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Instalación de alcantarillados por gravedad en las rocas firmes de Georgia

DeKalb Pipeline, al enfrentarse a condiciones difíciles del terreno, triunfó al usar un sistema de perforación guiado por láser

jul-2011

Hizo falta un contratista abierto a un nuevo método de instalación innovador, mucha paciencia y grandes dosis de determinación — después de dos intentos previos fracasados por parte de otros contratistas usando perforadoras y martillos neumáticos — para conquistar finalmente un molesto trayecto de 243,8 m (800 pies) de granito azul firme de Georgia. Así pues, el propietario del proyecto Coweta County Water and Sewer Authority confió en DeKalb Pipeline Company para salir victorioso.

Incluso sin las firmes formaciones rocosas — cuyas presiones en muchos lugares a lo largo de la ruta de instalación llegaban a los 2.068 bares (30.000 lb/pulg²) — el proyecto de ampliación del alcantarillado era ya suficientemente complicado. Consistía en instalar un nuevo alcantarillado en la ciudad de Newnan, Ga., un pintoresco conjunto histórico de 27.000 habitantes ubicado a 64,4 km (40 millas) al suroeste de Atlanta en el Condado de Coweta. Con una proyección de aumento constante de la población de la ciudad en los próximos años, la County Water and Sewer Authority aprobó una ampliación del alcantarillado existente como adelanto del crecimiento anticipado.

El plan de instalación tenía tres componentes, empezando por una tubería de carga de 20,3 cm (8 pulg.) de aproximadamente 2.133,6 m (7.000 pies) a una estación de bombeo; seguido por un tramo de alcantarilla por gravedad de 25,4 cm (10 pulg.) de diámetro y 1.066,8 m (3.500 pies) de largo; y terminando con un tercio de tramo de tubería de carga de 20,3 cm (8 pulg.) que cubre una distancia de casi 2.438,4 m (8.000 pies) que iba a ser reforzada por una segunda estación de bombeo de elevación. La ruta de instalación de casi 4,8 km (3 millas) de largo se trazó paralela a la carretera 34 de Georgia, una vía de cuatro carriles separada por una mediana de hierba, para proporcionar un servicio de alcantarillado para dos grandes proyectos de desarrollo comerciales a fin de adaptar el crecimiento anticipado.

A DeKalb Pipeline, con base en Conyers, Ga., se le otorgó el trabajo después de participar en un proceso de licitación abierto. Desde su incorporación en 1960, y actualmente en su segunda generación de propiedad familiar, DeKalb Pipeline desempeñó una función principal en la construcción de las infraestructuras de muchas comunidades del Condado de DeKalb, Ga., y desde entonces se ha ganado un gran prestigio como uno de los contratistas de nivelación e instalación de servicios públicos en la obra de la zona metropolitana de Atlanta y del norte de Georgia. James King, presidente y director de operaciones, que no teme abordar incluso los proyectos más difíciles, califica el proyecto Newnan como uno de los más difíciles de la compañía.

“Nuestra oferta se basaba en todo lo que se abra con excepción de vías de acceso, cruces, carreteras y obstáculos superficiales”, explica King. “Pero una vez marcada inicialmente la tubería por gravedad, nos dimos cuenta de que ciertas partes de la tubería serían muy difíciles de construir según se habían diseñado. En esa área en particular había una guardería, la consulta de un dentista y algunas tuberías superiores de servicio público que harían difícil abrir una fosa convencional tipo excavación y perforación a ambos lados de las vías de acceso. También sospechamos que habría algunas rocas en esa área, por lo que la excavación a cielo abierto y la perforación para la instalación de la tubería por gravedad en esa trayectoria corta era un problema a tener en cuenta”.

Al prever problemas con el método de instalación descrito en la propuesta de licitación para este trayecto por gravedad de 243,8 m (800 pies) y las otras áreas muy ajardinadas, King y la cuadrilla se pusieron a identificar un método alternativo mientras avanzaban para completar los tramos de tubería de carga y por gravedad donde la excavación a cielo abierto seguía siendo factible. No obstante, parecía que seguía habiendo una nube sobre esa resolución para navegar esta distancia molesta de 243,8 cm (800 pies), algo que siguió arrojando una sombra de temor en el paisaje. Entonces, a mitad del proyecto — empezó a emerger un rayo de luz en el horizonte — y una posible solución a la vista.

