PERFORACIONES HORIZONTALES

NORMAS TÉCNICAS

ADMINISTRADOR DE INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

Organismo Redactor: Renfe. Área de Inversiones. Gabinete de Proyectos y Normas

NAV 2-1-5.0

1ª EDICIÓN: Mayo de 1982

PERFORACIONES HORIZONTALES

OBRAS DE TIERRA

VÍA

R E N F EAREA DE INVERSIONES

GABINETE DE PROYECTOS Y NORMAS

Obras de tierraPerforaciones horizontales

N.R.V. 2 - 1 - 5.0.

1.ª Edición: Mayo 1982

N.R.V. 2-1-5.0.

OBRAS DE TIERRA.-PERFORACIONES HORIZONTALES

INDICE Página

1. Objeto ................................................................................................................................................................1

2. Definiciones .......................................................................................................................................................1

3. Documentos relacionados con la presente Norma ...........................................................................................1

4. Perforaciones horizontales ................................................................................................................................1

4.0. Consideraciones generales ......................................................................................................................1

4.1. Ventajas de las perforaciones horizontales..............................................................................................2

4.2. Condiciones para realizar las perforaciones horizontales........................................................................2

5. Perforaciones de pequeño diámetro .................................................................................................................3


5.1. Martillo Grundomat...................................................................................................................................3

5.2. Perforaciones por reacción en un apoyo .................................................................................................4

6. Perforaciones de diámetro medio......................................................................................................................4


6.1. Perforación horizontal con prensa-trépano ..............................................................................................4

6.2. Perforación horizontal con cabeza ensanchadora...................................................................................5

7. Perforaciones de gran diámetro ........................................................................................................................5


7.1. Perforación horizontal por hinca de tubo .................................................................................................6

Norma.- Obras de tierraPerforaciones horizontales

N.R.V.

2-1-5.0.

1. OBJETO

Es objeto de la presente Norma indicar las distintas formas de llevar a cabo perforaciones horizontales enla infraestructura de la vía y señalar la normativa que debe seguirse para instalar diversas redes dedistribución de servicios en ellas sin alterar la explotación ferroviaria.

2. DEFINICIONES

Se establecen las siguientes definiciones para los términos empleados en esta Norma.

Perforación horizontal.-Método basado en el desplazamiento o en la extracción del suelo por mediosmecánicos dejando un hueco longitudinal horizontal capaz de ser revestido, o no, con tuberías de diferen-tes materiales.

3. DOCUMENTOS RELACIONADOS CON LA PRESENTE NORMA

N.R.V. 2-1-0.0. Obras de tierra.-Calidad de la plataforma.

N.R.V. 2-1-1.0. Obras de tierra.-Drenajes y saneamiento.

4. PERFORACIONES HORIZONTALES

4.0. CONSIDERACIONES GENERALES

Las perforaciones horizontales, o con pequeña inclinación, se realizan en las obras de tierra que formanla infraestructura de la vía con el fin de instalar diversas redes de servicio sin interferir en la circulaciónde los trenes y abaratando el costoso procedimiento de la apertura de zanjas para instalarlos. Enmuchos casos pueden formar la red de drenajes o ser utilizadas como desagües transversales.

Según sus diámetros, pueden realizarse en terrenos de toda clase, desde los fangosos a los duros, quepodrían requerir la utilización de explosivos, pasando por terrenos heterogéneos de diversas consistencias.

En general, no deben emplearse, o son de difícil empleo, en los terrenos formados por roca compactao donde existan fundaciones de hormigón. Sin embargo, las perforaciones de pequeño diámetropueden atravesar fábricas de ladrillo con facilidad.

El diámetro y la longitud de las perforaciones horizontales depende, por una parte, de la naturaleza delsuelo a atravesar y, por otra, del tipo de maquinaria utilizada para realizarlas. Atendiendo a ésta, puedenefectuarse: perforaciones de pequeño diametro, hasta 200 milímetros, con longitudes superiores a 80metros; perforaciones de tipo medio con diámetro comprendido desde 300 a 600 milímetros ylongitudes de 40 a 60 metros y, finalmente, las perforaciones de gran diámetro. De estas últimas se hanrealizado obras hasta los 2.000 milímetros, diámetro que puede sobrepasarse.

Las perforaciones, cualquiera que sea su diámetro, suelen revestirse con tubería de diferentesmateriales para contener el terreno y evitar su desprendimiento. Este proceso es indispensable enciertos procedimientos en los que se avanza por hinca del tubo en el suelo.

