Pablo Salazar Cossio

Concluyendo en la utilizacion de cable de energia, a cambio del cruce aereo considerado en el proyecto, estoy proponiendo la utilizacion de la tecnologia "trenchless", para su instalacion.

La tecnología “trenchless(sin zanja) o “perforación horizontal dirigida o horizontal direccional drill-HDD, tenia una participación del 41% en los paises europeos desarrollados, el año 2000. Desde ya aquel año, en muchas ciudades del mundo desarrollado e incluso algunas de america latina (Argentina, Bolivia, etc), las autoridades han PROHIBIDO” las instalaciones de todo tipo(agua, alcantarillado, energia electrica, gas, comunicaciones, etc) con apertura de zanjas en zona urbana.

Como tecnología “trenchless” se definen a los métodos, materiales y máquinas usadas para instalar sin zanjas servicios subterráneos y sistemas de cañerías nuevos o para rehabilitar los existentes, minimizando la destrucción, la interrupción para la sociedad y la alteración del ambiente, e incluso remediación de suelos.

Básicamente, tras el análisis del suelo a atravesar, esta tecnología opera mediante una máquina tunelera (topo) que perfora el suelo en forma horizontal utilizando barras, desde un pozo de entrada y guiada por un “localizador” que desde la superficie indica la posición de la perforación. Finalizado el cruce “de ida” y alcanzado el objetivo en un pozo de salida, al extremo de las barras se sujeta un expansor (para ensanchar el túnel) a la tubería o cable a instalar y, al recogerse las barras “de vuelta”, la instalación queda colocada bajo tierra. Además de la tunelera, las barras, el cabezal y el radiodetector, en los procesos HDD el empleo de aire o fluidos es un insumo fundamental.

Para el caso del cruce del rio Ucayali, sus ventajas respecto del cruce aereo para vanos de 1300-1400 metros anivel, son inherentes a la ingenieria del sistema. Podemos utilizar esta tecnología y marcar un hito en el desarrollo tecnologico de las empresas consecionarias de electricidad, en el Peru. Puede realizarse en cualquier epoca del año, pues las lluvias no lo afectan, al ir debajo del lecho del rio.

Podemos describir el procedimiento de la siguiente manera:

La Preparación del proyecto comienza con la "consulta comercial" , a partir de la cual se reúne toda la información necesaria. Se requiere un estudio de suelos que es determina del tipo de máquina y herramentas que va a ser utilizado, como también al tipo y cantidad de bentonita y polímeros necesarios para la perforación.

En el caso de áreas urbanas seria necesario obtener toda la documentación histórica disponible que conjuntamente con el uso de equipos de localización y cateos, sumaran toda la información posible acerca de las interferencias y los servicios instalados. Los equipos de localización que se usan a este efecto son el Georadar, la sonda geoeléctrica de resistividad o los detectores de cañerías y cables. En nuestro caso, es seguro que no tenemos obstaculos a 35 metros bajo nivel.

La preparación del proyecto incluye también la planificación de la traza de tendido, los diferentes tramos y fosas de perforación y de inserción. Asimismo, comprende la ejecución de un plano del perfil vertical y de planta y en el caso de ríos una batimetría. Para diámetros mayores, se calcula la tracción necesaria para la inserción. Después se prepara el diseño del obrador, incluyendo el lugar de ubicación de las máquinas. Durante el trabajo se completa un "Control de Operación "y los "Partes Diarios de Trabajo".

PERFORACIÓN DEL TÚNEL PILOTO

Esta etapa consiste en perforar un túnel de entre 70 mm. a 300mm. de diámetro, siguiendo una traza prestablecida, así también las características del suelo en la zona de operación. El túnel puede ser perforado desde superficie a superficie o desde zanjas cavadas a tal efecto. También es factible partir o llegar a una cámara de inspección. Existen diversas metodologías y por tanto, diferentes herramientas para efectuar la perforación del túnel piloto; la elección de la herramienta a utilizar depende fundamentalmente del tipo y dureza del suelo a perforar. La tecnología más desarrollada en los últimos años ha sido la denominada " jetting", o perforación hidrocinética, la cual consiste en perforar con barras huecas a través de las cuales se impulsan lodos de perforación bombeados a muy alta presión. Los lodos salen por pequeñas toberas ubicadas en el cabezal perforador en el extremo del tren de barras causando el efecto "hydro-jet" horadando el suelo; las barras a su vez por el efecto de empuje producido por la máquina van ocupando el espacio horadado produciéndose un avance lento pero constante. En el caso de suelos muy duros o rocosos se utilizan motores barreros o de fondo y trépanos similares a los petroleros. Según el tipo de suelo se seleccionan las herramientas de perforación, de rectificado y la composición de los lodos a inyectar. Es al perforar el túnel piloto que la herramienta de perforación debe ser guiada por debajo tierra y a ese efecto se utilizan 2 sistemas diferentes de guiado:

