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Escariado en roca — con el sistema de perforación guiada AXIS

sep-2011

Enfrentarse a un reto no es nada extraordinario para los expertos experimentados en las instalaciones sin zanjeo de Midwest Mole. Desde su fundación en 1982, este contratista con sede en Indianapolis se ha ganado un notorio prestigio en innovación de instalaciones; superando obstáculos y desafiando las circunstancias desfavorables. Así pues, estos profesionales de las instalaciones sin zanjeo no dudaron en enfrentarse a otro reto a pesar del reconocimiento de que probablemente se encontrarían con algunas dificultades desconocidas e inesperadas durante la excavación.

El contratista general Dudley Construction contrató a Midwest Mole en nombre del propietario del proyecto del Northern Kentucky Sanitation District No. 1 (SD1). SD1 es responsable de la recogida y tratamiento de las aguas residuales del norte de Kentucky, así como de la gestión de las aguas pluviales regionales y es el segundo servicio público de alcantarillado más grande del estado. El área de servicio del distrito cubre aproximadamente 570 km cuadrados (220 millas cuadradas) en estos condados del norte de Kentucky y sirve a más de 30 municipios y varias áreas sin incorporar. SD1 mantiene más de 2.575 Km (1.600 millas) de alcantarillado sanitario, más de 140 estaciones de bombeo de aguas residuales, varias plantas de tratamiento y aproximadamente 17.800 estructuras de alcantarillado para aguas pluviales.

Este proyecto, ubicado justo en las afueras de Florence, Kentucky, consistía en instalar un tramo de 154,2 m (506 pies) de material HDPE DR11 de 45,7 cm (18 pulg.) que eliminaría una estación de bombeo y convertiría el alcantarillado existente de una tubería de carga de un flujo por gravedad. Tenía que instalarse en una pendiente del 1,3 por ciento usando una perforación de sinfín como método de instalación. No obstante, el mayor reto no era ni la pendiente ni el material, ni siquiera el acceso restringido a la obra — que necesitaría hacerse a través de terrenos montañosos, muy boscosos — sino que serían las condiciones del terreno las que plantearían el mayor problema, como es el caso muchas veces. No obstante, después de revisar el plan, David Howell, director de proyectos de Midwest Mole tuvo la idea de usar un método alternativo.

“Se trataba de una zona residencial con muchos árboles, en una cuesta, y con un acceso muy limitado”, recuerda Howell“, y era también roca firme. SD1 lo había diseñado para perforar básicamente la cuesta con el método de perforación de barreno. Habíamos usado el sistema de perforación guiada AXIS de Vermeer en un proyecto y pensamos que podría adaptarse bien aquí. Nuestra única preocupación real era escariar en retroceso la roca”.

Cómo funciona
El sistema AXIS consiste en una unidad de impulsión de vacío, un tanque de vacío y la unidad de impulsión del soporte, además del revestimiento y de la cabeza de perforación. Fuera del foso de inicio hay una unidad de impulsión de vacío de anillo líquido de alto rendimiento que extrae material excavado de la perforación. Después de alcanzar el foso de inicio, el material excavado pasa del revestimiento de perforación a una manguera de 15,2 cm (6 pulg.) de diámetro que va del foso de inicio al tanque de vacío.

Fuera del foso, hay una unidad de impulsión autónoma que dispone de un motor diesel de 104,4 kW (140 hp) y bombas hidráulicas que se conectan a un soporte, ubicado en el foso de inicio, que activa las funciones de rotación, empuje y halado de la cabeza y del revestimiento de perforación.

La consola del operador está diseñada para centralizar el control de múltiples componentes en una interfaz fácil de usar y consiste en el monitor de visualización objetivo, la pantalla de parámetros, control de la dirección de la cabeza de perforación, el control de empuje/halado, el control de rotación y los controles de vacío. Se colocaron segmentos de revestimiento de perforación que medían 2 m (6,5 pies) de largo en el portador del soporte y disponen de un canal de visión láser y un canal de vacío para extraer el material excavado.

El sistema de guía incluye un láser que determina la línea y la pendiente de la perforación, permitiendo una precisión a nivel del suelo durante todo el proceso de perforación. La cabeza de perforación utiliza un cortador de cara plana que al combinarse con el sistema guía láser es capaz de realizar perforaciones con tolerancias precisas a nivel del suelo. Sobre el terreno, puede replegarse durante la instalación, permitiendo al contratista cambiar la broca de corte para adaptarse a las condiciones variables del terreno.

La eliminación de un paso ayuda a mejorar la eficiencia
La roca estaba compuesta de capas de esquistos con formaciones de vetas de piedra caliza que van de 2,5 a 12,7 cm (1 a 5 pulg.) de espesor y miden más de 827,4 bares (12.000 lb/pulg²). También serían factores el tendido eléctrico superior y una estación de bombeo existente ubicada cerca de donde estaba el área del foso de inicio. No obstante, después de verificar la ubicación de las tuberías de alcantarillado que entraban y salían de la estación de bombeo y determinar las medidas finales para colocar los diversos componentes del sistema AXIS, Howell confiaba en que este método de perforación guiada láser era sin duda el mejor método … y en esto estuvieron de acuerdo los representantes de SD1.

