones del suelo.

Diámetros desde 4 hasta 80 pulgadas

Fuerza de impacto hasta 2.000 toneladas

Se requiere un método eficiente para extraer el material sobrante dentro del tubo.

26

Ibíd.

31

Aplicable en todos los suelos excepto roca Requiere de una fuente de aire comprimido”27

Imagen 5. Jacking Pipe. Obra de HOBAS.

Fuente: HOBAS. Jacking Pipe. En: Consultado el 03 de Noviembre de 2013.

http://hobas.com.au/HOBAS-Jacking-Pipe.php.

• Método cortado de tubería: “Este método fue inventado en Alemania, por la “Berlin Water Utility”, en la necesidad de cambiar por método sinzanjas las cañerías de plomo utilizadas anteriormente en la ciudad, por las cañerías de HDPE. Sin embargo el reemplazo de éste tipo de cañerías es complicado debido a la inestabilidad estructural de éstas.

Este procedimiento es aplicable para conexiones domiciliarias, para 27

Ibíd.

32

tramos de entre 15 a 20 metros, para tuberías de 20 a 25 mm de diámetro. Además los tamaños de los piques pueden ser bastante pequeños ya que la máquina es bastante compacta. Se debe tener en cuenta que el winche tenga la fuerza suficiente para tirar del expansor, además de garantizar un tirado continuo de este” 28.

• Reemplazo de cables: “Cuando las líneas de cables eléctricos llevan mucho tiempo enterrados, por lo general se encuentran atrapados en su sitio por elementos externos, ya sea raíces u otros elementos, o por una comprensión excesiva por el suelo. Para estos casos la tecnología “Trenchless” ha desarrollado un dispositivo especial” 29.

“Uno de los extremos del antiguo cable es introducido dentro de la herramienta, para hacer las veces de guía de camino de la máquina.

Esta máquina posee un taladro en su extremo, con el que excava un pequeño anillo alrededor del cable antiguo, y a su vez deja una pequeña película de bentonita en la pared del túnel. Con esto el cable queda libre de ataduras. Una vez llegado hasta el otro extremo, el cable puede ser tirado y retirado fácilmente por cualquier tipo de herramienta de tiro.

Luego, la nueva línea de cables es amarrada a la máquina que hace el mismo camino de manera inversa, posicionando en su lugar la nueva línea de cable. Este sistema, puede reemplazar tramos de entre 100 y 150 metros lineales de cable de 10 kV a 20 kV, líneas de fibra óptica y cables de hasta 40 mm de diámetro”30.

28

FORNO MARTINIC, José Pedro. Op. Cit.

29

Ibíd.

30

Ibíd.

33

2

NORMAS TÉCNICAS APLICADAS PARA LA INSTALACIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE TUBERÍAS DE SERVICIOS PÚBLICOS

En este segundo de la presente investigación se establece una recopilación de las normas técnicas aplicadas para la instalación de los distintos tipos de tuberías de servicios públicos (acueducto y alcantarillado, electricidad, gas y telefonía) esto haciendo referencia a Colombia. Para ello, primero se determinará las clases de tubería que se utilizan para cada uno de los servicios públicos y de allí determinas las normas técnicas para la su instalación. Ya en un

segundo

aparte

se

establecerán

las

normas

técnicas

(algunas

internacionales) del manejo de instalación de tubería en los diferentes servicios públicos.

2.1 TIPOS DE TUBERÍAS DE SERVICIOS PÚBLICOS

2.1.1 Acueducto y Alcantarillado. Para hacer referencia a las clases de tuberías de acueducto se indagó en el manual para la referencia de redes de Acueducto y Alcantarillado en el Sistema de Gestión de Calidad de la Empresa Pública de Medellín (Procedimiento AGU-TRSTRP-030-00-00).

Acueducto: Para el servicio de acueducto se utilizan los siguientes materiales: Bronce, concreto, hierro fundido, hierro dúctil, acero, PVC, hierro galvanizado, cobre, concrete cylinder pipe, asbesto cemento, fibra de vidrio, polietileno baja densidad, polietileno media densidad, polietileno alta densidad, entre otros, lo cual se evidencia en la tabla 2.

34

Tabla 2. Clases de Tuberías de acueducto MATERIAL

CLASE 2

7,00 kg/cm – 0 a 100 PSI 2

14,00 kg/cm – 101 a 200 PSI 2

CCP (CONCRETE CYLINDER PIPE)

21,0 kg/cm – 201 a 300 PSI 2

28,00 kg/cm – 301 a 400 PSI 2

35,00 kg/cm – 401 a 500 PSI 2

42,00 kg/cm – 501 a 600 PSI RDE 9 RDE 11 RDE 13.5 RDE 21 RDE 26 RDE 32.5

PVC

RDE 35 RDE 41 RDE 51 RDE 64 BIAXIAL RDE 26 BIAXIAL RDE 32.5 SCHED 20 – 300 PSI SCHED 30 – 435 PSI SCHED 40 – 580 PSI SCHED 60 – 870 PSI

ACERO

SCHED 80 – 1160 PSI SCHED 100 – 1450 PSI SCHED 120 – 1740 PSI SCHED 140 – 2030 PSI SCHED 160 – 2320 PSI K7 K8

HIERRO DUCTIL

K9 K10 K11 E20

ASBESTO CEMENTO

E25 E30 PN 6

FIBRA DE VIDRIO

PN 10 PN 16

35

PN 18 PN 20 PN 25 PN 32 RECUBRIMIENTO CON MORTERO

HIERRO FUNDIDO

SIN RECUBRIMIENTO

Fuente: Manual para la referencia de redes de acueducto y alcantarillado. Sistema de Gestión de Calidad de la EPM. Consultado 03 de Noviembre de 2013.

Imagen 6. Tipos de Tubería para acueducto

Tubería en Polietileno

Tubería en hierro dúctil

Tubería en CCP de 1050 mm

Tubería en asbesto cemento

Tubería en acero

Tubería en fibra de vidrio

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=tuberia+en+fibra+de+vidrio&tbm=isch&tbo=u&source=uni v&sa=X&ei=ybt2Uulir-. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

36

Alcantarillado: Los materiales para alcantarillado son: PVC, fibra de vidrio, polietileno de alta densidad, gres vitrificado, acero, concreto clase I, concreto clase II, concreto clase III, concreto clase IV, concreto clase V, concreto clase 1, concreto clase 2, concreto clase 3, hierro dúctil, hierro fundido, mortero plástico reforzad, poliéster reforzado con fibra de vidrio, polipropileno, resina termoestable reforzada (fibra de vidrio), novafort, entre otros.

En la norma NDC-PM-RA-017 de EMCALI EICE ESP – TUBERIA PARA ALCANTARILLADO

se

presentan

los

requisitos

generales

“los

establecidos para las diferentes clases de tuberías en redes de alcantarillado y sus respectivas características. Según el material y diámetros, las tuberías actualmente aceptadas se clasifican en los siguientes grupos:

Tubería de hormigón simple (sin refuerzo) HS, diámetros entre 150 mm (6 pulg) y 1000 mm (1.00 m)

Imagen 7. Tubería de hormigón

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=tuberia+de+hormigon+simple&tbm=isch&tbo=u&s ource=. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

37

Tubería de hormigón reforzado HR, diámetros entre 600 mm (24 pulg) y 2750 mm (2.75 m).

Tubería de hormigón reforzado revestida con lámina de polietileno HRR, diámetros entre 600 mm (24 pulg) y 2750 (2.75 m).

Tubería de PVC, internamente lisa y externamente corrugada, diámetros entre 160 mm (6 pulg) y 747 mm (30 pulg).

Tubería de PVC de perfil cerrado, diámetros entre 450 mm (18 pulg) y 1500 (60 pulg).

Tubería de PVC de perfil abierto con o sin refuerzo, diámetros entre 160 mm (6 pulg) y 3600 mm (3.6 m).

Imagen 8. Tubería de PVC para alcantarillado

Fuente: https: //www.google.com.co/search?q=tuberia+de+pvc+para+alcantarillado&tbm=isch&tbo=u &s. Consultado 03 de Noviembre de 2013.

Tubería de poliéster reforzado con fibra de vidrio (GRP), diámetros entre 300 mm (12 pulg) y 3700 mm (3.70 m).