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4.1. VENTAJAS DE LAS PERFORACIONES HORIZONTALES

Como principales ventajas de este procedimiento, sobre el clásico de excavación en zanjas, se puedencitar:

- En cualquier vial se eliminan las desviaciones y las interrupciones de tráfico. En el ferrocarrilpermite prescindir de las precauciones en la circulación y de la disminución de velocidad a queobliga la apertura de zanjas.

- Se evitan los asientos de la infraestructura en las vías cruzadas por las perforaciones y lasincidencias en la explotación que ocasionan tales asientos.

- En los cruces con otros servicios no se precisa descubrir éstos, evitando el riesgo de las averíasque se pueden ocasionar en ellos.

- Se elimina el riesgo del trabajo del personal en las zanjas.

- Se anulan los gastos de entibación del terreno y del apeo de vías, reduciendo al mínimo elmovimiento de tierras.

- No se precisa rehacer la capa de rodadura del vial, o la banqueta de balasto y la infraestructuraen el ferrocarril.

- Se reducen las dificultades de trabajo en terrenos situados bajo el nivel freático.

- Se reduce notablemente la duración de los trabajos.

4.2. CONDICIONES PARA REALIZAR LAS PERFORACIONES HORIZONTALES

Como principios fundamentales deben citarse:

- Toda obra de cruce de servicios con una vía ferroviaria debe realizarse por medio de unaperforación horizontal entubada, a ser posible.

- La realización debe efectuarse por firmas especialistas.

- Cuando el revestimiento de la perforación sea metálico, debe cumplir las Normas UNE: 19.011,19.050 ó 19.053.

- Cuando el revestimiento sea de tubería de cloruro de polivinilo o de polietileno, cumplirá lasNormas UNE: 53.112; 53.131; 53.133; 53.162 ó 53.214.

- Se establece un recubrimiento mínimo de 0,80 metros desde la clave de perforación horizontal ala cota superior de terminación de la explanada del ferrocarril. En el caso de perforaciones degran diámetro, este recubrimiento debe ser elevado a 2 metros.

- Cuando la sección transversal de la vía sea en terraplén, las perforaciones horizontales debencomenzar y terminar a una distancia mínima de 6 metros del pie del talud.

- Cuando las características lo requieran, la tubería metálica de revestimiento llevará un recubri-miento bituminoso en caliente, formado por tres capas de 1,5 milímetros de espesor cada una deellas. Sobre la última, de terminación, se aplicará una capa de pintura de cal.

- Según el servicio, podrá exigirse que el espacio libre entre las tuberías de dicho servicio y elrevestimiento de la perforación quede hormigonado.

- Cuando la perforación haya de alojar conductos de gas es aconsejable independizarlos del

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revestimiento, dejando sin hormigonar el espacio comprendido entre ellos para evitar las posiblesroturas de los tubos en sus extremos libres.

- En el caso de vías férreas electrificadas, la tubería de revestimiento debe tener característicasadecuadas o protecciones especiales para evitar el ataque electrolítico.

- Se considera imprescindible el relleno del trasdós del tubo de revestimiento mediante inyecciónde hormigón, a partir de los 800 milímetros de diámetro de la perforación.

- Se considera imprescindible la realización de un pozo de entrada y de otro de salida de laperforación, con dimensiones suficientes para poder inspeccionarla después de su construcción.En la mayor parte de los procedimientos, las dimensiones de estos pozos vienen fijadas por lamaquinaria a utilizar; deben ser aumentadas, si fuera necesario, para cumplir la misión que quedaindicada.

5. PERFORACIONES DE PEQUEÑO DIAMETRO


Aunque existen diferentes marcas y tipos de equipos para realizar perforaciones de diámetro que noexceda de los 200 milímetros, suelen estar basados en dos tipos de acciones: el primero es un martillopercutor que avanza, por roce con la superficie del agujero longitudinal que perfora, desplazando elterreno blando y triturando las piedras que encuentra a su paso; el segundo consiste en la perforaciónhorizontal, por desplazamiento del terreno a la presión ejercida por un ariete accionado por un grupohidráulico cuya reacción actúa sobre la pared de un pozo de entrada.

5.1. MARTILLO GRUNDOMAT

Consta de un martillo perforador en forma de huso alargado, una placa de lanzamiento y un marco deenfoque que permite orientar la trayectoria del martillo. Fig. 5.1.a.

