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T E S I S P R O F E S I O N A L

QUE PARA OBTENER EL TTULO DE:

I N G E N I E R O EN C O N S T R U C C I N PRESENTAN:

CASTRO CASTRO, JUAN CARLOS GUADARRAMA ROBLES, FERNANDO SHEIN-TI

(TITULACIN POR TESIS)

PERFORACIN HORIZONTAL DIRECCIONAL EJEMPLO DE APLICACIN:

CRUZAMIENTO SUBFLUVIAL

ASESOR DE TESIS:

ING. CELSO BARRERA CHVEZ

ESTUDIOS CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL POR LA SECRETARA DE EDUCACIN PBLICA, CONFORME AL ACUERDO No. 952359 DE FECHA 15 DE

NOVIEMBRE DE 1995.

MXICO, D.F. OCTUBRE DE 2007

Perforacin Horizontal Direccional Agradecimientos

Agradecimientos

La elaboracin de este documento no podra haber sido posible sin la participacin de una gran cantidad de personas, quienes de manera directa e indirecta han contribuido en nuestra formacin personal y profesional Nos referimos en primer termino a nuestras familias y a nuestros profesores, pues su apoyo y guia constante nos ha permitido llegar a la culminacin de nuestros estudios profesionales

Pretender nombrarlos a todos conlleva el riesgo de un olvido involuntario lo cual sera injusto Tenemos la firme esperanza de que todos y cada uno de ells reconocern su participacin en nuestra formacin cada vez que cristalicemos un triunfo

Perforacin Horizontal Direcciona! Abstract

Resumen de la investigacin (Abstract)

El empleo de cualquier tcnica constructiva necesariamente requiere el total entendimiento de todas las fases o etapas que la componen El desconocimiento parcial o total de una o ms de estas fases puede representar incrementos en los costos y tiempos de construccin, e incluso generar responsabilidades legales

La Perforacin Horizontal Direccional, al ser una tcnica constructiva de reciente desarrollo que permite la instalacin subterrnea de ductos de conduccin sin necesidad de realizar zanjas de modo que posibilite el salvar obstculos que interfieran con la lnea de conduccin, requiere para su ejecucin la elaboracin de un modelo de comportamiento que se fundamente en el entendimiento de los parmetros del subsuelo y en la adecuada interpretacin de la informacin geotcnica.

Perforacin Horizontal Direccional Dedicatoria

Dedicatoria

A nuestras familias es dedicada esta tesis; sin sus valores, educacin y apoyo no sera posible celebrar este logro, ni se podra vislumbrar tan prometedor devenir.

Contenido

Perforacin Horizontal Direccional Contenido

Contenido

Prlogo

Nota aclaratoria

1. Diseo de la investigacin 1.1. Planteamiento del problema 1.2. Objetivos 1.3. Justificacin 1.4. Marcos tcnicos de referencia 1.5. Hiptesis de trabajo 1.6. Aspectos metodolgicos 1.7. Estructura capitular

2. Qu es la Perforacin Horizontal Direccional 2.1. Generalidades 2.2. Antecedentes 2.3. Origen de la Perforacin Horizontal Direccional 2.4. Normatividad 2.5. El procedimiento constructivo 2.6. Maquinaria, equipo adicional y complementos 2.7. Consideraciones adicionales

3. Ejemplo de aplicacin 3.1. Introduccin 3.2. Antecedentes 3.3. Cruce direccional

4. Conclusiones 5. Anexos

5.1. Relaciones gravimtricas y volumtricas

1-1 1-4 1-5 1-5 1-6 1-6 1-7

2-1 2-2 2-8 2-12 2-15 2-58 2-78

3-1 3-1 3-4

5-1

Perforacin Horizontal Direccional Contenido

5.2. El sistema de clasificacin de suelos SUCS 5-6 5.3. Anlisis de Precio Unitario para PHD 5-15 5.4. Resultados de laboratorio 5-34 5.5. Muestrario fotogrfico 5-79

6. Glosario de trminos

7. Bibliografa

Prlogo

Perforacin Horizontal Direccional Prologo y agradecimientos

Prlogo

Constantemente escuchamos cmo la tecnologa transforma nuestras vidas. Desde la "simple" calculadora de bolsillo, capaz de efectuar operaciones con sorprendente rapidez, hasta las computadoras porttiles o "de mano" con conexin a la red Internet y posibilidades de comunicacin instantnea, la tecnologa ha cambiado nuestras vidas a un punto tal que, actualmente, no es posible siquiera imaginar cmo realizar nuestras actividades cotidianas sin el auxilio de ella.

Es un hecho innegable que nuestras condiciones de vida no son parecidas a aqullas en las que se desenvolvieron nuestros padres cuando tenan nuestra edad y lo mismo pueden decir ellos de sus padres, nuestros abuelos.

Pero esto no siempre fue as. Hasta antes del siglo XX, la tasa de crecimiento del desarrollo tecnolgico exhibi un comportamiento ms o menos "lineal", esto es, creca en la misma proporcin conforme transcurra el tiempo. Desde luego existieron avances tecnolgicos "revolucionarios" que definieron nuevos rumbos, sin embargo estos fueron casos aislados.

En la actualidad, el crecimiento exponencial que ha experimentado el desarrollo tecnolgico es el resultado de un trabajo en conjunto de personas que, la mayora de las veces, no se encuentran fsicamente en un mismo sitio. La colaboracin virtual ha posibilitado el desarrollo de conceptos, ideas y tcnicas que de otra manera hubieran sido imposibles de cristalizar, acelerando consecuentemente la consecucin de metas y objetivos.

En el mbito de la construccin las cosas no han sido distintas. Desde los procedimientos rudimentarios empleados por las antiguas civilizaciones hasta las tcnicas de construccin recientes, se ha recorrido un largo y en ocasiones tortuoso camino a travs del cual poco a poco se han mejorado los procedimientos


constructivos Pero al igual que en otras actividades, la tecnologa no se detiene, constantemente busca mejorar las condiciones en que se desarrollan las tcnicas constructivas y un excelente ejemplo de ello lo tenemos en la Perforacin Horizontal Direccional

Adicionalmente, las emergentes demandas en la estricta proteccin al medio ambiente, el abatimiento conjugado de costos y tiempos y la integracin a un mercado cada da mas globalizado, obligan a cualquier empresa por pequea que sta sea a implementar estas nuevas y revolucionarias tcnicas que le permitan competir en dicho mercado, so pena de una inminente desaparicin comercial

Como su nombre lo indica, la Perforacin Horizontal Direccional es precisamente eso una perforacin Desde luego dicho asi no tendra ningn objeto prctico hablar del tema y mucho menos querer justificar una exposicin Lo realmente atractivo de esta tcnica es la capacidad de crear una perforacin en una direccin predefinida

Durante el proceso del proyecto de una lnea de conduccin, a lo largo de la ruta establecida de manera inevitable han de realizarse cruces con obstculos, ya sean naturales, como ros, zonas pantanosas o reas de conservacin, y artificiales, como lneas de ferrocarril, autopistas o ncleos urbanos La manera tradicional de realizar estos cruces supone la apertura de zanjas con la obvia consecuencia de las interrupciones y dificultades que este proceso implica

En trminos generales, la tcnica de Perforacin Horizontal Direccional permite la instalacin de tuberas sin afectar las condiciones del obstculo, pues a diferencia de las perforaciones usuales (verticales y horizontales), este tipo de perforacin posee la virtud de poder ser guiada para salvar los obstculos mencionados

Debemos aclarar que si bien se ha esgrimido de manera implcita que est tcnica es novedosa, a nivel mundial realmente no lo es pues sus primeras aplicaciones


registran ya algunos aos El problema al que nos enfrentamos aqu es, fundamentalmente, un problema de informacin

En nuestro pas la introduccin de este procedimiento ha sido lenta Justificamos sta aseveracin tomada cuenta las referencias bibliogrficas que en nuestro idioma prcticamente son nulas. Esto ha generado, como consecuencia lgica, el desconocimiento de este procedimiento, an de parte de algunas autoridades gubernamentales y son ellos los que deben realizar toma de decisiones sobre este particular.

Es evidente entonces la necesidad de contar con informacin clara y oportuna de este tema, de tal forma que permita presentar de una manera ms que general, los pormenores, procedimientos y consideraciones que deben realizarse para ejecutar esta tcnica con resultados convenientes para las partes involucradas entindase: propietarios, contratistas y autoridades reguladoras.

La exposicin siguiente espera cumplir con esta necesidad aunque desde una perspectiva muy particular. No debemos olvidar que este trabajo es una tesis, y como tal, estar siempre sujeta al riesgo de la comisin de errores y omisiones, que sern sinceramente involuntarios.

Por ltimo, debemos sealar claramente que el fin de esta exposicin es exhibir, de una manera general, en qu consiste la tcnica de perforacin horizontal direccional y cmo se aplica a un caso prctico como lo es un cruce subfluvial, especficamente cules deben ser los lineamientos para su ejecucin y que consideraciones deben efectuarse desde un punto de vista tcnico, para lograr una satisfaccin comunitaria porque, a final de cuentas, de nada sirven los mejores y ms grandes logros tecnolgicos si no cumplen con una funcin principal: el beneficio del hombre y la sociedad.

Nota aclaratoria

Perforacin Horizontal Direccional Nota aclaratoria

Nota aclaratoria

La ingeniera, al igual que otras reas del saber humano, est sometida a un proceso ininterrumpido de evolucin. Este proceso natural de cambio es el resultado de la actividad fundamental que caracteriza al conocimiento humano: la investigacin.

Como se ha apuntado previamente, el crecimiento del conocimiento ha exhibido un comportamiento exponencial que ha permitido la consecucin de logros tecnolgicos, capaces de ser experimentados en una generacin.

Ejemplo de esto es que conceptos y procedimientos que hoy se tienen por superados representaban, todava hace pocos aos, ideas firmemente establecidas a la luz de los conocimientos que entonces eran aceptados como suficientes o definitivos1.

Una vez entendido lo anterior, los que participamos en esta tesis, hemos procurado presentar un trabajo de investigacin y divulgacin que est soportado por diversas fuentes convenientemente citadas y que en el momento de su publicacin representan el estado actual del conocimiento.