38

Imagen 9. Tubería en poliéster reforzado con fibra de vidrio

Fuente: http://prefabricadosdelta.com/Productos/Tuberias_PRFV/seccion=118&idioma=es_ES.d o. Consultado: 03 de Noviembre de 2013

Tubería de polietileno de alta densidad (PEAD), diámetros entre 150 mm (6 pulg) y 1500 mm (60 pulg).

Imagen 10. Tubería de polietileno de alta densidad (PEAD).

Fuente: http://www.hidraulica2000.com.mx/Tubo%20de%20Polietileno%20de%20Alta%20Densi dad%20%28PAD%29.html. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

Tubería de Gres, diámetros entre 6 pulg y 36 pulg.”31 31

EMCALI. Norma Técnica de recolección de aguas residuales y lluvias. NDC-PM-RA-017.

Tubería para alcantarillado. Pág. 11.

39

Imagen 11. Tubería de gres.

Fuente: https: //www.google.com.co/search?q=tuberia+de+gres&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X &ei=2MF2UtmmGo7AkQeSrIF4&sqi=2&ved=0CCkQ. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

2.1.2 Energía Eléctrica: Para establecer cuáles son las tuberías requeridas para el servicio de electricidad es importante hacer referencia a la norma NTC 2050 (Código Eléctrico Colombiano) en la cual se encuentran las siguientes clases de tubos utilizadas en este servicio público (energía).

En la sección 341: Tuberías eléctricas plegable no metálicas establece que son “una canalización corrugada y plegable, de sección circular, con acoplamientos conectares y accesorios integrados o asociados, certificada para la instalación de conductores eléctricos. Está hecha de un material resistente a la humedad, a atmósferas químicas y retardante de la llama”32.

(Imagen 12).

Pero también existen otras clases de tubería las cuales se especifican en la sección 342 de la misma norma, se habla de las extensiones no metálicas las cuales “son conjuntos de dos conductores aislados dentro de una chaqueta no metálica o de 32

ICONTEC. Norma Técnica Colombiana NTC 2050. Código eléctrico Colombiano. Ministerio de Desarrollo económico. República de Colombia. 1996.

40

una cubierta de termoplástico extruido. Su clasificación incluye tanto las extensiones de superficie, diseñadas para montarlas directamente en la superficie de paredes o techos, como los cables aéreos que contienen un cable mensajero de soporte que hace parte integral del conjunto”33.

Imagen 12. Tubería eléctrica plegable no metálica

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=tuberia+electrica+plegable+no+metalica&tbm=isc h. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

Asimismo se tienen en cuenta los tubo conduit subterráneo no metálico con conductores los cuales son “un conjunto montado en fábrica de conductores o cables dentro de un tubo conduit no metálico de sección circular y paredes lisas. El tubo conduit no metálico debe estar hecho de un material resistente a la humedad y a los agentes corrosivos. También puede ser suministrado en carretes sin que se rompa o tuerza y debe ser de resistencia suficiente

para

soportar

malos

tratos,

como

golpes

o

aplastamientos, tanto durante su manipulación como durante su instalación, sin que sufran daños el tubo conduit ni los conductores”34.

33

Ibíd.

41

Otro tubo en este servicio público que se tiene en cuenta es el Tubo (conduit) metálico intermedio – NTC 169 – (Tipo IMC) el cual es “una canalización metálica certificada de sección transversal circular, con uniones, conectares y accesorios integrados o asociados, aprobado para la instalación de conductores eléctricos”35.

Imagen 13. Tubo (conduit) metálico intermedio – NTC 169 – (Tipo IMC)

Fuente: http://ductoselectricos.blogspot.com/2008/05/tubo-conduit-metalico-intermediotipo.html. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

En la sección 346 de la NTC 2050 se tiene el Tubo (conduit) metálico rígido – NTC 171 – (Tipo Rigid) el cual “es permitido en todas las condiciones atmosféricas y en todas las ocupaciones, siempre que se cumplan las siguientes condiciones:

Protegidos por esmalte.

Metales distintos.

34

Ibíd.

35

Ibíd.

42

Protección contra la corrosión”36

El Tubo (conduit) rígido no metálico el cual debe ser “resistente a la humedad y atmósferas químicas. Para uso por encima del suelo, debe ser además retardante de la llama, resistente a los impactos y al aplastamiento, resistente a las distorsiones por calentamiento en las condiciones que se vayan a dar en servicio y resistente a las bajas temperaturas y a la luz del sol. Para uso subterráneo, el material debe ser aceptable resistente a la humedad y a los agentes corrosivos y de resistencia suficiente para soportar malos tratos, como impactos y aplastamientos, durante su manipulación e instalación”37

Imagen 14.Tubo conduit no metálico rígido

Fuente: http://ductoselectricos.blogspot.com/2008/05/tubo-conduit-no-metlico-rgidoseccin.html. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

2.1.3 Gas. El Ministerio de Minas y Energía estableció el reglamento técnico de Instalaciones de Gas Combustible. “Es importante destacar que del 36

Ibíd.

37

Ibíd.

43

tramo Ballenas – Barranca es una tubería de 18” de diámetro con capacidad de transportar 150 MM de pies cúbicos / día”38. Cuando el transporte son operadas a alta presión, la red de distribución se encuentra compuesta de tuberías metálicas de acero o de hierro dúctil para presiones superiores de 101,5 psig (1400 mbar). Ahora bien, lo que son las redes secundarias por lo general “compuestas de tuberías de materiales plásticos especiales y son operadas a media presión, esto es, presiones comprendidas entre 2,03 psig (140 mbar) y 101,5 psig (1400 mbar). Existen diferentes clases de tuberías para gas y son utilizadas de acuerdo a lo establecido en la tabla 3.

Tabla 3. Clases de Tuberías para gas CLASE DE TUBERÌA PLASTICAS

TIPO DE TUBERÍA TERMOPLASTICAS ACERO (RIGIDAS) ACERO (FLEXIBLES) COBRE (RIGIDA) COBRE (FLEXIBLE)

METALICAS

NORMAS / ESPECIFICACIONES NTC 1746 – NTC 3742 NTC 3470 – ANSI /ASME B 36.10 – ASTM A106 – NTC 2249 – NTC 2104 NTC 4579 NTC 3944 NTC 4128 – ASTM B280 – ASTM B 88 DE TIPO K o L – ASTM B 88 M DE TIPO A o B

ALUMINIO PURO ASTM B345 ALEACIÓN DE ALUMINIO PE/AL/PE o ISO 17484 – 1 / AS 4176 PEX/ALPEX Fuente: PINZON SERPA, Javier Enrique. Manual Técnico para el apoyo de la supervisión en la construcción de instalaciones internas de gas combustible en edificaciones. Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingeniería Físico Mecánicas. Escuela de Ingeniería Civil.

Bucaramanga. 2011. Consultado 03 de Noviembre de 2013.

Tubería Plástica. Como se dijo anteriormente las plásticas son para las redes secundarias, pero también se emplean para instalaciones enterradas (ver imagen 15).

Tubería Metálica: “Para la conducción del gas en ningún caso debe utilizarse tubería de hierro fundido. En cuanto a las tuberías de acero 38

GUERRERO SUAREZ, Fernando y LLANO CAMACHO, Fernando. Gas Natural en Colombia.

Gas E.S.P. Print versión ISSN 0123 – 5923 Vol. 19 N. 87. Cali. Abril – Junio 2003.

44

rígidas, estas deben ser mínimo cedula 40 (relación diámetro – espesor) y cumplir con las normas mencionadas”39 en la tabla 3. (Ver imagen 17)

Imagen 15. Tubería de polietileno en acometida para instalaciones de gas

Fuente: PINZON SERPA, Javier Enrique. Manual Técnico para el apoyo de la supervisión en la construcción de instalaciones internas de gas combustible en edificaciones. Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingeniería Físico Mecánicas. Escuela de Ingeniería Civil. Bucaramanga. 2011. Consultado 03 de Noviembre de 2013.

Imagen 16. Tubería de acero galvanizado cédula 40

Fuente: http://noticias037.com/director-de-coraapplata-anuncia-instalacion-tuberia-deacero-para-dar-agua-a-los-bordas-los-camberos-y-buenos-aires/.

Consultado 03 de Noviembre de 2013.

39

PINZON SERPA, Javier Enrique. Manual Técnico para el apoyo de la supervisión en la construcción de instalaciones internas de gas combustible en edificaciones. Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingeniería Físico Mecánicas. Escuela de Ingeniería Civil.