La perforación se comienza construyendo dos pozos, uno en cada extremo de ella, excavados asuficiente profundidad ante el terraplén a perforar. En el primero se coloca el martillo, en su posición delanzamiento sobre la placa, y, mediante el marco de enfoque, se dirige la visual a una mira, situada enel pozo de salida, para orientar la trayectoria del martillo. Este, una vez desprendido de su placa,continúa avanzando por desplazamiento del terreno. Fig. 5.1.b.

En suelos de mediana consistencia puede alcanzar velocidades de 10 metros por hora y puedeperforar suelos heterogéneos con bolsadas de piedra partida o muy fisurada. Dispone de unmecanismo que le permite retroceder, caso de encontrar un obstáculo insalvable, para rectificar sutrayectoria.

El martillo perforador está compuesto, esencialmente, por un huso metálico terminado en un cabezalcuya punta es un cilindro de pequeño diámetro que se va ensanchando en secciones circulares hastaalcanzar el diámetro del huso. En el extremo del cabezal, dentro del huso, golpea un émbolo percutor-accionado por aire comprimido a 6-7 atmósferas de presión- cuya energía de impacto se concentraíntegramente en el cabezal, desplazándole linealmente y haciéndole avanzar a través del terreno. Lareacción de igual intensidad, que se produce en la carcasa del huso, es absorbida por el rozamiento desu superficie con la del agujero perforado.

El huso va provisto, en su parte posterior, de un «niple» roscado que permite ajustar, a su carcasa,tubos de su mismo diámetro o inferiores. Fig. 5.1.c. En la misma figura puede verse el dispositivo delcable de tracción que se emplea para entubar perforaciones de longitud superior a 20 metros.

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También en la misma figura, el Cuadro indica los diferentes diámetros que pueden perforarse enfunción del peso del martillo empleado.

5.2. PERFORACIONES POR REACCION EN UN APOYO

El procedimiento se reserva a terrenos blandos susceptibles de compresión y desplazamiento. Seutilizan diámetros máximos de 200 milímetros y longitud de 50 metros, diferenciándose del martilloGrundomat que puede alcanzar longitudes de 80 metros y perforar suelos heterogéneos.

Para efectuarlo es necesario realizar dos pozos, uno al comienzo y otro al final de la perforación,quedando la operación dividida en dos partes.

La primera fase consiste en la perforación propiamente dicha, debida al desplazamiento del terreno porla presión ejercida mediante un ariete a causa del esfuerzo de compresión producido por un grupohidráulico sobre la cara posterior del pozo de ataque y transmitido por unas barras de avance en cuyoextremo queda roscado el ariete de penetración. Estas barras son todas ellas de igual longitud y se vanacoplando unas a otras, por roscado, según va avanzando el ariete de penetración. Fig. 5.2.a.

Alcanzado el pozo de salida, se procede a la segunda fase de la perforación, consistente en elensanchamiento de ésta. Para ello se acopla un cabezal de tracción al ariete de compresión,haciéndolo retroceder mediante el esfuerzo de tracción del grupo hidráulico, que se ejerce, ahora,sobre la cara delantera del pozo de ataque. Fig. 5.2.b.

Antes de comenzar esta fase de ensanchamiento se acopla una tubería de revestimiento al cabezal detracción que, al retroceder hasta alcanzar el pozo de ataque, va cubriendo toda la longitud perforada.Simultánemente se procede a desenroscar y suprimir las barras de avance que se han ido añadiendo,unas a otras, en la fase de perforación.

La maquinaria y la potencia del grupo hidráulico permiten fijar dos cabezales de tracción a un soloariete de compresión para tender dos tuberías de servicios en paralelo.

Para realizar las perforaciones debe procederse con las máximas precauciones. Cualquier obstáculo ola mala alineación de la primera tubería de avance ocasiona la desviación de la perforación.

6. PERFORACIONES DE DIAMETRO MEDIO


Cuando el diámetro de la perforación a efectuar pasa de 200 milímetros, o en terrenos con bolsascompactas, se recurre a la perforación por trepano, que puede realizarse por el procedimiento deprensa-trepano o por el de perforación horizontal con cabeza ensanchadora.

Ya se ha indicado que este procedimiento es especialmente apto para diámetros comprendidos entre300 y 600 milímetros, aunque puede alcanzar hasta 1.500 milímetros disponiéndose de la maquinariaadecuada.

6.1. PERFORACION HORIZONTAL CON PRENSA-TREPANO

El procedimiento consiste en perforar el terreno por la acción de un trépano mediante el esfuerzo de ungrupo hidráulico de compresión transmitido por unas barras helicoidales sin fin, que, a su vez,transportan los productos de excavación hasta el pozo de ataque.