No obstante lo anterior y considerando la posibilidad constante del error humano y los avances continuos en la ciencia y tecnologa, amen la naturaleza del tema, no es posible garantizar que la informacin aqu presentada sea, en cada uno de los aspectos tratados, completamente precisa. Por esta razn rechazamos cualquier tipo de responsabilidad por errores u omisiones o por los resultados obtenidos derivados del uso de la informacin contenida en este trabajo.

1 Ejemplo de esta afirmacin lo tenemos en lo manifestado por el Dr. Nabor Carrillo en el Prefacio del libro:

"Mecnica de Suelos 1". Jurez Badillo, Eulalio; Rico Rodrguez, Alfonso (2004). Mecnica de Suelos 1: Fundamentos de la mecnica de suelos. Mxico: Limusa.

Perforacin Horizontal Direccional Nota aclaratoria

Se exhorta pues a los posibles lectores, a confirmar la informacin aqu plasmada empleando otras fuentes que en su momento juzguen convenientes Adicionalmente, se invita dentro del contexto de la evolucin cientfica, a sealar nuestras faltas, siempre considerando la principal caracterstica de la ciencia la critica y posterior correccin

Ciudad de Mxico, octubre de 2007

Captulo 1

Diseo de la investigacin

Perforacin Horizontal Direccional Diseo de la investigacin

1. Diseo de la investigacin

1 1 Planteamiento del problema

1 1 1 Sntomas y causas Actualmente, desde un punto de vista global, la posesin del petrleo es un asunto de muy elevada importancia, quiz el ms importante, tanto de pases como de grandes empresas, prueba de ello, es el conflicto blico iniciado en Kuwait en el ao de 1990, el cual no tuvo ms trasfondo que la derrama econmica provocada por este hidrocarburo

En nuestro pas encontramos, al menos, tres razones que hacen preciso el fortalecimiento de la industria petrolera, teniendo todas fuertes conexiones entre si La primera, tal vez la ms obvia y la compartida entre todas las naciones, es el constante crecimiento demogrfico, en el ao de 1950 contbamos un poco ms de 25,000,000 de habitantes1, cifra que en la actualidad ha crecido hasta 103,263,388 habitantes segn el censo del ao 20052

Como segundo motivo se puede apreciar, el uso generalizado de todos los derivados del petrleo, presentes en casi la totalidad de los materiales sintticos, materia prima de nuestras prendas, utensilios y aparatos, ademas del desmedido uso de petrleo, en su papel de combustible, aspecto en el que no creemos necesario profundizar Como ejemplo, si tomamos el caso de la entidad federativa de Nayant, descubriremos un gigantesco crecimiento en

1 INEGI (2006) Censos de Poblacin y Vivienda, 1895 a 2000 Consultado en 3, 12, 2007 en

www ineqi gob mx/est/contenidos/espanol/sistemas/eaov2000/1 OOhistona/epoblaOI asp':'c=986 2 INEGI (2006) Conteos de Poblacin y Vivienda, 1995 y 2005 Consultado en 3, 12, 2007 en

www ineo oob mx/est/contenidos/espanol/rutinas/ept asp?t=mpob00&c=5262

1 1


el parque vehicular En 1980, en Nayant haba 47 vehculos de motor por cada mil habitantes, contrastando con los 165 vehculos motorizados por cada mil habitantes, que para el 2002 fueron registrados3

La tercera razn, pero no por eso la menos importante, tiene tintes bastante particulares, es de todos conocido el hecho que la economa de los Estados Unidos Mexicanos es, por llamarlo de alguna manera, completamente dependiente de los precios en que se cotice el barril del oro negro Ya para el 2003, la paraestatal Petrleos Mexicanos (PEMEX) contribua con 40 mil millones de dolares, a manera de impuesto4

Siendo de nuestro conocimiento el impacto que el buen o mal desempeo de la industria petrolera tiene sobre la vida de los mexicanos, debemos tener presente lo importante que es superar toda diferencia presente, entre nuestra infraestructura petrolera y la ideal Para ello necesitamos un esfuerzo conjunto, proveniente tanto de los poderes federativos, como de los trabajadores y directivos de PEMEX y de los proveedores de servicios

A pesar de poseer, al ao 2003, 57 mil kilmetros de oleoductos, gasoductos y poliductos5, PEMEX necesitar, para su correcto funcionamiento, la construccin futura de miles de kilmetros adicionales

3 INEGI (2004) ndice de motorizacin por entidad federativa 1980 a 2002 Consultado en 3, 12 2007 en

www ineai aob mx/est/contenidos/espanol/rutinas/ept asp9t=mamb1 37&c=5885 4 PEMEX, Sala de Prensa (2003) La industria petrolera mexicana Consultado en 3,14,2007 en

www oemex com/index clm?action=content&sectionlD=8&catlD=42&subcatlD=1447 6 PEMEX, Sala de Prensa (2003) La industria petrolera mexicana Consultado en 3,14,2007 en

www pemex com/index cfml?action=content&sectionlD=8&catlD=42&subcatlD=1447

1 2


Como ingenieros, el aspecto en el que mejor podemos aportar nuestro esfuerzo es el tcnico, el cual posee innegables consecuencias sobre el econmico En la construccin y reparacin de la red de ductos, especialmente, el desarrollo de PEMEX se topa con la dificultad de cruzar o sustituir los cruzamientos de obstculos naturales o artificiales Al realizar estos trabajos de la manera convencional6, irremediablemente se tienen afectaciones econmicas y sociales de gran consideracin

Adems de los accidentes topogrficos y las corrientes superficiales de agua, el crecimiento de la infraestructura del pas, con el nico fin de satisfacer las necesidades de la poblacin, provee de innumerables estructuras e instalaciones subterrneas y tuberas que deben ser evitadas, adicionalmente, el impacto ambiental que la instalacin de una lnea de conduccin de hidrocarburos genera, hacen que su construccin sea prcticamente inviable en zonas de proteccin ecolgica o en areas naturales protegidas

1 1 2 Pronstico y control del pronstico En un futuro cercano, la construccin de los cruces con obstculos naturales o artificiales, como ros, caadas o vas terrestres de comunicacin, que requieren los proyectos de trazo de las lneas de conduccin de hidrocarburos se dificultar en razn de las crecientes exigencias normativas en materia de impacto ambiental y la procuracin, en el marco social, de la menor afectacin al funcionamiento de la infraestructura existente

La situacin anteriormente descrita, obliga a la bsqueda de tecnologas que, aplicadas correctamente a procedimientos

6 Entendindose por esto la tcnica de instalacin de ductos, mediante la apertura de zanjas para su tendido y

colocacin

1 3


constructivos, puedan sustituir al mtodo tradicional utilizado en la construccin de cruzamientos de tubera para la conduccin de hidrocarburos, reduciendo de esta manera las afectaciones que este provoca Lo deseable sera encontrar un procedimiento de construccin que altere, al mnimo, las condiciones preexistentes en el sitio durante la instalacin de la tubera

1 1 3 Formulacin del problema En los proyectos de lneas de conduccin de hidrocarburos que alternativa puede ser tomada para minimizar las afectaciones provocadas por la construccin de un cruzamiento9 qu consecuencias acarrea esto9 cules deben ser los hneamientos tcnicos de esa alternativa9 qu tipo de informacin se requiere para ejecuarlas y como debe ser analizada9

1.2. Objetivos 1 2 1 General

o Analizar la tcnica constructiva de la Perforacin Horizontal Direccional en su aplicacin a la construccin de cruces de lneas de conducccin de hidrocarburos

1 2 2 Especficos o Conocer los aspectos tcnicos que sustentan al procedimiento

de Perforacin Honzontal Direccional7

o Mostrar la normatividad existente relacionada con la tcnica de PHD

o Ejemplificar, mediante un caso prctico, la aplicacin de los criterios relativos a la tcnica de PHD para resolver el problema planteado por un cruzamiento subfluvial

7 En lo sucesivo al referirnos a la Perforacin Honzontal Direccional lo haremos como PHD o tcnica PHD N

de los A

1 4


1.3. Justificacin La investigacin propuesta pretende, a travs de la recopilacin de informacin, perteneciente a cada una de las consideraciones tcnicas de la PHD, crear conciencia sobre la necesidad de generar referencias de utilidad para el profesionista hispanohablante. No est de ms resaltar que la bibliografa disponible en espaol, es muy limitada, o es prcticamente inexistente.

1.3.1. Justificacin prctica Teniendo en cuenta los objetivos de la investigacin planteados, el resultado de sta permitir conocer cuales debieran ser las consideraciones tcnicas para ejecutar la PHD de modo que represente una solucin acertada para la construccin de cruzamientos en lneas de conduccin de hidrocarburos.

1.4. Marcos tcnicos de referencia El estudio est sustentado, en gran medida, en el conocimiento de la mecnica de suelos por cuanto a la caracterizacin de los mismos se refiere para determinar la viabilidad de un determinado proceso constructivo especializado.

Para ello es indispensable poseer nociones de sta rea de la ingeniera por lo que el marco de referencia es principalmente la base terica de esta disciplina, aunque tambin es necesario poseer algunos conocimientos de resistencia de materiales y equipo de construccin.

En este sentido, son de referencia obligada conceptos bsicos como: tixotropa, minerales de arcilla, boleos, nomenclatura SUCS, lmites de consistencia, resistencia al esfuerzo cortante, esfuerzo mximo de tensin, radio de curvatura, lodos de perforacin entre otros.

1-5


1.5. Hiptesis de trabajo La Perforacin Horizontal Direccional, al ser una tcnica constructiva que facilita la construccin de cruzamientos subfluviales en los proyectos de lneas de conduccin de hidrocarburos requiere para su planificacin y ejecucin contar con personal tcnico y operativo que sea capaz de obtener, manejar e interpretar la informacin respectiva.

1.6. Aspectos metodolgicos La realizacin de una investigacin debe ser afrontada paso por paso, partiendo de la inquietud y ciertos conocimientos en alguna materia que resulta de inters, de ah en adelante son diversas las etapas, pero a final de cuentas la determinacin del tema y del problema, la definicin de los objetivos y la formulacin de las hiptesis, se traducen en mayor dominio de la materia de estudio.

Complementario a estas actividades est el determinar el tipo de estudio que representa a nuestra investigacin, dicha clasificacin es subordinada, principalmente, al nivel de conocimientos del tema.