Bucaramanga. 2011. Pág. 43

45

Tubería de cobre: Esta clase de tuberías “se puede utilizar siempre y cuando el gas que pase a través de ella posea contenidos de sulfuro de hidrógeno (H2S) menores de mg/m3. Cuando se instale tubería de cobre, hay que tener presente que esta no es compatible con el amoniaco y sus derivados, los cuales producen corrosión en la tubería”40

Imagen 17. Tubería de cobre flexible y rígido tipo L y tipo K para gas

Fuente: PINZON SERPA, Javier Enrique. Manual Técnico para el apoyo de la supervisión en la construcción de instalaciones internas de gas combustible en edificaciones. Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingeniería Físico Mecánicas. Escuela de Ingeniería Civil. Bucaramanga. 2011. Consultado 03 de Noviembre de 2013.

2.1.4 Telefonía. “Para cualquier tipo de terreno se utilizará ductos de PVC. Estos son de uso telefónico de alta resistencia mecánica, PVC liso y corrugado que cumpla con la Norma NTC 3363 y 1630. La tubería de 3 y 4 pulgadas de diámetro será tipo TDP (corrugado) y la de 2 pulgadas de diámetro será de tipo DB”41

40

Ibíd.

41

COLOMBIA TELECOMUNICACIONES S.A. ESP. TELECOM. Manual de construcción de redes Telefónicas locales. Bogotá D.C. Enero 2004.

46

2.2 NORMAS TÈCNICAS APLICADAS PARA LA INSTALACIÒN DE TUBERÍAS DE SERVICIOS PÚBLICOS EN COLOMBIA

Después de realizar un análisis de las clases de tuberías que se necesitan en cada uno de los servicios públicos (Acueducto y alcantarillado, energía eléctrica, gas y telefonía) en Colombia, en este aparte se procederá a establecer las normas técnicas para la instalación de dichas tuberías.

2.2.1 Acueducto y Alcantarillado

Sistema de acueducto: Para esta clase de sistema es importante tener en cuenta que la tubería cumpla con lo establecido de acuerdo a la ANSI/INSF 61:02, sin exceder los valores máximos de aluminio, antimonio, cobre, arsénico, bario, cadmio, cromo, plomo, mercurio, níquel, selenio y plata que establece el Decreto 1575 de 2007 y la resolución 2115 de 2007.

“En la tubería de PVC, el cloruro de vinilo monómero residual de la resina con que se fabrica la tubería, sea menor a 3,2 mg/kg. De igual manera se debe hacer uso de tubería con anillo de caucho integral al tubo; que resista presión de trabajo hasta de 500 PSI…. En el caso de la tubería PEAD utilizada en la conducción de agua potable, debe cumplir la característica de ser polietileno de alta densidad (PE 100), que cumpla con la Norma Técnica Colombiana 4585, referente a la tubería de polietileno, la Norma Técnica 3358 que corresponde a lo relacionado con las dimensiones y tolerancias; la Norma Técnica Colombiana 3578 concerniente a la resistencia hidrostática y la Norma Técnica Colombiana 4451 -1 en lo relacionado a la revisión longitudinal”42

42

EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE VILLAVICENCIO E.S.P. Manual Técnico para constructores y urbanizadores. Versión 02 – 2013.

47

Sistema de alcantarillado. Para este sistema se debe tener en cuenta la norma NTC 550 y la NTC 673 y otras normas relacionadas como son:

RAS 2000 Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico.

ASTM C478 Specification for Precast Reinforced Concrete Manhole Sections.

ACI 318 Bulding Code Requirements for Reinforced Concrete.

Código de construcción NSR – 10 de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica.

NTC 550.

NTC 2076. Recubrimiento de zinc por inmersión en caliente para elementos en hierro y acero.

NTC 2289. Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación, para refuerzo de concreto.

ICONTEC

1022:

Tubos

de

concreto

sin

refuerzo

para

alcantarillado.

NTC 3721: Plásticos. Tubos y accesorios de pared estructural para sistemas de drenaje subterráneo y alcantarillado.

2.2.2 Energía Eléctrica. Para el sistema de energía eléctrica se tiene en cuenta las siguientes normas:

Norma Icontec NTC 2050.

48

La norma Internacional IEC 60364, la cual hace referencia a la Guía de diseño de instalaciones eléctrica.

2.2.3 Gas. Para el sistema de Gas en Colombia se tiene en cuenta las siguientes normas:

Norma Técnica Colombiana NTC 2505: Instalaciones para suministro de gas combustible destinadas a usos residenciales y comerciales.

Norma Técnica Colombiana NTC 1746: Plásticos. Tubos y accesorios termoplásticos para conducción de gases a presión.

Norma Técnica Colombiana NTC 3853 -1: Instalaciones de Sistemas de GLP (Gases Licuados del petróleo).

Norma Técnica Colombiana NTC 5356. Instalación de calefactores sin conducto de evacuación que emplean gases combustibles para uso en exteriores y áreas bien ventiladas. Calefactores de patio.

Norma Técnica Colombiana NTC 3632: Gasodomésticos. Instalación de gasodomésticos para cocción de alimentos.

Norma Técnica Colombiana NTC 4128. Tubería Flexible de cobre sin costuras para gas natural y gases licuados del petróleo (GLP)

Norma Técnica Colombiana NTC 3561. Especificaciones para tuberías flexibles

no

metálicas

–

mangueras

y

conectores

usados

en

instalaciones de artefactos a gas que utilicen GLP (Fase vapor), aire con mezcla de gas propano o gas natural.

49

2.2.4 Telefonía. Entre las normas Colombianas para la telefonía se encuentran las siguientes:

ANSI 651: Norma de tubo conduit PVC

ANSI 651 A: Norma de Tubo conduit PVC

NORMA NEMA TC-6: Canalizaciones para redes de energía.

ASTM C-425: Especificación estándar para juntas de comprensión para tuberías y accesorios de arcilla vitrificada.

NORMA NTC 979: Plásticos. Tubos y curvas de poli (cloruro de vinilo) rígido (PVC rígido) para alojar y proteger conductores eléctricos y cableado telefónico.

NORMA NTC 93: Ingeniería civil y arquitectura. Determinación de la resistencia al desgaste de los agregados gruesos mayores de 19 mm.

Utilizando la máquina de los ángeles.

NORMA NTC 1630: Tubos y curvas de poli (cloruro de vinilo) (PVC) rígido para alojar y proteger conductores subterráneos eléctricos y telefónicos.

NORMA NTC 3363: Plásticos. Tubos y curvas de poli (cloruro de vinilo) (PVC) rígido corrugados con interior liso para alojar y proteger conductores subterráneos eléctricos y telefónicos.

NORMA NTC 357: Tubos y accesorios de gres de resistencia normal.

NORMA NTC 656: Ensayo de resistencia a los ácidos para tubos de gres.

50

3 PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

3.1 GENERALIDADES

La Perforación Horizontal Dirigida es el “proceso por el cual se realiza el cruce perforado empleando un equipo de perforación ubicado sobre la superficie del terreno, con el que se realiza el túnel con una trayectoria parabólica, para luego horizontalizarse a una profundidad definida y finalmente aflorar a nivel de rasante con una trayectoria similar a la de la entrada”43. Para la instalación de tuberías, el método de Perforación Horizontal Dirigida (PHD) es de gran ayuda, ya que “evita la apertura de zanjas a cielo abierto, minimizando el movimiento de tierras”44.

Figura 5. La Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=perforaci%C3%B3n+horiz. Consultado 08 de Agosto de 2013.

43

CONSTRUCCIONES ROMA. Perforación Horizontal Dirigida. Disponible en: http://construccionesroyma.com/perforación-horizontal-dirigda.aspx [En línea]. Consultado el 14 de Marzo de 2013.

44

YEPES PIQUERAS, Víctor. Perforación Horizontal Dirigida. Universidad Politécnica Valencia.

Disponible en: http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/2013/02/04/perforacion-dirigidahorizontal/≠more=467. [En línea]. Consultado el 14 de Marzo de 2013.

51

Por lo tanto se puede establecer que la PHD es de gran importancia para instalación de líneas de comunicación (fibra óptica, cables de datos), líneas eléctricas, gasoductos, oleoductos y conducciones de agua a presión.

3.2

TECNOLOGÍA,

EQUIPOS

Y

HERRAMIENTAS

PARA

LA

PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

Hoy en día en lo referente a los equipos necesarios para la PHD existe una gama muy amplia, “las más pequeñas plataformas se utilizan normalmente para la construcción de cables de telecomunicaciones nacional. Las plantas de gran tamaño pueden sentar las tuberías con un diámetro de hasta 1200 mm (48 pulgadas)”45. La tecnología que utiliza la PDH se encuentra basada en el uso de la roto percusión, como un método de avance y del aire comprimido a baja presión, como fluido de perforación.

