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MÉTODO DE PERFORACIÓN HORIZONTAL DIRIGIDA
DANIEL GARCIA SALAZAR – ROBINSON MOGOLLON DEVIA
Programa de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad Católica de Colombia
Bogotá D.C., Colombia
Resumen.
Presentamos el sistema constructivo por el método de perforación Horizontal dirigida, para la instalación de
tuberías en Polietileno de HDPE y en acero al carbón API 5L X 42, su instalación se realizo en municipios del
Departamento del Valle del Cauca y el Norte del Cauca.
Para el diseño y construcción de la instalación de la red de gas, es necesario tener en cuenta las siguientes etapas,
inicia con la realización de una visita de obra o de campo entre el cliente y el contratista, luego los levantamientos
topográficos e identificación de servicios públicos existentes en la zona, seguimos con la etapa de diseño, se inician
actividades de construcción donde se realiza la perforación y posterior instalación de la tubería y terminamos con la
entrega del producto en un plano asbuilt.
El proyecto continua ejecutándose de acuerdo al diseño por medio del software, y seguimiento al avance de la obra
y cronograma de actividades.
Palabras claves: método perforación horizontal dirigida, diseño, Investigación, software.
Summary.
We present the system constructive Horizontal drilling method led to the installation of HDPE polyethylene pipes and
carbon steel API 5L X 42, its installation took place in municipalities in the department of Valle del Cauca and Norte
del Cauca.
For the design and construction of the installation of the gas, it is necessary to consider the following steps, starting
with the completion of a site visit or field between the client and the contractor, after surveying and identification
services existing public area, we continue with the design phase, construction activities are initiated where is the
drilling and subsequent installation of the pipe and end with product delivery in a asbuilt.
The project continues to run according to the design by the software, and monitor the progress of the work and
schedule of activities.
Keywords: horizontal directional drilling method, design, research, software.
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I. INTRODUCCCION
El sistema de perforación horizontal dirigida es un
sistema constructivo de última tecnología por el que se realiza la instalación de tubería sin necesidad de
ejecutar excavaciones extensas, este consiste en realizar
una excavación al inicio y otra al final del trazado las
cuales no afectan a la comunidad en su rutina diaria, el sistema comienza por una perforación piloto la cual va
siendo monitoreada y maniobrada por un detector el
cual va recibiendo la señal por una sonda que se
encuentra instalada en un porta sonda ubicado en la parte de atrás de la broca esta se va guiando de acuerdo
a un diseño realizado con anterioridad el cual le da los
datos necesarios para realizar el cruce sin afectar ningún
servicio público existente en el sitio del cruce.
Este trabajo de proyecto de grado permitirá conocer la
tecnología que actualmente mas se está utilizando para
instalación de tuberías, se aprovecha la experiencia que tiene uno de los autores para hacer un trabajo más
práctico y como fundamentación se investigará sobre
los principios básicos en que se apoya este tipo de
tecnología y los fundamentos de diseño para la elaboración de trabajo exitoso.
Adicional se hará un resumen de la trayectoria de
utilización de esta tecnología a nivel mundial y la aplicación que se ha venido desarrollando en Colombia.
La idea general del presente estudio es hacer un
resumen general de la tecnología como método
constructivo, realizar un ejemplo de tipo práctico utilizando procedimientos y datos de campo que
actualmente se están generando en una región del país y
que los autores estarán visitando y haciendo las prácticas correspondientes.
Este método sirve para realizar cruces e instalación de
tuberías en vías urbanas, rurales o vías nacionales, canales, quebradas, ríos y demás obstáculos que se
presenten en la instalación de una tubería que transporte
gas, petróleo, agua o líneas de alta tensión.
Para este proyecto se desarrollara la investigación e
instalación de tubería en polietileno de alta densidad
HDPE, en varios municipios del Valle del Cauca y del
Cauca, para aportar una red de abastecimiento del servicio de gas en la población que no cuenta con este
servicio y por medio de este método se ejecutara la
instalación de la tubería.
Se realizaran estudios previos como los Estudio de
topografía, estudio de suelos (si son necesarios), luego
a esto se desarrollara la investigación de servicios
existentes en la zona y se diseñara el cruce perforado para luego ejecutar el proyecto de una manera concisa y ligera de acuerdo a un tiempo estipulado.
