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Tendido de cable para fibra óptica sin abrir zanjas

Ditch Witch JT60

Ditch Witch JT60

En este post me gustaría incidir en el tema de la instalación de fibra óptica. La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consiste en un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.

Las microzanjas podría ser una de las alternativas a emplear, sobre todo en las calles. En el vídeo que os dejo a continuación la empresa andaluza Magtel nos explica las ventajas de su técnica.

Sin embargo, la perforación horizontal dirigida se está convirtiendo en una alternativa real y económica frente a los métodos tradicionales de aperturas de zanjas. A continuación os dejo el ejemplo de máquinas que utilizan esta tecnología. El vídeo que presento es de la empresa Ditch Witch. En este caso la maquina puede realizar trabajos de instalación de tubos o fibra óptica en tramos de 300 a 400 m, presenta una fuerza de tiro de 26,7 toneladas y puede perforar incluso roca.

14 junio, 2017
 
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Raise Boring Rig (RBR)

Raise Boring Rig de Herrenknecht

El Raise Boring Rig (RBR) constituye un sistema de construcción de pozos en roca de hasta 2000 m de profundidad.  Se trata de un equipo de perforación que se instala por encima del terreno. Se taladra una perforación piloto, con un ángulo que puede ser de hasta 45º. Se perfora hasta llegar al túnel o caverna ya existente. Posteriormente se retira la broca piloto y se fija un escariador a la sarta de perforación, que amplía la perforación hacia arriba.

Os dejo a continuación un vídeo de la empresa Herrenknecht donde podéis ver el procedimiento constructivo. Espero que os guste.

Referencia:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

 

17 junio, 2016
 
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Fluido de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Fluido de perforación. Imágen de Catalana de Perforacions

Fluido de perforación. Imagen de Catalana de Perforacions

El procedimiento habitual es la perforación asistida con fluidos. En este caso, la cabeza se empuja por una sarta de perforación a través del terreno. El fluido se bombea por el interior de la tubería que forma la sarta de perforación y retorna por el espacio que existe entre la sarta y las paredes de la perforación, con el detritus correspondiente, por lo que debe reciclarse para volver a utilizarse. Hay máquinas autónomas que llevan consigo los tanques de mezcla y las bombas del fluido, aunque en otras son sistemas independientes.

El uso de la perforación con lodos es frecuente, pues además de contener las paredes, permite el transporte del detritus en suspensión al exterior, además de la lubricación y refrigeración de la cabeza de corte. Asimismo, estabilizan la perforación piloto hasta que se inicia su ensanche. Los fluidos de perforación suelen ser mezclas de bentonita y agua, aunque hoy existe una tendencia creciente en el uso de polímeros. Hay que prever en suelos porosos o fracturados una pérdida de fluidos significativa. Cuando se trata de perforar terrenos duros y roca, se pueden utilizar conjuntos de fondo, BHA (bottom hole assembly), que es la parte inferior de la sarta de perforación que se extiende desde un tricono de perforación al varillaje. El BHA se acciona mediante un motor de lodos, que utiliza la potencia hidráulica del fluido de perforación.

Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions

Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions

En el vídeo que os dejo a continuación se profundiza en el uso de los lodos como fluido de perforación. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

  • IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
  • Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
  • Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.
21 abril, 2016
 
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Maquinaria en la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Figura 1. Perforación Horizontal Dirigida. http://www.construtec.es/

Figura 1. Perforación Horizontal Dirigida. http://www.construtec.es/

Actualmente existe una gran variedad de máquinas empleadas en la PHD. En la Tabla 1 se recoge una clasificación en función de la fuerza máxima de tiro, el par máximo y el peso (IbSTT, 2013). Más del 90% de las máquinas se pueden clasificar como pequeñas o medianas, con una fuerza máxima de tiro de 250 kN. Con estas características, se pueden colocar diámetros que oscilan entre los 50 mm y los 2200 mm, e incluso llegar a 3 km de conducción si se dan las circunstancias favorables. Aunque las máquinas estándar y más versátiles del mercado suelen tener 500 kN de tracción, las mayores tiran unos 2000 kN. Resulta interesante en este sentido el trabajo de Gierczak (2014) donde se realiza una valoración cualitativa de los riesgos inherentes a los proyectos PHD. Además, estas máquinas presentan una gran variedad de sistemas de guiado, cabezas de perforación, de ensanchamiento y otros accesorios (Figura 2).