3.2.1

Herramientas. Existen en el mercado una gran variedad de

herramientas que son útiles en la Perforación Horizontal Dirigida entre las cuales se encuentran las siguientes:

Mechas: Son de tamaño convencional con uno o dos chorros de mayor diámetro que el tercero, o dos chorros ciegos y uno especial, a través del cual sale el fluido de perforación a altas velocidades, también pueden ser utilizada una mecha bicono con un chorro sobre saliente.

Cucharas deflactoras (guiasonda) son piezas de acero en forma de cuchara con la punta cincelada.

45

ROSHCHUK, Alexander. Tecnología de Perforación Horizontal Dirigida. Disponible en: http://rapidirigida.com/linked/ossier-esp.pdf. [En línea]. Consultado el 14 de Marzo de 2013.

52

Cuchara removible: Se usa para iniciar el cambio de inclinación y rumbo del pozo, para perforar al lado de tapones de cemento o para enderezar pozos desviadores.

3.2.2 Equipos estándar. A continuación se establece el equipo estándar para la perforación Horizontal Dirigida.

o Máquina perforadora hidráulica de 25 Ton de capacidad de tiro. La máquina perforadora horizontal dirigida o taladro direccional es un método de instalación de tuberías subterráneas, conductos o cables mediante el uso de una plataforma de perforación puesta en marcha desde la superficie. Este método tiene poco impacto en los alrededores y se utiliza principalmente cuando el abrir las zanjas o hacer excavaciones no resulta práctico.

Imagen 18. Perforadora Hidráulica.

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=%22maquina+perforadora+hidraulica%22&tbm=isch &tbo=u&source=univ&sa=X&. Consultado 04 de Noviembre de 2013.

53

o Unidad de producción de fuerza hidráulica, independiente de la perforadora.

o Compresor para producción de aire comprimido a baja presión. El compresor es el mecanismo que transforma una energía exterior generalmente eléctrica o termodinámica, en energía neumática.

Imagen 19. Compresor

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=compresor+para+producci%C3%B3n+de+aire+comp rimido&tbm=isch&tbo=u&source=. Consultado el 04 de Noviembre de 2013.

o Depósito de 1.000 l para agua y aditivos del flujo de perforación.

o Bomba reguladora para la inyección del fluido de perforación.

o Punta de perforación direccionable diseño PHD.

54

Imagen 20. Bottom Hole Assembly BHA46 Direccional.

Fuente: http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish00/sum00/p20_31.p df. Consultado: 04 de Noviembre de 2013.

“El power Pak es un dispositivo direccional simple pero resistente, compuesto por una sección generadora de potencia, un dispositivo de ajuste angular en superficie, un estabilizador y la mecha de perforación”47

o Sonda electrónica y aparato receptor con capacidad para facilitar datos relativos a la posición de la punta de perforación, en cualquier punto del trazado. Su precisión permite la realización de perforaciones con pendiente uniforme.

46

En español significa Ensambles de fondo.

47

HENDRICKS, Andy. Nuevos rumbos en la perforación rotativa direccional. En: http://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/spanish00/sum00/p20_31.pdf. [En línea]. Consultado: 03 de Noviembre de 2013.

55

Imagen 21. Sonda eléctrica

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=%22imagen+de+sonda+electrica&tbm=isch&tbo=u&s ource=univ&sa=X&ei=RM53UuLuHsW4kQ. Consultado 04 de Noviembre de 2013.

o Herramientas especiales, diseño PHD, para realización del escariado de la perforación hasta alcanzar el diámetro final deseado.

o Nudos giratorios para evitar la rotación del tubo durante la operación de instalación del mismo.

Imagen 22. Nudos giratorios de acero forjado.

Fuente: http://tecnomaqsrl.com/subsitios/mostrar_detalle.php?id_producto=18.

Consultado 04 de Noviembre de 2013.

56

o Sistemas especiales de anclaje para diferentes tipos y diámetros de los tubos a instalar.

o Máquina para soldadura a tope de tubos de PEAD.

3.3 METODO DE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

3.3.1 Implantación de instalaciones de perforación de disco duro48. El proceso que se lleva en la implantación de instalaciones de perforación de disco duro hasta la terminación de las obras, lleva consigo el siguiente proceso:

-

La plataforma de perforación es descargada y entregada a lo largo de la línea central de la perforación a una distancia considerable detrás del punto de entrada, para que sea posible colocar la plataforma de perforación bajo el ángulo necesario y con la altura correcta, asegurándose de que la cabeza de perforación es la entrada a la tierra y bajo el ángulo necesario y en el lugar correcto.

-

Durante la instalación de entrada y salida deberá estar rodeado el perímetro de los retenes y la cinta de la construcción de banderas.

-

Cuando la torre de perforación se ha instalado correctamente y de forma segura en los cierres y el lodo de perforación se mezcla, se puede comenzar una perforación piloto.

-

El movimiento de la cabeza de perforación se ajusta por medio de la ubicación, que recibe la señal electromagnética emitida por el transmisor, una integrada en la broca y el sistema de seguimiento de sonar recibido. El Sistema de localización determina la ubicación de la

48

ROSHCHUK, Alexander. Op. Cit.

57

cabeza de perforación, y calcula la profundidad, la inclinación de la cabeza de perforadora o el ángulo de la superficie anterior de la herramienta y la inclinación de la pieza. El radar proporciona información sobre la ubicación de la perforación en donde se da la localización del operador de la cabeza, y por lo tanto proporciona el operador necesario para la gestión de datos. El objetivo de esta etapa es determinar la ubicación real de la cabeza de perforación durante todo el proceso de perforación. Las modificaciones necesarias se pueden tomar para mantener la broca en la trayectoria proyectada.

-

Para perforar tubería se adjunta por ejemplo extensor, que también sirve de presión para asegurarse de que los inyectores están abiertos.

Entonces la expansión se gira y se extienden (a veces de empuje) a través del agujero de su ampliación, en una o más veces. En el caso de las telecomunicaciones por cable de expansión de la empresa, puede no ser necesario, y si se extiende la tubería de diámetro 1.200 mm (48 pulgadas), puede probablemente, será necesario algunas pasadas para la ampliación del agujero.

-

La expansión se realiza por tirar o empujar la herramienta de expansión a través del pozo. El diámetro final debe ser mayor que el diámetro de los medios de comunicación.

-

Durante la expansión de los pozos se realiza la preparación para la colocación de instrumentos de comunicación. Las etapas finales de preparación depende de los requerimientos del proyecto, el propósito de la comunicación y su material.

-

Cuando todas las etapas de la construcción de instalaciones de telecomunicaciones se han completado, se suele combinar una nueva herramienta de comunicación con un cable o tubería existente. La principal responsabilidad del contratista de disco duro es que debe

58

comenzar y terminar la construcción de las telecomunicaciones por el método de Perforación Horizontal Dirigida (PHD) en la zona especificada en el plan, y dejar el objeto según las especificaciones.

3.3.2 Proceso operativo. En este aparte del primer capítulo se establece las fases del proceso operativo, el cual se inicia una vez instalada la máquina de forma que la cabeza de perforación entre el subsuelo con la profundidad de inclinación indicada. Por lo tanto a continuación se establecen las fases de este proceso.

Fase 1: Ejecución de una perforación guía, denominada piloto, siguiendo las indicaciones del proyecto, tal como se muestra en la figura 6 A.

Figura 6. Proceso Operativo de la Perforación Horizontal Dirigida

Figura 6 A.

Fuente. http://www.pdhperfora.com/proceso_es.php. Consultado 08 de Agosto de 2013.

59

Figura 6 B

Fuente. http://www.pdhperfora.com/proceso_es.php. Consultado 08 de Agosto de 2013.

Fase 2. Ampliación del diámetro de la perforación piloto, mediante el empleo de escariadores de diseño adecuado al tipo de suelo, hasta alcanzar el diámetro final de la perforación indicado en el proyecto (Figura 6 B)

Fase 3. Instalación del producto previsto en el interior de la perforación realizada.

3.3.3 Proceso general. A continuación se van a observar los pasos detallados para concreción de las tareas que se lleva a cabo en la PHD, las cuales conforman el procedimiento general de dicha clase de perforación.