En nuestro caso particular, la investigacin Perforacin Horizontal Direccional Un ejemplo de aplicacin: cruzamiento subfluvial es un trabajo que, por sus caractersticas, no podra encasillarse en slo uno de los tipos de estudio, lo hemos visualizado entre el tipo exploratorio, por la reducida bibliografa que se puede obtener, y el tipo descriptivo, principalmente por la necesidad de presentar al lector la problemtica inherente a la construccin de cruzamientos direccionales con sta tcnica constructiva.

1-6


Ahora, resulta importante precisar que el mtodo utilizado para llevar la investigacin es el de observacin donde la informacin en su totalidad es tomada de fuentes bibliogrficas

1 7 Estructura capitular Para la consecucin de los objetivos planteados y la verificacin de la hiptesis propuesta, hemos considerado conveniente la presentacin de la informacin de la siguiente manera

1 Diseo de la investigacin Este capitulo se centra en la determinacin del problema, los objetivos e hiptesis, asi como la definicin de los marcos de referencia y la metodologa de investigacin que habr de ser adoptada

2 Introduccin La necesidad de conocer esta tcnica de construccin, para poder ejecutarla y de ese modo resolver el problema definido en el captulo 1, es el tema central de este capitulo Se incluye una breve introduccin al desarrollo histrico de esta tcnica hasta llegar a su aplicacin en nuestros das y los aspectos generales que rodean su ejecucin Aqu se pretende dar respuesta a preguntas como qu es la Perforacin Horizontal Direccional9,

6que etapas la integran9, que equipo se requiere9, en qu condiciones se debe llevar a cabo9, cundo se posibilita su uso9, etcetera, y es donde desarrollaremos la parte mas extensa de este trabajo, procurando no perder nunca de vista los objetivos planteados, aunque debemos advertir que este capitulo es, por su propia naturaleza, eminentemente tcnico Trataremos por lo tanto de establecer algunos criterios para la toma de decisiones que faciliten su planificacin y construccin

3 Ejemplo de aplicacin La razn de ser de este captulo es mostrar la aplicacin de la tcnica de Perforacin Horizontal Direccional para

1 7


resolver el problema concreto de un cruzamiento subfluvial, como parte integral de un proyecto de lnea de conduccin.

4. Conclusiones. Sirve este captulo para generar las conclusiones necesarias e invitar a la reflexin sobre la conveniencia de emplear este mtodo de construccin como una alternativa ventajosa, sobre el mtodo tradicional.

5. Anexos. Contiene diferentes puntos que complementan a los captulos precedentes, as como la exposicin de un muestrario fotogrfico que ejemplifica la ejecucin de sta tcnica constuctiva.

6. Glosario de trminos. Los conceptos que se manjean con cierta soltura y que se consideran relevantes para su mejor entendimiento, se definen en esta seccin.

7. Bibliografa. Se detalla el apoyo bibliogrfico que soporta a este trabajo de investigacin, el cual se encuentra organizado por captulos.

Con estos antecedentes, pretendemos preparar el escenario donde exhibiremos las caractersticas inherentes a la tcnica de Perforacin Horizontal Direccional en su aplicacin a la construccin de cruzamientos subfluviales para as, de manera indirecta impactar en la satisfaccin de las demandas que requiere nuestro pas en materia de suministro de servicios, especficamente en la participacin en los proyectos de lneas de conduccin de hidrocarburos.

1-8

Captulo 2

Qu es la Perforacin Horizontal Direccional

j * 5 8 * 8 *

Perforacin Horizontal Direccional Que es la PHD

2. Qu es la Perforacin Horizontal Direccional (PHD)

2.1. Generalidades La Perforacin Horizontal Direccional (PHD) es una tcnica de construccin de reciente desarrollo que posibilita la instalacin subterrnea de infraestructura de servicios1 sin la necesidad de realizar zanjas cuando, por requerimientos del proyecto geomtrico del trazo de la lnea de conduccin, se deben salvar cruces con diversos obstculos, ya sean naturales como ros, reas ecolgicas o de proteccin, zonas pantanosas de difcil acceso, etctera, o artificiales, es decir, creados por el hombre, sean estos vas terrestres de comunicacin y ncleos urbanos por mencionar algunos.

Las principales ventajas inherentes a la aplicacin de esta tcnica comprenden: un impacto ambiental prcticamente nulo; la posibilidad de realizar cruces en cauces de ros y vas terrestres de comunicacin sin afectar las condiciones de flujo y servicio, respectivamente, y la eliminacin de la afectacin a la infraestructura existente2.

La tcnica de Perforacin Horizontal Direccional (tcnica PHD) comparte ciertas caractersticas con la perforacin vertical de pozos de agua e hidrocarburos, con la diferencia fundamental de la direccionalidad pues en este proceso, la herramienta de ataque o perforacin puede ser conducida por el suelo, tanto en la direccin vertical como en la horizontal, siguiendo una trayectoria pre-establecida, definida, entre otras cosas, por el radio de curvatura de la tubera a instalar. Destacan en este

En el contexto de este documento, se entiende por "infraestructura de servicios" a la red de tuberas que proporcionan el servicio de conduccin de combustible, agua, drenaje, electricidad y comunicaciones, entre las ms importantes. 2 La realizacin de los cruces citados para salvar obstculos naturales o artificiales reciben el nombre genrico

de Cruces Direoaonales cuando son construidos mediante el empleo de la tcnica PHD

2-1

Perforacin Horizontal Direccional Qu es la PHD

proceso que, a diferencia de la perforacin vertical, los puntos de entrada y salida estn localizados sobre la superficie en ubicaciones distintas. Diferencindose, a su vez, de la perforacin horizontal o tuneleo, por entrar de la superficie y salir a ella, es decir, por no mantenerse a profundidad constante.

Fig. 2.1 Esquema general de la tcnica de Perforacin Horizontal Direccional.

El movimiento de perforacin generalmente se realiza en un plano vertical que contiene longitudinalmente a la lnea de perforacin, constituida por la cabeza y la sarta de perforacin. Para la ejecucin de esta tcnica constructiva se hace necesario el empleo de equipo de construccin especializado del cual se har mencin ms detalladamente en secciones posteriores.

2.2. Antecedentes

En nuestro pas como en el mundo, el constante y acelerado crecimiento demogrfico aumenta en dificultad la tarea de satisfacer las necesidades bsicas de la sociedad, principalmente en los rubros de servicios de infraestructura y comunicaciones. Para la consecucin de esta meta es vital la coordinacin de diferentes entidades gubernamentales que, desafortunadamente en ocasiones, trabajan a ritmos diferentes, al atender a intereses que poco o nada tienen que ver con el desarrollo del

2-2


pas, generando con esto un crecimiento desordenado de las redes de servicios

Aunado a lo anterior, la emergente normatividad en materia de proteccin ambiental prcticamente imposibilita, o en el mejor de los casos dificulta3, la ejecucin de los proyectos necesarios para cubrir tales servicios, los cuales resultan imprescindinbles para toda comunidad que no desee alejarse del proceso de evolucin social demandado por los tiempos actuales

La satisfaccin oportuna y adecuada de las necesidades de servicios urbanos, no nicamente en forma, sino en tiempo y costo, requiere, de manera obligada, del empleo de tcnicas y procedimientos acordes con el desarrollo tecnolgico existente De lo contrario, todos los esfuerzos seran insuficientes por la gran magnitud de los crecientes requerimientos de la poblacin.

Para atender algunas de las necesidades planteadas, el Gobierno Federal, a travs de diferentes entidades paraestatales, tiene como propsito, entre otras actividades, la creacin de la infraestructura necesaria Un ejemplo palpable de este hecho es la construccin de lneas de conduccin de hidrocarburos que la entidad paraestatal "Petrleos Mexicanos" (PEMEX) considera dentro de sus programas de desarrollo.

De hecho, esta paraestatal seala que "En los prximos aos, como consecuencia del desarrollo de nuevos proyectos de transporte de

Esta afirmacin no pretende desmeritar las actividades de proteccin ambiental, las cuales evidentemente tienen elevada importancia nicamente se desea enfatizar el obstculo que esto representa desde un punto de vista eminentemente tcnico dentro del mbito de la construccin, por cuanto a los procesos de programacin y entrega de obra en el menor tiempo posible que eventualmente hayan sido establecidos N dlos A

23


hidrocarburos, se tiene previsto el diseo y construccin de nuevos ductos terrestres, sin olvidar las fases de inspeccin y mantenimiento para ductos existentes"4

Durante el proceso del proyecto de trazado de lneas de conduccin, se presentan innumerables circunstancias que condicionan el trazo geomtrico de la lnea en particular Los problemas fundamentales que se plantean en este tipo de proyectos son cuatro5:

- Material del tubo - Dimetro interior del tubo - Espesor del tubo - Trazo

La resolucin adecuada de estos problemas depende de la obtencin de datos bsicos, algunos proporcionados como especificaciones constructivas.

- Naturaleza del fluido a transportar - Caudal o gasto - Puntos nodales del trazo (los cuales son los puntos de comienzo,

finalizacin y de paso obligado de la lnea de conduccin)

Como puede apreciarse, el trazo es un aspecto de importancia fundamental en el proyecto de una lnea de conduccin, de cuya correcta solucin depender en gran medida el funcionamiento adecuado del proyecto en su conjunto.

Petrleos Mexicanos (2006) NORMA NRF-030-PEMEX-2006 DISEO, CONSTRUCCIN, INSPECCIN Y MANTENIMIENTO DE DUCTOS TERRESTRES PARA TRANSPORTE Y RECOLECCIN DE HIDROCARBUROS Mexico, D F PEMEX 5 Cegarra Plane, Manuel (1988) Proyecto de trazado de conducciones de fluidos y tuberas de transporte

Revista de Obras Pblicas, Noviembre, pgs 1043 a 1062

24


A este respecto, las condicionantes del trazo se pueden clasificar en cuatro diferentes rubros6:

- Condicionantes intrnsecos De tipo hidrulico segn la naturaleza del fluido a transportar.

- Condicionantes naturales Relieve topogrfico Geotcnica Ros y cursos de agua Agresividad del suelo Impacto ambiental

- Condicionantes humanas o artificiales Infraestructuras y planeamientos urbano e industrial Ocupacin temporal y servidumbres. Uso del suelo Carreteras y ferrocarriles Lneas elctricas Otras infraestructuras

- Condicionantes de construccin

Dentro del contexto de este trabajo de investigacin, las condicionantes naturales, por cuanto se refiere a los ros y cursos de agua, representan un punto singular del trazo desde los puntos de vista econmico y tcnico, pues la instalacin de la tubera en estos puntos requiere un tratamiento especial, a diferencia del tendido general de la tubera en otras zonas. Evidentemente, el cuidado que debe prestarse en este tipo de instalacin estar siempre en funcin de la importancia del ro a cruzar (v.g. si es navegable, profundo, caudaloso, etctera).

