tecnología sin zanjas – Página 2 – El blog de Víctor Yepes

Introducción a la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Esquema de Perforación Horizontal Dirigida

La Perforación Horizontal Dirigida PHD (HDD, de su acrónimo en inglés Horizontal Directional Drilling) para colocar nuevas tuberías sin zanja surgió de la fusión de las tecnologías empleadas en la captación de agua y del petróleo. Resulta sorprendente descubrir que Leonardo da Vinci inventó, en el siglo XV, la primera máquina de perforación horizontal que servía para introducir tuberías de madera. La primera instalación con PHD se realizó en 1971 con una tubería de acero de 180 mm para cruzar el río Pájaro cerca de Watsonville, California. Hoy es una técnica que se ha generalizado para franquear obstáculos como ríos, carreteras y zonas complicadas de atravesar mediante una excavación convencional. También se utiliza en las obras municipales para las conducciones de agua potable, gas natural, fibra óptica, cableados eléctricos, alcantarillado y similares cuando hay que cruzar edificios o calles.

Figura. Máquina de perforación horizontal ideada por Leonardo da Vinci, antes de 1495. Fuente: http://trenchless-australasia.com/

Lubrecht (2012) analiza las ventajas medioambientales de las técnicas PHD usadas en la descontaminación de suelos. Sin embargo, Ariaratnam y Proszek (2006) recuerdan los desorbitantes costes legales por daños a terceros en los que están incurriendo contratistas negligentes, tanto de PHD como de excavación tradicional. Ello obliga a sistemas muy precisos para detectar obstáculos y otras conducciones para evitar accidentes y explosiones (Jaganathan et al., 2011).

El movimiento de perforación habitualmente se realiza en un plano horizontal que contiene longitudinalmente a la línea de perforación, formada por la cabeza y la sarta de perforación. Al principio, con la técnica PHD en desarrollo, sólo se instalaban tuberías a presión y conductos de cables, sin que la inclinación fuera un parámetro crítico. Hoy las perforadoras cuentan con sistemas de guiado de alta precisión que permiten colocar tuberías de gravedad.

Se podría decir que la PHD es una técnica a medio camino entre la perforación de topo de percusión (impact moling) y el microtunelado. PHD proporciona un creciente número de opciones de instalación, pues la trayectoria de la perforación se puede cambiar en cualquier momento para sortear obstáculos superficiales o subterráneos. Las instalaciones habituales utilizan diámetros de 50 a 1200 mm y longitudes de hasta 2000 m. Si bien Allouche et al. (2000) indican que el 72% de las tuberías instaladas con PHD son de diámetros menores o iguales a 100 mm. Los materiales de las tuberías suelen ser de polietileno de alta densidad (PEAD), cloruro de polivinilo (PVC), acero y hierro dúctil. La fuerza de tiro se emplea para clasificar los sistemas PHD, pues está relacionado con el tamaño de máquina necesario, el diámetro del conducto a instalar y la longitud de perforación. Ariaratnam y Allouche (2000) proporcionan un buen compendio de recomendaciones y buenas prácticas relacionadas con esta técnica.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo que introduce la técnica de la Perforación Horizontal Dirigida.

Referencias:

Allouche, E., Ariaratnam, S., and Lueke, J. (2000). Horizontal Directional Drilling: Profile of an Emerging Industry. Journal of Construction Engineering and Management, Volume 126, No. 1, pp. 68–76.

Ariaratnam, S. T., and Allouche, E. N. (2000). Suggested practices for installations using horizontal directional drilling. Practice Periodical on Structural Design and Construction, Volume 5, No. 4, pp. 142-149.

Ariaratnam, S. T., and Proszek, J. (2006). Legal consequences of damages to underground facilities by horizontal directional drilling. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, Volume 132, No. 4, pp. 342-354.

IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.