-

Estudio de la obra

-

Obtención de datos iniciales de apoyo

-

Planteamiento de estrategias y tiempos de trabajo

-

Apertura de zanjas y ventanas de intervención.

-

Realización de las tareas de tunneling propiamente dichas

-

Reconexión y nivelación de matrices

-

Cierre de zanjas y ventanas de intervención

-

Limpieza de terminaciones 60

Estudio de la obra: “El diseño del trabajo debe ser preciso para la elección de la maquinaria y útiles adecuados. Así pues es necesario realizar una topografía exacta de la zona de trabajo y una investigación geológica con sondeos de recuperación de testigo. Una vez obtenida esta información, se procede a la interpretación de los resultados y determinación del trazo de la perforación horizontal dirigida”49

Obtención de datos iniciales de apoyo: Para que esta etapa dé el mejor rendimiento, se debe contar con datos de ahoyo, esto con el fin de guiar con precisión las tareas de la instalación. En esta etapa se tomarán las mediciones y ser realizará los levantamientos topográficos para el posterior trabajo específico.

El objetivo primordial de esta etapa es la de reducir los riesgos inherentes al trabajo y por lo tanto involucra:

-

“Posibilidad de contacto con las instalaciones eléctricas subterráneas, lo que podría causar riesgo de shock eléctrico.

-

Posibilidad de rotura de infraestructura subterránea, con riesgos variados, desde pérdidas de gas hasta colapso de líneas telefónicas.

-

Riesgo de encuentro de infraestructura natural o civil que produzca daños o que impida la continuación”50

Planteamiento de estrategias y tiempos de trabajo: En esta etapa se establecen las condiciones de trabajo en lo referente a los equipos y 49

CATALANA DE PERFORACIONS. Perforaciones para largas canalizaciones y diámetros grandes. Disponible en: http://www.catalanadeperforacions.com/sp/PHD_CAST.pdf. [En línea].

Consultado el 14 de Marzo de 2013.

50

FUSION. Tecnologías para nuevas instalaciones. Consideraciones Técnicas del Sistema de Tuneleria Dirigida. Junio de 2004.

61

metodologías específicas a utilizar, la ubicación de las ventanas de intervención, los cuidados a tener en el momento de la intervención, entre

todas

aquellas

necesarias

para

que

el

proceso

salga

adecuadamente. Por lo tanto es de gran importancia tener en cuenta los siguientes pasos:

-

“Características del terreno.

-

Distancia entre entrada y salida

-

Cotas de profundidad a la entrada, salida y máxima

-

Característica

del

tubo

a

instalar

(diámetros,

material,

fluidos

transportados entre otros) -

Disponibilidad de fluidos

-

Tipo de máquina utilizada

-

Ubicación de la infraestructura subterránea”51

Figura 7. Ejemplo de diseño de traza

Fuente: http://www.fusionsudamericana.com/infotec/NTF179.pdf

“La perforación piloto sigue el trazado previsto en la parte de estudio.

Para ello se utiliza cabezal direccionable que permite cambios de 51

Ibíd.

62

orientación, juntamente con un varillaje especial que admite dichas desviaciones. La orientación es controlada en todo momento por sistemas de navegación adecuados al tipo de trabajo; éstos permiten una localización centrimética del cabezal y aseguran el seguimiento del trazo diseñado”52

-

Apertura de ventanas de intervención: En esta etapa se deben preparar dos calicatas, una al inicio del túnel y la otra al final, cuyas dimensiones y profundidad se evalúan de acuerdo al proyecto. El equipo debe instalarse retirado de la calicata de inicio al menos 12 veces la profundidad de perforación requerida.

-

Realización de las tareas de tunneling: Las tareas específicas serán llevadas a cabo una vez que se encuentre la zona de trabajo en condiciones óptimas para ello. Para que esta etapa se desarrolle adecuadamente se tienen en cuenta las siguientes sub etapas:

o Conformación de la traza o túnel piloto o Retroensachados o Instalación del tubo final

“Durante el proceso de perforación, este se va controlando y dirigiendo gracias a la sonda, que emite una señal electromagnética en una frecuencia determinada y que es recibida por el detector en la superficie, el que posee una moderna tecnología y entrega los datos de profundidad, inclinación y posición horaria en que se encuentra la cabeza de perforación, siendo eso fundamental para lograr la navegación y la terminación”53 52

CATALANA DE PERFORACIONS. Op. Cit.

53

Ibíd.

63

Imagen 23. Traza o túnel piloto. Túnel Piloto del alto de La Línea

Fuente: http://www.elespectador.com/impreso/nacional/articuloimpreso-listo-el-tunel-pilotode-linea. Consultado 04 de Noviembre de 2013.

-

Reconexión y nivelación de servicios y matrices: Una vez instalado el nuevo tubo, debe procederse al reconexionado de las matrices principales. Esto se realiza desconectando los acoples que fueron utilizados para la realización del túnel indicados. Luego, en función del tipo de material utilizado se realiza la unión.

-

Cierre de zanjas y ventanas de intervención y limpieza y terminaciones: Una vez realizadas las conexiones finales, se dispondrán los cierres y la limpieza y terminaciones requeridas para el trabajo.

64

3.4 CLASES DE SISTEMAS

3.4.1 Sistemas vía radio. “Este sistema permite unas profundidades destacables de trabajo (hasta 15 m) y las lecturas de información son fiables. El emisor de onda se aloja dentro de una camisa “housing”, junto detrás del puntero, o tras el motor de lodos según el caso, y emite ondas electromagnéticas

de

una

frecuencia

determinada.

Dichas

ondas

electromagnéticas son captadas por un equipo receptor y son interpretadas”54

En la imagen 24 de observa como por medio vía radio a ciertas distancias y por medio del espectro radioeléctrico se puede emitir ondas con el fin de manejar y comunicación sin estar en el mismo sitio. Es una tecnología que ha venido avanzando muy rápidamente.

Imagen 24. Sistema vía radio

Fuente: http://www.catalanadeperforacions.com/sp/PHD_CAST.pdf. Consultado el 05 de Mayo de 2013.

54

MARIN GONZALES, Diana Natalia y SAEN RIVERA, Jennifer Catherine. Op. Cit. p. 37

65

Imagen 25. Telegestión Comunidades de Regantes (TCR). Vía radio

Fuente: http://sielcon.com/index.php?option=com_virtuemart&page=shop.browse&category_id=23&Item id=6. Consultado 04 de Noviembre de 2013.

En la imagen 25 se establece que la Telegestión Comunidades de Regantes es un sistema que se ha implementado en las comunidades regantes, fincas particulares, jardines, campos de golf entre otros, como un medio de comunicación por medio de señales digitales vía radio. Esto con el fin de facilitar los problemas de mantenimiento, vigilancia y explotación.

3.4.2 Sistema de cable. Este sistema se realiza por medio, como su nombre lo indica, por un cable que es enviado por una sonda y mediante una potencia eléctrica que se aplica realiza su respectivo trabajo

66

Imagen 26. Sistema cable

Fuente: http://www.catalanadeperforacions.com/sp/PHD_CAST.pdf. Consultado el 05 de Mayo de 2013.

“Para conocer la posición en planta de cabezal, el navegador (persona encargada de dirigir la lanza de perforación) provisto de un equipo móvil, se desplaza por encima del trazado, determinado, para cada brake (cambio de barra) la localización en el plano horizontal. De la combinación de las dos informaciones (inclinación y ubicación en planta) se determina la localización exacta del cabezal. El rango de trabajo de este equipo es superior al de ondas electromagnéticas (sin cable), al tener una fuente de alimentación externa permite emitir con mayor potencia”55

3.4.3 Sistema MGS. “Para la localización del cabezal de perforación en este caso, es necesario el tendido de un anillo exterior. Este tendido tiene una forma regular, y marca un rectángulo en plata, por donde se desea que transcurra la navegación.

55

Ibíd. p. 37

67

Este cable es alimentado por corriente eléctrica (AC) para generar un campo magnético. El cabezal de perforación, al igual que el sistema de cable dentro del varillaje, el cual también genera un segundo campo magnético. De las interferencias de los dos campos magnéticos, es posible determinar la localización del cabezal de perforación, sin ser necesario que el navegador esté situado en la vertical de dicho cabezal”56

3.5

VENTAJAS COMPETITIVAS DE LA PERFORACION HORIZONTAL

DIRIGIDA

Entre las ventajas competitivas que tiene esta clase de perforación se pueden considerar las siguientes:

-

“Capacidad para perforar en cualquier tipo de suelo, incluidas rocas de gran dureza.

