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1. Introducción

La Perforación Horizontal Dirigida, (PHD) es una técnica que requiere coordinar equipos, herramientas, fluidos, sistemas de navegación y tuberías en una secuencia constructiva previamente definida. El documento (Pintó Bascompte, 2025) organiza esta secuencia en torno a tres operaciones principales: perforación piloto, ensanche del túnel y pull back, o tiro de la tubería.

El proceso comienza con la preparación adecuada del emplazamiento y la adopción de las medidas de seguridad y protección medioambiental correspondientes. Después, se ejecuta la perforación piloto siguiendo el trazado establecido, se amplía el diámetro del túnel mediante una o varias operaciones de ensanche y, finalmente, se introduce la tubería. Cada etapa utiliza herramientas y parámetros específicos, pero todas forman parte de una misma operación constructiva.

El éxito de la ejecución depende de mantener bajo control la trayectoria, las condiciones del terreno, el fluido de perforación, las fuerzas de tiro y el comportamiento de la tubería. La guía también considera la comunicación entre los distintos puestos de trabajo, la gestión de residuos y de fluidos y la limpieza final del emplazamiento como componentes de la ejecución de la obra.

2. Seguridad durante la ejecución

La PHD presenta riesgos asociados tanto a la maquinaria como a las condiciones generadas por la propia perforación. Entre los peligros identificados en la guía figuran el deslizamiento provocado por el mud de perforación y el riesgo para las vías respiratorias debido al polvo de bentonita. También se consideran la manipulación de cargas suspendidas, los varillajes y los escariadores, así como los trabajos en superficies inclinadas.

Las conexiones del ensamblaje de perforación pueden estar sometidas a pares elevados durante las operaciones de apriete y aflojamiento. La guía también presta atención a la comunicación entre la cabina de control, la zona de la máquina perforadora y el lugar donde se ubica la tubería. Esta comunicación permite coordinar las operaciones que se llevan a cabo simultáneamente en distintos puntos de la obra.

La seguridad debe mantenerse durante toda la ejecución. La identificación de los servicios existentes, las infraestructuras enterradas, los accesos, los edificios próximos y otros elementos del entorno forma parte de la información necesaria para trabajar de manera controlada. También deben considerarse las posibles municiones o artefactos explosivos sin detonar presentes en la zona de trabajo.

3. Protección medioambiental

La ejecución de una PHD genera materiales excavados y fluidos que deben gestionarse adecuadamente. El procedimiento para la eliminación de detritus y del fluido de perforación debe estar definido en la planificación de la obra. Durante la perforación se controlan el volumen de detritus, el fluido y las condiciones hidráulicas en el túnel.

La protección del terreno comienza durante la instalación y continúa hasta la restitución final del emplazamiento. Las capas de terreno retiradas deben conservarse adecuadamente y, cuando sea necesario, separarse para permitir su restitución posterior conforme a su disposición original.

Los posibles derrames de aceites, gasóleos o grasas requieren medidas específicas. La zona de trabajo debe disponer de medios para absorber estos productos en caso de derrames imprevistos. El almacenamiento y la manipulación del fluido de perforación también deben realizarse de manera que se reduzcan los riesgos de contaminación.

4. Instalación de la obra

La instalación de los equipos debe realizarse conforme a la disposición prevista para el proyecto. La perforadora, los equipos auxiliares, las zonas destinadas al fluido de perforación y los espacios necesarios para preparar la tubería deben organizarse de modo que permitan ejecutar las distintas operaciones con seguridad.

Para instalaciones de mayor tamaño puede ser necesaria una grúa móvil con capacidad suficiente para manipular los equipos. La existencia de accesos adecuados y de una zona de trabajo segura condiciona la instalación. También deben excavarse y asegurarse las catas destinadas al mud.

La preparación del emplazamiento incluye las conexiones de suministro externo y la coordinación de las comunicaciones necesarias para responder a posibles emergencias. De este modo, la instalación constituye la primera fase física de la ejecución y prepara las condiciones para iniciar la perforación.

5. Perforación piloto

La perforación piloto constituye la primera de las tres operaciones básicas de una PHD. Durante esta fase, un cabezal de perforación se desplaza a lo largo del trazado previsto mientras la perforadora permanece en superficie. La fuerza de tiro y el par generados por la máquina se transmiten al cabezal a través de las varillas.

El primer conjunto ubicado dentro del túnel se denomina BHA (Bottom Hole Assembly). Según la guía, está formado por el tricono de perforación, el bent sub o adaptador inclinado y las varillas no magnéticas.

El conjunto se introduce en el terreno con el ángulo de entrada previamente establecido. El fluido de perforación, constituido por una suspensión de agua y bentonita, circula por el interior de las varillas hasta las boquillas del tricono, desde donde sale a presión. Parte del suelo disgregado se desplaza, mientras que la mayor parte es transportada hacia la superficie por el fluido que circula en el espacio anular.

La perforación avanza mediante la incorporación sucesiva de varillas. Cada nueva varilla permite prolongar el ensamblaje y continuar la trayectoria hasta que el cabezal alcance la cata de destino. La precisión alcanzada en esta fase condiciona las operaciones posteriores.

6. Herramientas para la perforación piloto

La herramienta utilizada depende de las características del terreno. Para terrenos suaves y sueltos se emplea el Jet Bit o tricono jet. Su funcionamiento se basa en la acción hidráulica del fluido que sale por las boquillas y actúa sobre el terreno situado delante de la herramienta.

