Le fuerzas de tiro y tensiones de la tubería durante el pullback en HDD se calculan estimando la tracción necesaria para introducir la tubería por el sondeo perforado, considerando longitud, diámetro, peso sumergido, flotabilidad, rozamiento con el terreno o fluido, geometría del trazado, radios de curvatura, presión exterior, rigidez de la tubería y resistencia admisible del material. El objetivo es comprobar que la tubería puede instalarse sin superar tensiones admisibles, deformaciones, ovalización, radios mínimos o límites de junta y revestimiento.
Dans les projets de forage horizontal directionnel, Traversées d'infrastructures, traversées de rivières et de cours d'eau o conducciones bajo servicios existentes, el cálculo del pullback debe hacerse antes de definir diámetro, material, SDR/espesor, radio de curvatura, lodos de perforación, equipo de tiro y procedimiento de instalación.
Qué esfuerzos actúan durante el pullback
Durante el pullback, la tubería no solo trabaja a tracción. También puede estar sometida a flexión, presión exterior, rozamiento, empujes locales y esfuerzos sobre revestimientos o juntas.
| Esfuerzo | Causa principal | Ce qui est vérifié |
|---|---|---|
| Tracción axial | Tiro del equipo HDD para introducir la tubería | Tensión longitudinal admisible |
| Rozamiento | Contacto con el sondeo, terreno, lodo o puntos de apoyo | Fuerza total de tiro |
| Peso sumergido | Peso de la tubería corregido por flotabilidad | Contacto, rozamiento y estabilidad |
| Flotabilidad | Empuje del fluido de perforación sobre la tubería | Reducción o inversión del peso efectivo |
| Flexión | Radios de entrada, salida y curva del trazado | Radio mínimo y tensión combinada |
| Pression extérieure | Profundidad, lodos, agua subterránea o terreno | Ovalización, pandeo o colapso |
| Torsión o giro | Rotación no deseada durante arrastre | Uniones, juntas, soldaduras o accesorios |
| Daños de revestimiento | Contacto con terreno, grava, roca o obstáculos | Continuidad anticorrosiva o protección exterior |
Variables principales del cálculo
Para estimar la fuerza de tiro se analizan:
1. Longitud del cruce
A mayor longitud, mayor superficie de contacto y mayor acumulación de rozamiento. La fuerza de tiro suele crecer a medida que avanza el pullback, especialmente en tramos largos, curvos o con sondeo irregular.
2. Diámetro y espesor de la tubería
El diámetro condiciona peso, flotabilidad, rigidez, superficie de contacto y presión exterior. El espesor o SDR influye en resistencia a tracción, rigidez frente a ovalización y capacidad de soportar presión externa.
3. Material de la tubería
El cálculo cambia según se trate de PEAD, acero, fundición, PRFV u otros materiales. Cada uno tiene límites admisibles distintos de tracción, flexión, ovalización, deformación, fatiga, temperatura, soldadura o junta.
4. Peso sumergido y flotabilidad
En HDD, la tubería se introduce en un sondeo lleno de lodo o fluido. Por eso se calcula el peso efectivo de la tubería, considerando peso propio, contenido interior si se llena con agua, flotabilidad exterior y densidad del lodo.
La tubería puede tender a flotar, apoyarse en la clave del sondeo o apoyar en la generatriz inferior según el balance entre peso y empuje de flotación.
5. Rozamiento
El rozamiento depende del contacto entre tubería y sondeo, coeficiente de fricción, geometría, lodo, rugosidad, curvatura, peso efectivo y calidad del pre-ensanche. Un sondeo irregular, colapsado o con limpieza insuficiente puede aumentar mucho la fuerza de tiro real.
6. Geometría y radios de curvatura
El trazado HDD incluye ángulos de entrada y salida, tramo curvo y tramo horizontal. Los radios deben ser compatibles con el material de tubería, la rigidez, el diámetro, la soldadura o junta, y la deformación admisible.
7. Lodos de perforación
El lodo influye en estabilidad del sondeo, lubricación, transporte de detritus, limpieza y rozamiento. Una mala limpieza del sondeo o una reología inadecuada puede aumentar las fuerzas de tiro y el riesgo de atasco.
Cómo se calcula de forma conceptual
El cálculo suele descomponerse por tramos del trazado:
1. Tramo de entrada
Se verifica el tiro necesario para iniciar el arrastre, superar apoyos, rodillos, ángulo de entrada y contacto inicial con el sondeo.
2. Tramo curvo
Se calcula el efecto combinado de tracción, flexión y rozamiento. En las curvas, el contacto puede aumentar y con ello la fuerza requerida.
3. Tramo horizontal o profundo
Se estima la fricción acumulada a lo largo del cruce, considerando peso efectivo y presión del fluido.
4. Tramo de salida
Se revisan fuerzas finales, ángulo de salida, radio, control de alineación y riesgo de daños en revestimiento o juntas.
