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Tecnologías sin zanja (trenchless)

img1(15)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:

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.

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

Microtúneles e hinca de tuberías

https://geosa.biz/productos-y-servicios/microtuneles-escudo-cerrado/

La excavación con microtuneladoras (microtunnelling) y la hinca de tuberías (pipe jacking) surgen de la necesidad de realizar el tendido de tuberías sin la excavación de zanja (trenchless) o la ejecución «sin trinchera». El método consiste en empujar la tubería desde un pozo e ir hincándola en el terreno, mientras un elemento excavador, situado por delante de ella, va abriendo el hueco aprovechando el empuje transmitido por dicha tubería. Este método se emplea para diámetros superiores a 500 mm, aunque puede aplicarse a diámetros de 1200 a 4000 mm. Se denominan microtúneles porque se realizan sin la presencia de operarios dentro de la perforación, controlando la perforadora de forma remota.

Microtúneles

El hincado de tuberías de hormigón armado con microtuneladoras es el sistema más empleado. Consta de las siguientes partes principales:

  • Pozo de ataque: debe contar con espacio suficiente para alojar los componentes de la hinca y proteger la zona de trabajo. Su pared posterior debe resistir los empujes previstos para colocar la tubería.
  • Cabeza perforadora o microtuneladora: formada básicamente por el cabezal de ataque donde van colocados los grupos eléctricos, oleohidráulico y compresor así como los depósitos de aire y combustible y las distintas coronas de corte dependiendo de los terrenos a perforar. La tuneladora avanza asistida por un láser de guiado y los cilindros de orientación, que garantizan la correcta alineación y dirección de la hinca. Los desechos de la excavación se sacan por medio de una banda transportadora hacia el pozo de ataque. Una bomba de inyección de bentonita permite la lubricación de los tubos y favorece el transporte del material de desecho.
  • Elemento de empuje: formado por un sistema de cilindros hidráulicos en número adecuado al diámetro de los tubos, que, mediante una corona para repartir esfuerzos, empuja sobre los tubos para introducirlos en la perforación. Dado que los cilindros hidráulicos tienen un recorrido limitado, se colocan unos postizos a medida que el tubo va introduciéndose con el fin de no parar el avance. Cuando la tubería hincada supera los 100 m de longitud, resulta necesario utilizar estaciones intermedias de empuje. Estas constan de un sistema de cilindros hidráulicos de carrera corta, cuyo empuje actúa alternativamente con el de la estación principal. La longitud de una perforación está condicionada por la máxima presión que pueden desarrollar los cilindros y, por otra parte, por la resistencia a la compresión longitudinal de la tubería.

En el primer vídeo que os muestro vamos a ver una hinca de tubería y en los otros dos, microtúneles propiamente dichos. Espero que os gusten. Por cierto, en Youtube podéis activar en algunos casos subtítulos si queréis.

A continuación, os dejo documentación sobre microtúneles, gentileza de la empresa Pedraplus Ingeniería S.L. Espero que os sea de interés.

Pincha aquí para descargar

Referencias:

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

¿Cómo renovar tuberías con el método relining?

Pipe relining. https://www.worldbuild365.com/blog/pipe-relining-vs-pipe-replacement-which-one-is-right-for-you-iFSaC3

El relining o entubado simple es una tecnología sin zanja que consiste en introducir tubería nueva dentro de la tubería antigua a sustituir. Esta técnica es particularmente útil cuando existen redes antiguas o deterioradas y se requiere reemplazarlas sin incrementar el diámetro. Es el método de sustitución de tuberías más económico y más extendido. Se trata de una técnica que causa mínimos problemas para el tráfico y los residentes de la zona y reduce sustancialmente la obra civil.

Este sistema es apto para un rango de diámetros de 100 a 2000 mm, con secciones circulares, ovoides o de marco. Se pueden insertar hasta 1000 m de longitud. Existen dos variantes, con tubería en tramos largos o con tubería de módulos. En el primer caso, las nuevas tuberías se unen por soladura a tope y posteriormente se insertan mediante tiro o empuje. En el segundo caso, cada sección se va instalando e insertando mediante empuje en la tubería existente.

La utilización de esta técnica está limitada a conducciones en las que pueda disminuirse el diámetro de la tubería existente. Se trata de una técnica cada vez más utilizada, especialmente en aquellos casos en que el consumo de agua potable, y por lo tanto, la producción de aguas residuales, permite una reducción en la cantidad de agua a transportar.

https://www.aristegui.info/por-que-la-tecnica-de-relining-es-el-metodo-no-dig-de-sustitucion-de-tuberias-mas-extendido/

En la técnica del relining, es imprescindible limpiar la tubería antigua para disminuir la fricción en la medida de lo posible. Para ello, se eliminan las incrustaciones de la pared, se cierran las brechas de las tomas y se aplica un lubricante a la superficie interna. El diámetro máximo exterior suele ser un 10% menor que el interior. Una vez deslizada la nueva tubería, el espacio restante entre ambas tuberías se rellena con material aislante alcalino. Una ventaja adicional es que la antigua tubería colabora estructuralmente con la nueva.