“Aunque estábamos de acuerdo en que ciertamente hubiera sido posible completar el trabajo usando una perforación de barreno, pudimos identificar varias ventajas que favorecían el sistema AXIS y presentamos estos datos a representantes a SD1, nuestro cliente de hace tanto tiempo. No estaban familiarizados en absoluto con este método, pero habíamos trabajado con ellos en varios proyectos anteriores y estábamos complacidos de que confiaran en nuestra recomendación y nos dieran la luz verde”.

Howell citó tres factores importantes que ayudaron a inclinar la balanza a favor del sistema AXIS, empezando por la roca. La falta de uniformidad de la formación y la variación de la piedra caliza y las capas de esquistos hicieron más difícil mantener una línea y una pendiente exactas usando la perforación de barreno. Según Howell, el mantenimiento de una pendiente precisa — a menudo de menos del 1% — es una ventaja importante para AXIS, ya que el sistema guiado por láser permite al operador supervisar continuamente el proceso de perforación y hacer ajustes cuando los cambios de densidad y la dureza de la roca alteran la ruta de la cabeza de perforación, aunque sea ligeramente.

Otra ventaja importante del sistema AXIS dado el terreno rocoso del norte de Kentucky, junto con el material de menor diámetro que se iba a instalar en el proyecto de Florence, es la capacidad de completarlo en una pasada.

“La perforación con barreno habría necesitado un método de dos pasadas”, explica Howell. “El tubo de revestimiento tendría que instalarse primero, seguido por la nueva tubería portadora roscada en el interior del mismo. Y probablemente este método también habría requerido enlechar el material en posición. Sin embargo, esto no ocurre usando el sistema AXIS, ya que la tubería portadora podría instalarse en la perforación menos el revestimiento de acero. Así pues, en esencia, eliminamos un paso y eso se traduce en un ahorro de tiempo y en la reducción de costos”.

Midwest Mole usó una broca tricónica de 34,3 cm (13-½-pulg.) para la perforación piloto y logró una velocidad de producción promedio de 4,3 m (14 pies) por hora a través de este grupo complejo de formaciones rocosas. Con la tubería de HDPE soldada y lista en el extremo de recepción, era hora de enfrentarse a lo desconocido y empezar la fase de escariado en el proyecto.

No obstante, lo único desconocido era si el sistema AXIS podría escariar efectivamente en esta difícil formación de piedra caliza, esquistos y rocas de alta densidad, habiendo retirado producto por la perforación en instalaciones anteriores. La cuadrilla de trabajo de Howell seleccionó una cabeza de corte tricónica de 49 cm (19 1/4 pulg.) para navegar por la perforación de 154,2 m (506 pies) con conos de rodillos — una configuración de herramientas que se considera eficaz para quitar rocas y colocar mejor el escariador durante el halado.

“Esta fue la primera vez que se había usado el sistema AXIS para escariar roca, por lo que hubo evidentemente algún tanteo al principio”, explica Howell. “Entretanto hicimos algunos ajustes por el camino para fijar la separación de la rueda de corte con el corte excesivo correcto a fin de permitir que el escariador funcione de la forma más eficiente. Teníamos una cabeza de tracción sujeta al lado trasero del escariador en una unión giratoria, lo que ayuda a despejar la perforación, por lo que estuvimos halando el producto a medida que se escariaba el agujero. Usamos el diseño de escariador estándar de Vermeer fabricado de forma especial con cabezas de corte de conos de rodillos”.

Se tranquilizaron los ánimos e hicimos historia
Howell admitió que hubo algunos momentos de nervios antes del halado. “Sabíamos que habíamos pensado en el proyecto de la forma más completa que nos fue posible, pero seguía habiendo tensión al aproximarnos al momento de escariado”, recuerda Howell. “Vermeer estuvo allí para apoyarnos, y sí, había nerviosismo al hacer algo por primera vez, pero en general todo nos fue muy bien. Tuvimos que hacer algunos ajustes, pero al final del día, realmente escariamos muy bien la roca y quedamos muy satisfechos. Promediamos unos 2,4 m (8 pies) por hora en el escariado en retroceso”.

Howell y la cuadrilla de trabajo esperan con ansias la oportunidad de empezar otro trabajo y hacer historia en otro proyecto de instalación sin zanjeo. No obstante, hasta entonces, los profesionales capaces de Midwest Mole se satisfacen al haber cumplido otra perforación histórica con éxito, pero aún más por haber seguido solidificando una relación con el cliente
.
“Estamos orgullosos de las múltiples instalaciones que hemos completado con éxito”, señala Howell, “pero estamos incluso más orgullosos de la confianza y credibilidad que hemos podido establecer con clientes como SD1. Nos arriesgamos un poco en este proyecto, y afortunadamente todo salió bien ya que [SD1] están bastante contentos con los resultados. De hecho, el propietario escribió un resumen sobre el proyecto y el uso del sistema AXIS. Uno de los puntos destacados para nosotros fue el reconocimiento de que el proyecto podría haberse completado usando una perforación de barreno, pero no con la misma eficiencia y velocidad. Ahí es donde verdaderamente destaca el sistema AXIS”.