1. ANTECEDENTES
La tecnología de perforación dirigida ha sido empleada
en varios países con resultados muy satisfactorios. En
Colombia se ha utilizado; sin embargo no es muy bien conocida por la Ingeniería Nacional, en la medida que
se va conociendo se va aplicando en forma gradual,
como principal idea es difundir la tecnología a nivel de
los estudiantes de Ingeniería Civil de la Universidad Católica para que tengan idea general de la utilidad de
estas tecnologías.
Debido a la gran cantidad de cruces subfluviales que se encuentran en la zona se ve necesario instalar la tubería
por el método de perforación dirigida con el fin de
garantizar la entrega de un producto en perfectas
condiciones sin afectar el medio ambiente ya que no se
ataca directamente las fuentes hídricas de la región, para
esto se hace la investigación previa de servicios por
planos en las entidades correspondientes y en campo se
corrobora esta información, en caso de no existir plano alguno se realizaran apiques para verificar si existen
redes de otros servicios, de esta manera se desarrollara
un levantamiento topográfico previo a la ejecución de la
Perforación horizontal, para la instalación de la tubería de la red de gas.
Concluimos que se debe instalar este servicio dado que
ya se encuentra con el recurso de poder instalar este servicio luego que mejorara en economía y calidad de
vida en este sector de la población.
2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Uno de los problemas que se van abordar es la
instalación de red de distribución de gas.
En el sector o población de los municipios del norte del
valle del cauca no cuenta con el servicio de las redes de
gas hasta el momento, en este momento la entidad, tiene
el presupuesto económico para darle a la comunidad el
servicio de gas por medio de redes y prestarle seguridad
y economía a la ciudadanía y mejorar su calidad de vida.
Con el fin de llegar a la comunidad lo antes posible se
desarrollar el proyecto por medio del método de la excavación horizontal dirigida, que nos dará agilidad a
la instalación de redes del servicio de gas natural.
3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
A Uno de los problemas que se van abordar es la
instalación de red de distribución de gas en los
municipios más alejados, por el método constructivo de perforación horizontal dirigida para cruces de vías y
cruces subfluviales.
Para la instalación de redes de gas se hace un análisis de
la topografía existente en la zona y del trazado de la
línea de distribución la cual cruza vías principales,
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canales de riego, quebradas y ríos, esto es necesario
para poder instalar la tubería, se debe utilizar el método
de perforación horizontal dirigida, esto nos va a garantizar que en los cruces de vías no se afectara el
tránsito de todo tipo de vehículos y en los cruces
subfluviales las corrientes de agua no se verán afectadas
en su intervención. Para esto se van a realizar los diferentes estudios
previos, luego se hará el diseño de los cruces con la
recopilación de información necesaria y posteriormente
la materialización del cruce en campo que terminara con la instalación de la tubería, entregando un producto
seguro y sin afectación a los habitantes de la zona y
tampoco al flujo vehicular.
4. INSTALACIONES Y EQUIPO
REQUERIDO
Equipo utilizado para la ejecución Máquina tuneleadora ditch wich 2720 AT, cabezote mini mula y cama baja
para capacidad de 12 toneladas, 2 tanques de 3.5 m3
cada uno, dos bombas para mezclar fluidos de
perforación, un detector y una sonda de transmisión de datos, bentonita y polímeros para realizar los fluidos,
dependiendo la longitud del cruce se sabe el gasto en
material, equipo mini de trabajo, ingeniero residente
ambiental, equipo de cómputo para realizar el diseño bajo el software utilizado.
Operario para la máquina, detectorista encargado de
realizar los fluidos de perforación, puede ser cualquiera con capacitación en realización de fluidos, 2 obreros
para excavaciones manuales y otros oficios como la
instalación de la señalización.
5. METODOLOGIA
El sistema de perforación horizontal dirigida es un
sistema constructivo de última tecnología por el que se realiza la instalación de tubería sin necesidad de
ejecutar excavaciones extensas, este consiste en realizar
una excavación al inicio y otra al final del trazado las
cuales no afectan a la comunidad en su rutina diaria, el sistema comienza por una perforación piloto la cual va
siendo monitoreada y maniobrada por un detector el
cual va recibiendo la señal por una sonda que se
encuentra instalada en un porta sonda ubicado en la parte de atrás de la broca esta se va guiando de acuerdo
a un diseño realizado con anterioridad el cual le da los
datos necesarios para realizar el cruce sin afectar ningún
servicio público existente en el sitio del cruce ver anexos fotográficos.