Los triconos jet roller actúan sobre la roca mediante elementos mecánicos. Su configuración incluye brazos, asientos de los jets, rodillos y cojinetes. La guía relaciona estos elementos con la codificación IADC de las herramientas de perforación.

Para formaciones más duras se utilizan motores de lodos que proporcionan el par necesario. El control direccional se consigue mediante una varilla corta y angular, el bent sub, situada entre el ensamblaje y el motor. Para rocas densas y muy duras se contemplan herramientas con insertos de metal duro TCI.

7. Ensanche de la perforación

Una vez que la perforación piloto ha alcanzado la cata final, el tricono y la sonda se desmontan y se sustituyen por un escariador. Su finalidad es aumentar el diámetro del túnel hasta alcanzar las dimensiones requeridas. El diámetro final puede obtenerse mediante varias pasadas de ensanche.

La herramienta se selecciona según el terreno. En terrenos blandos se utilizan fly cutters; en terrenos de dureza media y alta, se emplean barrel reamers y, en formaciones rocosas, hole openers. Durante el escariado se tira de la herramienta hacia atrás mientras gira y se inyecta fluido de perforación.

Los Barrel Reamers presentan un cuerpo cilíndrico de acero con forma de barril y boquillas delanteras y traseras. Los Fly-Cutters tienen una configuración abierta formada por un anillo de corte conectado a una varilla central mediante varios puntales. Las boquillas pueden encontrarse en el anillo o en los puntales.

La herramienta de ensanche debe mantenerse alineada con el túnel previamente perforado. Para ello pueden utilizarse estabilizadores y centralizadores. El procedimiento convencional es el back reaming, en el que el escariador se tira desde el lado de la tubería hacia la máquina. También puede emplearse el push reaming, en el que el escariador se empuja desde la máquina hacia el terreno.

8. El fluido de perforación

El fluido de perforación es uno de los elementos técnicos principales de la PHD. La guía establece controles para la densidad, la viscosidad, el pH, el volumen de circulación y el contenido de sólidos.

Para un fluido compuesto por agua y bentonita, la densidad indicada se sitúa entre 1,02 y 1,06 g/cm³. En el fluido de retorno se establece un máximo del 30 % de sólidos en suspensión.

La viscosidad se controla mediante el Marsh Funnel. Para terrenos arcillosos se indican valores de 30 a 40 segundos; para arena cohesiva, de 35 a 40 segundos; para arena no cohesiva, de 45 a 60 segundos; para arena gruesa, de 60 a 80 segundos; y para grava gruesa, valores superiores a 80 segundos.

El pH de la bentonita debe situarse entre 8 y 10. El volumen de circulación, expresado en litros por minuto, debe controlarse y registrarse continuamente. Este registro permite detectar pérdidas o disminuciones del fluido durante la ejecución.

El retorno continuo del lodo permite controlar las condiciones hidráulicas del túnel. La guía relaciona la prevención de presiones excesivas con el mantenimiento del espacio anular, el aumento de la cobertura cuando sea necesario, la ejecución de perforaciones o catas destinadas a aliviar la presión, la adaptación del lodo a la geología y el control permanente de la presión y del retorno.

También deben controlarse la velocidad de perforación y las condiciones de limpieza. Después de intervalos de espera, puede ser necesario hacer girar la sarta para romper la estructura de gel del lodo. Cuando se registran intervalos prolongados, se contempla la limpieza del túnel y la eliminación de detritus.

9. Sistemas de localización y navegación

La localización del cabezal permite controlar su posición respecto al trazado previsto. La guía distingue tres sistemas: Walk-Over, Wire-Line y brújula giroscópica.

El sistema Walk-Over se utiliza en equipos de perforación de menor tamaño. Un sensor situado detrás del cabezal proporciona información sobre su posición bajo tierra y permite seguir la evolución de la trayectoria.

El sistema Wire-Line utiliza una sonda situada en el ensamblaje y conectada mediante un cable. La posición se determina mediante el campo magnético terrestre y la gravedad. La información se transmite a la cabina de control, lo que permite controlar la trayectoria durante la perforación.

La brújula giroscópica constituye otro sistema de navegación contemplado en la guía. En perforaciones de gran longitud se emplean sistemas especiales. Uno de ellos es la perforación por intersección, en la que se inicia la perforación desde ambos lados y se alinean las dos trayectorias hasta que se produce el encuentro de los BHA.

La guía registra un récord de 5,2 km en el puerto de Hong Kong asociado a este tipo de sistema. También presenta navegación paralela mediante un anillo externo parcial.

10. Construcción y preparación de la tubería

La tubería debe prepararse antes del pull back. El documento contempla cuatro materiales principales: acero, hierro fundido dúctil, polietileno y polipropileno.

Las tuberías de acero se utilizan principalmente para transportar gases y líquidos a alta presión. El hierro fundido dúctil se emplea para el agua potable y el agua residual, especialmente el residual agresivo. El polietileno y el PEAD se extruyen y suministran en longitudes continuas, limitadas principalmente por las capacidades de transporte.

Durante la preparación deben considerarse los rodillos de enfilado, el posible estirado del tubo sin rodillos y la sobretorsión. La tubería debe quedar preparada para que el tiro pueda realizarse sin introducir esfuerzos no previstos en la conducción.

El tubo preparado para el pull back se coloca normalmente sobre rodillos. Estos facilitan su desplazamiento durante el tiro y permiten controlar su posición antes de entrar en el túnel.

11. Pull back o tiro de la tubería

Una vez preparado el túnel, comienza la operación de pull back. La tubería se conecta al conjunto de perforación y se arrastra hacia la máquina mientras el escariador sigue girando.

