Perforación Horizontal Dirigida bajo el Río Alberche Roberto Cano Fernández

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Jefe de Unidad de la Asistencia Técnica de las obras de “Ampliación y mejora del abastecimiento a los municipios situados en la zona denominada Sistema Alberche (Toledo)”

rcano@typsa.es

Introducción Se proyectó la realización de un perforación Horizontal Dirigida para cruzar el Río Alberche y poder así cumplir las exigencias del Certificado de No Afección a la red Natura 2000 de acuerdo con la Directiva 92/43/CEE.

La perforación horizontal dirigida es un método para la instalación sin zanjas de tuberías nuevas. Entre sus ventajas nos encontramos con que su coste es menor que mediante zanjas y las afecciones a la superficie son nulas. Lo que en el caso estudiado consigue no afectar a la zona protegida del río Alberche.

Esta tecnología opera mediante una máquina que perfora el suelo a lo largo de toda la trayectoria de la instalación, siendo orientada y dirigida desde la superficie mediante un localizador que indica la posición.

No es necesario que el alineamiento del agujero de perforación sea recto, porque el sistema permite cambiarlo adaptándolo al trazado previsto.

Estudios previos

Geotecnia

Se realizó una campaña de investigación geotécnica en fase de proyecto y otra en la fase de obra complementaria a la primera mediante tres sondeos con extracción de testigo en la zona de inicio, fin y cauce medio del río.

De los resultados se dedujo que el lecho del río en el cual se va a realizar la perforación está compuesto de arenas arcillosas compactas.

Además se realizó una tomografía eléctrica para descartar la existencia de oquedades, aunque se descubrió un escalón de gravas en la zona del pozo de ataque. Esto hizo necesario la realización de una campaña de penetrómetros y tres sondeos adicionales en las zonas de los pozos de ataque y salida. Con los datos obtenidos por las campañas fue necesario tratar el terreno de los pozos de entrada y salida mediante inyecciones de lechada de cemento y el uso de trablestacas en los pozos de ataque y salida para asegurar la estabilidad de la zona.

Trazado

El trazado de la perforación horizontal dirigida bajo el río Alberche se ha diseñado teniendo en cuenta los siguientes condicionantes de diseño:

La desviación angular máxima permitida por la junta BLS es de 3° lo que permita trazar curvas con un radio mínimo de 230 m, aunque para el trazado del proyecto se ha optado por un radio mínimo de 500 m que permite adaptarse al perfil del río sin forzar excesivamente las juntas, reduciendo así el riesgo de fugas.

La profundidad de la tubería respecto del cauce del río escogida ha sido de unos 18 m, dotando a la tubería de una montera suficiente que evite el levantamiento de la tubería y que la instalación de la tubería se produce en el macizo de arcosas, inalterables a la erosión fluvial.

El ángulo de ataque y salida se acordó con la empresa perforista siendo de 12° el primero y de 10° el segundo.

Con estos tres condicionantes se encajó el perfil de la perforación con las características siguientes:

Longitud: 510m

Diámetro de la tubería: 400mm

Diámetro máximo de la perforación 711mm

Profundidad máxima: 18m

Radio mínimo en alzado: 500m

Ángulo de ataque: 12º

Ángulo de salida: 10º

Tubería seleccionada

Para la perforación bajo el río Alberche se eligió la tubería de fundición dúctil ZMU BLS@ K9 de la marca DUKTUS. Este tubo posee un recubrimiento exterior de 5 mm de mortero ZMU que le confiere una gran resistencia a la abrasión que puede sufrir durante el arrastre dentro de la perforación. La unión será mediante junta acerrojada BLS con anillo de tracción que soporte el tiro de arrastres durante su colocación bajo el lecho del río.

Trabajos previos Antes de comenzar con los trabajos de perforación se ha tenido que realizar unos trabajos previos en la zona, que han consistido en lo siguiente.

Canal de flotación

Ejecución de un canal de flotación donde montar la tubería que se instalará en el interior de la perforación. Este canal será necesario impermeabilizarlo ya que para la instalación final de la tubería deberá llenarse de bentonita para evitar el rozamiento de la tubería contra el suelo y así evitar tracciones innecesarias a las juntas de la tubería.

En este canal se montará la tubería seleccionada para la instalación y se realizará una prueba de presión con la presión de funcionamiento para comprobar que no existen fugas en las juntas. Una vez comprobada la tubería se procede a la instalación e unas bandas mecánicas en las juntas que evitan la penetración de elementos en las juntas y las aíslen del exterior.

Pozos de entrada y salida

Ejecución de un recinto de tablestacas para la excavación de los pozos de entrada y de salida. Además con los resultados del estudio geotécnico se realizó unas inyecciones de lechada de cemento en el terreno para dar estabilidad a la zona.

Una vez conseguida la estabilidad necesaria se produjo la excavación de los pozos de entrada y salida de la perforación y el emboquille de la perforación en el frente.

Plataforma de trabajo

Fue necesaria la preparación de la plataforma de trabajo ya que el terreno natural no presentaba las características necesarias para la realización de los trabajos. Para ello se extendió una capa de zahorra y se compactó hasta llegar a las características necesarias.

Además se realizó los dos tanques necesarios para la circulación de lodos necesarios para la perforación. Uno de ellos de lodos usados y otro de agua limpia.