“Hablamos de la posibilidad de usar una perforadora direccional en partes de la tubería de carga donde había una amplia área ajardinada y también en el trayecto por gravedad delante de la guardería y de la consulta del dentista”, señala King. “Este método nos obligaría a solicitar cambios para desviarnos del plan original, pero por último fuimos capaces de asegurar todos los permisos necesarios para alterar el método. Identificamos a un subcontratista que pensamos que era capaz de completar esta sección de 244 m (800 pies) usando una perforación direccional horizontal (HDD), lo que eliminaba la necesidad de abrir fosas convencionales de 5 m (16 pies) de profundidad por 3 m (10 pies) de ancho por 9 m (30 pies) de largo en las áreas lindantes a la zona de estacionamiento y a las vías de acceso”.

Solución identificada pero retos imprevistos en el futuro
Al haber identificado ahora una solución de instalación viable con todas las demás solicitudes de cambio necesarias aseguradas, DeKalb estaba otra vez preparada. La tarea siguiente fue revisar el plan de instalación y hacer ajustes basados en el cambio a HDD.

El diseño cambió para incluir tramos de 122 m (400 pies) a fin de instalar la tubería por gravedad de 25,4 cm (10 pulg.) a través del área afectada usando una ubicación de pozos de visita establecida como punto de entrada y salida. DeKalb seleccionó a dos subcontratistas de HDD diferentes; uno para las dos perforaciones piloto por gravedad de 243,8 m (400 pies) y otro de unos 853,4 m (2.800 pies) de tubería de carga a lo largo de otras partes del proyecto.

La primera perforación de 243,8 m (400 pies) pareció que se hizo de acuerdo a los planes. Con el primer segmento bien instalado y el material de HDPE de 25,4 cm (10 pulg.) colocado, era el momento de pasar al segmento dos. Esta perforación hizo necesario poner la perforadora en sentido opuesto hacia el pozo de visita aguas abajo cuando las cosas empezaron a empeorar.
“Después de unos 9,1 m (30 pies) de perforación por gravedad, el subcontratista de HDD empezó a encontrarse con rocas duras”, recuerda King. “Después de retirarse y de varios intentos de atravesar la roca, determinaron que la perforadora no tenía suficiente potencia ni resistencia. Perdimos unas tres a cuatro semanas mientras el subcontratista buscaba una solución y tuvimos que hacer frente a ciertos asuntos acerca de la terminación del trabajo a tiempo. Había que hacer algo”.

Entretanto, el contratista King que tenía que completar la parte de la tubería de carga recomendó a otro contratista de HDD, con el que estaba asociado, que tenía una máquina más grande y de más potencia que creía que podría atravesar la roca dura. Así pues, DeKalb firmó un contrato con ese contratista de HDD para que viniera y abordara el tramo sin completar lleno de rocas de 122 m (400 pies). La perforación se completó finalmente después de tres semanas, pero solamente para descubrir otro revés y otra demora costosa.

“Cuando excavamos en el lugar del pozo de visita intermedio para conectar las dos perforaciones y fijar el pozo de visita premoldeado, la elevación de la segunda perforación era de unos 30 cm (1 pie) más y no permitía el flujo por la alcantarilla”, explica King. “Para complicar aún más las cosas, descubrimos luego que la primera perforación, aunque a nivel del suelo, no iba a pasar una prueba de lámparas requerida por el ingeniero. Esto hizo que la primera perforación también fuera inútil”.

El sistema de perforación guiada AXIS® al rescate
Después de una serie de retos, reveses y frustración creciente, se fue perdiendo la esperanza a medida que King y compañía hicieron frente a un dilema serio. “Teníamos dos tramos de 122 m (400 pies) con tubería de HDPE retirada y como un contratista que no instaló la tubería a nivel del suelo y otra que no era lisa ni recta, ambas perforaciones resultaban inútiles”, sentencia King. “No había forma de sacar la tubería instalada en uno de los túneles y uno de los contratistas tuvo que marcharse. Así pues, abandonamos ambas tuberías con lechada y regresamos al tablero de dibujo”.