Tabla 1. Clasificación de máquinas para la perforación horizontal dirigida (IbSTT, 2013)

Tabla 1. Clasificación de máquinas para la perforación horizontal dirigida (IbSTT, 2013)

Figura 7. Mandriles de cabeza de tiro. Imagen de Terra Trenchless Technologies

Figura 2. Mandriles de cabeza de tiro. Imagen de Terra Trenchless Technologies

Las pequeñas acometidas utilizan sistemas Mini-PHD (Figura 3) en las que la dirección de la cabeza de perforación se logra gracias al corte en bisel que presenta la propia broca. En los sistemas Maxi-PHD se utiliza una camisa doblada para desviar el eje del cabezal de corte, además de un tubo de lavado (“washover”) o una camisa con un gran diámetro interno, dentro de la que se desliza la sarta de perforación. A pesar de la gran variedad de máquinas y fabricantes, los equipos están montados sobre tráiler, sobre orugas o por módulos. El sistema modular suele ser la mejor opción para los equipos de mayor potencia, por su facilidad y rapidez de acoplamiento. Para obras de fácil acceso y para facilitar el transporte, lo mejor sería montar el equipo sobre un tráiler, pero si tenemos problemas de movilidad, mejor sería montarlo sobre orugas.

Figura 8. Mini-PHD para acometidas modelo GRUNDOPIT. Imágenes de Sistemas de Perforación S.L.U.

Figura 3. Mini-PHD para acometidas modelo GRUNDOPIT. Imágenes de Sistemas de Perforación S.L.U.

Los rendimientos de las máquinas PHD dependen del tipo de terreno (ver Tabla 2), pero también de aspectos gerenciales, medioambientales o de las condiciones de la tubería. Zayed y Mahmoud (2013) analizan todos los factores que influyen en la productividad. Predecir la producción y los costes que va a tener un equipo de estas características puede ser complejo (Yepes, 2015); en este sentido Zayed y Mahmoud (2014) proponen técnicas basadas en la lógica difusa para su predicción.

Tabla 2. Valoración de la aplicabilidad de la técnica PHD en función del material (Hair, 1994).

Tabla 2. Valoración de la aplicabilidad de la técnica PHD en función del material (Hair, 1994).

Así, lo más favorable son arcillas homogéneas, mientras que los materiales granulares presentan problemas de estabilidad, sobre todo bajo nivel freático. Además, las gravas pueden acelerar el desgaste de la cabeza de perforación. Wang y Sterling (2007) han estudiado el comportamiento de la PHD en arenas flojas o mezclas de arenas y gravas, que son los terrenos más problemáticos. En el caso de roca, las máquinas deben contar con motores de lodos que accionen las cabezas cortadoras. Existen incluso máquinas con doble varilla en el que el tubo interior hacer rotar la cabeza cortadora de roca y el exterior proporciona la dirección de perforación; sin embargo, estas máquinas son de pequeño diámetro y longitud de perforación. Otra opción es combinar la percusión con el empuje y la rotación.

En cuanto al emplazamiento de las máquinas, éstas se instalan en superficie, aunque en ocasiones se implantan en un foso. Las de superficie se desplazan mediante orugas, aunque si son muy grandes a veces se requieren medios de transporte. Con todo, son necesarios pequeñas excavaciones para conectar los extremos de los tramos de tubería. Las máquinas emplazadas en fosos se usan normalmente para tramos cortos y rectos, con ligeras desviaciones. Esta circunstancia también restringe la longitud de la sarta de perforación.

Las máquinas PHD presentan dos características comunes, un soporte que empuja la sarta de perforación para la perforación piloto y luego tira de ella y del tubo durante el ensanchamiento (Figura 4), y un motor que hace girar la sarta de perforación, junto con la cabeza de perforación o de ensanche. El empuje suele ser hidráulico, y la inclinación del soporte está inclinada entre 10º y 20º respecto a la horizontal. Si la máquina se emplaza en un foso, la reacción necesaria la proporcionan las caras de la excavación. Las máquinas de superficie se anclan al suelo para su estabilización.

