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Septiembre 2016


Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - EQUIPOS DE SONDEO Y PROCEDIMIENTOS DE MEJORA DE TERRENOS, Maquinaria para sondeos y perforaciones    

Figura 1. Perforaci贸n Horizontal Dirigida. http://www.construtec.es/

Figura 1. Perforaci贸n Horizontal Dirigida. http://www.construtec.es/

Actualmente existe una gran variedad de m谩quinas empleadas en la PHD. En la Tabla 1 se recoge una clasificaci贸n en funci贸n de la fuerza m谩xima de tiro, el par m谩ximo y el peso (IbSTT, 2013). M谩s del 90% de las m谩quinas se pueden clasificar como peque帽as o medianas, con una fuerza m谩xima de tiro de 250 kN. Con estas caracter铆sticas, se pueden colocar di谩metros que oscilan entre los 50 mm y los 2200 mm, e incluso llegar a 3 km de conducci贸n si se dan las circunstancias favorables. Aunque las m谩quinas est谩ndar y m谩s vers谩tiles del mercado suelen tener 500 kN de tracci贸n, las mayores tiran unos 2000 kN. Resulta interesante en este sentido el trabajo de Gierczak (2014) donde se realiza una valoraci贸n cualitativa de los riesgos inherentes a los proyectos PHD. Adem谩s, estas m谩quinas presentan una gran variedad de sistemas de guiado, cabezas de perforaci贸n, de ensanchamiento y otros accesorios (Figura聽2).

Tabla 1. Clasificaci贸n de m谩quinas para la perforaci贸n horizontal dirigida (IbSTT, 2013)

Tabla 1. Clasificaci贸n de m谩quinas para la perforaci贸n 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 peque帽as acometidas utilizan sistemas Mini-PHD (Figura 3) en las que la direcci贸n de la cabeza de perforaci贸n 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, adem谩s de un tubo de lavado (鈥washover鈥) o una camisa con un gran di谩metro interno, dentro de la que se desliza la sarta de perforaci贸n. A pesar de la gran variedad de m谩quinas y fabricantes, los equipos est谩n montados sobre tr谩iler, sobre orugas o por m贸dulos. El sistema modular suele ser la mejor opci贸n para los equipos de mayor potencia, por su facilidad y rapidez de acoplamiento. Para obras de f谩cil acceso y para facilitar el transporte, lo mejor ser铆a montar el equipo sobre un tr谩iler, pero si tenemos problemas de movilidad, mejor ser铆a montarlo sobre orugas.

Figura 8. Mini-PHD para acometidas modelo GRUNDOPIT. Im谩genes de Sistemas de Perforaci贸n S.L.U.

Figura 3. Mini-PHD para acometidas modelo GRUNDOPIT. Im谩genes de Sistemas de Perforaci贸n S.L.U.

Los rendimientos de las m谩quinas PHD dependen del tipo de terreno (ver Tabla 2), pero tambi茅n de aspectos gerenciales, medioambientales o de las condiciones de la tuber铆a. Zayed y Mahmoud (2013) analizan todos los factores que influyen en la productividad. Predecir la producci贸n y los costes que va a tener un equipo de estas caracter铆sticas puede ser complejo (Yepes, 2015); en este sentido Zayed y Mahmoud (2014) proponen t茅cnicas basadas en la l贸gica difusa para su predicci贸n.

Tabla 2. Valoraci贸n de la aplicabilidad de la t茅cnica PHD en funci贸n del material (Hair, 1994).

Tabla 2. Valoraci贸n de la aplicabilidad de la t茅cnica PHD en funci贸n del material (Hair, 1994).

As铆, lo m谩s favorable son arcillas homog茅neas, mientras que los materiales granulares presentan problemas de estabilidad, sobre todo bajo nivel fre谩tico. Adem谩s, las gravas pueden acelerar el desgaste de la cabeza de perforaci贸n. Wang y Sterling (2007) han estudiado el comportamiento de la PHD en arenas flojas o mezclas de arenas y gravas, que son los terrenos m谩s problem谩ticos. En el caso de roca, las m谩quinas deben contar con motores de lodos que accionen las cabezas cortadoras. Existen incluso m谩quinas con doble varilla en el que el tubo interior hacer rotar la cabeza cortadora de roca y el exterior proporciona la direcci贸n de perforaci贸n; sin embargo, estas m谩quinas son de peque帽o di谩metro y longitud de perforaci贸n. Otra opci贸n es combinar la percusi贸n con el empuje y la rotaci贸n.