Este método sirve para realizar cruces e instalación de
tuberías en vías urbanas, rurales o vías nacionales, canales, quebradas, ríos y demás obstáculos que se
presenten en la instalación de una tubería que transporte
gas, petróleo, agua o líneas de alta tensión. Para este
proyecto se desarrollara la investigación e instalación de tubería en polietileno de alta densidad HDPE en
diámetros desde 3 hasta 6 pulgadas y en acero al carbón
API 5L X 42 en un diámetro de 8 pulgadas, en varios
municipios del Valle del Cauca y del Cauca, para
aportar una red de abastecimiento del servicio de gas en la población que no cuenta con este servicio y por
medio de este método se ejecutara la instalación de la
tubería.
Se realizaran estudios previos como los Estudio de
topografía, estudio de suelos (si son necesarios), luego
a esto se desarrollara la investigación de servicios
existentes en la zona y se diseñara el cruce perforado para luego ejecutar el proyecto de una manera concisa y
ligera de acuerdo a un tiempo estipulado.
6. RESULTADOS
Este método propuesto en esta investigación tiene
cuatro pasos que son:
a. Planeación.
b. Ejecución.
c. Análisis de información. d. Resultados o informes.
Los resultados después de realizadas la planeación y la
ejecución de los cruces, en los meses de septiembre y
octubre del presente año se muestran así:
1. PLANEACIÓN: El proceso comienza con una visita
preliminar al sitio de la obra en este caso en los
municipios de Guanabanal, Yumbo, Roldanillo y Palmira estos localizados en el Valle del Cauca y en los
municipios de Santander de Quilichao y Caloto en el
norte del Departamento del Cauca, se toman fotografías,
mediciones y se le comunica a la topografía donde debe realizar el levantamiento y se hace la respectiva
inspección de servicios públicos en la zona.
Luego de tener toda la información necesaria para la realización del cruce, se procede a enviar los datos al
Ingeniero de Diseño, que es el encargado por medio del
software de diseño y utilizando como herramienta
complementaria el programa autocad, de elaborar el diseño, las memorias de cálculo y el plano planta perfil.
(ver anexos).
Se envía el diseño para que reciba la aprobación del cliente, que estos entreguen el visto bueno y poder pasar
a la ejecución del diseño en la parte constructiva.
2. EJECUCIÓN: La perforación horizontal dirigida es un método en el cual se realizan dos excavaciones una
al inicio donde se ubica la maquina y una al final que es
por donde se introduce la tubería después de armada la
lingada.
Antes de realizar las excavaciones se marca el trazado
según el diseño antes elaborado para que el cruce sea lo
más perfecto posible, la caja de envió o cambio de remer (ensanchador), es la que está ubicada al inicio del
perforado esta aparte de cumplir la función que permite
instalar el ensanchador, también es donde después de
4
halada la tubería se verifica el estado de la tubería
dando una idea de cómo se encuentra esta dentro del
túnel; y la caja de lanzamiento, se ubica al final de la perforación esta debe hacerse con una pendiente para
que genere una especie de rampa de lanzamiento.
Tabla. 2 – cuadros comparativos por el método tradicional y
por el método de perforación dirigida.
Figura. 1 – Gráfica Comparativo perforación tradicional con zanja mes Agosto 2012.