Cegarra Plane, Manuel. Opere citato.

2-5


En el trazo geomtrico de las lineas de conduccin de hidrocarburos, las decisiones fundamentales que deben hacerse a este respecto son dos el sitio del cruce y el tipo de cruce

Con relacin al sitio del cruce, diremos que este influye decisivamente en el costo final del proyecto de la linea de conduccin, razn por lo cual las caractersticas topogrficas, geotecnicas e hidrolgicas deben ser estudiadas a detalle en una amplia zona7 (conocida como zona de influencia)

Por cuanto se refiere al tipo de cruce, tradicionalmente se han considerado nicamente dos tipos aereo y sublveo

El cruce areo o en puente se realiza llevando a la linea de conduccin por arriba del cuerpo de agua Este cruce puede hacerse bsicamente de dos formas distintas8

Utilizando un puente o cualquier tipo de obra existente, o Empleando tubera autoportante en arco o colgada, o con algn

tipo de estructura de refuerzo (armaduras)

El otro tipo de cruce, de mayor inters para nosotros, es el cruce sublveo que considera la ejecucin de una zanja para el tendido y la instalacin de la tubera y su posterior rellenado, complementando estos trabajos la ejecucin de las obras adicionales de desvo y canalizacin del flujo En este tipo de obras se debe dar especial atencin al efecto de

7 Cegarra Plane, Manuel Opere citato

8 Cegarra Plane, Manuel Opere citato

2-6

Perforacin Horizontal Direocional Que es la PHD

arrastre que el agua ejerce sobre las partculas del lecho del rio9 y la evolucin del cauce y de sus margenes

Para este tipo de cruce, el empleo de la tcnica PHD como alternativa al mtodo tradicional de apertura de zanjas, representa verdaderas ventajas, siendo las principales

La rpida instalacin de la tubera frente al mtodo tradicional Al alojarse la tubera muy por debajo del lecho del ro10,

proporciona una proteccin segura contra anclajes, dragados y socavaciones

No altera las condiciones de flujo mientras se realiza el cruce Los daos al medio ambiente son mnimos a comparacin de

los mtodos tradicionales

La perforacin direccional puede ser empleada en una amplia variedad de circunstancias, sin embargo no es el mtodo ptimo en todas las condiciones La formacin subterrnea de mayor dificultad para cualquier mtodo empleado en la construccion de cruces sublveos son los suelos sueltos (por ejemplo las gravas y boleos), debido a la carencia de cohesin entre sus partculas componentes11, lo cual dificulta los procesos de perforacin y limita enormemente el uso de lodos de

Este fenmeno de arrastre de partculas en el lecho de un no se conoce como socavacin y es de importancia fundamental, ademas de en los procesos de instalacin de tuberas, en el comportamiento de las cimentaciones de estructuras civiles como puentes N de los A 10

La Norma NRF 030 PEMEX 2006 ibidem, en su pargrafo 8 1 115 1 Cruzamiento con ros o cuerpos de agua, establece que "Cuando se utilice perforacin direccional el espesor mnimo de capa de tierra debe ser 6 m, entre el fondo del lecho del no y el lomo de la tubera conductora, ' 11

En este tipo de suelos, se presenta un fenmeno conocido como el efecto canica' que resulta simple de visualizar al meter la mano en una bolsa llena de canicas (elementos sin cohesion) estas se desplazan y, al reitrar la mano, las canicas desplazadas rpidamente llenan el espacio ocupado previamentemente por la mano

27


perforacin, por lo que la presencia de este tipo de suelos impide la aplicacin de la tcnica PHD, siendo esto su principal desventaja

2 3. Origen de la Perforacin Horizontal Direccional La tcnica de Perforacin Horizontal Direccional es el resultado final de de la combinacin de una sene de circunstancias que se fueron presentando desde principios del siglo XX hasta pmcipios de la dcada de los 70, dnde la necesidad de realizar pozos petroleros no verticales, fue quiz, el primer paso, debido principalmente a que los mantos de aguas freticas susceptibles de una explotacin utilitaria, normalmente se encuentran a profundidades menores que los mantos petroleros, por lo que gran parte de desarrollo tecnolgico se enfoc en la explotacin de stos ltimos

Al igual que en otras areas de la ciencia y de la tcnica, el descubrimiento de la perforacin direccional se logr a partir "de las experiencias derivadas de la desviacin fortuita del hoyo durante la perforacin rotatoria normal"12, posteriormente, con el paso del tiempo se logr perfeccionar la tecnologa capaz de controlar de manera intencional el grado de inclinacin, adems del rumbo y desplazamiento lateral a la cabeza de perforacin para poder alcanzar el objetivo final

La autora de la Perforacin Horizontal Direccional es un tanto incierta De manera generalizada se ha establecido que Martn Cherrington (propietario de la empresa contratista Construcciones Titn, en los Estados Unidos de Amrica) fue la persona que llev a cabo los primeros trabajos de perforacin direccional para instalacin de tuberas

La perforacin direccional exista desde hace algunos aos, cuando la industria petrolera ya haba desarrollado la tecnologa adecuada para

12 El Pozo Ilustrado (1998) Caracas Petrleos de Venezuela, S A

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realizar pozos no verticales con el propsito, entre otros, de recuperar o "pescar" el equipo de perforacin atascado de los pozos verticales

Siendo Martn Chernngton13 capataz en una obra para colocar cable de lneas telefnicas en el rea de Los ngeles, en el ao de 1963, observ como otro contratista, que haba llegado semanas despus que l, empleaba una tcnica de perforacin, en vez de la apertura de zanjas, para instalar cable similar en tamao y longitud, logrando finalizar los trabajos un par de semanas antes que Chernngton y con la caracterstica adicional de la limpieza en el sitio de la obra, durante y despus de la construccin. Esta observacin provocara una idea que generara una nueva industria: la Perforacin Horizontal Direccional.

Durante los aos siguientes, M. Chernngton adecu y perfeccion diversos equipos de perforacin para lograr la instalacin de diversas tuberas, sin embargo el trabajo que dio inicio formal a esta industria lo constituy el cruce horizontal direccional subfluvial en el ro Pjaro en Watsonville, California, al sur de San Francisco14, en el ao de 1971.

Este trabajo consisti en instalar, para la compaa gasera PG&E, una lnea de conduccin de gas bajo el lecho del mencionado ro. La particularidad del trabajo estaba en las caractersticas del material del sitio. Despus de realizar una investigacin geotcnica, se determin cmo inviable realizar la apertura de zanjas para la instalacin del ducto, pues el ro15 presentaba, en su ribera oeste, un talud de

13 La mayor parte de la exposicin que continua a estas lineas fue tomado de. Chernngton, M (1998) How

the HDD Industry Began Consultado en 02,14,2007 en www trecnhlessdataservice com 14

Scheuble, Leopold (Edicin especial 13/2004) Trenchless technologies in pipeline construction 3R International Journal lor piping, engineering, practice 15

Segun la American River Organization, el no Pjaro fue designado, en el ao 2006, como el ro ms en peligro de desborde de los Estados Unidos de Amrica httoV/www.amencannvers ora/site/News27Daae=NewsArticle&id=8500&news iv ctrl=1137

2-9


aproximadamente 6 a 7 5 m de altura La mitad inferior de este talud estaba formada por arenas y la mitad superior por suelo vegetal En la ribera este, presentaba un talud con una altura aproximada de 1 5 a 1 8 m El lecho del no estaba conformado por arenas Mas alia de ambas riberas se extendan tierras de cultivo

En un principio se considero la idea de ademar el lecho del rio hasta una profundidad suficiente, de modo que permitiera la excavacin e instalacin del gasoducto de 4" Sin embargo, debido al alto costo que esto significaba, la idea rpidamente se desecho

Posteriormente se plante la propuesta de excavar dos cajones verticales, uno a cada lado del rio para, mediante un sistema de perforacin, instalar la tubera desde la parte inferior de uno de los cajones, a la parte inferior del otro

Desde hace algunos aos se saba que en las tcnicas de perforacin horizontal se presentaba un curioso fenmeno al querer perforar en lnea recta desde un pozo a otro en muchos proyectos y sin contar con una tecnologa de control direccional disponible, algunos tipos de configuracin de sartas de perforacin y brocas barrenadoras tenan la tendencia de perforar hacia arriba, saliendo a la superficie inesperadamente Estas configuraciones de herramientas eran consideradas entonces como fallas de diseo y desechadas

Tomando en cuenta lo anterior, Chernngton decidi llevar a cabo diversos experimentos en el ro Pluma, unas millas al norte de Sacramento Las caractersticas que presentaba el subsuelo eran similares a las del ro Pjaro Despus de realizar diversas pruebas, Chernngton encontr que para diferentes ngulos de entrada, con respecto a la horizontal, la cabeza de perforacin sala a la superficie a

2 10


diferentes distancias, confirmando esto el hecho siguiente: dado un ngulo de entrada ptimo y empleando equipo de perforacin apropiado, un obstculo tal como un ro podra ser cruzado usando las tcnicas de perforacin horizontal. As, la perforacin horizontal sera un paso revolucionario para eliminar todos los problemas asociados con mtodos convencionales de excavacin de zanjas.

Confiando en que era posible cruzar el ro Pjaro usando las tcnicas de perforacin


Fue gracias a la curiosidad e inventiva de M. Chernngton y al apoyo financiero de la empresa PG&E que se hizo posible la introduccin de esta tcnica de Perforacin Horizontal Direccional.

2.4. Normatividad Dentro de la industria de la construccin, la ejecucin de los diversos procedimientos existentes necesariamente involucra el apego a diferentes requerimientos que, en general, se conocen como normas. El trmino norma (del latn, "regla"), tiene numerosas definiciones; desde un punto de vista tecnolgico, una norma es una especificacin que reglamenta procesos y productos para garantizar la mteroperabilidad. Bajo esta acepcin, las normas son documentos tcnicos reconocidos por la autoridad, y que son aplicables a mltiples campos, cuya aplicacin o cumplimiento es de naturaleza obligada para una determinada actividad o proceso16. Las normas tambin representan segundad; la ejecucin de un proceso constructivo fuera de norma puede representar un elevado riesgo para la persona que ejecuta el proceso (contratista) durante la fase de produccin, como para el usuario, en la fase de operacin.

