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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,

3

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

Empresa. [Citado: 18, agosto, 2012]. Disponible en

Internet:<URL:http://www.catalanadeperforacions.com/Documents/mega-rig.PDF>.

CONSTRUTEC. Perforación dirigida horizontal. [En

línea]. Madrid: La Empresa.[Citado: 18, agosto, 2012]. Disponible en Internet: <URL:

http://www.construtec.es/aplicaciones/tecnologia-sin-

zanja/perforacion-dirigidahorizontal/>.

LA BAMBA. Perforación horizontal dirigida. [En

línea]. México: La Empresa. en Internet: <URL:

http://www.sinsanjas.com/perforacion.php>.

ROSHCHUK, Alexander. Tecnología de perforación

horizontal dirigida. [En línea]. Girona (España): La

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.