En cuanto al emplazamiento de las m谩quinas, 茅stas 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 peque帽as excavaciones para conectar los extremos de los tramos de tuber铆a. Las m谩quinas emplazadas en fosos se usan normalmente para tramos cortos y rectos, con ligeras desviaciones. Esta circunstancia tambi茅n restringe la longitud de la sarta de perforaci贸n.

Las m谩quinas PHD presentan dos caracter铆sticas comunes, un soporte que empuja la sarta de perforaci贸n para la perforaci贸n piloto y luego tira de ella y del tubo durante el ensanchamiento (Figura 4), y un motor que hace girar la sarta de perforaci贸n, junto con la cabeza de perforaci贸n o de ensanche. El empuje suele ser hidr谩ulico, y la inclinaci贸n del soporte est谩 inclinada entre 10潞 y 20潞 respecto a la horizontal. Si la m谩quina se emplaza en un foso, la reacci贸n necesaria la proporcionan las caras de la excavaci贸n. Las m谩quinas de superficie se anclan al suelo para su estabilizaci贸n.

Figura 9. Conexi贸n del escariador a la tuber铆a. Imagen de Apollo Trenchless, Inc.

Figura 4. Conexi贸n del escariador a la tuber铆a. Imagen de Apollo Trenchless, Inc.

La sarta de perforaci贸n est谩 formada por tubos que est谩n sometidos a grandes esfuerzos, tanto de tracci贸n como de compresi贸n por el empuje y tiro de la m谩quina, as铆 como de torsi贸n por el par de rotaci贸n. Adem谩s deben ser flexibles para adaptarse a los cambios de direcci贸n de la perforaci贸n y ligeros para facilitar su transporte. Y por supuesto, resistentes a la abrasi贸n y al desgaste. Cheng y Polak (2007) presentan un modelo te贸rico para el dimensionamiento de las tuber铆as y Yang et al. (2014) proporcionan un modelo din谩mico determinar los esfuerzos de tiro. Las m谩quinas emplazadas en superficie usan tubos de entre 3 y 9,6 m de longitud, mientras que las situadas en un foso requieren tramos m谩s cortos, entre 0,3 y 1, 5 m. Estos tramos suelen roscarse entre s铆, aunque tambi茅n hay conexiones tipo bayoneta. La tuber铆a se incorpora a la perforaci贸n por tramos carg谩ndose por un sistema autom谩tico de la m谩quina (Figura 5). Los tramos se pueden roscar o desenroscar de forma autom谩tica para acelerar la producci贸n y seguridad de las operaciones.

Figura 10. Sistema de carga de tramos de tuber铆a. Imagen de Zemin Arastrima Merkezi, Corp.

Figura 5. Sistema de carga de tramos de tuber铆a. Imagen de Zemin Arastrima Merkezi, Corp.

A continuaci贸n os dejo un v铆deo explicativo que espero sea de vuestro inter茅s.

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 Asociaci贸n Ib茅rica de Tecnolog铆a SIN Zanja (2013). Manual de Tecnolog铆as 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 Polit猫cnica de Val猫ncia, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
  • Yepes, V. (2015). Coste, producci贸n y mantenimiento de maquinaria para construcci贸n. Editorial Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 155 pp.
  • Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforaci贸n horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnolog铆as 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 Septiembre, 2016
 

Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - MAQUINARIA Y PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS DE CIMENTACIONES Y ESTRUCTURAS, M茅todos constructivos de puentes y estructuras singulares    

ManterolaEl Grupo Espa帽ol de IABSE (International Association for Bridge and Structural Engineering) organiz贸, en colaboraci贸n con la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid 鈥 UPM, el Workshop on Bridge Design 2015, WoBD2015. Gracia a ello tenemos la ocasi贸n de poder escuchar a Javier Manterola dando su visi贸n personal sobre los puentes. Espero que os guste el v铆deo.

 

2 Septiembre, 2016
 

Universidad Politécnica de Valencia