Una vez preparada la plataforma se produjo la instalación de la maquinaria perforadora, la planta y tanques de almacenamiento y tratamiento de lodos y de las instalaciones auxiliares para los trabajadores.

Además será necesario el tendido de un cable de navegación por la vertical del trazado de la perforación. Con este cable se consigue conocer la situación del cabezal de perforación pudiendo dirigir la perforación según el trazado diseñado y pudiendo corregir cualquier desviación producida durante la perforación.

Perforación

Perforación piloto

Es la primera de las operaciones de perforación propiamente dicha y consiste en introduce un varillaje según el trazado previsto conectando el pozo de entrada con el de salida. Esta perforación se realiza con un cabezal de diámetro 250 mm. Esta fase es la más importante de la perforación ya que se ha de respetar los parámetros de diseño y controlar las reacciones del terreno y del equipo por las diferencias de dureza del terreno.

Desde el pozo de entrada se introduce en el terreno un cabezal de perforación dirigido, unido a un varillaje por donde se inyectan los lodos. En el cabezal perforador se aumenta la velocidad de estos lodos mediante toberas, aumentado así su poder erosionador.

Este cabezal tridimensional dirigido perfora un túnel inyectando el fluido de perforación a presión regulada y el terreno perforado es transportado por el mismo fluido al punto de entrada a través de la perforación ya realizada.

Al salir la perforación se topografiará este punto para verificar exactamente la posición y situación.

En esta primera perforación se instalará un tubo para bombear el fluido de perforación de un lado al otro del río.

Primera perforación

Para esta primera perforación se usa el mismo procedimiento y maquinaria que para la perforación piloto. Usando el mismo cabezal de diámetro 250 mm y el mismo sistema de inyección y recuperación de lodos.

Será necesario también comprobar topográficamente la situación de salida del cabezal de perforación ya que esta va a ser la situación final del tubo de la conducción.

En esta perforación no se introduce el tubo de polietileno como en la anterior, se deja colocado el varillaje que se ha introducido para la perforación.

Con la finalización de esta segunda perforación se cierra el circuito de lodos de la perforación, separando la inyección de lodos por el cabezal de excavación y la extracción de los lodos a través del tubo de polietileno de la perforación piloto inicial.

Operaciones de ensanche

Esta operación se llevará a cabo justo después de la perforación piloto y tiene como objetivo ensanchar la perforación hasta el diámetro necesario mediante el uso de un ensanchador.

Esta operación del proceso de perforación, igual que la perforación piloto, erosiona el terreno por medio de inyección de fluido a alta presión, que junto con la rotación del ensanchador permite el aumento del diámetro del micro túnel.

Para mantener la continuidad del varillaje dentro de la excavación será necesario el roscado de varillas en la zona del pozo de salida, por lo que será necesaria la instalación de la maquinaria que permita estas operaciones en el pozo de salida.

En una primera pasada se procederá a la excavación hasta los 508 mm de diámetro y en una segunda pasada se conseguirá el diámetro final para la colocación de la tubería de 711 mm de diámetro.

Una vez abierto el diámetro necesario, antes de la instalación del tubo, será necesaria una limpieza del micro túnel, verificando el diámetro de la perforación y garantizar que no existen puntos de subdiámetro. Esta operación se realiza de manera similar a los trabajos de perforación anteriormente descritos.

Instalación del tubo Una vez abierta la perforación hasta el diámetro necesario se ejecutaron las acciones necesarias para la instalación del tubo dentro del micro túnel. Para ello se llenará la zanja donde está colocada la tubería de bentonita para que la tubería se ponga en flotación y la operación de instalación de la tubería sea con el menor rozamiento posible. Además se instaló un cabezal especial a la tubería para conectarla al varillaje de perforación y con eso a la maquinaría que procedió al arrastre de la tubería dentro de la perforación.

La introducción de la tubería fue el proceso crítico del trabajo, ya que durante esta maniobra no se puede parar el proceso. El tubo, conectado detrás del ensanchador y el varillaje y tirado desde el margen contrario por la máquina, se introdujo en el interior de la perforación de forma progresiva y sin peligro, ya que la suspensión compuesta por lodos actuará como medio deslizante y redujo el rozamiento contra las paredes del micro túnel.

El tiro admisible por la tubería elegida para este trabajo es de 650kN, aunque para la instalación de la tubería que nos ocupa, se limitó este tiro de colocación a 260kN para realizar el trabajo, siguiendo con el límite de 650kN para la parada del arrastre del tubo, valor que no se alcanzó durante las operaciones.

Una vez instalada, la tubería continua libre de tensiones y sostenida por una suspensión de lodos una vez consolidada.

Terminada la instalación de la tubería en el micro túnel, se comprobó la estanqueidad de todas las juntas y que no se hubieran producido fisuras en la tubería mediante la realización de una prueba de presión en la posición definitiva.

Finalización de los trabajos Una vez comprobado que todo el trabajo había salido satisfactoriamente, se llevaron a cabo los trabajos de desmontaje y limpieza de los equipos.

Estos trabajos consistieron en el secado de los lodos bentoníticos de la perforación, la limpieza y recogida de los equipos de la parcela de trabajo y la conexión entre la tubería correspondiente a la perforación dirigida y los tramos adyacentes de la conducción general.