Jaganathan, A. P., Shah, J. N., Allouche, E. N., Kieba, M., and Ziolkowski, C. J. (2011). Modeling of an obstacle detection sensor for horizontal directional drilling (HDD) operations. Automation in Construction, Volume 20, No. 8, pp. 1079-1086.

Lubrecht, M. D. (2012). Horizontal directional drilling: A green and sustainable technology for site remediation. Environmental Science & Technology, Volume 46, No. 5, pp. 2484-2489.

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.

Tecnologías sin zanja (trenchless)

Muchos servicios y canalizaciones se encuentran en zonas urbanas congestionadas. Su instalación, renovación o rehabilitación con métodos tradicionales de apertura de zanjas suponen grandes problemas e inconvenientes a la población. Las tecnologías sin zanja (trenchless) son a menudo económicamente más efectivas que las tecnologías de excavación con zanja (Yepes, 2014). Los plazos más cortos de ejecución, una mayor calidad en la construcción, un menor número de restricciones externas como el tráfico o el medio ambiente y la progresiva reducción de costes, está consolidando y extendiendo la tecnología de construcción sin zanja a nivel mundial. Por ejemplo, Tighe et al. (2002) afirman que la vida de un pavimento flexible se reduce aproximadamente el 30% de si se le abre una excavación. Además, los costes de mantenimiento y rehabilitación de dicho pavimento se incrementan notablemente. Por otra parte, son técnicas de bajo impacto ambiental pues evitan alteraciones en los biotopos naturales y en la afectación de la vida superficial. De hecho, Allouche et al. (2000) consideran que es el segmento de la industria de la construcción de las tecnologías sin zanja que más está creciendo. Cerca del 15% de las nuevas instalaciones subterráneas en Alemania se realizan con técnicas sin zanja (Bayer et al., 2005). Ma y Najafi (2007) explican el acelerado desarrollo de estas técnicas en China.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo sobre este tipo de tecnologías, que espero os sea útil.

Referencias:

Bayer, H.J. (Editor) (2005). HDD Practice Handbook. Vulkan-Verlag, Essen, Germany

IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.

Ma, B., and Najafi, M. (2008). Development and applications of trenchless technology in china. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 23, No. 4, pp. 476-480.

Tighe, S., Knight, M., Papoutsis, D., Rodriguez, V., and Walker, C. (2002). User cost savings in eliminating pavement excavations through employing trenchless technologies. Canadian Journal of Civil Engineering, Volume 29, No. 5, pp. 751–761.

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.

Una nueva forma de instalar infraestructuras en el subsuelo

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A continuación os paso información de interés sobre una jornada que se celebrará el próximo 10 de marzo de 2016. La IbSTT (Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja) presenta su apuesta por “Una nueva forma de instalar infraestructuras en el subsuelo”

Las Tecnologías SIN Zanja como TECNOLOGÍAS INNOVADORAS en el sector del AGUA han encontrado, en esta edición, SMAGUA 2016 su hueco en el seno de las Jornadas Oficiales, Feria de Zaragoza el jueves 10 de marzo en la sala 3 de 15:00 a 18:00
Con stand propio, stand 6 en el pabellón 4, y Asamblea General Puertas Abiertas-Networking en la sala 2 el jueves 10 a las 12:00

Son sus inusuales ventajas – evitar ruido, polvo o roturas del pavimento, no perjudicar la vida del ciudadano de a pie, comercios, circulación, tráfico. Su empleo reduce hasta el 25% los costes frente a tecnologías tradicionales, disminuyen la duración de la obra, facilitan la elaboración de los proyectos, y una reducción en las emisiones de CO2 de entre el 78% y el 90% frente a las técnicas que implican apertura de zanja- las hacen aptas para ser de eje estratégico en el desarrollo sostenible de las Ciudades del futuro, de las Ciudades Inteligentes, de las Smart Cities. En este marco, AGUA Y DESARROLLO SOSTENIBLE encajan con las Tecnologías SIN Zanja? POR SUPUESTO.