-

Mayor precisión direccional del trazado, como consecuencia del impacto de la roto percusión.

-

Evita empujes laterales a presión sobre otros servicios existentes en la zona de perforación.

-

Los

lodos

benotoníticos

deben

ser

recuperados,

reciclados

y

depositados en vertederos adecuados. El aire comprimido a baja presión – máximo 21 bar – no necesita ser comprado, almacenado, transportado, recuperado y reciclado, no produciendo ningún tipo de contaminación, ni atmosférica ni subterránea.

56

Ibíd. p. 38.

68

-

Equipos de menor peso y tamaño, que facilitan su uso en zonas con espacio reducido, como pueden ser los centros históricos de las ciudades, laterales de carreteras, interior de industrias” 57.

3.6 PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA EN COLOMBIA

“La PHD en Colombia es una práctica muy común para la instalación de ductos que transportan agua, gas y líneas de fibra óptima por debajo de vías u otros obstáculos en municipios y ciudades; también ha sido adoptada para la instalación de ductos de transporte de hidrocarburos por debajo de ríos en oleoductos”58

En la tabla 4 se presentan algunos proyectos de PHD que han sido realizados en Colombia.

Tabla 4. Proyectos de PHD realizados en Colombia

EMPRESA

DESCRIPCION DEL PROYECTO

Consorcio ARB INC Construcción Cruce Subfluvial en el río Cauca, por el método e

ISMOCOL

COLOMBIA

DE de Perforación Horizontal Dirigida. Longitud = 750 Mts y 10” de diámetro. La Pintada (Antioquia) Fecha 04/10/02 – 17/12/02 para la empresa ECOPETROL

ISMOCOL COLOMBIA

DE Construcción de los Cruces Subfluviales por Perforación Horizontal Dirigida para (ECOPETROL) en el río Magdalena denominados Casabe Galán, la Victoria y Caño Pelao. Fecha: 15/04/1989 - 15/07/1989 para la empresa INARC DRILLING ING

ISMOCOL

DE Construcción Cruce Subfluvial del río Magdalena en Tierra

57

http://www.lasperforaciones.com/Tecnicas-y-Sistemas-de-Perforacion/Perforacion-horizontaldireccionada-HDD-7/. Consultado el 05 de Agosto de 2013.

58

MARIN GONZALES, Diana Natalia y SAEN RIVERA, Jennifer Catherine. Op. Cit. p. 40

69

COLOMBIA

Grata Oleoducto Caño Limón - Coveñas (24"). Longitud=1200 Mts y Ø24" . Magangue Bolivar.

Fecha: 11/09/2002 - 11/11/2002, para la empresa ARB INC

ISMOCOL

DE Construcción Cruce Subfluvial Dirigido río Magdalena Campo

COLOMBIA

Purificación. 3 Líneas: 2 De Ø8” Y 1 De Ø6”, Longitud 600 ml (Tolima).

Fecha:

07/07/2001

–

15/09/2001,

para

la

empresa

PETROBRAS HARBET

Construcción de los Cruces Subfluviales por el método de

CONSTRUCTION

Perforación Horizontal Dirigida de los ríos Guatiquia, Humea, Upía, Guacavia y Ocoa en tubería de Ø16" Oleoducto Apiay - El Porvenir.

Fecha: 08/03/1993 - 31/05/1994

TGI

Contrato

EPC

(ENGINEERING,

PROCUREMENT

AND

CONSTRUCTION) para realizar el diseño y construcción de un cruce mediante PHD en tubería de acero al carbono de diámetro 6” y longitud aproximada de 500 metros en el ramal Valledupar en el río César (PK 3+ 850) perteneciente al Gasoducto Ballena Barrancabermeja, incluyendo el suministro de tubería de 6” API 5LX42 espesor 0.432 o 0.500 In con revestimiento.

Inicio de Operación 12 de Marzo de 1996. Inicio de Construcción 14 de Diciembre de 1994. Finalización de construcción: 24 de febrero de 1996.

ECOPETROL

PHD cruce vía Nacional Puente Boyacá Diámetro 12” longitud 203 metros.

ECOPETROL

PHD para la construcción de la variante en el oleoducto trasandino, Sector Chilvi – aguas claras (Tumaco) diámetro 14” longitud 857 mL. Año de 1994.

PERFORACIONES Instalación de tubería en acero de 40”. Proyecto Base Aérea E

INGENIERIA Palanqueros Puerto Salgar. Año de 1996.

S.A.S PERFORACIONES Proyecto Kennedy. Religamiento Tubería en Polietileno de 4”.

70

E

INGENIERIA Año 2012.

S.A.S PERFORACIONES Proyecto Clínica San Rafael. Religamiento Tubería Año 2013.

E

INGENIERIA

S.A.S PERFORACIONES Proyecto: Campo Chichimene. Instalación de Tubería en acero E

INGENIERIA de 8”. Año 2010.

S.A.S PERFORACIONES Proyecto Bavaria: Religamientos de tubería en polietileno de 4”.

E

INGENIERIA Año 2010

S.A.S PERFORACIONES Proyecto Teusaquillo: Instalación de tubería en polietileno de 4”.

E

INGENIERIA Año 2009.

S.A.S PERFORACIONES Proyecto: Planta TERPEL. Instalación de Tubería en acero de 3”.

E

INGENIERIA Año 2009.

S.A.S PERFORACIONES Proyecto: Tocancipá cruces férreos. Instalación de tubería en E

INGENIERIA polietileno de 6”. Año 2008

S.A.S PERFORACIONES Proyecto: Autopista sur. Instalación de Tubería en polietileno de E

INGENIERIA 4”. Año 2008.

S.A.S PERFORACIONES Proyecto: Río Bogotá. Instalación de Tubería en polietileno de E

INGENIERIA 12”. Año 2006

S.A.S PERFORACIONES Proyecto Aeropuerto El Dorado. Instalación de 4 ductos en E

INGENIERIA Politelieno de 4”. Año 2005.

S.A.S Fuente: Consulta realizada por los autores. 2013

71

Imagen 27. Gaseoducto Ballena – Barrancabermeja. 1996

Fuente: http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/7829/2/120216.pdf. Consultado 04 de Noviembre de 2013.

En esta estación Ballena se realizan principalmente dos procesos: el primero de ellos es la deshidratación del gas que recibe y la segunda es la medición en términos de volumen de la cantidad de gas que se envía hacia el interior del país. Este gasoducto está construido en tubería de acero de 18” de especificación API 5 L Grado X65, con una longitud aproximada de 578.8 kilómetros y aproximadamente 193 kilómetros en gasoductos regionales o también llamados ramales.

72

4 IMPACTO AMBIENTAL -

COMPARACIÓN ENTRE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA Y LA CANALIZACION A CIELO ABIERTO -

En este capítulo se realiza una investigación acerca del impacto Ambiental que se tiene entre la Perforación Horizontal Dirigida y la canalización a cielo abierto.

Para ello se comenzará con una breve comparación entre la excavación tradicional y la perforación horizontal dirigida. En un segundo aparte de este cuarto capítulo se establecerá el impacto ambiental de cada uno de estos métodos y por último se van a dar ejemplificaciones de la Perforación Horizontal Dirigida.

4.1

EXCAVACIÓN

TRADICIONAL

VS

PERFORACIÓN

HORIZONTAL

DIRIGIDA

La tecnología de Perforación Dirigida ha sido empleada en varios países con resultados satisfactorios; en Colombia es muy poco utilizado, pero en la medida que se va conociendo se va aplicando en forma gradual, pero en este capítulo es importante hablar de la excavación tradicional y de esta forma hacer comparaciones.

4.1.1 Método tradicional. “El método tradicional

inicia la excavación

realizando la galería de avance (más o menos de 1 metro de ancho. A medida que avanza la excavación se van colocando las tablas apoyadas. Una vez

73

concluida la galería en toda su longitud de avance (entre 1, 2.5 metros) se colocan las longarinas”59.

Una vez finalizada la galería de avance se comienza a abrir la excavación a ambos lados. La ejecución de estos pases se realiza de forma “análoga pasando tablas acuñadas contra la longarina ya colocada y en otro lado apoyada en el terreno hasta que finaliza la excavación del terreno y se coloca una nueva longarina luego se procede al encofrado y hormigonado de la sección de la bóveda, con lo que se impide la deformación del terreno”60.