Os paso un vídeo sobre este sistema de renovación de tuberías. Espero que os guste.

Referencias:

UNE-EN ISO 11295:2011. Clasificación e información sobre el diseño de sistemas de canalización en materiales plásticos utilizados en la renovación. (ISO 11295:2010)

Pipe ramming: hincado de tuberías de acero

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El pipe ramming es una técnica de instalación de tuberías sin zanja (trenchless) que se utiliza para hincar horizontalmente tuberías de acero de diferentes diámetros. Es un método muy útil en instalaciones bajo estructuras como vías, cuerpos de agua, edificaciones, etc.

El empuje se realiza mediante un martillo neumático o hidráulico que golpea el tubo de acero, el cual penetra en el suelo sin alterarlo. Una vez instalado el tubo, se extrae el material del interior.

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

El método constructivo es el mismo que el utilizado para hincar pilotes con tubos de acero, lo que facilita su manejo a quienes ya tienen experiencia en pilotaje. Es importante destacar que se utilizan tubos de acero, ya que este material presenta unas características de resistencia y ductilidad que lo hacen resistir y distribuir mejor las cargas transmitidas por el martillo sin dañar la estructura de la tubería.

https://istt.p.translation-proxy.com/es/index/webapp-guidechart-action/id.111

 

Características

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

 

A continuación os dejo un par de vídeos sobre este procedimiento constructivo. Espero que os gusten.

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.

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

Pipe Bursting

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.

Pincha aquí para descargar

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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)

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

 

Sustitución de tuberías con torpedo rompedor (pipe bursting)

https://sewerex.com/services/trenchless-pipe-bursting/

La fractura de tubería por tiro con barras, reventamiento de tuberías,  (pipe bursting) consiste en la instalación de una tubería nueva en el espacio ocupado por el tubo antiguo, el cual es destruido previamente e incorporado al suelo circundante. Es una tecnología sin zanja (trenchless) recomendada para la sustitución de líneas de agua potable y gas en suelos sensibles, donde otras canalizaciones subterráneas o edificios se encuentran cercanos (diámetros posibles de entre 50 y 1200 mm). Es capaz de sustituir tuberías de hormigón, acero o fundición dúctil sin disminución de sección, permitiéndose incluso ciertos incrementos de sección.

Las barras articuladas de tiro son empujadas desde el pozo de tiro a través de la tubería vieja hasta el pozo de inserción de la nueva tubería. Una vez que llegan las barras a este pozo, se acoplan una cuchilla de corte, un cono expansor y la nueva tubería, normalmente de polietileno. Los equipos presentan entre 40 y 400 toneladas de capacidad de tiro.

https://trenchlesstoday.com/services/pipe-bursting/

La tubería a reemplazar se rompe con una cabeza de ruptura o se corta con un rodillo de corte. Los fragmentos ocasionados se desplazan hacia el terreno circundante y la cavidad se amplía, de modo que un nuevo tubo pueda introducirse en ella. La tubería de sustitución puede tener el mismo diámetro que la antigua o incluso mayor. En caso de que tenga un diámetro menor, la técnica de relining sería una alternativa a considerar.

El equipo de trabajo consiste en un cabezal rompedor en forma de cuchilla capaz de seccionar la tubería existente e instalar la nueva. Una estación hidráulica de unas 40 toneladas de tiro, situada en el pozo de llegada, es la artífice del proceso. Si los pozos de registro tienen una profundidad suficiente, puede realizarse la sustitución desde ellos, sin necesidad de excavaciones.

Para realizar la sustitución se procede a la excavación de las catas de tiro e inserción. Los trabajos de instalación de maquinaria, sustitución y retirada tienen una duración aproximada de 3 horas, por lo que la sustitución completa de un tramo de 150-200 m puede realizarse en una sola jornada.
https://trenchlesstoday.com/services/pipe-bursting/

Procedimiento

  • Excavaciones para: máquina, entrada de tubería y acometidas
  • Corte y retiro de las secciones del tubo para instalación de la máquina y entrada de tubería
  • Colocación de equipo en la zanja
  • Introducción de barras en la tubería antigua
  • Instalación de accesorios de corte y expansión
  • Halado e instalación de la tubería
  • Retiro de equipo y herramientas
  • Ejecución de empates y acometidas
A continuación os dejo un mapa conceptual del procedimiento de sustitución de tuberías:
Pipe bursting
Os paso algunos vídeos en los que se describe este método constructivo.
Referencias:
UNE-EN ISO 11295:2011. Clasificación e información sobre el diseño de sistemas de canalización en materiales plásticos utilizados en la renovación. (ISO 11295:2010)

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