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Sistema AXIS usado para instalar una alcantarilla de flujo por gravedad

mar-2010

La ciudad de Kitchener, Ontario, Canadá, tenía un dilema. Después de reiteradas roturas y una serie de intentos de reparar una estación de bombeo sanitaria envejecida, los representantes de las operaciones municipales sacaron finalmente la conclusión de que la estación había llegado al final de su vida útil. Los costos de mantenimiento estaban vaciando las arcas de la ciudad y había que hacer algo.

Se contrató a MTE Consultants Inc., una firma de consultoría de ingeniería civil, medioambiental y estructural, con sede también en Kitchener, para ayudar a encontrar una solución. En un esfuerzo de colaboración, el equipo de diseño de MTE, incluidos Caroline Amyot, diseñadora y administradora de contratos y Kevin Mick, ingeniero de diseño y aprobación, junto con Bryan Bishop, director del proyecto de construcción de la Ciudad de Kitchener, desarrollaron un plan de actualización o reemplazo de la estación de bombeo fallida. Después de recopilar y analizar amplias cantidades de datos y preparar varias soluciones alternativas, Amyot y Mick llegaron a la conclusión de que eliminar la estación de bombeo y reemplazarla por una alcantarilla de flujo por gravedad era la solución preferida.

Optamos por la gravedad
La recomendación final fue poner fuera de servicio y quitar la estación de bombeo e instalar una tubería de alcantarillado sanitario de flujo por gravedad a través de un área boscosa para desviar las aguas residuales que atravesaban la estación de bombeo y conectarla a una alcantarilla sanitaria existente en el otro extremo. El diseño del plan propuso la instalación de la nueva alcantarilla en dos tramos.

El primer tramo, de aproximadamente 230 m (755 pies), comprendía una urbanización residencial con un área sensible desde el punto de vista medioambiental que incluía el cruce de un arroyo, y se iba a instalar mediante una perforación direccional horizontal (HDD). El segundo tramo de 32 m (105 pies) incluía una pequeña desviación con respecto a un pozo de visita propuesto en el extremo aguas abajo para acoplarse a la alcantarilla sanitaria existente en una urbanización residencial vecina. Este tramo iba a instalarse usando métodos de corte a cielo abierto. Según Bishop, la vía propuesta no habría sido posible de no ser por la tecnología sin zanjeo.

“La tecnología sin zanjeo disponible hoy en día no existía en la época en que se construyó la estación de bombeo”, explica Bishop, “por lo que esa no fue la opción en este momento. Afortunadamente pudimos establecer una vía para una alcantarilla de flujo por gravedad subterránea a fin de poner fuera de servicio la estación de bombeo que al final ahorrará a la ciudad mucho dinero, y no digamos frustraciones. No habría sido posible sin la HDD”.

Jason Kottelenberg, gerente de contratos de AVERTEX Utility Solutions Inc., basado en Orangeville, Ontario, Canadá, estaba entre muchos de los contratistas que revisaron el Tender. Después de analizar las condiciones del suelo se enfrentarían al segundo tramo, ya que él sabía que habría dificultades durante la excavación.

“El perfil del suelo consistía en relleno suelto, arena y suelos turbosos encima de un depósito glacial de arcilla dura”, explica Kottelenberg, “y la capa freática estaba ubicada muy por encima de la tubería de alcantarillado propuesta y habría sido difícil usando un corte a cielo abierto. Eso no quiere decir que no se podría haber hecho, sino que consideramos esto como una oportunidad para probar nuestro nuevo sistema de perforación AXIS”.

El sistema de perforación guiada AXIS de Vermeer es un método de instalación sin zanjeo, que se inicia en un foso, y que está diseñado para lograr una gran precisión a nivel del terreno y a la vez eliminar algunos de los pasos difíciles relacionados con otras técnicas de instalación. El sistema tiene la capacidad de instalar una amplia gama de productos para cualquier pendiente con una gama de materiales y diámetros. El pasado otoño, AVERTEX se convirtió en el primer contratista en Norteamérica en incorporar el sistema AXIS a su flota de equipos.

Kottelenberg presentó su idea a Jack Kottelenberg, presidente / jefe ejecutivo de AVERTEX y Andy Blokker, vicepresidente / jefe ejecutivo de operaciones, para obtener comentarios. Después de recibir un apoyo entusiasmado de Jack y Andy, Kottelenberg inició diseños de un plan de perforación que incorporaba el uso del sistema AXIS. Cuando se completaron los planes, Kottelenberg pensaba con certeza que el sistema AXIS funcionaría y el equipo AVERTEX se puso a preparar su licitación.