La excavación de la bóveda se realiza con martillos neumáticos y la evacuación mediante cintas transportadoras hasta camiones o tolvas. “Una vez hormigonada la bóveda y con un desfase de varios anillos, se empieza la destroza, que consiste en excavar una caja central dejando de 1 a 1,5 metros en los hastiales. La destroza se realiza con excavadora y las tierras se retiran con cinta transportadora”61. Finalizada la destroza se “ejecutan los hastiales por bataches al tresbolillo, teniendo en cuenta dos precauciones: la junta de los anillos debe caer en el centro del batache y no deben excavarse dos bataches enfrentados.”62.

Ventajas del método tradicional. Entre las ventajas que se tiene del método tradicional se encuentran las siguientes63: 59

ftp://ceres.udc.es/IT_Obras_Publicas/Troncales/Procedimientos_Construccion_Maquinaria/tem a_14_10_11.pdf. Consultado el 08 de Agosto de 2013.

60

Ibíd.

61

Ibíd.

62

Ibíd.

63

http://www.lasperforaciones.com/Tecnicas-y-Sistemas-de-Perforacion/Perforacion-horizontaldireccionada-HDD-7/. Consultado el 05 de Agosto de 2013.

74

o Mínima inversión inicial en las instalaciones. o Posibilidad de arranque en varios frentes. o Estabilidad del frente o Adaptabilidad a casi cualquier tipo de terreno. o Buen control de asientos.

Inconvenientes del método tradicional. Entre los inconvenientes se pueden establecer64:

o Dependencia de mano de obra especializada o Elevada proporción entre mano de obra y materiales o Provoca muchas juntas de construcción.

Sistemas constructivos tradicionales. Es así que se establece los sistemas constructivos tradicionales se encuentran varios como son:

Técnica a cielo abierto Excavación Subterránea o Excavación con explosivos o Excavación mecánica con máquinas puntuales: rozadoras, excavadoras, tractores y cargadoras. o Excavación mecánica con máquinas integrales no presurizadas Topos Escudos

64

Ibíd.

75

o Excavación mecánica con máquinas integrales presuarizadas Hidroescudos Escudos de presión de tierra Doble escudos

Teniendo en cuenta los sistemas constructivos se puede establecer los métodos tradicionales de excavación, los cuales son:

Método inglés: Con este método se realiza la perforación en un solo paso, es decir en una sola operación.

Método Belga: El procedimiento que se lleva a cabo en este método es que se comienza la excavación de la mitad hacia arriba del túnel, empezando por la galería central. Con esto se quiere ampliar en ambos lados, pero se debe tener en cuenta que para que el terreno se mantenga en su lugar se deben colocar estacas transversales.

Imagen 28. Método belga de construcción de túneles. Excavación de bóveda.

Fuente: http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/category/excavaciones-yvoladuras/metodos-y-equipos-de-excavacion-en-tuneles/. Consultado: 04 de Noviembre de 2013.

76

Método Alemán: Este método se debe comenzar de abajo hacia arriba (galerías) las cuales se construyen dos galerías inferiores una a cada lado de un muro, sobre estas se excavan dos galerías más (por cada una) y una central.

Método Alemán modificado: Este método se utiliza en los terrenos q son bastante firme, se ha establecido que este método es una modificación del método clásico Alemán.

Método Austríaco: “Los austríacos desarrollaron un plan de trabajo basado en la utilización de puntuales de madera formando un sistema de entibación” 65.

Imagen 29. Construcción de túneles mediante el método austriaco.

Túnel de Albertia.

Fuente: http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/category/excavaciones-yvoladuras/metodos-y-equipos-de-excavacion-en-tuneles/. Consultado: 04 de Noviembre de 2013.

65

Ibíd.

77

Método Italiano: “Consiste en extraer solo el medio arco más la galería central por la cual se retira la marina, luego se concreta el medio arco, luego se extrae el resto del material por zonas y se van concretando los muros (método similar al método belga). Se desarrolló para terrenos muy blandos en los que se excava solo pequeñas áreas. Es muy costoso y ha sido suplantado por el método de escudo, exclusivo para terrenos muy blandos” 66.

Método TBM (Tipo Escudo o Topo): Este método se utiliza en terrenos blandos, no cohesivos, o aquellos que tienen área suelta, grava o limo y todo tipo de arcilla. Este método consta de un cilindro formado por planchas de acero soldadas entre sí.

Imagen 30. Tuneladora de doble escudo

Fuente: http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/category/excavaciones-yvoladuras/metodos-y-equipos-de-excavacion-en-tuneles/. Consultado: 04 de Noviembre de 2013.

4.1.2 Perforación Horizontal Dirigida. La Perforación Horizontal Dirigida es un método en el cual se realizan dos excavaciones: una al inicio donde se ubica la máquina y una final que es por donde se introduce la tubería después de armada la lingada. Antes de realizar las excavaciones se marca el trazado 66

Ibíd.

78

según el diseño previamente elaborado para que el cruce sea lo más perfecto posible, la caja de envió o cambio de remer (ensanchador) es la que está ubicada al inicio del perforado, esta aparte de cumplir la función que permite instalar el ensanchador también es donde después de halada la tubería se verifica su estado dando una idea de cómo se encuentra dentro del túnel; y la caja de lanzamiento, se ubica al final de la perforación, esta debe hacerse con una pendiente para genere una especie de rampa de lanzamiento.

Dentro de la Perforación Horizontal Dirigida se habla de la tunelería inteligente el cual es un sistema que permite la instalación de redes subterráneas, la remedicación de suelos contaminados y la reinserción de cañerías. A diferencia del sistema tradicional de apertura de zanjas a cielo abierto, esta modalidad trabaja sin alterar la superficie del terreno en donde opera, permite instalar de manera segura servicios por debajo de ríos, arroyos, autopistas, rutas, edificios, vías férreas y pistas de aeropuertos, por ejemplo. La tunelería horizontal dirigida ha sido ampliamente adoptada en países desarrollados debido a las enormes ventajas y beneficios que reporta.

Ventajas de la Perforación Horizontal Dirigida. Entre sus ventajas se encuentran las siguientes:

“Capacidad para instalar cualquier tipo de servicio

Precisión en el trazado de los túneles e instalación de servicios, lo que permite optimizar al máximo el tiempo y los recursos involucrados.

79

Los equipos pueden ubicarse en espacios reducidos, como banquinas de autopistas y rutas, centros históricos urbanos y el interior de industrias” 67.

Imagen 31. Perforación del túnel

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=%22imagen+de+perforaci%C3%B3n+de+tune.

Consultado el 28 de Octubre de 2013.

Beneficios de la Perforación Horizontal Dirigida. Entre sus beneficios se encuentran los siguientes:

“No agrede a la superficie Es sumamente seguro, tanto para el operario como para terceros No genera molestias para quienes trabajan o viven en las áreas en donde opera.

67

ftp://ceres.udc.es/IT_Obras_Publicas/Troncales/Procedimientos_Construccion_Maquinaria/tem a_14_10_11.pdf. Consultado el 08 de Agosto de 2013.

80

Evita el corte de la circulación vehicular y peatonal, librando a las ciudades de complicados embotellamientos.

Permite trabajar de manera rápida, limpia y ordenada.

Permite un menor impacto ambiental” 68.

4.2 IMPACTO AMBIENTAL. COMPARATIVO ENTRE LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA Y LA CANALIZACION A CIELO ABIERTO

4.2.1 Canalización a cielo abierto.

En la tabla 5 se presenta los resultados de evaluación ambiental por medio de la canalización a cielo abierto.

Tabla 5. Resultado de evaluación ambiental a cielo abierto ELEMENTO Flora

CRITERIO La flora se altera ya que se removerán cobertura vegetal y probablemente árboles, sin embargo el impacto será poco debido a la labor de arborización.

Fauna En el sector de los canales la biodiversidad es mínima, y por ende la afectación en este aspecto es mínima.

Ruido El ruido generado por esta actividad depende de las herramientas y/o maquinaria utilizada para la excavación.

Hidrológica Con poca afectación, además la arborización y las zonas verdes deben facilitar infiltración de las lluvias.

Emisiones Emisión de material particulado por vehículos que trabajan en el proyecto, atmosféricas sin embargo esto será compensada por los árboles.

Residuos Los residuos sólidos serán de tipo orgánico (palos, ramas, hojas, sólidos sedimentos, tierras, entre otros) residuos de construcción, inorgánicos (plásticos y otros que sean generados durante la obra).