La conexión se realiza mediante un sistema antigiro, denominado swivel, y una conexión universal. El swivel permite transmitir la fuerza de tiro sin transmitir al tubo el par de rotación generado por la herramienta.

El control de esta operación incluye el registro de los parámetros del pull back y la detección de las fuerzas de tiro. La guía incorpora estos datos en la documentación que debe aportar el contratista.

12. Sobretorsión y comportamiento de la tubería

La geometría de salida condiciona la disposición de la tubería durante el pull back. El documento dedica un apartado específico a la sobretorsión y a los elementos empleados para preparar el tubo. Entre ellos figuran los rodillos, las placas deslizadoras y las condiciones de tiro, con o sin rodillos.

El comportamiento de la tubería dentro de la perforación también depende de su interacción con el fluido. La guía expresa esta condición mediante dos situaciones: cuando E < P, el tubo arrastra por el fondo del microtúnel; cuando E > P, arrastra por la parte superior. El documento relaciona estas condiciones con el cálculo de la suspensión.

La preparación de la tubería debe considerar simultáneamente las fuerzas de tracción y de torsión, así como su comportamiento en el túnel. Por ello, las tensiones de la tubería, las fuerzas de tiro y la torsión forman parte de los datos que deben definirse y controlarse durante el proyecto.

13. Cementación y control de fugas de lodo

El espacio anular entre la pared del túnel y la tubería principal debe cementarse cuando exista riesgo de asentamiento o drenaje, o cuando exista una diferencia importante de altura entre la entrada y la salida. La guía menciona, como ejemplos, los cruces de líneas ferroviarias y de diques.

Durante la cementación debe rellenarse completamente el espacio anular. Los materiales de aislamiento deben mantenerse en contacto con la pared del túnel sin retroceso, manteniendo las condiciones requeridas en el espacio existente alrededor de la conducción.

Las fugas de lodo requieren un control continuo, ya que alteran las condiciones hidráulicas del túnel. Su prevención se relaciona con la presión, el retorno del fluido, la velocidad de perforación, la limpieza del anular y la adaptación del fluido a las condiciones geológicas.

14. Limpieza y restitución de la obra

Una vez finalizada la instalación, la obra debe limpiarse y quedar lista para su aceptación o recuperación. La guía contempla la limpieza de la máquina, el engrase de las varillas y la protección de sus roscas.

También deben desmontarse los mecanismos e instalaciones auxiliares, retirarse las líneas de suministro externo y eliminarse los residuos del fluido de perforación y otros residuos selectivos. Las instalaciones retiradas temporalmente deben restituirse y los accesos repararse.

La actuación final consiste en dejar el emplazamiento en condiciones adecuadas para su aceptación por el propietario o sus representantes legales.

15. Lectura integrada del proceso de ejecución

La PHD debe estudiarse como una secuencia en la que cada operación prepara la siguiente. La perforación piloto establece la trayectoria; el ensanche transforma esa trayectoria en un túnel con el diámetro requerido; y el pull back utiliza ese túnel para introducir la tubería.

Las herramientas se seleccionan en función del terreno, mientras que el fluido se controla en función de las condiciones del terreno. La navegación permite conocer la posición del cabezal y mantener la trayectoria. La preparación de la tubería, los rodillos, el control de la sobretorsión y las fuerzas de tiro permiten completar la instalación.

El proceso constructivo concluye con el control de las condiciones finales, la retirada de los equipos, la gestión de residuos y la restitución del emplazamiento. La ejecución de una PHD comprende, por tanto, tanto la creación del túnel como todas las operaciones necesarias para instalar la tubería y devolver la zona a condiciones aceptables.

Referencia:

PINTÓ BASCOMPTE, J.D. (2026). Módulo M7-2 del Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Parte 2.

 

1. Introducción: qué es la Perforación Horizontal Dirigida

La Perforación Horizontal Dirigida, PHD, conocida también por sus siglas en inglés, HDD (Horizontal Directional Drilling), es presentada en el material como un sistema constructivo sin zanja. La secuencia básica consiste en realizar primero una perforación guía dirigida, ejecutar después el ensanche de la perforación e introducir finalmente la tubería definitiva desde el lado de salida. El documento (Pintó Bascompte, 2025) sitúa esta técnica dentro de un rango de microtúnel comprendido entre Ø 60 mm y 1600 mm.

La PHD se describe como un método rápido, limpio y ecológico que permite instalar servicios como el agua, el gas, la electricidad y las comunicaciones. También permite instalar tuberías por debajo del nivel freático y se relaciona con trabajos de descontaminación de suelos, así como con la reconstrucción y la ampliación de colectores. El principio didáctico que organiza todo el capítulo es sencillo: antes de instalar hay que planificar.

La guía se estructura en cuatro grandes bloques: principios del proyecto, geología y subsuelo, autorizaciones y planificación del proyecto. Para valorar la viabilidad de una PHD se necesita información básica que normalmente entrega el cliente, especialmente documentación relativa a la topografía y a la geología del área próxima a la obra.

2. Información inicial necesaria para definir el proyecto

2.1. Plano de ubicación general

El plano de ubicación general permite situar las vías de acceso, la obra, la tubería, las zonas de almacenaje y de ensamblaje del tubo, y otras instalaciones necesarias para la construcción. La escala indicada en el material se sitúa entre 1:5.000 y 1:25.000. Su función es proporcionar una visión territorial del conjunto de la actuación y de los espacios que deberán utilizarse durante la ejecución.