En cuanto a la construccin, hay normas de cumplimiento obligado para los aspectos ms importantes, los cuales generalmente son estructurales. A este respecto, existen normas que sealan el tratamiento que debe drseles a las cargas que actan en las edificaciones y que criterios deben seguirse para revisarlas; otras normas y reglamentos obligan a cumplir ciertas condiciones para las instalaciones, etctera. En este sentido, cumplir lo establecido en las normas correspondientes, implica una garanta de que sigue un procedimiento comprobado.

16 Si se desea hacer un tornillo, y que este sea compatible con los dems que hay en el mercado, se deben

cumplir las indicaciones que la norma tcnica correspondiente indique al respecto N dlos A

2-12


Por cuanto se refiere a la PHD, aun no existe en nuestro pas un conjunto normativo que regule su operacin tcnica de manera generalizada17, probablemente por ser esta tcnica relativamente novedosa

Sin embargo, existen algunas regulaciones (3 en total) que intentan normar la construccin de cruces direccionales por cuanto se refiere a sus caractersticas generales Estas regulaciones han sido elaboradas por diferentes entidades, especficamente la Secretara de Energa, la Comisin Federal de Electricidad y Petrleos Mexicanos El surgimiento de esta normatividad se deriva del hecho que, en el caso de las paraestatales, en sus procesos de instalacin de lneas de conduccin, sean stos de hidrocarburos o de lneas energizadas respectivamente, la tcnica PHD representa de forma evidente, una ventaja altamente competitiva, especialmente si se le compara con el mtodo tradicional de apertura de zanjas

A continuacin se exhibe una tabla que seala principalmente el nombre de la norma, su identificacin y la seccin o captulo correspondiente que involucra a la PHD

17 No se considera aqu como marco normativo expreso de la PHD las manifestaciones ambientales

necesarias para la ejecucin de cualquier proceso constructivo que de manera directa afecte al medio ambiente a travs de residuos que, en este caso y por su propia naturaleza, resultan ser de manejo especial N de los A

2-13


Tabla 2 4-1 Normas existentes en Mexico que involucran a la PHD Norma Emisor Fecha Tipo Capitulo/Seccin de la norma

PROY-NOM-012-

SECRE-2000

Transporte de Gas LP por ductos Diseo Construccin Operacin y Mantenimiento

Octubre de 2001

Proyecto de Norma

6 Diseo 6 5 Obras especiales 6 5 1 Proteccin contra riesgos naturales 6 5 1 5 Cuando el cruzamiento bajo una

comente fluvial se efectu mediante perforacin horizontal direccional esta debe realizarse con base en el resultado de los estudios tanto de mecnica de suelos como de impacto ambiental Asimismo la tubera se deber proteger contra la abrastn al desplazarla dentro de la perforacin

CFE-IC

Normas de Distribucin Construccin Lineas Subterrneas

Norma vigente

3 Construccin 3 3 Obra civil 3 3 2 Perforacin horizontal dirigida A) Condiciones del terreno B) Ruidos de perforacin C) Aditivos para fluidos de perforacin D) Perforacin E) Ampliacin en retroceso F) Tapn Hidra lock G) Rendimientos H) Descripcin I) Procedimiento

1 Condiciones de trabajo 2 Condiciones del suelo y subsuelo 3 Equipos y ejecucin 4 Condiciones de la superficie 5 Segundad

NRF-030-

PEMEX-2006

Diseo Construccin Inspeccin y Mantenimiento de Ductos Terrestres para Transporte y Recoleccin de Hidrocarburos

Febrero de 2007

Norma vigente

8 Desarrollo 8 1 Diseo 8 111 Requisitos adicionales para el diseo 8 1 1 1 5 Cruces 8 1 11 51 Cruzamiento con nos o cuerpos de

Los cruzamientos de los ductos con nos o cuerpos de agua requieren de un anlisis y diseo para disminuir el nesgo de contaminacin en caso de fuga del hidrocarburo Estos cruzamientos pueden realizarse de dos formas areos y subfluviales Para efectuar los cruzamientos subfluviales deben usarse tubos lastrados o anclajes con el fin de garantizar la estabilidad del ducto (ver subinciso 818 ) El diseador debe evaluar la necesidad de instalar derivaciones en este tipo de cruces (By pass)

Los pnncipales factores que se deben considerar en el diseo de un cruce bajo el agua son

Velocidad de comente Turbulencia Socavacin y azolve Desplazamiento de nberas Cambios de temperatura Calado de embarcaciones Corrosin

Flotacin Estadsticas de incremento de nivel debido

a variaciones climatolgicas Historia! del cauce natural

Cuando se utilice perforation dlrecclonal. el espesor mfnimo de capa de tierra debe ser 6 m, entre el fondo del lecho del ro y el lomo de la tubera conductora el esfuerzo elstico generado por el radio de curvatura no debe exceder el 54% del SMYS Asimismo la tubera debe tener doble capa de la proteccin anticorrosiva especifica para este servicio y condiciones de exposicin, conforme a 8 1 101 1

2-14


Como puede apreciarse de la tabla anterior, las normas existentes en nuestro pas nicamente se limitan a establecer hneamientos generales para la aplicacin de este proceso constructivo, en ellas no se establecen regulaciones tcnicas que puedan considerarse en el proceso de diseo y construccin de los cruzamientos

Si se considera que en Estados Unidos, por citar un ejemplo, existen normas tcnicas de diseo como las del American Petroleum Institute (API), especficamente las Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore PlatformsWorking Stress Design (API Recommended Practice 2A-WSD) que, si bien no fueron creadas especficamente para la tcnica PHD, ciertamente resultan aplicables al diseo de tuberas para su instalacin con esta tcnica, resulta evidente que en nuestro pas an falta mucho por hacer

2.5. El procedimiento constructivo Actualmente en nuestro pas el uso de la Perforacin Horizontal Direccional se encuentra restringido en gran parte debido a la carencia de la informacin respecto de cmo funciona.

De manera generalizada se ha supuesto que sta tcnica es similar a la elaboracin de un pozo o un tnel en donde se requiere de un proceso de barrenacin. Esto es cierto nicamente en materiales geolgicamente duros como roca sana no fracturada, dnde las paredes de la perforacin son capaces de autosoportarse La mayora de los cruzamientos de tuberas con la tcnica PHD realizados a hasta la fecha han sido ejecutados en suelos blandos compuestos, generalmente, de depsitos aluviales o arenas. En este tipo de suelos, que no presentan la capacidad de sostenerse, es evidente el empleo de un sistema de ademado.

2-15


En trminos generales, el proceso de PHD comienza con una pequea perforacin piloto, convenientemente guiada, en la que diferentes tipos de herramientas como brocas o trpanos son empleadas para aflojar al suelo al mismo tiempo que este es mezclado con una solucin estabilizante generalmente a base de lodos bentonticos, que es suministrada por inyeccin a travs del cuerpo de la sarta de perforacin, para facilitar el avance

Una vez que se ha completado esta etapa, esto es, que la cabeza de perforacin ha salido a la superficie en el punto de salida y que la perforacin tiene el dimetro suficiente para albergar a la tubera, la instalacin de esta ltima se realiza mediante un sistema de traccin a travs de la ruta previamente elaborada Durante esta etapa un poco del suelo original junto con el fluido son comprimidos hacia las paredes de la perforacin y el suelo restante es expulsado fuera de la misma Como todo proceso constructivo, la Perforacin Horizontal Directorial tiene sus etapas de planeacin. eiecucin y control. A pesar de que cada una de estas etapas tiene sus propias caractersticas que las definen de manera unvoca, nunca deber pensarse que stas se encuentran aisladas o que son independientes una de la otra

2 16


La planeacion ciertamente pudiera considerarse como la etapa inicial del proceso, sin embargo, incluso durante la ejecucin de ste es muchas veces necesario replantear el procedimiento, incluso desde su inicio18 y adicionalmente, el control que sobre el procedimiento pudiera ejecutarse, nace precisamente en la planeacion, ah se define, de un modo implcito, que aspectos debern ser controlados, esto es, cuales son los factores crticos del proceso que requieren de una vigilancia especial o detallada

El procedimiento constructivo de la PHD se puede resumir en cuatro etapas generales.

o La exploracin preliminar o La perforacin inicial o piloto o El ensanchamiento de la perforacin inicial o La instalacin de la tubera

A continuacin se esboza de manera algo detallada cada una de estas etapas

2.5.1 La exploracin preliminar Quiz la etapa de mayor trascendencia para aplicar con xito esta tcnica sea la exploracin preliminar. Esta etapa tiene como objetivo el establecimiento del modelo geotcnico y las condiciones fsicas en las que habr de ejecutarse la PHD y debe abarcar desde la exploracin superficial de campo hasta la exploracin subterrnea19

Esto que en principio no debiera suceder, suele tener como origen, desde una incorrecta apreciacin del problema a resolver, hasta una deficiente exploracin (en su caso) y consecuentemente una inadecuada determinacin de las condiciones en las que se llevara a cabo el proceso N dlos A 19

La magnitud de esta etapa se hace evidente tomando en cuenta la importancia que, para cualquier proyecto de ingeniera, representan las investigaciones geotcnicas, pues estas permiten evaluar todas aquellas condiciones del comportamiento de los suelos que eventualmente pudieran afectar al diseo, construccin y

2 17


Dependiendo del sitio donde pretenda llevarse a cabo la construccin del cruce direccional, ser necesario determinar, adems, la existencia y ubicacin de instalaciones y/o estructuras que eventualmente pudieran representar problemas para la instalacin de la tubera del propio proyecto de lnea de conduccin. A este respecto lo prudente ser acudir con las autoridades correspondientes para obtener esta informacin y evitar situaciones de nesgo.