Paisaje Durante la obra la contaminación visual por presencia de material de excavación, maquinaria y otros, contribuirán al deterioro del paisaje en general.

Económico El aspecto económico de los habitantes del sector no se afecta durante la obra.

Suelo Las actividades como remoción de capa vegetal, adecuaciones de terreno, excavaciones y relleno alteran la estructura del suelo.

Fuente: EMCALI. Revestimiento canal Cauquita Norte, construcción de parque lineal y obras de control de vertimientos en colectores. Santiago de Cali. Enero de 2010. Consultado 04 de Noviembre de 2013.

68

Ibíd.

81

4.2.2 Perforación Horizontal Dirigida. La instalación de cruces por el método de Perforación Horizontal dirigida causa un impacto ambiental mínimo y poca interferencia en la zona donde se ejecuta el proyecto, como se indica a continuación: •

Las riveras y el fondo del río o la playa permanecen intocadas como si nunca se hubiera realizado un cruce.

•

El agua del río no se contamina con el material de la excavación al ser removido, como sucede con los cruces a zanja abierta, por lo que la vida animal y la vegetación no se verán afectadas así como tampoco las actividades de pesca y caza.

•

No se afecta el tráfico fluvial.

•

Para el proceso de perforación se utiliza únicamente Bentonita Wyoming API (arcilla), de origen natural, a fin de evitar la contaminación del ambiente. No se utilizan aditivos químicos.

•

Se puede proporcionar cobertura máxima a los cruces, a fin de reducir en mayor escala problemas que pueden ocurrir por causa de la socavación de las aguas del río o las olas del mar.

La norma NTC ISO 14001:2004 define los aspectos ambientales como los elementos de las actividades, productos o servicios de una organización que pueden interactuar con el medio ambiente, y los impactos ambientales como cualquier cambio en el medio ambiente adverso o beneficioso, resultado total o parcial de los aspectos ambientales de una organización, teniendo en cuenta estas definiciones se han identificado los diferentes aspectos e impactos ambientales generados durante las actividades (Tabla 6)

Los impactos generados por los aspectos ambientales son identificados con base al componente ambiental afectado, tal como se describe en la tabla 7.

82

Tabla 6. Impactos ambientales de la Perforación Horizontal Dirigida ACTIVIDAD

ASPECTO

IMPACTO Destrucción de flora y fauna Contaminación

del

suelo

(erosión)

Pérdida de cobertura vegetal

Contaminación hídrica (erosión) Contaminación

Aprovechamiento

Atmosférica

(erosión)

forestal

Contaminación del suelo

Generación de DESCAPOTE

residuos sólidos

Contaminación hídrica

DEL TERRENO

(madera, hojas)

Contaminación atmosférica

Consumo

de

Agotamiento

de

recursos

energía

naturales

Remoción del suelo

Contaminación del suelo

Retiro del

Generación de

Contaminación del suelo

horizonte

residuos sólidos

orgánico del suelo

(suelo) Vertimientos

Contaminación hídrica Contaminación Atmosférica Contaminación hídrica

Fuente: Marín González, Diana y Sáenz Rivera, Jennifer. Manual de Gestión Ambiental para la actividad de Perforación Horizontal Dirigida de la empresa Harbert Intenational Establisment.

Universidad de la Salle. Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Bogotá. 2008.

Tabla 7. Componentes ambientales COMPONENTES AMBIENTALES Componente

Impacto

Aire

Contaminación atmosférica (ruido, gases y partículas)

Suelo

Contaminación

al

suelo

(estructura,

erosión,

pendientes,

topografía, composición, características físicas, químicas y biológicas) Agua

Contaminación al agua (disminución y distribución del recurso, características físicas, químicas y biológicas)

Biosfèrico

Fauna (diversidad, cadenas tróficas, distribución, densidad) Flora (Área, diversidad)

Antroposfèrico

Socioeconómico Cultural

Paisajístico

Calidad visual

Fuente: Marín González, Diana y Sáenz Rivera, Jennifer. Manual de Gestión Ambiental para la actividad de Perforación Horizontal Dirigida de la empresa Harbert Intenational Establisment.

Universidad de la Salle. Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Bogotá. 2008.

83

4.3 PASOS PARA LA PERFORACION HORIZONTAL DIRIGIDA

4.3.1 Estudio de la obra. Se tiene que realizar un estudio y verificación de otros servicios previo a la ejecución de la obra esto se realiza por medio de planos de otros servicios y catas o apiques de prueba. Para este tipo de trabajo es muy importante el estudio topográfico puesto que de este estudio depende el diseño de la perforación. Para así saber qué tipos de herramientas y equipos utilizar. Además el tipo de terreno que se va a intervenir.

Imagen 32. Estudio de la obra

Fuente: Autores de la investigación.

4.3.2 Perforación Piloto. Este etapa consiste en

perforar o ¨pinchar ¨ el

terreno con un cabezal direccionadle este cabezal o va lastra se acompaña desde la parte superior del terreno con un detectorista y un equipo de detección el cual informa por medio de ondas, si se encuentran otros servicios en el recorrido de la prueba piloto el detectorista tiene comunicación continua con el operador de la máquina perforadora.

84

Imagen 33. Perforación piloto.

Fuente: Autores de la investigación.

4.3.3 Ensanche y soldaduras o juntas. Esta etapa se realiza al terminar la perforación piloto consiste en el ensanche o ampliación del perforado este se realiza según el diámetro de la tubería para esta operación se cambia el cabezal o tubo piloto por un Reamer o Escariador el cual se devuelve por el mismo sitio de la salida del piloto.

Imagen 34. Ensanche y soldaduras o juntas

Fuente: Autores de la investigación.

4.3.4 Reamer o escariador. Cuando ya se ha conseguido el diámetro ideal para la instalación de la tubería se procede a la ejecución de la obra mecánica 85

tales como soldaduras, juntas en acero o polietileno según sea la obra y sus distintas pruebas.

Imagen 35. Reamer o escariador

Soldaduras en tubería acero

Juntas en polietileno

Fuente: Autores de la investigación.

4.3.5 Tendido de tubería. El último de los procesos es el tendido de tubería el cual se realiza fijando la tubería justo después del reamer o ensanchador como lo muestran las siguientes imágenes este reamer deja un túnel con un diámetro mallor al de la tubería que se va a instalar además depende del terreno se le aplica bentonita para así evitar derrumbes internos al momento de la instalación de la tubería.

Imagen 36. Tendido o tubería

Fuente: Autores de la investigación.

86

CONCLUSIONES

-

Con este trabajo se pudo diseñar una Cartilla sobre Perforación Horizontal Dirigida, la cual ayudará a una mejor implementación de esta técnica por parte de diferentes empresas.

-

También se puede concluir de que la Perforación Horizontal Dirigida es en primer lugar un método que se ha venido utilizando en muchos países lo que ha dado buenos resultados en lo referente al Medio Ambiente y por economía.

-

Debido a que no es un sistema muy conocido por muchos constructores en la Cartilla establecida en este proyecto (objetivo de esta investigación) se establecen los parámetros para el desarrollo con éxito de la Perforación Horizontal Dirigida. Es así que se tiene que sea de gran provecho para todas las personas y que se puedan llevar a cabo más proyectos por medio de la Perforación Horizontal Dirigida.

-

Para realizar la Perforación Horizontal Dirigida se debe tener claridad las actividades ejecutadas durante el proceso. Por ello es necesario tener en cuenta la descripción del proceso, las fases del proceso, maquinaria y productos químicos utilizados, lugar de la perforación, requisitos contractuales, estudios ambientales realizados con anterioridad. Además de esto se tiene que tener en cuenta el seguimiento en campo.

-

El impacto que genera al medio ambiente es mínima ya que no sufre grandes alteraciones en las corrientes hídricas, los suelos y la capa vegetal, estos se conservan al no recibir una intervención directa.

87

-

En las v铆as no se generan interrupciones en el flujo vehicular y tampoco da帽os en la estructura por el cual este compuesta.

-

Con esta investigaci贸n se pudo afianzar los conocimientos respecto a la Perforaci贸n Horizontal Dirigida, con el fin de realizar el proceso adecuadamente.

88

RECOMENDACIONES

-

Realizar

constantes

capacitaciones

sobre

los

procedimientos

operacionales y sensibilizaci贸n ambiental a todos los empleados de la empresa, para reforzar la implementaci贸n del manual y crear conciencia de c贸mo se desarrollar la Perforaci贸n Horizontal Dirigida.

89

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