La fuerza total de tiro se obtiene sumando las resistencias de cada tramo y aplicando márgenes para incertidumbre geotécnica, fricción real, limpieza del sondeo, variaciones de lodo y contingencias.
Tensiones que debe verificar la tubería
La tubería debe comprobarse frente a:
Tensión axial de tracción
La tracción máxima durante pullback debe ser inferior a la tensión admisible del material, considerando temperatura, duración de carga, soldaduras, juntas, accesorios y factor de seguridad.
Tensión combinada por tracción y flexión
En curvas, la tubería trabaja simultáneamente a tracción y flexión. Debe comprobarse que la combinación no supera la capacidad admisible.
Ovalización o deformación
En tuberías flexibles, como PEAD, se revisa que la deformación durante instalación y servicio sea compatible con el SDR, la presión exterior, la profundidad y el soporte del terreno.
Pandeo o colapso por presión exterior
Si la tubería queda sometida a presión externa por lodos, agua subterránea o cargas del terreno, se verifica su resistencia a colapso, especialmente en tuberías vacías o con baja rigidez.
Daño del revestimiento
En tuberías metálicas o protegidas, se verifica que las fuerzas de tiro, curvatura, contacto y rozamiento no dañen el revestimiento anticorrosivo.
Capacidad de juntas y uniones
Si la tubería no es continua soldada, deben verificarse límites de tracción, desviación angular, estanqueidad y seguridad de las juntas durante el arrastre.
Medidas para reducir fuerzas de tiro
Para limitar las fuerzas durante el pullback se pueden aplicar:
- Optimizar el trazado y radios de curvatura.
- Aumentar radio de entrada o salida.
- Mejorar limpieza del sondeo.
- Ejecutar pre-ensanches adecuados.
- Controlar reología y caudal de lodos.
- Usar lubricación compatible.
- Llenar parcialmente la tubería para controlar flotabilidad.
- Emplear rodillos y apoyos adecuados en superficie.
- Reducir obstáculos, cambios bruscos o irregularidades.
- Controlar velocidad de pullback.
- Evitar paradas prolongadas.
- Verificar capacidad del equipo de tiro.
- Proteger revestimientos y juntas.
- Monitorizar fuerza real en continuo.
La coordinación con la l'assistance technique et l'ingénierie pour les chantiers sans tranchée ayuda a validar trazado, equipo, tubería y procedimiento antes de obra.
Qué se controla durante la ejecución
Durante el pullback se registran:
- Fuerza de tiro instantánea y máxima.
- Velocidad de arrastre.
- Longitud instalada.
- Presión y caudal de lodos.
- Reología del fluido.
- Volumen de retorno.
- Incidencias de atasco o aumento de fricción.
- Paradas y rearranques.
- Comportamiento de rodillos y apoyos.
- Estado del revestimiento exterior.
- Alineación en superficie.
- Presión interior si la tubería se llena.
- Temperatura ambiente y del material, si aplica.
- Pruebas finales de estanqueidad o presión.
Estos datos permiten comparar cálculo y realidad, detectar fricción anómala y tomar medidas antes de superar la capacidad admisible de la tubería.
Riesgos de un cálculo insuficiente
Subestimar las fuerzas de tiro puede provocar:
- Superación de tensión admisible.
- Alargamiento excesivo.
- Daños en soldaduras o juntas.
- Ovalización.
- Colapso por presión exterior.
- Daño del revestimiento anticorrosivo.
- Atasco durante el pullback.
- Rotura de tubería.
- Perte d'étanchéité.
- Necesidad de abandonar el sondeo.
- Surcoûts et retards.
- Rechazo en pruebas finales.
En cruces bajo carreteras, ferrocarriles, cauces, zonas urbanas o áreas ambientalmente sensibles, estos riesgos pueden afectar a permisos, continuidad de servicio y seguridad del entorno.
Información necesaria para estudiar el proyecto
Para calcular fuerzas de tiro y tensiones durante el pullback en HDD conviene aportar: longitud del cruce, diámetro exterior, espesor o SDR, material de tubería, peso, rigidez, presión de servicio, presión exterior, fluido interior durante instalación, trazado en planta y perfil, ángulo de entrada, ángulo de salida, radios de curvatura, profundidad, geotecnia, nivel freático, tipo de lodo, densidad del fluido, reología, diámetro del sondeo piloto, diámetro de pre-ensanche, coeficiente de fricción estimado, equipo HDD, capacidad de tiro, método de limpieza, rodillos, apoyos, tipo de unión, revestimiento anticorrosivo, límites admisibles del fabricante, criterios de aceptación y plan de contingencia.
Demander un revisión técnica de fuerzas de tiro, tensiones y viabilidad de pullback en HDD antes de cerrar trazado, diámetro, material de tubería o documentación de RFQ.
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