Para el establecimiento de las condiciones fsicas del sitio donde pretenda llevarse a cabo la construccin direccional, es fundamental la realizacin de trabajos de investigacin geotcnica, independientemente de los trabajos en la superficie como son la determinacin de la configuracin del suelo (topografa) y del fondo del cuerpo de agua o ro (batimetra). Estos trabajos, especialmente en las primeras etapas del desarrollo del proyecto (i.e. la planeacin) servirn para establecer las condiciones geolgicas que determinarn el sentido y tipo de las Investigaciones siguientes, es por ello que se requiere que personal con experiencia planee y supervise la ejecucin de las mismas. En este sentido, dichas investigaciones geotcnicas deben ser ejecutadas conjuntamente por gelogos e ingenieros ya

costo final del proyecto, ya que por el contrario, la insuficiencia en las investigaciones geotcnicas, los errores en la interpretacin de los resultados obtenidos o en la presentacin de los mismos de una manera clara y entendible, pueden contribuir a generar diseos inapropiados, retrasos en los programas de construccin, modificaciones al presupuesto original, uso de material de prstamo de baja calidad (en su caso), dao al medio ambiente del sitio, trabajos de remediacin postenores a la construccin, e incluso la falla de la estructura. Adicionalmente, las condiciones geolgicas de un sitio influyen de manera importante en el impacto ambiental y en el diseo de las medidas de mitigacin y por ello una parte importante de estas investigaciones es observar, determinar y reportar aquellas condiciones relativas al impacto ambiental N de los A A partir de experiencias propias en el desarrollo de actividades profesionales dentro de la Direccin General de Servicios Tcnicos de la SCT

2-18


sean geotcnicos o civiles que posean preparacin adecuada y experiencia en este campo. En la mayora de los casos de aplicacin de la tcnica PHD, al tratarse de una fase especializada en el proyecto de diseo de lneas de conduccin, las investigaciones geotcnicas sern detalladas.


a. El corte de las formaciones del suelo del sitio y su incorporacin a los lodos de perforacin para crear una mezcla capaz de fluir

b. El mantenimiento continuo y estable de las paredes de la perforacin de modo que la mezcla pueda fluir.

c. El Transporte de los cortes resultantes de la perforacin (suspendidos en la mezcla) para permitir la instalacin de la tubera.

B. El diseo de la ruta o trazo de la perforacin, donde las investigaciones geotcnicas deben enfocarse, adems de la geologa local, particularmente en las condiciones geotcnicas e hidrolgicas del sitio del cruce21 y considerando la naturaleza del obstculo a salvar.

Antes de efectuar los trabajos de investigacin del sitio del cruce, es necesario establecer primeramente el tipo de cruce. A este respecto se distinguen dos tipos22:

- Aquellos cuyas caractersticas geomtricas y de comportamiento cambian con el tiempo como ros, zonas de contaminacin, etctera, es decir que poseen la capacidad natural de expandirse y/o reubicarse con el paso del tiempo23, por ejemplo las riberas de ros.

- Aquellos cuyas caractersticas geomtricas y de comportamiento son invariantes con el tiempo, como carreteras,

21 Canadian Association of Petroleum Producers (2004) Planning Horizontal Directional Drilling for Pipeline

Construction Calgary & Alberta, Canada CAPP 22

Hair, Charles W, III (1994). Site Investigations Requirements for Large Diameter HDD Projects. Baton Rouge, Lousiana New Advances in Trenchless Technology 23

En trminos concretos, para determinar las condiciones en que ser afectado un ro, podemos obtener ayuda de la potamologa, y asi establecer el comportamiento de erosin y sedimentacin del lecho del ro N. dlos A

2-20


lneas de ferrocarril, etctera, es decir, sus propiedades geomtricas no se alteran con el paso del tiempo.

Para la ejecucin de la tcnica de PHD se deben establecer totalmente las condiciones geotcnicas del sitio ya que las caractersticas del mismo, tanto naturales como artificiales determinarn la manera en la cual se desarrollar la tcnica, adicionalmente la ejecucin del proceso de construccin de la PHD implicar la respuesta del material subyacente tanto en el corto como mediano plazo.

Para establecer correctamente las condiciones del sitio del cruce antes y durante la ejecucin de la tcnica PHD, es conveniente dividir estas en dos grandes grupos: las condiciones pasivas y las condiciones activas, las cuales son definidas a continuacin24:

Condiciones pasivas. Entenderemos por condiciones pasivas todas aquellas caractersticas propias del sitio y material subterrneo "tal y como est" es decir, antes de ejecutar los trabajos de perforacin direccional. Especficamente, estas condiciones se integran por:

- Las condiciones geolgicas. - La topografa y batimetra. - Aspectos geotcnicos.

Estos aspectos geotcnicos definen las condiciones en que se encuentra el material subyacente del sitio del cruce. Para facilidad de su estudio estos aspectos se dividen en dos clases: parmetros del material (resistencia, deformacin y

Hair, Charles W, III (1994). Opere citato.

2-21


permeabilidad) e interaccin de dichos materiales (estratificacin)

Respecto a los parmetros del material, para poder establecer sus caractersticas de comportamiento, podemos considerar 4 grandes rubros

o Clasificacin Para la construccin de proyectos de cruzamientos con la tcnica PHD, los principales parmetros requeridos para efectos de clasificacin cualitativa son obtenidos de las pruebas que permiten determinar las propiedades ndice, peso volumtrico, contenido de agua y lmites de consistencia, adems de los parmetros de resistencia que exhiba el material en el sitio, los cuales pueden determinarse mediante correlaciones con la prueba de penetracin estndar cuando sta sea aplicable25 Otro factor clave para clasificar a los suelos (especialmente suelos gruesos) lo constituye la distribucin granulomtnca de sus partculas que puede ser determinada mediante un anlisis granulomtnco. En el caso de materiales ptreos, las propiedades ndice necesarias para caracterizar cualitativamente al material son peso volumtrico, dureza26 y su condicin in situ determinada mediante el RQD27 (Rock Quality Designation).

25 Recurdese que para arcillas y suelos arcillosos las correlaciones establecidas con base en esta prueba no

son dignas de crdito W de los A 26

Generalmente determinada mediante la escala de dureza de Mohs a partir de los minerales constituyentes N de los A 27

Este ndice se define como el porcentaje de recuperacin de testigos de roca de ms de 10 cm de longitud (medidos a lo largo de su eje) sin tener en cuenta las roturas frescas del proceso de perforacin respecto de la longitud total del sondeo Para determinar el RQD en campo o en la zona de estudio de una operacin minera, existen tres procedimientos de calculo

2-22


Finalmente la determinacin de la resistividad elctrica del material en su conjunto o su constitucin mineralgica pueden ser necesarias si se sospecha la existencia de condiciones que pudieran afectar el buen desarrollo de los trabajos posteriores, (v.g. condiciones que favorezcan la corrosin, existencia de materiales sueltos, etctera).

o Esfuerzos. La determinacin de las propiedades mecnicas de resistencia, mediante ensayes de laboratorio, en muestras inalteradas de suelos (arcillas) y ncleos de rocas, permiten obtener la informacin adicional para la construccin de los cruzamientos con la tcnica PHD, no as para determinar su factibilidad. En el caso de suelos arcillosos es de Importancia analizar, tambin, la sensitividad de los mismos28. En este punto deben tenerse presente las condiciones que eventualmente puedan presentar suelos arcillosos desecados, los cuales podran presentar elevadas resistencias mecnicas pero tambin exhibir condiciones de permeabilidad altas, especialmente por la presencia de fracturas.

Primer procedimiento. Se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos de testigo mayores que 10 cm en el intervalo de testigo de 1 5 m. Segundo procedimiento. El clculo est en funcin del numero de fisuras por metro, determinadas al realizar el levantamiento litolgico-estructural en el area o zona predeterminada de la operacin minera Tercer procedimiento Consiste en determinar el nmero de fisuras por metro cbico, determinadas al realizar el levantamiento Irtolgico-estructural en el rea o zona predeterminada de la operacin minera

Guadarrama Robles, Fernando Shein-Ti (2004) Apuntes de Mecnica de Suelos Aplicada I y II Mxico, D.F. Apuntes. Zea Carmelino, C, Rivera Constantino R. (2004). Notas sobre los fundamentos de la Mecnica de Suelos. Mexico, D.F.. Facultad de Ingeniera UNAM

28 La sensitividad en las arcillas se define como la comparacin de la resistencia al esfuerzo cortante del

material en los estados natural y remokteado N de los A

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En el caso de suelos arcillosos de naturaleza plstica, la determinacin de los esfuerzos a los que estn sujetos estos en las etapas posteriores a la construccin, y para evaluar las condiciones activas nicamente, normalmente involucran la ejecucin de pruebas de compresin triaxial sobre muestras consolidadas. Dependiendo del propsito de la evaluacin, la medicin detallada de las presiones del agua de poro tendrn que ser efectuadas durante las pruebas de compresin. Los resultados as obtenidos proporcionaran informacin sobre el comportamiento de los parmetros del suelo tan pronto como ocurra el proceso de consolidacin. Dado que los suelos gruesos no son susceptibles de esta sufrir este proceso de consolidacin, estas pruebas son totalmente irrelevantes. Una vez que hayan sido medidos y determinados directamentes los parmetros de esfuerzo, pueden ser empleados para determinar otras datos tiles como, capacidades de carga, presiones activas y pasivas, etctera. Logrando as determinar no nicamente la habilidad del sitio para soportar la construccin del cruce sino que muchos otros aspectos relativos al mismo podrn ser analizados.

o Deformaciones. Las deformaciones que eventualmente puedan presentarse, sean estas elsticas (inmediatas) o debidas a un proceso de consolidacin (diferidas), pueden ser establecidas a travs de varias tcnicas numricas, (v.g. el mtodo del elemento finito). Evidentemente el anlisis de las deformaciones esperadas deber ser congruente con el tipo de material que se encuentre en la zona del cruce, adems de estar en funcin de la presencia de aguas freticas. Los parmetros correspondientes para la

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determinacin de la magnitud de estas deformaciones se pueden obtener de diferentes ensayos prueba esfuerzo deformacin, consolidacin unidimensional, etcetera

o Aguas freticas La correcta ejecucin de la tcnica PHD est estrechamente ligada a la proximidad de agua libre Consecuentemente, el potencial de fluctuacin del nivel de aguas freticas, debido a causas naturales o humanas como- precipitaciones pluviales, variacin de cauces de ros, zonas de descarga, etctera, deben ser determinadas previamente, de preferencia durante las etapas de investigacin preliminar del sitio mediante los registros apropiados de la exploracin subterrnea, pozos de observacin y barrenos de perforacin profunda

Deber drsele especial atencin al efecto de flotacin que eventualmente pudiera presentar la tubera durante el proceso de instalacin, por lo que es imprescindible su consideracin en los anlisis numricos en la etapa de proyecto

El modo en que los materiales del sitio se presentan definen lo que se entiende como estratificacin, es decir, sta define la distribucin o depositacin, caractersticas y forma de combinacin de los materiales encontrados en las etapas de exploracin preliminar. Como parte de la estratificacin, deben considerarse las condiciones artificiales que eventualmente pudieran afectar la construccin de un cruce con la tcnica PHD, esto es: la presencia de lneas de conduccin u otras instalaciones

2 25


En esencia, la determinacin del perfil estratigrfico incorporando los aspectos geolgicos, geotcnicos y potamolgicos, complementan la definicin de las condiciones pasivas de importancia para la correcta ejecucin de la tcnica PHD.