2.2. Vista en planta

Para estudiar la geometría de la perforación prevista se necesita un plano fiable y detallado en planta. Debe permitir valorar la longitud de la perforación, la distancia respecto de los edificios circundantes y la anchura de las estructuras existentes o previstas en el subsuelo. La información debe relacionarse, cuando proceda, con la fecha de la cartografía o de los mapas cartográficos relevantes. La escala indicada es de 1:500 a 1:1.000. El material muestra, como ejemplos, una vista en Google Earth, una representación en AutoCAD y una ortofoto.

2.3. Sección transversal y perfil

Para determinar el perfil de la perforación se necesita información sobre las cotas del terreno a lo largo de la trayectoria prevista. También deben considerarse las distancias a zonas concretas y a posibles obstáculos. El documento recomienda referir la información de las secciones longitudinales a la fecha de la cartografía o de los mapas cartográficos relevantes, de ámbito nacional, y señala una escala de 1:100 a 1:250.

2.4. Profundidad de arroyos y ríos

Cuando se deba cruzar un arroyo o un río y no se disponga de datos sobre su profundidad, debe realizarse una batimetría o disponer de series de profundidades para determinar el nivel del fondo del río o del mar. El material considera esta información necesaria para diseñar una distancia de seguridad y garantizar un fondo aceptable y seguro entre la masa de agua y el túnel.

2.5. Mapas históricos

Los mapas históricos adquieren especial interés en zonas donde exista una alta probabilidad de encontrar objetos arqueológicos anteriores a los planos de infraestructura actuales. También pueden revelar infraestructuras antiguas que ya no figuran en la documentación disponible. Por ello, la investigación previa no debe limitarse a la cartografía contemporánea.

2.6. Infraestructuras y servicios existentes

Si existen cables, tuberías, conductos u otros servicios próximos al cruce, deben identificarse su posición exacta, sus especificaciones y el medio que transportan o suministran. Esta información es relevante tanto cuando los servicios se cruzan con la perforación como cuando discurren en paralelo a una distancia inferior a 20 m. Antes de comenzar la construcción, el contratista debe comprobar los resultados de estas investigaciones y contrastarlos con las autoridades locales y los proveedores de servicios.

El material fija, además, una distancia de seguridad entre la PHD piloto y los servicios existentes: debe ser de dos veces el diámetro de la PHD respecto del eje de la perforación piloto y de la parte exterior del servicio, con un mínimo de 50 cm respecto de la parte exterior del último escariado. Esta condición debe incorporarse al trazado y al control geométrico de la perforación.

2.7. Cimentaciones y otras infraestructuras

Cuando existan obras de ingeniería civil próximas al cruce, o vestigios de ellas en forma de túneles, cimentaciones u otros trabajos, deben determinarse e identificarse su posición exacta y sus dimensiones. La distancia mínima entre el eje de la perforación PHD y cualquier otra estructura no debe ser inferior a 2 m.

2.8. Datos climáticos e hidrográficos

Según la región, la climatología puede condicionar la planificación. Deben considerarse la distribución y la cantidad de las precipitaciones, la temperatura, la frecuencia de las fluctuaciones y los valores absolutos. Para los datos hidrográficos deben contemplarse las condiciones generales y la amplitud de las mareas.

Cuando se emplee agua corriente, de río, de canal o subterránea para preparar el fluido de perforación, se requieren datos sobre su calidad. El material identifica como parámetros de interés el pH, la salinidad, la alcalinidad y la dureza. El pH se define como una medida de la acidez o alcalinidad de una disolución y como indicador de la concentración de iones de hidrógeno; se proporciona como referencia un valor de pH entre 8 y 10. La salinidad se define como el contenido salino en suelos o agua y se relaciona con la conductividad eléctrica; se considera un valor inferior a 750 µS/cm como referencia. El material también menciona como unidades mhos/cm o Siemens.

3. Geología y subsuelo

La investigación del subsuelo tiene dos objetivos directos: evaluar la viabilidad del proyecto y reducir los riesgos geológicos. El material establece que una persona experta debe planificar las investigaciones, supervisar las actividades realizadas in situ y en el laboratorio, y redactar el informe geotécnico. El alcance de la investigación depende de las condiciones geográficas y geológicas, así como de los datos del proyecto. Cuando existen condiciones geológicas poco habituales o estructuras del terreno más complejas, debe realizarse una investigación más extensa.

3.1. Clasificación y evaluación de documentos existentes

Deben estudiarse los mapas y los materiales disponibles, incluidos los mapas geológicos, las secciones, los registros de perforación y los perfiles. También deben aprovecharse de las investigaciones geotécnicas realizadas para construcciones anteriores, como puentes y cimentaciones, siempre que se encuentren en las inmediaciones del proyecto.

3.2. Investigación histórica

La investigación histórica debe considerar las inmediaciones del proyecto de PHD, especialmente las zonas industriales próximas, las edificaciones anteriores y las construcciones abandonadas. También debe incluir posibles hallazgos arqueológicos o áreas identificadas como potencialmente relevantes, aunque las autoridades locales no siempre hayan comunicado su existencia. Además de revisar los archivos disponibles, el material considera obligatoria, en términos profesionales, una visita de obra. La investigación también debe contemplar la posibilidad de encontrar municiones y explosivos sin detonar.

3.3. Sondeos

Para conocer las condiciones del terreno, se realizan sondeos verticales para recuperar testigos. El material indica intervalos de 50 a 100 m, en orden alternado, con los sondeos situados aproximadamente a 5 m de la línea central de la trayectoria prevista. La profundidad debe situarse entre 2 y 5 m por debajo del nivel inferior del perfil de perforación proyectado. Estos intervalos deben respetarse especialmente en los tramos próximos al agua.