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Informe Brundtland

El informe Brundtland (1987) utilizó por primera vez el término desarrollo sostenible: Satisfacer las necesidades actuales sin comprometer las de las futuras generaciones. Las tecnologías SIN zanja son claves para afrontar los retos del desarrollo sostenible de las ciudades, al ser del todo necesario poner el desarrollo tecnológico al servicio de los ciudadanos. Las tecnologías SIN zanja son soluciones a medida e inteligentes, tecnologías limpias que minimizan los riesgos ambientales y garantizan el compromiso con la sociedad. Se trata de Soluciones innovadoras que los ciudadanos necesitan para un desarrollo sostenible de sus ciudades. Aportan soluciones tecnológicas de alto rendimiento que cuidan del medio ambiente y están aprobadas por la ONU (Programa 21, Capitulo 34) como unas tecnologías ecológicamente racionales y ambientalmente sostenibles, que ofrecen un rendimiento medioambientalmente mejorado en comparación con las técnicas que implican la tradicional apertura de zanja.

La Asociación Ibérica de tecnologías SIN zanjaIBSTT presenta su apuesta por “Una nueva forma de instalar infraestructuras en el subsuelo/ A new way to perform underground infraestructures” en SMAGUA de la mano de los de los MEJORES EXPERTOS NACIONALES E INTERNACIONALES, debatirán acerca de tecnologías y materiales que las Ciudades Inteligentes tienen que integrar en sus infraestructuras para cumplir con los Protocolos Ambientales y Sostenibles. LAS BARRERAS para hacerlo “no son tecnológicas –LA TECNOLOGÍA EXISTE–, si no POLÍTICAS Y SOCIALES; de COMPORTAMIENTO” de TOMA DE DECISIONES.

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Detalles de la jornada

La Jornada se ha articulado en una selección de propuestas diferenciales con “algo nuevo que enseñar”, en función de cinco ejes temáticos:

Introducción a las Tenologías SIN Zanja, Tecnologías No Dig, Trenchless Technology. Clasificación y Ventajas por Jorge Lamazares. Director SINZATEC
¿Cómo seleccionar tu Sistema de Rehabilitación de Redes? por Andrés Álvarez. Dirección de Redes SUEZ
¿Qué tenemos en el subsuelo? Localizando desde la superficie por Alberto Sastre. Director Técnico RADIOPOINT.
Últimas tecnologías disponibles para evitar accidentes al excavar. Sistemas de mapeado para cartografía digital: Georadar y Localizadores electromagnéticos por Alan Jones. Director Técnico PIPEHAWK. EUROPEAN GPR ASSOCIATION
La Perforación Horizontal Dirigida (PHD), Horizontal Directional Drilling o Técnicas HDD por Víctor Yepes. Profesor Titular Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. UPV. Ingeniería Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil
Obras Especiales por Carlos Gómez. Gerente APLES

En la sociedad actual no tienen cabida obras que colapsen la circulación de las grandes capitales o dejen sin agua o electricidad zonas financieras y barrios residenciales. Las tecnologías SIN zanja permiten llevar a cabo, con menores costes económicos y en tiempo récord, todas las actividades relacionadas el mantenimiento e instalación de los servicios enterrados: agua, luz, gas y telecomunicaciones (fibra óptica) y todo ello sin generar trastorno a los ciudadanos. En el resto de ciudades europeas, así es. Y en España también es posible. Aunque aún se note mucho,…, estamos en la era del WATER MANAGEMENT. Dos son sus pilares básicos: EFICIENCIA y RECUPERACIÓN DE COSTES. España debe ADECUAR su política del agua para afrontar los retos del futuro. LAS TECNOLOGÍAS SIN ZANJA mejoran la eficiencia al menor coste posible.