Las condiciones pasivas mencionadas afectarn en mayor o menor medida a la instalacin de las tuberas durante y posteriormente a la construccin29. De manera general, las operaciones de perforacin pueden ser efectuadas en casi todos los tipos de suelos, con las excepciones indicadas anteriormente (i.e. suelos gruesos sueltos), sin embargo, ciertos materiales pueden representar problemas para el direccionamiento de la sarta de perforacin, para el agrandamiento de la perforacin inicial, especialmente el agrandamiento final para la instalacin de la tubera, y para las actividades de instalacin propiamente dicha. La siguiente tabla exhibe la aplicabilidad de la perforacin direccional en funcin de las condiciones pasivas del sitio del cruce:

Tabla 2.5.1 -1. Valoracin de los parmetros para la ejecucin de la tcnica de Perforacin Horizontal Direccional (PHD)30

Tipo de material

Arcilla muy blanda a muy fuerte, con presencia de fracturas por desecacin

%G*

-

Aplicabilidad de la tcnica PHD Buena a excelente El taconamiento del anillo resultante que rodea a la sarta durante el proceso de perforacin piloto puede permitir que se genere suficiente presin en el fondo de la perforacin para lograr que la mezcla se filtre a travs de las fracturas. As mismo, a la profundidad de la penetracin en donde se presente arcilla dura rodeada por suelos considerablemente dbiles y/o sueltos-si esta perforacin no es eiecutada con el suficiente ngulo de

Hair, Charles W, III (1994). Opere citato. Tomado de Hair, Charles W, III (1994) Opere citato

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Arena muy suelta a muy densa con o sin trazas de gravas

Arena poco gravosa de muy suelta a muy densa

Arena gravosa de muy suelta a muy densa

Grava de muy suelta a muy densa

Roca

0 a 3 0

30 a 50

50 a 85

85 a 100

-

inclinacin puede dar como resultado que la barrena de la sarta de perforacin brinque a lo largo de la frontera de los materiales duros y dbiles Las dificultades en el direccionamiento de la sarta de perforacin son muy similares a las que se presentan cuando se atraviesan capas muy blandas Buena a excelente La presencia de aravas puede causar ligeros problemas de direccionamlento de la sarta de perforacin Algunas imprecisiones en el direccionamlento pueden tambin resultar de atravesar materiales muy sueltos Es necesario el empleo de lodos de perforacin - con la viscosidad, presin y volumen adecuados a las condiciones presentes - para mantener la estabilidad de la perforacin durantes las etapas de perforacin y ensanchamiento, especialmente en estratos sueltos Marainalmente aceptable Las caractersticas y manejo de los lodos de perforacin son crticos para lograr perforaciones horizontales y/o ejecutar curvas horizontales/verticales La penetracin inclinada de un estrato normalmente presenta pocos problemas con el lodo de perforacin apropiado Operaciones de inyeccin adicionales probablemente sean requeridas para limpiar la perforacin ensanchada antes de colocar la tubera Cuestionable La penetracin horizontal para cualquier distancia apreciable, considerando la conduccin en curvas, puede ser extremadamente difcil, sin considerar la calidad del fluido de perforacin La penetracin inclinada hacia/desde una capa perforable honzontalmente es posible pero el direccionamiento de la perforacin piloto puede ser impreciso Inaceptable Con la tecnoloaia y experiencia presente, especialmente en estratos densos, es casi imposible Tales materiales deben ser evitados o transitados en anqulos pronunciados Excelente a inaceptable Los materiales suaves y/o parcialmente intempenzados le ofrecen a la tcnica PHD condiciones parecidas a las de las arcillas duras Si se encuentra en un estado solido, la tecnologa de perforacin - si bien consume tiempo y es costosa - es adecuada para perforar a travs de roca

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mas competente, especialmente en el plano horizontal dbil Sin embargo, la penetracin de roca solida, despus de atravesar suelo no sedimentado o litificado puede dificultarse debido a la tendencia de la cabeza de perforacin a "saltar" a lo largo de la superficie dura inferior Si se encuentra en una formacin de cantos rodados, la perforacin en roca competente es virtualmente imposible

* Porcentaje, en peso, de gravas presentes en la muestra

Condiciones activas. Las condiciones activas son aqullas caractersticas del suelo que resultan del proceso de ejecucin de la tcnica PHD. Estas caractersticas incluyen la forma y condiciones de la perforacin, las respuestas de las condiciones pasivas al proceso de perforacin, los efectos producidos durante la instalacin de la tubera, y los efectos a corto y largo plazo derivados del proceso de instalacin de la tubera. Dentro de las condiciones activas se tienen las derivadas de:

- La geometra del cruce. - La ruta de perforacin. - Los vacos subterrneos. - La integridad del sitio. - La instalacin. - El empleo de lodos de perforacin.

La informacin obtenida de estas dos clases de aspectos geotcnicos, en combinacin con la definicin del tipo de obstculo a salvar, proporcionan la informacin preliminar necesaria para la planeacin del diseo y construccin de la tcnica PHD. En este punto es posible entonces la elaboracin del informe final, el cual es el resultado de los trabajos de inspeccin y caracterizacin del subsuelo cuando es afectado por una obra de

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ingeniera y que han sido motivados por la necesidad de conocer el comportamiento del terreno ante la influencia de la misma, y que adems de comprender los aspectos descriptivos formales del terreno, comnmente incluye ciertas recomendaciones para el proyecto de la obra.

Dentro de las tareas que comprende la investigacin geotcnica se consideran tres grupos fundamentales: la prospeccin, la caracterizacin de materiales y la asistencia tcnica.

La prospeccin agrupa aquellos trabajos que tienen como objetivo llegar a un conocimiento razonable de la geologa del entorno de la obra y en especial, del subsuelo. Son sistemas habituales de prospeccin la realizacin de sondeos mecnicos o el uso de mtodos geofsicos.

La caracterizacin de materiales comprende en esencia los ensayos sobre el suelo, bien sean realizados en el propio lugar en el que se encuentra el mismo (llamados ensayos "in situ") o bien sobre muestras tomadas durante la fase de prospeccin (ensayos de laboratorio).

La asistencia tcnica es precisamente la orientacin que le otorgar el ingeniero especialista a la informacin obtenida para asesorar durante los trabajos de ejecucin de la obra, en sus etapas de investigacin, desarrollo del proyecto y ejecucin.

Creemos necesario hacer un parntesis especial respecto de la caracterizacin de los materiales. El objetivo final de sta es el poder establecer un modelo de comportamiento para cada tipo de suelo, que pueda servir de base para prever la interaccin con los

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elementos a instalar durante la ejecucin de la tcnica PHD Es evidente el hecho de contar con datos abundantes del terreno mediante la realizacin indiscriminada de prospecciones y sus correspondientes ensayos, pero dicha informacin sera totalmente improductiva si antes, durante y despus de los trabajos correspondientes a la ejecucin mismas del proceso constructivo, los datos obtenidos no son empleados de manera lgica para establecer de manera razonable el modelo geotcnico31 cuyo objetivo, a su vez, es predecir de la manera ms aproximada el comportamiento del suelo en su conjunto, cuando ste es sometido a una serie de solicitaciones mecnicas e hidrulicas, principalmente, derivadas de su interaccin con los elementos de la obra

El modelo geotcnico es el conjunto de suposiciones que nos permiten pasar de un problema muy complejo otro mas fcilmente abordable y sobre el que se podran establecer unas relaciones matemticas En trminos generales, los modelos no son nicos, ni un modelo es bueno para todo, ni siempre el modelo mas complejo es el mejor Finalmente, no debemos olvidar que, una vez realizados los anlisis correspondientes, del modelo hay que regresar al mundo fsico real, es por esto que el modelo debe ser lo suficientemente bueno para que los resultados que proporcione se ajusten relativamente bien a la realidad Dicho de otra manera, la modelacin es la habilidad para describir la situacin problemtica que confronta un analista En este sentido el proceso de modelacin consiste en la creacin de una representacin explcita del entendimiento que poseemos de una situacin Lo deseable para nosotros es que la modelacin pueda expresarse a travs de relaciones matemticas, sin embargo la modelacin es esencialmente una descripcin de entidades y las relaciones entre ellas Una modelacin puede poseer caractersticas cuantitativas o cualitativas, siempre que estas sean utiles Atendiendo a los diferentes tipos de modelos (i e sus caractersticas), estos pueden agruparse en tres grandes rubros

Analtico, el cual se compone de relaciones matemticas o lgicas que representan leyes fsicas que se considera caracterizan el comportamiento de la situacin que se quiere estudiar Analgico, que es un modelo con apariencia fsica distinta al original, pero con comportamiento representativo

- Icnico, que consiste en una version a escala del objeto real con sus propiedades relevantes representadas lo ms cercano a la realidad

La utilidad de un modelo reside en que con el se ayuda a aclarar el pensamiento acerca de un area de inters, se ilustra el concepto, se auxilia para definir la estructura y la lgica y se facilita el diseo de la situacin N de los A

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Sin embargo cuando los resultados de las exploraciones preliminares por medio de mtodos directos de investigacin sean incompletas o las zonas a estudiar sean muy amplias y no sea prctico ejecutar investigaciones directas, es altamente recomendable el empleo de tcnicas de investigacin geofsica tales como: refraccin ssmica, resistividad elctrica o mtodos gravimtricos entre los ms comunes32.