Entre los métodos de sondeo se enumeran la perforación rotativa con recuperación de testigo, la perforación helicoidal, la perforación a percusión y la perforación vibrocore. Para obtener muestras se citan tres procedimientos habituales: recuperación continua de muestras del núcleo, recuperación continua de muestras fuera del núcleo y obtención de muestras de suelo incompletas.

3.4. Ensayos de penetración: SPT

Los ensayos de penetración se realizan en las inmediaciones de la perforación y sirven para determinar parámetros del suelo, como la compactación en suelos de baja cohesión o la consistencia en suelos de alta cohesión, y para identificar límites dentro de la estructura de los estratos.

El Test de Penetración Estándar (SPT, Standard Penetration Test) mide la resistencia del suelo a la penetración de un muestreador estándar. El ensayo utiliza un martillo de 63,5 kg que cae desde una altura de 76 cm. El muestreador tiene un diámetro exterior de 50,8 mm, equivalente a 2 pulgadas. El resultado principal es el valor N o número de golpes SPT, que representa la resistencia a la penetración del terreno. El muestreador estándar, también denominado muestreador partido o split spoon sampler, presenta dimensiones normalizadas según ASTM D1586 o UNE 103-800.

La ejecución del SPT se divide en tres fases de 15 cm cada una. Primero se hinca el muestreador 15 cm para atravesar el suelo alterado por la perforación; estos golpes no se contabilizan. Después, se realiza una primera medición de otros 15 cm y se registra el número de golpes. Finalmente se ejecuta una segunda medición de 15 cm y también se registra el número de golpes. El valor N se obtiene sumando los golpes de las dos últimas fases: N = N2 + N3. El muestreador penetra 45 cm en total, pero solo los últimos 30 cm se emplean para calcular N.

3.5. Investigaciones geofísicas

Las investigaciones geofísicas sirven para verificar los resultados y los datos obtenidos mediante las investigaciones del subsuelo. Su tipo y alcance dependen de las condiciones geológicas identificadas mediante sondeos y ensayos de penetración, así como de las condiciones locales, entre ellas el nivel del suelo, el uso de la zona y los efectos de los alrededores. Los procedimientos geofísicos pueden ejecutarse desde tierra o desde medios acuáticos. El material cita dos técnicas: el reflejo electromagnético, o georradar, y la tomografía eléctrica.

3.6. Pruebas de laboratorio

Las muestras obtenidas en las investigaciones in situ deben analizarse en el laboratorio. Para suelos no cohesivos e inconsolidados se citan, como mínimo, ensayos sobre el tamaño y la distribución de las partículas, la forma de las partículas, la densidad relativa, el ratio de compactación y la permeabilidad. Para las capas examinadas y los suelos cohesivos se indican la forma estructural y apariencia y los límites líquido y plástico de Atterberg.

Pueden ser necesarias pruebas adicionales cuando existan condiciones específicas, como las arcillas expansivas. En la roca, las discontinuidades, las cavidades y los efectos del desgaste pueden influir significativamente en su comportamiento de ingeniería. Por ello, se indican ensayos sobre la estructura de la roca, incluyendo la estratificación y las fisuras, el estado de desgaste, la resistencia a tracción y la resistencia a compresión simple.

3.7. Informe geotécnico

El informe geotécnico permite al ingeniero cualificado o al contratista evaluar la viabilidad de perforar a través de las capas del terreno. Debe recoger las características del terreno relacionadas con el uso de la PHD, la información relevante sobre el suelo para evaluar los fluidos de perforación, incluida la permeabilidad de la formación, los registros de perforación y los resultados de las pruebas de penetración, la información geofísica y su ubicación, las pruebas geofísicas, la información histórica y la presencia de obstrucciones o anomalías geológicas cuando existan. La sección geológica no debe representarse a escala exagerada ni distorsionada.

4. Autorizaciones

El material dedica un apartado específico a las autorizaciones y diferencia la participación del cliente de la del contratista. Las diapositivas disponibles en este módulo presentan a estos dos responsables en apartados separados, pero no establecen una relación concreta de permisos, organismos, trámites ni documentos administrativos. Por ello, este capítulo conserva esa información sin añadir requisitos externos que no figuran en el material.

5. Planificación del proyecto

La planificación del proyecto se divide en principios básicos, planos, cálculos y planificación de la construcción. El establecimiento del perfil de perforación entre los puntos de entrada y de salida es uno de los elementos centrales. Para que el perfil diseñado pueda ejecutarse, deben comprobarse el trazado, los radios de curvatura, el diámetro del túnel y las tolerancias.

5.1. Trazado y ángulos de entrada y salida

Los ángulos de entrada y salida deben ajustarse al radio de curvatura de la tubería a instalar. El material sitúa estos ángulos entre 6° y 15°, según el equipo de perforación seleccionado. Como regla general indicada en la guía, el ángulo debe ser más plano cuanto mayor sea el diámetro de la tubería.

El ángulo de entrada puede ser más inclinado cuando no sea necesario que el personal trabaje en la máquina, como en trabajos de perforación pequeños. El ángulo de salida puede ser más inclinado cuando los tubos presentan un radio de curvatura menor, por ejemplo, en las tuberías de PE, lo que da lugar a una inclinación menor o a una mayor arqueada en el punto de salida.