Guiado desde Superficie

El tren de barras de perforación cuenta en su extremo con un cabezal perforador a hidropresión con toberas e inmediatamente detrás del cabezal se encuentra una sonda emisora de señales de radiofrecuencia. Estos datos son captados por un receptor portátil en manos de un operador perito de guiado, en superficie. El receptor cuenta con una pequeña pantalla en la cual el operador va recibiendo: profundidad, inclinación y dirección de la herramienta de perforación. El operador experto capta los datos y los coteja con su plano de tendido pudiendo ordenar al operador de la maquina de perforación las correcciones para que el túnel coincida con el plano del tendido proyectado. Este sistema de dirección se usa en la mayoría de las obras de Perforación Direccional. siempre que se pueda caminar en superficie por encima de la línea de tendido y toda vez que la cota de profundidad del túnel no sea superior a los 12m (en este caso medidos respecto del fondo del lecho del rio)

Guiado Punto a Punto

En este sistema la transmisión de la señal de la sonda no es electrónica sino es una señal eléctrica transportada por un cable que se coloca por adentro de las barras de perforación. La señal eléctrica es decodificada en una interfase que alimenta una computadora la cual, mediante el adecuado programa, va mostrando los parámetros de ubicación de la sonda. Al viajar la señal por adentro de las barras de perforación y no a través de la tierra, no es necesario estar en la superficie para recibir la información sino en el puesto de la computadora, razón por la cual este sistema es el más adecuado para trabajar en aquellos tendidos en los cuales no es factible el transitar por superficie tal como cruce de cursos o espejos de agua, autopistas, edificaciones, pistas aéreas, zonas contaminadas o medioambientalmente sensitivas y áreas geológicamente inestables; como es nuestro caso (rio).

A fin de poder dar al túnel el diámetro necesario, que deberá ser de un 30 a 50% mayor que el del producto a insertar, es necesario ir agrandandolo cuidando de que no se desmorone. A ese efecto se utilizan brocas y escariadores de perforación de diversos diámetros los cuales se van pasando a lo largo del túnel en sucesión de menor a mayores tamaños. Es importante además mantener una inyección permanentemente de lodos de perforación que permiten remover la tierra, arcilla, arena o cualquiera fuese el contenido del suelo que se está perforando.

A efectos de que el lavado del túnel se produzca de manera efectiva es necesario inyectar lodos hasta 4 veces el volumen final del túnel, siempre manteniendo una presión positiva que colabora en la contención de las paredes. La capacidad tixotropica y gelificante de la bentonita hace que los lodos actúen como una cinta transportadora del recorte del terreno interior del túnel hacia las zanjas de operación. De esta manera se asegura que el bajo contenido de sólidos remanentes dentro del túnel permita una más fácil inserción.

Esta es la etapa final. La instalación del cable o de cables dentro del túnel es el momento de mayor compromiso para la obra ya que el túnel va siendo ocupado en forma gradual por un elemento ajeno a la perforación y deben extremarse los recaudos para facilitar su deslizamiento. De producirse cualquier problema en esta etapa su solución será mucho más crítica.

Previo a la iniciación del trabajo de perforación ya se habrá construido la columna en línea con el eje del túnel, detrás de la fosa de inserción, las uniones soldadas cubiertas con mantas especiales para inserción por tiro y las pruebas concluidas.

Después de que se termina la última etapa de rectificación, el cable se conecta detrás de la última broca mediante un cabezal de tiro y un gancho giratorio. El gancho giratorio se usa para evitar la rotación del cable, dado que la broca que avanza va rotando permanentemente. La máquina empieza la operación de tirado, rotando y tirando la hilera de cables mientras se van sacando las barras de perforación hasta que la broca y el cable llegan al pie de máquina. Durante todos los pasos de rectificación e inserción, se continúa bombeando el lodo de la perforación hacia adentro del túnel. Es así que al insertar el cable en el túnel lleno de lodo, el mismo viene flotando en el interior del túnel ayudando a que la fuerza de tracción a emplear disminuya.