Cambio total de las cosas
Después de que se otorgara el proyecto a AVERTEX, se presentaron los cambios propuestos de diseño en la reunión inicial anterior a la construcción que incluía la terminación del segundo tramo usando el sistema de perforación guiada AXIS — un método que evitaría la excavación a cielo abierto a través de condiciones del suelo poco deseables. Aunque no estaban familiarizados con la tecnología AXIS, Bishop y Amyot estaban abiertos a la idea.

“AVERTEX propuso el uso del sistema AXIS para un tramo que habíamos especificado como de cielo abierto y modernizamos realmente la instalación eliminando parte de la excavación que al final nos sirvió para ahorrar dinero”, apunta Bishop. “Aun cuando no estábamos familiarizados con la tecnología no pusimos ninguna objeción porque estaba bien diseñada, y francamente, la ciudad no tenía nada que arriesgar. Al final dio muy buenos resultados”.

El diseño original especificaba que el primer tramo se conectara a través de dos pozos de visita. Se necesitó la instalación de una estructura de bajada en el segundo pozo de visita. El primer pozo de visita debía instalarse en el punto de conexión final con la alcantarilla sanitaria existente. El segundo pozo, ubicado aproximadamente a 19 m (62 pies) aguas abajo del primero, fue propuesto para adaptar un cambio de pendiente y alineación de modo que la nueva tubería se acople a la alcantarilla existente en ángulo recto. El plan AVERTEX requería una vía más directa.

El método AVERTEX, con solamente una ligera desviación en el ángulo propuesto para completar el primer tramo, requería la derivación del segundo pozo de visita y la alineación de la perforación directamente con el primero, eliminando en esencia un punto de conexión — y muchas tareas de excavación y trabajos adicionales. Este plan requería el mantenimiento de una pendiente del 1% durante los primeros 200 m (656 pies) de la perforación y una transición del 6 por ciento en los últimos 30 m (100 pies) para obtener la pendiente requerida en el punto de conexión de la alcantarilla existente.

AVERTEX usó el D100x120 Serie II Navigator de Vermeer para el primer tramo a través de una zona sensible al medio ambiente y debajo del arroyo. “Nos gustaría usar la máquina de 45.359,2 kg (100.000 libras) para el trabajo de la pendiente”, asegura Blokker. “Perfora hacia abajo tramos más rígidos realmente rectos y mantiene la alineación y la pendiente muy bien en perforaciones largas. También limita la cantidad de escariado preliminar que tenemos que hacer”.

“Sabíamos que las cosas podían ponerse un poco peligrosas en el lecho del arroyo”, advierte Kottelenberg. “Solamente teníamos unos 1,5 m (5 pies) de cubierta para trabajar debajo del arroyo, lo que evidentemente era una preocupación en la perforación direccional. Y los suelos en el área no eran favorables. Pero pudimos hacer que diera resultado y permitió una menor profundidad (4,5 m; 15 pies) en la conexión del extremo, lo que eliminó gran parte de la excavación”.

Una vez debajo del arroyo, la inclinación aumentó y la perforación siguió en la alcantarilla sanitaria existente. Al pasar por alto el segundo pozo de visita se pudo hacer un punto de conexión menos profundo y se eliminaron ciertas excavaciones cerca del arroyo. Una vez finalizada la perforación inicial, la alcantarilla sanitaria HDPE DR II de 250 mm (10 pulg.) se instaló y se conectó.

Se usó una broca de 177,8 mm (7 pulg.) para completar la perforación inicial seguida por un escariado preliminar de 304,8 mm (12 pulg.). Con la perforación terminada, la tubería del alcantarillado de 250 mm (10 pulg.) se instaló usando un escariador de 406 mm (16 pulg.) y se conectó al pozo de visita.

AXIS se pone a la cabeza en la recta final
Una vez terminado el primer y más largo tramo, el equipo AVERTEX se preparó para abordar la fase final. El recorrido incluía una ligera desviación necesaria para llegar efectivamente a la conexión del extremo. Se había excavado un foso de inicio de 3 por 4,6 m (10 por 15 pies) a fin de colocar los componentes del sistema AXIS para la recta final.

Una vez fijados en posición todos los componentes, el láser se colocó en la pendiente del 1% requerida para llegar a la conexión final y la cámara se colocó para alinearse con la guía objetivo. Así es como funciona el sistema:

  • En la parte delantera de la cabeza de perforación, solamente giran la broca de corte y el eje de impulsión central y el revestimiento auxiliar avanzan por la perforación — la sección exterior sigue estacionaria.
  • Si el círculo láser está centrado en el retículo del blanco, la cabeza de perforación sigue su curso. El operador que supervisa las imágenes enviadas desde la cámara a la consola del operador efectúa los ajustes necesarios.
  • Las tierras de desecho se extraen simultáneamente con ayuda de un vacío de alta potencia y se desvían a un tanque de vacío — eliminando la necesidad de transportar las tierras de desecho lejos de la obra.