Figura 9. Conexión del escariador a la tubería. Imagen de Apollo Trenchless, Inc.

Figura 4. Conexión del escariador a la tubería. Imagen de Apollo Trenchless, Inc.

La sarta de perforación está formada por tubos que están sometidos a grandes esfuerzos, tanto de tracción como de compresión por el empuje y tiro de la máquina, así como de torsión por el par de rotación. Además deben ser flexibles para adaptarse a los cambios de dirección de la perforación y ligeros para facilitar su transporte. Y por supuesto, resistentes a la abrasión y al desgaste. Cheng y Polak (2007) presentan un modelo teórico para el dimensionamiento de las tuberías y Yang et al. (2014) proporcionan un modelo dinámico determinar los esfuerzos de tiro. Las máquinas emplazadas en superficie usan tubos de entre 3 y 9,6 m de longitud, mientras que las situadas en un foso requieren tramos más cortos, entre 0,3 y 1, 5 m. Estos tramos suelen roscarse entre sí, aunque también hay conexiones tipo bayoneta. La tubería se incorpora a la perforación por tramos cargándose por un sistema automático de la máquina (Figura 5). Los tramos se pueden roscar o desenroscar de forma automática para acelerar la producción y seguridad de las operaciones.

Figura 10. Sistema de carga de tramos de tubería. Imagen de Zemin Arastrima Merkezi, Corp.

Figura 5. Sistema de carga de tramos de tubería. Imagen de Zemin Arastrima Merkezi, Corp.

A continuación os dejo un vídeo explicativo que espero sea de vuestro interés.

Referencias:

  • Cheng, E., and Polak, M. A. (2007). Theoretical model for calculating pulling loads for pipes in horizontal directional drilling. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 22, No. 5-6, pp. 633-643.
  • Gierczak, M. (2014). The qualitative risk assessment of mini, midi and maxi horizontal directional drilling projects. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 44, pp. 148-156.
  • IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
  • Wang, X., and Sterling, R. L. (2007). Stability analysis of a borehole wall during horizontal directional drilling. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 22, No. 5-6, pp. 620-632.
  • Yang, C. J., Zhu, W. D., Zhang, W. H., Zhu, X. H., and Ren, G. X. (2014). Determination of pipe pullback loads in horizontal directional drilling using an advanced computational dynamic model. Journal of engineering mechanics, Volume 140, No. 8, 04014060.
  • Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
  • Yepes, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp.
  • Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.
  • Zayed, T., and Mahmoud, M. (2013). Data acquisition and factors impacting productivity of horizontal directional drilling (HDD). Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 33, pp. 63-72.
  • Zayed, T., and Mahmoud, M. (2014). Neurofuzzy-based productivity prediction model for horizontal directional drilling. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, Volume 5, No. 3, 04014004.
20 abril, 2016
 
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Sistema de perforación ODEX

Detalle de la broca piloto del método ODEX (Atlas Copco)

El método ODEX (Overburden Drilling with the Eccentric) es un sistema de perforación con recubrimiento empleado cuando los terrenos están muy alterados o inestables. Es un método utilizado como una variante en rotopercusión, patentado por Atlas Copco. Se basa en la utilización de una broca piloto provista de botones de alta resistencia que girando en un sentido o en el opuesto puede tomar dos posiciones: una para perforar con entubación y otra sin ella.

Cuando se necesita entubación la broca toma una posición excéntrica y actúa como elemento escariador, agrandando ligeramente el diámetro de la perforación. De este modo la entubación puede descender sin resistencia del terreno a medida que avanza la excavación..

Con este sistema el equipo preciso es más simple que en el método OD, puesto que no es necesario perforar para que avance el tubo de recubrimiento y además pueden usarse simples tubos de acero de relativamente poco espesor, unidos entre sí por soldadura.

El método ODEX puede aplicarse con martillos en fondo o en cabeza, arrastrando en ambos casos el detritus por el interior de la entubación mediante aire comprimido. Sin embargo, en taladros de profundidad superior a 15 m es más recomendable el empleo de espumas que evacuan los residuos más eficazmente y además lubrican las paredes del taladro, lo cual facilita el descenso de la entubación.