5.2. Secciones rectas de entrada y salida

Los primeros y últimos tramos de la perforación deberían ser rectos y debe evitarse introducir un radio de perforación en esas zonas. Se trata de áreas con poca profundidad de cobertura y menor compactación, por lo que un suelo inestable suele ser poco adecuado para ejecutar curvas en las secciones de entrada y salida. La longitud de los tramos rectos depende de las dimensiones del túnel, del peso y de la rigidez del ensamblaje del extremo del túnel, BHA (Bottom Hole Assembly). Cuanto mayor sea el túnel y cuanto más pesado y rígido sea el ensamblaje de fondo, más largos deberían ser estos tramos. El primer tramo de la línea de perforación debe ser lo más largo posible y tener, como mínimo, la longitud de dos varillas de perforación.

5.3. Cobertura

La cobertura es la distancia entre el extremo de la tubería y la superficie, el lecho de un río o el fondo del mar. Debe calcularse una cobertura mínima en función de las condiciones del suelo para evitar la rotura del lodo. Según el material, la cobertura debería ser igual al diámetro del tubo multiplicado por un factor comprendido entre 10 y 15. Así, para una tubería de 800 mm, la cobertura en zonas de agua debería ser de 8 a 12 m.

Las coberturas inferiores a 5 m que puedan resultar de aplicar esa regla a tuberías de menor diámetro deben valorarse críticamente y caso por caso. Para carreteras principales, autopistas y otros obstáculos que deban cruzarse, se indican valores de cobertura similares. En los cruces de carreteras deben consultarse las normas nacionales adicionales, la información específica y las aprobaciones requeridas por la entidad correspondiente. También existen normas nacionales adicionales para los cruces de vías férreas. El material relaciona una mayor profundidad de cobertura con una menor probabilidad de rotura de lodo y de colapsos subterráneos.

5.4. Radio de curvatura

El radio mínimo de curvatura admisible desempeña un papel decisivo en el diseño del perfil. Debe diferenciarse entre el radio mínimo permitido por las varillas de perforación y el permitido por la tubería a instalar. Para perforaciones pequeñas y tuberías de PE, la guía indica que el radio mínimo suele determinarse por el radio de las varillas. En perforaciones grandes y con tubos de acero, el radio mínimo de la línea de tubería puede determinar el diseño. Cuando el varillaje determina el radio mínimo, el perfil puede calcularse con los valores recomendados por el fabricante. Como guía, se propone asumir radios de entre 30 y 250 m.

La trayectoria se determina conjuntamente a partir del ángulo de entrada, del desplazamiento y de la profundidad mínima, respetando los límites de curvatura. El material plantea el cálculo del desplazamiento B y de la inclinación de entrada A necesarios para alcanzar una profundidad mínima D y remite a una tabla de cálculo incluida en la presentación.

5.5. Sobre torsión

Durante el pull-back, cuando la tubería se introduce en el túnel, la línea describe una curva dentro de la perforación antes de pasar al tramo recto. Esta zona se denomina sobre torsión. El material indica que, durante la operación de tiro, la presión en la sobre torsión es cero, por lo que el valor de corrección de seguridad puede reducirse a S = 1,3. La presentación muestra una ecuación de Mohr para el radio mínimo de curvatura de la sobre torsión y define Rmin como radio de torsión mínimo permisible, Da como diámetro exterior del tubo y K como límite de elasticidad mínimo.

Por razones prácticas relacionadas con la rigidez de la tubería, sobre todo en grandes diámetros, debe escogerse un radio mayor en la sobre torsión. Como valor de referencia, se propone un radio, expresado en metros, igual a 0,8 veces el diámetro de la tubería, expresado en milímetros. Para un tubo de 800 mm, el ejemplo del material da un radio de sobre torsión de 640 m.

5.6. Radios combinados

Cuando además de una curva vertical existe una curva horizontal, el radio combinado es menor que el radio horizontal o que el radio vertical. El radio combinado se define como el radio aplicable o efectivo a la curva de la tubería. Para planificar y ejecutar la perforación, el radio mínimo calculado debe compararse con el radio mínimo permitido para los radios combinados.

5.7. Diámetro del túnel y espacio anular

El espacio anular expresa la relación entre el diámetro de la tubería y el diámetro de la perforación. Para calcularlo debe tomarse como referencia el mayor diámetro de la tubería, especialmente en las zonas de juntas o uniones, como puede ocurrir con tubos de acero fundido o con manguitos electrosoldables. Un espacio anular adecuado permite un pull-back suave de la tubería dentro del túnel perforado.

El material indica factores aceptables para calcular un anular adecuado de 1,2 en suelos estables y de 1,5 en suelos inestables.

5.8. Tolerancias

En la perforación piloto se establecen varias tolerancias generales. Salvo en los puntos de entrada y salida, las desviaciones del perfil respecto del trazado previsto en cada dirección no deben superar el 10 % del máximo de posición lateral y de profundidad. La desviación del radio del agujero respecto del radio de diseño no debe superar el 10 %. En el punto de entrada, la desviación indicada corresponde al diámetro del tubo multiplicado por un factor de 1, con un máximo de 0,3 m. En el punto de salida, la desviación indicada corresponde al 2 % de la longitud de la perforación, con un máximo de 5,0 m.

6. Planos del proyecto

Los planos constituyen una parte central de la planificación de una PHD. Deben incluir el tramo longitudinal, la vista en planta, la sección transversal, el trazado de la obra con la ubicación de la tubería y de la máquina, y la zona de enfilado y de tendido de la tubería sobre rodillos.