Figura. 2 – Gráfica Comparativo perforación tradicional con
zanja mes Septiembre 2012
Figura. 3 – Gráfica Comparativo perforación tradicional con
zanja mes Octubre 2012
Figura. 4 – Gráfica Comparativo tiempos empleados perforación tradicional con zanja mes Agosto a Octubre 2012
Agosto 21 de 2012 2 40 3" PE 80 VIA
Agosto 21 de 2012 2 40 6" PE 100 VIA
Agosto 22 de 2012 2 50 6 PE 100 VIA
Agosto 23 y 24 de 2012 3 54 6 PE 100 SUBFLUVIAL
Agosto 29 de 2012 6 123 6" Y 3" PE 100 y PE 80 SUBFLUVIAL
Agosto 31 de 2012 4 70 4" PE 100 VIA
TOTAL 19 377
MES FECHA DURACION (dias) LONGITUD (m) Ø TUBERIA MATERIAL TIPO DE CRUCE
Septiembre 3 al 6 de 2012 6 130 6" PE 100 SUBFLUVIAL
Septiembre 10 al 11 de 2012 5 81 6" PE 100 SUBFLUVIAL
Septiembre 12 al 14 de 2012 6 165 6" Y 4" PE 100 y PE 80 SUBFLUVIAL
Septiembre 25 al 29 de 2012 7 225 8" ACERO SUBFLUVIAL
TOTAL 24 601
MES FECHA DURACION (dias) LONGITUD (m) Ø TUBERIA MATERIAL TIPO DE CRUCE
Octubre 01 al 3 de 2012 6 38 8" ACERO API 5L X42 VIA
Octubre 23 y 24 de 2012 5 66 6" PE 100 VIA
Octubre 25 al 27 de 2012 6 130 6" PE 100 CANAL
Octubre 29 al 31 de 2012 6 64 8" ACERO API 5L X42 VIA
Octubre 31 a Noviembre 2 de 2012 6 85 8" ACERO API 5L X42 VIA
TOTAL 29 383
TOTAL DIAS Y LONGITUD 72 1361
SEPTIEMBRE
DE 2012
OCTUBRE DE
2012
AGOSTOS DE
2012
0
2
4
6
8
10
12
14
16
40 40 50 54 123 70
DIA
S
METODOS vs TIEMPOS
PERFORACIÓN HORIZONTAL
CON ZANJA Y LASTRADO
0
5
10
15
20
25
130 m
81 m
165 m
225 m
DIA
S
MÉTODOS vs TIEMPOS
PERFORACIÓN HORIZONTAL
CON ZANJA Y LASTRADO
0
5
10
15
20
38 m
130 m
85 m
DIA
S
METODOS vs TIEMPOS
PERFORACIÓN HORIZONTAL
PERFORACIÓN HORIZONTAL
CON ZANJA Y LASTRADO
72
165,5 TIEMPO EMPLEADO PARA
INSTALAR 984 m DE TUBERÍA
5
CONCLUSIONES
La instalación de la tubería por el método de
perforación dirigida tiene una duración con
planeación y ejecución de 53 días, mientras que
con el método tradicional es de 122 días, para 984 metros instalados.
El rendimiento de metro instalado por el método
expuesto es de 22 m por día, mientras que por el método tradicional y con lastre para estos cruces
es de 9 m por día.
El impacto que genera al medio ambiente es mínimo ya que no sufre grandes alteraciones en
las corrientes hídricas, los suelos y la capa
vegetal, estos se conservan al no recibir una
intervención directa.
En las vías no se generan interrupciones en el
flujo vehicular y tampoco daños en la estructura
por la cual este compuesta.
Contará con una plena identificación y
trazabilidad generado en planos Asbuilt.
BIBLIOGRAFIA
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necesidades especiales. [En línea]. Barcelona: La
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línea]. Madrid: La Empresa.[Citado: 18, agosto, 2012]. Disponible en Internet: <URL:
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Empresa. [Citado: 18, agosto, 2012]. Disponible en
Internet: <http://rapdirigida.com/linked/dossier-esp.pdf>.
SILAR S.A. Procedimiento para el diseño de cruces
perforados, elaborado por Ingeniera Ángela. L. Ciendua. C., Directora HSEQ, aprobado por el
Ingeniero Gustavo Silva L., Gerente. Medellín: Autor,
2009. 236 p.
--.Procedimiento para la construcción de cruces
perforados elaborado por Ingeniera Ángela. L. Ciendua.
C., Directora HSEQ, Aprobado por el Ingeniero Gustavo Silva L., Gerente. Medellín: Autor, 2009. 304
p.
RECONOCIMIENTO
Los autores agradecen la colaboración del Ingeniero
Edgar Obando, quien ofreció las pautas necesarias para
la realización del presente trabajo y participó activamente en la obtención de los resultados del
mismo.