Fuente www.ibstt.org

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Una nueva forma de instalar infraestructuras en el subsuelo

El día 10 de marzo de 2016, dentro de las actividades organizadas por el 22 Salón Internacional del Agua y del Riego que se celebran en Zaragoza, se desarrollará una jornada técnica denominada “Una nueva forma de instalar infraestructuras en el subsuelo”. En dicha jornada tendré ocasión de intervenir con una ponencia sobre Perforación Horizontal Dirigida. La Jornada la organiza la Asociación Ibérica de Tecnología Sin Zanja IBSTT. Os dejo más información por si os interesa.

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Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida

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La tecnología SIN zanja. Un ejemplo de innovación en ingeniería.

La tecnología sin zanja, o trenchless en inglés, constituye una nueva forma de construir que utiliza de forma masiva las nuevas técnicas disponibles para instalar o reparar conducciones sin necesidad de abrir las molestas y, en muchas ocasiones, inseguras zanjas. Todos sufrimos las obras en nuestras ciudades, y la mayoría de ellas están provocadas por ampliaciones, mantenimiento o cambios en las conducciones que llevan las instalaciones básicas de la ciudad: fibra óptica, gas, agua, teléfono, etc.

En muchos artículos anteriores he ido desgranando algunas de las técnicas más importantes en este campo. En la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia, desde el último cambio en los programas de estudio que llevaron a los nuevos grados de ingeniería civil, se ha incorporado al temario de las asignaturas de Procedimientos de Construcción estas nuevas técnicas trenchless.

Pues bien, recientemente he sido invitado como profesor al Curso de Posgrado: Especialista en tecnologías sin zanja organizado por la Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja, la Fundación Gómez Pardo, la Universidad Politécnica de Madrid y la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas y Energía. Se trata de un curso que puede seguirse de forma presencial y en línea, y que ofrece numerosas becas a estudiantes y recién graduados. Cuenta con la participación de especialistas en la materia y empresas dedicadas a esta técnica, así como seminarios y demostraciones prácticas. Os dejo a continuación más información por si os interesa. Empezamos el 14 de octubre de 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 entre 100 y 1500 mm de diámetro 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 extraen del tornillo sin fin a través de la tubería y se conducen hasta el inicio de la perforación. Esta tecnología permite realizar instalaciones de hasta 240 m de longitud con control de dirección en los 360º, tanto vertical como 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 que veáis su funcionamiento. El primero es una técnica no guiada y el segundo, 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.

Perforación percusiva por compactación (impact moling)

Figura 1. Topo de percusión. http://www.groundforce.uk.com/

La perforación por compactación con topo de percusión (impact moling o earth piercing) consiste en una perforación por impacto empleada en la instalación de tuberías con tecnología sin zanja (trenchless). La perforación se realiza sin necesidad de desplazar el suelo (compaction boring). El proceso de perforación es independiente de la inserción de la tubería.

Se utiliza un dispositivo en forma de torpedo que contiene en la nariz un martillo de movimiento alternativo que, al golpear, provoca una fuerza de impacto que impulsa el torpedo hacia delante. Puede avanzar entre 7 y 120 cm por minuto. Después se inserta un cable que sirve para tirar de la tubería que se va a colocar. Si el tubo es rígido, entonces se empuja a través de un orificio abierto.

Pueden abrirse diámetros de 30 a 180 mm en una sola operación, aunque con múltiples pasadas pueden alcanzarse los 200-250 mm de diámetro. Los martillos neumáticos de perforación horizontal se utilizan normalmente para distancias de entre 5 y 25 m. Este método requiere, aparte de los correspondientes planos actualizados de servicios, el uso de técnicas indirectas de localización de líneas de servicio y tuberías, como el georradar (GPR) y el detector electromagnético de servicios, para evitar afectarlas durante la perforación.

Impact moling — Figura 2. Esquema de la perforación percusiva (*impact moling*)

A continuación, os dejo algunos vídeos para que veáis cómo funciona este método.

Referencias:

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