Para planificar estos proyectos son especialmente relevantes los planos de las secciones longitudinales, el mapa topográfico y las secciones transversales. En perforaciones de mayor tamaño deben prepararse también los planos del trazado de obra en los lados de entrada y salida, los planos de la zona de enfilado y sobre torsión y las zonas de expropiación temporal necesarias para la construcción.

7. Cálculos de construcción y funcionamiento

La planificación incluye cálculos diferenciados según las condiciones analizadas. Los cálculos relativos a las condiciones de construcción son responsabilidad del contratista, mientras que los relativos a las condiciones de funcionamiento son responsabilidad del cliente.

7.1. Condiciones de construcción: fuerza de tiro

Cuando se estira una tubería mediante PHD, deben responderse dos preguntas: si las tensiones producidas en la línea durante el pull-back se mantienen dentro de los niveles permitidos y si la máquina y el equipo pueden proporcionar la fuerza suficiente para instalarla. Para responderlas, hay que determinar la fuerza máxima esperada durante el pull-back.

Debe distinguirse entre las fuerzas de fricción que actúan sobre la tubería y las que debe desarrollar todo el sistema de perforación. Estas últimas son mayores porque deben superar, además, las fuerzas de fricción asociadas al conjunto formado por la tubería, el escariador y el swivel o elemento antigiro.

7.2. Fuerza de tiro en la cabeza de tiro

Durante el pull-back, una parte de la tubería ya está dentro de la perforación y otra parte permanece sobre los rodillos y fuera del túnel. La fuerza necesaria para superar la fricción sobre los rodillos depende del peso de la tubería, incluido el revestimiento, el casing y el sistema de lastre asociado a la flotabilidad del agua; del tipo y geometría de los rodillos; del tipo y estado de su superficie; del radio de la sobre torsión; de la longitud de tubería situada entre los soportes; y de las condiciones de los soportes, incluida su lubricación.

Dentro del túnel, las fuerzas necesarias para superar la fricción dependen de la fricción entre la superficie de la tubería y el fluido de perforación, de la fricción entre la superficie de la tubería y la pared del túnel y del radio combinado de la perforación. La fricción entre la tubería y el fluido depende principalmente del tipo de revestimiento y de parámetros del fluido, como la densidad, la viscosidad, la cantidad de partículas en suspensión y la velocidad del caudal en el espacio anular.

La fricción entre la tubería y la pared del túnel está condicionada por los parámetros del terreno y su coeficiente de fricción, por el lastre negativo o positivo de la línea dentro del túnel y por la geometría general de la perforación, especialmente por sus radios de curvatura.

7.3. Fuerza de tiro en la perforación

Las fuerzas que debe desarrollar la máquina perforadora son superiores a las que aparecen en la cabeza de tiro porque la máquina debe tirar del tubo y, además, del ensamblaje y del BHA, o Bottom Hole Assembly. La magnitud de la fricción depende de los parámetros técnicos de la máquina y de los componentes del ensamblaje de tiro, incluidos el equipo auxiliar, la forma de las conexiones y el peso de las varillas. La geometría del túnel también desempeña un papel importante en la fricción que se produce en las varillas.

Cuanto mayor sea el radio del túnel y cuanto más suave y preciso sea el eje perforado, menor será la fuerza de pull-back. Además, a medida que avanza la operación de pull-back, disminuye la componente de la fuerza debida a la fricción delante de la cabeza de tiro, ya que quedan menos varillas en el túnel.

7.4. Métodos de cálculo de la fuerza de tiro

El material cita dos métodos utilizados con frecuencia: la norma holandesa NEN 3651 y los métodos de la AGA, Asociación de Gas Americana. Con ambos procedimientos puede calcularse la fuerza máxima esperada en la cabeza de tiro de la línea de tubería, donde el máximo se produce, según la guía, justo antes de finalizar la operación de tiro.

También se proporciona una ecuación aproximada derivada de datos empíricos de operaciones reales: F [kN] = L × D × f × π. En ella, F es la fuerza de tiro en kN, L es la longitud de la perforación en m, D es el diámetro del tubo en m, f es el factor indicado en la tabla siguiente y π se toma como 3,14.

La tabla del material descompone el factor en seis características. Para el material del tubo, el valor es 0,3 para un material flexible, como el PE, y 0,4 para un material rígido, como el acero. Para el radio de perforación, se indica 0,5 para radio pequeño y 0,3 para radio grande. Para la suma angular, se indica 0,3 para valores inferiores a 15° y 0,5 para valores superiores a 30°. Para los obstáculos en el perfil, se indica 0,5 cuando hay alta probabilidad y 0,3 cuando hay baja probabilidad. Para un tubo perfectamente pesado, se indica 0,3 cuando la condición se cumple y 0,5 cuando no se cumple. Finalmente, para las características de fricción del suelo, se indica 0,5 para condiciones exigentes y 0,3 para condiciones estándar.

7.5. Tensiones de la línea de tubería

El cálculo de las fuerzas máximas de tiro permite determinar la capacidad necesaria de la máquina perforadora, el sistema de anclaje requerido, las tensiones en la línea de tubería durante la instalación y la torsión del tubo, considerando el radio del túnel y la fuerza de retorno.

Para el pull-back de tuberías de polietileno, deben realizarse comprobaciones de resistencia a la torsión, al aplastamiento y a la presión del fluido de perforación. Esta última puede compensarse mediante una cabeza de tiro abierta o mediante el llenado de la tubería de agua. Para la instalación pueden utilizarse cálculos basados en el módulo elástico a corto plazo.