Después de completar la perforación de 32 m (105 pies), los componentes del sistema AXIS se retiraron del foso y se empujó la tubería de la alcantarilla con la mano y se conectó. No fue necesaria ninguna excavación adicional externa en el pozo de visita existente.

“A pesar de encontrarse con una roca molesta justo en el medio de la ruta de perforación, completamos la perforación AXIS sin un enganche”, afirma Kottelenberg. “Afortunadamente la roca estaba ubicada hacia el extremo de la perforación y con el tiempo salió por delante de la perforación en el pozo de visita. Se requirieron cambios de posición constantes para mantener la perforación alineada y a nivel, pero además de obtener el máximo rendimiento de la broca de perforación, impactamos en nuestro objetivo justo en el centro, hicimos la conexión y acabamos el proyecto”.

Un buen día
“Trabajar con la ciudad de Kitchener y MTE fue una experiencia gratificadora”, recuerda Kottelenberg. “Son un municipio de ideas progresivas y siempre nos apoyaron. Se involucraron y se interesaron en el avance del proyecto y realmente se quedaron intrigados con la tecnología AXIS. Calculo que unas 30 a 40 personas se detuvieron en la obra para verlo y la mayoría se quedaron muy sorprendidos. Eso es lo que llamo un buen día”.

La ventaja de AXIS
A medida que más ciudades y municipios dedicaron más recursos a la reparación y actualización de infraestructuras anticuadas y deterioradas, se espera que el número de proyectos de agua y alcantarillados aumenten sustancialmente. Se requiere que muchos de los proyectos se coloquen precisamente a nivel del suelo. Aunque algunos de los métodos sin zanjeo actuales tiene la capacidad de lograr la precisión que exigen estos proyectos, carecen de la productividad necesaria para competir con métodos de corte a cielo abierto.

AVERTEX Utility Solutions Inc., con sede en Orangeville, Ontario, fue el primer contratista en Norteamérica en comprar el sistema de perforación guiada AXIS™ desarrollado por Vermeer. La compañía se especializa en servicios de instalación de construcción y redes de conductos de servicio en toda una amplia gama de mercados y es un líder reconocido en la adopción de tecnologías sin zanjeo. El cofundador, presidente y jefe ejecutivo, Jack Kottelenberg, explica la justificación de la compra.

“La precisión”, asegura Kottelenberg. “La precisión es fundamental. Conocemos muy bien las técnicas sin zanjeo y también conocemos muy bien el corte a cielo abierto — y cada uno tiene su lugar y aplicación propios. Pero antes de que se desarrollara el sistema AXIS no había un método sin zanjeo con la capacidad de lograr la precisión exacta requerida para trabajos especificados con una pendiente de un 1% o menos. El corte de cielo abierto es la única opción. Dejábamos muchos trabajos que requerían una pendiente del 0,5 por ciento porque no queríamos asumir el riesgo. Pero eso ya es historia”.

El sistema de perforación guiada AXIS está diseñado para instalar una tubería de 25,4 a 35,6 cm (10 a 14 pulg.) a longitudes de hasta 106,7 m (350 pies), y pueden mantener pendientes de menos del 0,5 por ciento. Entre los componentes básicos del sistema se incluyen grupo de alimentación, soporte, bomba de vacío y tanque de almacenamiento. El sistema no solamente es capaz de mantener una tolerancia estricta, sino que también es flexible.

Debido a la flexibilidad de los cuatro componentes principales del sistema AXIS, se pueden usar diversas configuraciones para ajustar la superficie de la máquina basándose en la obra y la logística del transporte, y permite instalar tuberías de arcilla, acero, HDPE y PVC. Los proyectos a gran escala también son posibles para contratistas que operen el sistema AXIS con la capacidad de instalar tuberías de hasta 106,7 m (350 pies) de largo. En suelos en diversas condiciones, los operadores también pueden cambiar las brocas de corte en medio de la instalación.

“AXIS no debe considerarse un competidor de la HDD, sino un complemento para mejorar la tecnología y las capacidades sin zanjeo”, opina Kottelenberg. “No se puede adaptar a todos los trabajos sin zanjeo, pero ciertamente satisface un mercado especial que nos permitirá realizar trabajos que probablemente no habríamos tenido en cuenta en el pasado. Creemos que este sistema nos permitirá ser muy competitivos en cuanto a la instalación de corte a cielo abierto, especialmente a mayor profundidad o donde haya requisitos de superficie dura y relleno importados”.

“Consideramos la adición del sistema AXIS a nuestra flota de equipos como una inversión para ayudar a crecer nuestro negocio. Es otra herramienta en el armario que nos da una ventaja competitiva, permitiéndonos competir para lograr más trabajos”.