El proceso de Perforación Horizontal Dirigida requiere el uso de lodos de perforación en base de bentonita mezcla que cumple las siguientes funciones:

1. Corte hidráulico por toberas a alta presión o por motor barrero.

2. Lubricación y enfriamiento de las herramientas y barras de perforación.

3. Transporte del recorte del terreno perforado a la fosa de perforación o de inserción.

4. Estabilización del túnel mientras se perfora y se rectifica a efectos de que no colapse.

5. Realización de un emplaste para prevenir la pérdida del lodo de perforación hacia formaciones vecinas.

Composición de la mezcla

Las mezclas más comúnmente utilizadas tienen base de bentonita. Con mucha frecuencia se agregan también polímeros para aumentar ciertas características.

Volumen y Presión de la Bomba

Para cada proyecto, se calcula una cantidad de fluido de lodo de perforación acorde al diámetro y longitud del túnel, el volumen y presión de bombeo.

Medidas Preventivas

Mientras se realiza la perforación, el rectificado y la inserción, se toman medidas preventivas para minimizar la presión o erosión en el túnel. Se analiza el fluido de perforación para ajustar las dimensiones de la fosa, las propiedades geológicas en la interfase anular, los índices de flujo, la viscosidad, el filtrado, la fuerza de gelificación y el contenido de partículas en el flujo anular. Las propiedades reológicas en la interfase anular se miden en el campo y se ajustan a lo requerido y a las condiciones del suelo. En la parte superior se muestra graficos y fotos relacionadas.

Como referencia, puedo informar de trabajos similares, efectuados con tecnología alemana, Flowtex, con Operador Argentino, de 1600 y 1270 metros bajo el rio Uruguay (Uruguay), con diámetros de 16” y 24” respectivamente, en el año 2000.

Asi tambien se puede referir las instalaciones similares efectuadas en el rio Camisea (Peru), de 620 y 600 metros, con diámetros de 14” y 20”, el año 2003, con el mismo Operador.

Algunas mediciones aproximan corrientes maximas de rayo, de 400 KA, con un valor promedio al 50% de 25 KA, asi como otros aceptan un valor promedio de 31 KA al 70%. La fenomenologia podemos explicarla asi:

El trazador descendente o lider, es un canal de plasma que parte de nube de tormenta, a pasos discretos con rumbo a tierra. los pararrayos naturales con arboles, vertices de edificios, captores de rayos, postes de energia, personas, etc, emiten grados variables de energia electrica inducida, produciendo efluvios de carga electrica ascendente (upward streamers) Dentro de este campo electrico localizado, algunos lider se conectan con algunos "streamer" y entonces establecida la ruta por el canal de descarga, fluira una corriente a tierra violentamente.

El estres termico de los materiales alrededor del punto de impacto, esta determinado por: la conduccion de calor por el canal de descarga, radiacion termica desde el mismo canaly el calentamiento por efecto joule. La onda de choque acustica radial, alcanza presiones magneticas de hasta 6000 atmosferas para una corriente pico de 200 KA. El calentamiento violento del aire en la zona de contacto, con espacios pequeños ocluidos o cerrados rajan estructuras de concreto y rocas. Los acoplamientos resistivos, inductivos y capacitivos inducen ondas de sobretensiones a otros circuitos de energia o comunicaciones cercanos.

Ahora se conoce que la distancia media entre descargas sucesivas, es de 6 a 8 millas a cambio de las 1-3 consideradas anteriormente. Aproximadamente, el 40% de rayos nube-tierra se bifurcan en dos o mas puntos de impacto, los cuales no son diferenciados por instrumentos de localizacion y medicion. En el punto de impacto, se forman arcos horizontales en una distancia a veces superior a los 20 metros, siendo el rayo un acontecimiento caprichoso, aleatorio, estocástico e imprevisible. En el transito de la corriente de descarga del rayo, hacia tierra, transita la estructura en el punto de contacto y por tanto uno busca que la impedancia en ese tramo sea la menor posible, para que la tension que alli se de, no exponga a terceros.