Los sistemas ODEX se han convertido en el estándar para los contratistas de perforación dedicados al revestimiento de pozos de agua, pozos geotérmicos y trabajos de micropilotaje poco profundos. ODEX es ideal para perforaciones cortas en capa de recubrimiento homogénea.

En el siguiente vídeo podemos ver una comparativa entre los métodos OD y ODEX.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

9 noviembre, 2015
 
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El sistema de perforación OD

Perforación OD

EVERDIGM_Durawing Overburden Drilling System

En algunos casos, cuando las condiciones del terreno lo requiere (terrenos muy alterados o inestables, existencia de agua, etc.) o cuando es necesario recurrir a sistemas especiales de perforación, se puede realizar una entubación con recubrimiento, consistente en la entubación del taladro al mismo tiempo que se avanza en la perforación. El operario puede controlar el avance, escogiendo la combinación que mejor se adapte a las diversas capas del terreno, perforando a rotación con corona o a rotopercusión con la boca interior. Tanto la boca como la corona anular son de carburo de tungsteno. En ellos el sistema de barrido de detritus es muy eficaz, con una presión del fluido algo mayor de lo habitual.

Los dos métodos más extendidos de perforación con recubrimiento son los conocidos como método OD (overburden drilling) y método ODEX (overburden drilling with the eccentric). En este post describiremos brevemente el primero de ellos.

El sistema de perforación OD, consiste en perforar con avance simultáneo de una tubería exterior auxiliar y un varillaje conductor del elemento perforador propiamente dicho en su interior, ambos en giro solidario o independiente, dependiendo de las características de la maquinaria utilizada. Por ello también es conocido como sistema “Duplex”. Los mecanismos de percusión y rotación funcionan como unidades independientes. En cualquier etapa de la perforación, pueden extraerse muestras del terreno.

El método OD se aplicó de forma sistemática desde 1956 (excavación del canal de Lindo en Suecia) y desde entonces ha alcanzado una gran difusión por las indudables ventajas que presenta en terrenos inestables.

El equipo que se emplea en este método consta de:

  • Un conjunto de tubos roscados con una corona anular en su extremo.
  • Un conjunto de barras unidas por manguitos con una boca en cruz en su extremo, alojada en el interior de la entubación.
  • Un sistema de barrido de agua a alta presión.

La finalidad de la tubería exterior es la de contención de las paredes de la actuación, lo que evita el uso de lodos viscosos de perforación, bastando el uso de agua limpia o propia del suelo y/o aire como fluido de circulación para la extracción del detritus. El espacio de corona anular resultante entre la perforación y la tubería definitiva (mínimo 37 mm) permiten la ejecución de cementado, sellado y colocación de empaque de granular filtrante, condicionado por las características del suelo sondeado.

La ventaja del sistema consiste en la rapidez en la ejecución del avance de la perforación, sin modificar la permeabilidad del suelo. Sin embargo, los diámetros se limitan hasta 300 mm (suficientes para equipos de bombeo de baja capacidad). Por la propia mecánica de ejecución, cuya principal característica es la velocidad de avance e inalterabilidad de la permeabilidad del suelo sondeado, tiene su óptima eficiencia en la aplicación de control de nivel piezométrico.

En voladuras submarinas con medios neumáticos de carga, una vez se ha alcanzado la cota del fondo y después de introducir la entubación de plástico que es necesaria para cargar el explosivo, el entubado de la perforación se extrae.

En estos vídeos podemos ver cómo funciona la perforación OD con recubrimiento. Espero que os sean útiles.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

6 noviembre, 2015
 
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Perforación horizontal helicoidal (horizontal auger boring)

La perforación horizontal con tornillo helicoidal (horizontal auger boring) es una tecnología sin zanja (trenchless) que se utiliza para instalar tuberías metálicas o de hormigón de diámetros entre 100 y 1500 mm en terrenos blandos sin bloques. La perforación se realiza mediante el corte de un eje broca equipado con bordes de corte tipo cincel. Los escombros se evacuan del tornillo sin fin a través de la tubería y son conducidos hasta el inicio de la perforación. Esta tecnología permite instalaciones hasta de 240 m de longitud con control de dirección en los 360º vertical y horizontal). Es un procedimiento muy útil en instalaciones bajo estructuras como vías de cualquier tipo, cuerpos de agua, edificaciones etc.