7.6. Capacidad de la máquina perforadora

El material indica que no existe un modelo ampliamente aceptado para determinar la capacidad de la perforadora en términos de fuerza de tiro. Durante el tiro pueden producirse interrupciones prolongadas o colapsos de la perforación, por lo que las fuerzas reales pueden superar las calculadas con los modelos citados. Como valor de referencia, y dependiendo de la geología que se deba perforar, se recomienda un factor de seguridad de 2 a 3.

7.7. Capacidades del equipo de fluido

Las unidades de suministro, como las bombas de fluido de perforación de alta presión, y las capacidades de separación de la unidad deben ser capaces de suministrar o reciclar los caudales necesarios en las tres fases señaladas: perforación piloto, ensanche y pull-back.

7.8. Anclaje de la máquina

Las fuerzas de tiro de las máquinas perforadoras deben asegurarse mediante un anclaje adecuado. El material recomienda que las dimensiones del anclaje se basen en la fuerza máxima de tiro prevista. Además, el dimensionamiento debe considerar las condiciones del suelo en el que se instalará el anclaje y las condiciones geológicas del emplazamiento.

7.9. Presión del fluido de perforación

Para evitar la rotura del lodo en la superficie del terreno o en su borde superior, se recomienda calcular de forma preliminar las presiones de fluido necesarias y permitidas dentro del túnel, especialmente en perforaciones largas o en zonas sensibles. Las presiones más altas en el túnel suelen requerirse al final de la perforación piloto. Cuando sea necesario, deben planificarse y ejecutarse medidas para evitar o, al menos, controlar las roturas de lodo.

7.10. Estructuras auxiliares

Pueden ser necesarias estructuras auxiliares en proyectos especiales, por ejemplo, cuando la sobre torsión tenga un radio excepcionalmente largo o cuando el pull-back deba realizarse a lo largo de o sobre obstáculos como rutas de transporte o ríos. Estas estructuras deben planificarse e instalarse de manera coordinada con las autoridades competentes. Su dimensionamiento debe considerar todas las fuerzas y cargas efectivas.

7.11. Condiciones de funcionamiento

Para calcular las tensiones máximas del tubo durante el funcionamiento debe considerarse como una carga esencial la tensión de doblado asociada a la curvatura de la perforación. El material indica, además, que el esfuerzo tensional se sustituye por el esfuerzo derivado de la presión interna.

La comprobación de seguridad frente al doblamiento durante la fase de operación debe diferenciarse de la de la instalación. Para las tuberías de PE, debe considerarse el módulo elástico a largo plazo en lugar del módulo utilizado durante la fase de instalación.

8. Planificación de la construcción

La planificación de la construcción debe ser exhaustiva y reflejar, como mínimo, once grupos de trabajo. El primero es la investigación; le siguen la preparación de la zona, la instalación en obra, la perforación piloto, las operaciones de ensanche, la operación de pull-back, los trabajos de fabricación de la línea del tubo, la limpieza de la obra, el restablecimiento de las zonas afectadas, el despliegue del personal y del equipo y, cuando el entorno lo requiera, las medidas de drenaje.

La planificación mediante un gráfico de barras es especialmente útil cuando el día constituye la unidad mínima de tiempo. Permite representar un objetivo sencillo y comparar la situación prevista con la real, así como estimar los posibles efectos de los retrasos en el desarrollo de los trabajos. Además de estos parámetros relativos, el planning debe incluir el inicio más temprano posible de los trabajos, la finalización máxima permisible y la instalación de la tubería.

El orden de las actividades no debe interpretarse como una simple lista administrativa. Cada etapa depende de la información y de las comprobaciones anteriores: la investigación condiciona el perfil; el perfil condiciona los radios, la cobertura y el diámetro del túnel; estas variables condicionan las fuerzas de tiro; y las fuerzas de tiro condicionan la máquina, el anclaje, los equipos auxiliares y la propia seguridad de la tubería.

9. Síntesis

La idea central del módulo puede resumirse en una cadena de decisiones técnicas. Una PHD comienza antes de encender la máquina: primero se recopila la información topográfica, geológica, histórica, hidrográfica y de servicios; después se investiga el subsuelo mediante documentación, sondeos, ensayos de penetración, técnicas geofísicas y ensayos de laboratorio; finalmente, los resultados se integran en un informe geotécnico que permite valorar la viabilidad.

Con esa base se define el perfil entre la entrada y la salida. El diseño debe respetar los ángulos de entrada y salida, los tramos rectos, la cobertura, los radios de curvatura, los radios combinados, el espacio anular y las tolerancias. Los planos deben representar la geometría de la perforación y la organización física de la obra, incluidos la zona de enfilado y los espacios temporales necesarios.

Después se calculan las condiciones de construcción y de funcionamiento. Para la construcción se verifican las fuerzas de tiro, las tensiones en la tubería, la capacidad de la máquina, el anclaje, el suministro y el reciclaje del fluido, la presión del fluido y las estructuras auxiliares. Para su funcionamiento, se comprueban las tensiones asociadas a la curvatura y el comportamiento a largo plazo de las tuberías de PE.

Finalmente, la ejecución debe quedar reflejada en una planificación que contemple investigación, preparación, instalación, perforación piloto, ensanche, pull-back, fabricación de la línea, limpieza, restitución, personal y equipos, y drenaje cuando sea necesario. La guía presenta así la PHD como un proceso integrado en el que la geometría, el terreno, la tubería, la máquina, los fluidos y la organización de la obra deben ser compatibles desde la fase de proyecto.

Os dejo un vídeo que grabé en su momento al respecto.

Referencia:

PINTÓ BASCOMPTE, J.D. (2026). Módulo M7-1 del Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Parte 1.