A King le agradó la sugerencia del subcontratista de HDD, Cobalt Telecommunications, que trató la primera parte de la tubería por gravedad de 243,8 m (800 pies), de comunicarse con el distribuidor Vermeer Southeast para pedir ayuda.

“Dekalb y Cobalt volvieron a hablar con Monte Erritt de Vermeer Southeast para tratar la posibilidad de que el sistema de perforación guiado AXIS™ pudiera ser una opción”, recuerda King. “Recuerde que debe mantener esto en su debida perspectiva considerando el reto de instalar un tramo de 122 m (400 pies) en dos sentidos diferentes en línea y a nivel del suelo del 0,8 por ciento, que no permitía ningún error. Seguía teniendo mis dudas pero en ese momento, hacer algo era algo mejor que no hacer nada”.

El paso siguiente era entender de forma precisa lo que el sistema AXIS podía hacer exactamente. Una de las preocupaciones principales era la presencia de HDPE de 25,4 cm (10 pulg.) ya instalado — lo que evidentemente no era ideal porque el sistema AXIS tendría más probabilidades de tener éxito perforando material virgen. Para conseguir esto, DeKalb necesitaba la aprobación del ingeniero de proyecto para desplazar el pozo de visita intermedio aproximadamente 2,4 m (8 pies) a fin de cambiar el ángulo justo lo suficiente para no perforar en la ruta directa de la perforación existente, aunque fracasada.

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 a la vez que se eliminan algunos de los pasos difíciles relacionados con otras técnicas de instalación. El sistema tiene capacidad para instalar una amplia gama de productos a nivel del suelo con una gama de materiales y diámetros — está diseñado para instalar tuberías de 25,4 a 35,6 cm (10 a 14 pulg.) con una longitud de hasta 106,7 m (350 pies) — y puede 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.

Se construyó un foso en el sitio del pozo de visita intermedio y el AXIS se colocó en el foso. Desde allí, el equipo perforó la tierra hasta el pozo de visita aguas arriba y le impactó en el centro. Todo el proceso, desde la configuración hasta la terminación de la perforación, requirió solamente tres días.

El sistema de perforación guiado AXIS se giró 180 grados y la segunda perforación de 122 m (400 pies) empezó en el pozo de visita registro aguas abajo. Las estimaciones indicaban que la roca a lo largo de esta sección registraba una presión entre 1.724,1 y 2.068,9 bares (25.000 y 30.000 lb/pulg²) y era difícil de perforar. El equipo, al perforar hasta una profundidad de 4,3 m (14 pies), impactó la roca a unos 12,2 m (40 pies) dentro de la perforación y se tuvo que hacer un cambio de herramienta a 45,7 m (150 pies) con una cabeza de corte capaz de funcionar en las difíciles condiciones de las rocas.

“La densidad de esta formación rocosa era mucho mayor que la que nos podíamos imaginar. Estimo que era al menos de 1.379 bares (20.000 lb/pulg²)”, afirma King. “La perforación probablemente habría tardado menos de cinco días si las rocas no hubieran creado tantos problemas. Una vez que se instaló la cabeza de corte derecha, el sistema funcionó perfectamente”.

Una vez completado, el HDPE de 25,4 cm (10 pulg.) se instaló en la perforación de menos del 1% de pendiente y se conectaron las dos tuberías de alcantarillado de 122 m (400 pies) usando manguitos macizos y se completó la ampliación de alcantarillado de casi 4,8 km (3 millas) de largo.

“Desde el principio hasta el final, este fue de uno de esos trabajos realmente arduos”, comenta King. “Y a pesar de todas las frustraciones, retos y momentos de incertidumbre, puedo decir honestamente que estoy un 100% satisfecho con el sistema AXIS. Se le puede considerar de muchas maneras como una tabla de salvación con pocas alteraciones de la zona ajardinada. No sé de ningún otro sistema que haya tenido que tratar con rocas tan duras como éstas y que haya completado la perforación en línea y a nivel del suelo. Después de dos intentos fallidos por parte de otro contratista, Vermeer y el sistema AXIS ayudaron a recuperar todo el proyecto”.