Os dejo algunos vídeos para veáis su funcionamiento. El primero es una técnica no guiada, el segundo, técnica guiada.

Referencias:

YEPES, V. (2015). Maquinaria para sondeos, movimiento de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 242. Valencia, 404 pp.

Requerimientos en la ejecución de los barrenos

Perforacion barrenosLa perforación realizada en una voladura, consiste en la operación de llevar a cabo varias penetraciones cilíndricas en la superficie del macizo a volar, llamadas barrenos que tendrán una distribución y un ángulo de inclinación diseñados con el fin de producir el arranque, fragmentación y desplazamiento de parte del macizo rocoso. Estos barrenos alojarán las cargas explosivas que se detonarán con una secuencia de disparo diseñada para obtener un tamaño de piedra medio o fragmentación óptimos con mínimas proyecciones y vibraciones.

La correcta ejecución de los barrenos, sea cual sea el sistema de perforación empleado, se caracteriza fundamentalmente por los siguientes factores:

  • El diámetro del barreno
  • La longitud o profundidad del barreno
  • La desviación de la perforación
  • La estabilidad del barreno

 

(más…)

30 mayo, 2015
 
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Perforación a percusión con cable

Sondeo a percusión con cable.

La perforación a percusión con cable se basa en el golpeteo con una pesada herramienta de corte (trépano) que se eleva con un cable y que cae por gravedad, fragmentando el suelo. Resulta evidente, por tanto, que los sondeos realizados por esta máquina deben ser verticales.

Este sistema empezó a utilizarse en China en el 4000 A.C., consistiendo en un balancín que se contrapesaba con un grupo de hombres que efectuaban el tiro en un extremo de una cuerda mientras que de otra colgaba la sarta de perforación construida con cañas de bambú.

Su ámbito de aplicación se centra en terrenos de dureza media a baja o bien en aquellos otros duros que sean frágiles. Sin embargo, se encuentran contraindicados en terrenos detríticos no cohesionados, muy duros, abrasivos y plásticos.

La frecuencia de golpeo se encuentra en el entorno de 40 a 50 impactos/minuto, en función de los parámetros mecánicos del suelo perforado. Con ello se consiguen unos rendimientos medios de 2 a 4 m/día en materiales duros y de 10 a 20 m/día en materiales blandos. La percusión se consigue mediante un movimiento de balancín y manivela proporcionado por la máquina. La altura de caída del trépano dependerá de la dureza del terreno y de la profundidad del fondo de perforación. En máquinas normales, esta altura oscila entre 20 y 60 cm.

La perforación comienza hincando un tramo de tubería, generalmente de longitud inferior a 2 m y con un diámetro mayor al diámetro a perforar (700-800 mm), de forma que sirva de guía inicial al trépano. La entubación sólo es necesaria en casos de inestabilidad del terreno, en cuyo caso se entuban tuberías auxiliares recuperables aprovechando la percusión.

Con este sistema de perforación se hace necesario el uso de agua para facilitar la recogida del detritus formado. Este suelo fragmentado mezclado con agua forma un lodo viscoso que se recoge periódicamente mediante una válvula o cuchara de limpieza que se introduce cuando se detiene el golpeteo.

Estas cucharas consisten en una tubería terminada en su parte inferior en una válvula, que puede ser plana o de dardo. La plana, también llamada de charnela o de chapeta, hace mejor la limpieza del sondeo. La de dardo o lanza se usa fundamentalmente en pruebas de caudal. (más…)

15 mayo, 2015
 
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Perforación dirigida horizontal

perforacionLa perforación dirigida horizontal es un método de perforación empleado para la instalación de tuberías que evita la apertura de zanjas a cielo abierto minimizando el movimiento de tierras. Se utiliza fundamentalmente para la instalación de líneas de comunicación (fibra óptica, cables de datos), líneas eléctricas, gaseoductos, oleoductos y conducciones de agua a presión.

Esta tecnología opera mediante una máquina que perfora el suelo a lo largo de toda la trayectoria de la instalación, siendo orientada y seguida desde la superficie mediante un localizador que indica la posición, sin necesidad de pozos verticales, ya que la obra comienza desde la superficie. (más…)

19 marzo, 2015
 
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