Es necesario, sin embargo, tener presente que la aplicacin de estos mtodos se encuentra afectado por las condiciones presentes del suelo en el sitio y que algunas de las tcnicas empleadas pueden no ser apropiadas en todas las situaciones. Dependiendo de las condiciones del sitio y de los materiales subyacentes, las tcnicas de exploracin geofsica pueden y deben ser usadas como complemento a las investigaciones profundas efectuadas con los mtodos apropiados, pero nunca deber pensarse que estas tcnicas pueden sustituir completamente a las investigaciones directas.

La siguiente seccin ilustra, a manera de gua, la forma de analizar la informacin proporcionada por los estudios geotcnicos.

32 Estos mtodos de exploracin de geofsica enunciados no son mutuamente excluyentes e inclusive pueden

ser complementarios entre s. Para mayor referencia sobre los mtodos de investigacin geofsica recomendamos la lectura del libro de Ruiz Vzquez, Mariano, Gonzlez Huesca, Silvia (2004) Geologa aplicada a la Ingeniera Civil. Mxico, D F Noriega Editores). W. de los A

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25 11 Interpretacin de los resultados de laboratorio33

Como todos los materiales empleados en la construccin, el suelo presenta ciertas propiedades que lo hacen mas o menos adecuado para usarlo como elemento de algn proceso constructivo, ya sea la forma o el tamao de las partculas, su mineraloga, color, olor y el comportamiento o respuesta ante factores externos determinan cierta propiedades que, dependiendo de la naturaleza cualitativa o cuantitativa de las mismas, pueden clasificarse en tres grandes grupos34

Propiedades ndice que proporcionan informacin cualitativa respecto del suelo tal que permiten una clasificacin rpida del mismo por cuanto se refiere al tamao de las partculas que lo componen (granulometra), plasticidad, peso volumtrico, contenido de agua, etc

- Propiedades mecnicas que proporcionan informacin cuantitativa y objetiva para determinar la resistencia del suelo en trminos numricos, de su capacidad de carga y de los asentamientos probables que presente ante cargas externas, y

- Propiedades hidrulicas que especficamente determinar la capacidad permeable que presenta el suelo, el cual es un parmetro sumamente til en las aplicaciones de ingeniera pues condiciona en gran medida el comportamiento mecnico que tendr el suelo.

La informacin que sigue fue obtenida en gran parte de Gelinas, Marc M Mathy David C (2004) Designing and Interpreting Geotechnical Investigations Consultado en 25, julio, 2007 en www ascelibrary org 34

Universidad Nacional Autnoma de Mexico, Facultad de Ingeniera, Divisin de Estudios de Posgrado Apuntes de Geologa UNAM 2004

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La importancia que reviste el adecuado estudio de estas propiedades se hace evidente al analizar que a diferencia de otros materiales de construccin como el acero o el concreto, el suelo posee caractersticas intrnsecas no dependientes de un proceso artificial el cual en ocasiones no permite su mejoramiento, teniendo entonces que trabajar con l en condiciones naturales, a diferencia del acero o del concreto donde sus caractersticas o propiedades, como ya se ha indicado, se pueden definir con anticipacin mediante un proceso industrializado.

Como en la mayora de las tcnicas de construccin sin zanjas, tanto la factibilidad como los parmetros necesarios para la operacin exitosa de la PHD son determinados en gran parte por las condiciones presentes en el subsuelo a lo largo del alineamiento de la perforacin propuesta, tal y como se ha sealado anteriormente. Aunque de manera general se ha aceptado que los estudios geotcnicos para estos fines son necesarios, an no se ha establecido un criterio general que permita normar sobre el tipo de informacin que debe obtenerse y su correspondiente tratamiento con objeto de obtener resultados confiables y oportunos.

Cuando se analiza la informacin geotcnica es de importancia fundamental identificar y separar aquellas condiciones geotcnicas que pueden impedir totalmente ia realizacin de un cruce con esta tcnica de aqullas condiciones que nicamente pueden significar problemas capaces de ser solucionados.

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Debido a que el xito en la ejecucin de la PHD depende de la habilidad de crear y mantener una perforacin estable y de una mezcla eficiente para el transporte de cortes, y debido a que esta tcnica de manera general no requiere la construccin de ademes u obras de retencin, las caractersticas de los suelos alterados y remoldeados, ms que las propias de suelos inalterados, son de importancia fundamental. De aqu que los parmetros del suelo que mas interesan para elaborar un estudio de factibihdad de una PHD son, en una primera fase:

- Distribucin granulomtrica. Las partculas que se presentan en los suelos varan en tamao desde 0.0074 mm hasta 7 62 cm de dimetro y en algunos casos hasta incluso 30 cm35. La distribucin de estos tamaos se presenta normalmente en forma de grficas llamadas curvas granulomtricas, las cuales presentan la distribucin (en porcentaje del peso de una muestra) de los diferentes dimetros presentes en la muestra determinada.

En la PHD, una de las funciones de los lodos de perforacin es hacer las veces de una banda transportadora de los recortes resultantes de la perforacin. Esta capacidad de transportar recortes hacia la superficie se debe a la densidad de los lodos ya que permite que estos recortes "floten" en la mezcla. Sin embargo, es evidente que para partculas de dimetros grandes, la densidad del lodo necesaria para que estas puedan ser transportadas, hace imprctico su manejo, de ah la importancia de conocer la distribucin de tamaos.

35 De hecho, partculas ms grandes que 7.62 cm de dimetro se consideran ya fragmentos de roca N. de los

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La mayora de los fabricantes de insumos para la elaboracin de lodos de perforacin han establecido que para partculas constituyentes de los suelos con dimetros mayores a 19 mm (3/4") no pueden ser transportadas por lodos con viscosidades manejables; de ah que perforar en suelos gruesos ser factible slo si la distribucin granulomtrica indica un alto porcentaje de partculas menores que dicho dimetro. Por lo tanto, aquellos suelos que contengan materiales grandes como boleos y cantos rodados representan un elevado riesgo para la PHD. Los suelos que contengan ms del 50% de gravas o partculas grandes tambin representan imposibilidad. La razn de esta imposibilidad radica en que al no poder ser transportadas hacia la superficie estas partculas, generan un bloqueo en la perforacin que puede generar la hidrofractura del suelo circundante al incrementarse la presin de los lodos de perforacin. Aquellos suelos que contengan de 30 a 49% de gravas o partculas ms grandes que el dimetro sealado, igualmente representarn riesgo pero ste puede ser disminuido si, por ejemplo, la distribucin granulomtrica indica adicionalmente la presencia de material capaz de ser transportado por los lodos y la presencia de finos suficientes para garantizar la estabilidad de la perforacin y prevenir prdida de fluido.

- Plasticidad - Lmites de consistencia. La dea de un comportamiento plstico en un material, es intuida rpidamente. Un material cualquiera responder de alguna forma ante cargas externas, puede deformarse bajo la accin

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de dichas fuerzas y posteriormente recuperarse36 cuando estas cesen, o puede deformarse bajo las supuestas cargas y no recuperarse cuando cese la accin de estas37 En los suelos se define la plasticidad como la capacidad que presentan los suelos de deformarse rpidamente, sin presentar rebote elstico, sin disminucin aparente de su volumen y sin agrietamiento ni desmoronamiento38 La plasticidad es un parmetro caracterstico de suelos finos, es decir, aquellos que contienen 50% o mas, en peso de material, de partculas menores que 0 0074 mm La determinacin de esta caracterstica se hace mediante pruebas que permiten determinar los limites de consistencia, o sea, el limite liquido y el lmite plstico39 La diferencia entre los limites anteriores se conoce como ndice de Plasticidad La determinacin cuantitativa de que tan plstico es un suelo se muestra en grficas llamadas Cartas de Plasticidad

Por lo que respecta a la PHD, la plasticidad de los suelos finos es de gran relevancia debido a que estos suelos presentan una tendencia a expandirse o hincharse en presencia de agua, la cual se encuentra presente en los lodos de perforacin Concretamente, este comportamiento de la fraccin fina de los suelos afecta al desempeo de la PHD de dos formas especficas

El termino de recuperacin en el sentido del texto se refiere a la capacidad de recuperar las dimensiones fsicas antes de la deformacin bajo cargas externas W de los A 37

Debe entenderse que se habla de aplicacin de cargas sin que se llegue a la falla de los suelos N de los A 38

Juarez Badillo / Rico Rodrguez Opere atato 39

Estos limites son simplemente contenidos de agua presentes en el suelo y que condicionan su respuesta mecnica a diferentes solicitaciones N de los A

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o Puede ser causa de que la perforacin se estrangule, reduciendo su rea transversal y disminuyendo el flujo de los lodos, provocando que la instalacin de la tubera sea extremadamente difcil

o Puede causar que los cortes de la formacin se expandan durante su traslado a la superficie, alterando la composicin y densidad de los lodos, incrementando la presin existente en la perforacin.

Esta tendencia a hincharse de los suelos plsticos est condicionada por las caractersticas que presenten en el sitio por cuanto a contenido de agua, plasticidad, densidad, grado de consolidacin y presin de sobrecarga:

o Comnmente los suelos saturados (debajo del nivel fretico) no presentan tendencia a hincharse, a diferencia de suelos secos o parcialmente saturados.

o Los suelos finos clasificados como de alta plasticidad (H) tienen tendencia a hincharse a diferencia de los suelos de baja plasticidad (L).

o Los suelos con elevada densidad en estado seco poseen una gran tendencia a expandirse ms que los suelos medianamente densos.

o Los suelos que se encuentran bajo grandes presiones de sobrecarga igualmente presentarn esta caracterstica de expansin, especialmente en la masa de suelo circundante a la perforacin, es decir pasa de un estado altamente confinado a un estado relativamente sin confinar.

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Este comportamiento puede ser minimizado con el empleo de aditivos en los lodos de perforacin que inhiben la transferencia de agua a las paredes de la perforacin y con el uso de tcnicas de perforacin adecuadas como velocidades de barrenacin no elevadas

- Estructuracin del suelo. Tradicionalmente, al suelo se le ha considerado como un arreglo de partculas que presenta tres diferentes tipos de estructuracin: simple, panaloide y floculenta40 aunque actualmente se han reconocido otros tipos de estructuras

La estructura simple (tambin llamada granular) es propia de los suelos gruesos41 donde la fuerza que rige es la gravitatona. Esta estructura se caracteriza por los

castro castro juan carlos 44765

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