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El trabajo se comienza excavando dos pozos: uno, de terminación de la perforación, y otro, de ataque,en el que se instala el grupo hidráulico de compresión y el primer tubo de revestimiento, debidamentealineado, ajustando su cota mediante un husillo graduado. En el interior del tubo de revestimiento seacoplan el trépano y la barra sin fin de extracción de residuos, comenzando la perforación del terreno.Fig. 6.1.

El trépano y el tubo sin fin son autónomos respecto del tubo de revestimiento, pudiendo avanzaralgunos centímetros, independientemente de éste, produciendo un espacio hueco que permitedesplazarse al tubo de revestimiento. El grupo hidráulico avanza solidariamente con el tubo derevestimiento, apoyándose en bastidores verticales sujetos al fondo del pozo de ataque, hasta agotar lalongitud de dicho tubo. A continuación se le hace retroceder hasta su posición primitiva para acoplaruna nueva longitud de tubería de revestimiento a la anterior por un procedimiento de soldadura.

La operación se repite hasta alcanzar el pozo de terminación.

Al utilizar este procedimiento debe tenerse en cuenta que es necesario dirigir correctamente el trépanoy que éste puede desviarse con las desiguales resistencias del terreno a atravesar, siendo costosas lasrectificaciones.

6.2. PERFORACION HORIZONTAL CON CABEZA ENSANCHADORA

El procedimiento participa de los fundamentos de la perforación por trépano, descrita en al apartadoanterior, y de la perforación por reacción en un apoyo del apartado 5.2. En él, es, también, necesarioexcavar dos pozos, uno de ataque y otro de final de la perforación.

Presenta las siguientes fases de realización:

- Situada la máquina frente al lugar en que ha de efectuarse la perforación, se realiza ésta por laacción de un sistema de varillas cortadoras desmontables, provistas de un tornillo sin fin para laextracción de los productos de la excavación, accionando el conjunto mediante un motor.

- Perforado el orificio piloto, se desmontan las cuchillas cortantes del extremo de ataque delvarillaje y, en su lugar, se coloca una cabeza ensanchadora. A ella va acoplada la tubería derevestimiento mediante pletinas semielásticas u otra unión de tipo articulado.

- Se hace retroceder la cabeza ensanchadora hasta el pozo de ataque, terminando la perforación ydejando colocada la tubería de revestimiento. En esta fase la cabeza ensanchadora y el tornillosin fin de extracción de detritus giran en sentido contrario.

Las diferentes fases quedan representadas en la Fig. 6.2.

7. PERFORACIONES DE GRAN DIAMETRO


El método que se describe está basado en la hinca de un tubo de hormigón en el suelo. Se hace avan-zar por excavación del terreno en el frente de ataque y empuje simultáneo ejercido, hidráulicamente,desde un pozo exterior.

El procedimiento es apto para perforaciones de 800 a 3.000 milímetros. No es utilizable para roca nipara terreno donde hayan de emplearse explosivos, debiendo atravesar los estratos que los

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precisen mediante la excavación con martillo neumático perforador. Su mayor eficacia se encuentra enterrenos sueltos, arenas y gravas acuíferas, o incluso en arcillas duras y calizas descompuestas.

7.1. PERFORACION HORIZONTAL POR HINCA DE TUBO

La primera operación consiste en la construcción de un pozo de ataque de la excavación. Deberealizarse a la profundid conveniente y tener planta rectangular de 4 x 7 metros de dimensiones. Unaparejo sobre este pozo permite la retirada de los productos de excavación, la colocación de laestructura del empujador hidráulico y la de los tubos a hincar.

El empujador consta de unos gatos hidráulicos que ejercen la presión en el frente de ataque del pozo,por reacción sobre la pared opuesta.

Unos carriles colocados en la base del pozo permiten la alineación de los tubos a hincar. De ellos, eltubo guía va provisto de un azuche en su extremo frontal cuya misión es facilitar la introducción del tuboy mantenerlo en la dirección del empuje; en el extremo posterior lleva acoplado un cabezal destinado arepartir, uniformemente, la presión hidráulica en la base del tubo.

La excavación se realiza por dentro del tubo guía, retirando los productos por carretones o mediantecualquier otro elemento de transporte. Introducido el tubo guía, se intercala, entre él y los gatoshidráulicos, un espaciador, que permite continuar su avance y colocar un nuevo tubo con el que serepite la operación.

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