ES2622337T3 - Procedimiento de colocación y de sellado de un elemento tubular en un suelo bajo una carga de agua - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de colocación y de sellado de un elemento tubular en un suelo (S) bajo una carga de agua situado detrás de una pantalla de contención (E), en el cual: se proporciona un dispositivo de estanqueidad (10), y un dispositivo de perforación (30) que comprende un tubo de perforación (32) que presenta un extremo distal (34) que lleva una herramienta de corte (36) separable del tubo de perforación; se solidariza dicho dispositivo de estanqueidad (10) con la pantalla de contención; se introduce el dispositivo de perforación (30) en el dispositivo de estanqueidad (10) solidarizado con la pantalla de contención; se realiza una perforación en el suelo con la ayuda del dispositivo de perforación (30) haciendo vibrar el tubo de perforación, llevándose el tubo de perforación a una profundidad determinada (H); se introduce un elemento tubular (90) en el tubo de perforación (32) después de que el tubo de perforación haya alcanzado la profundidad determinada; se separa la herramienta de corte (36) del tubo de perforación (32) y se sube el tubo de perforación mientras se mantiene el elemento tubular (90) en la perforación; y se inyecta una lechada de sellado (C) en la perforación con el fin de sellar el elemento tubular (90) en el suelo (S).
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo bajo una carga de agua Sector de la tecnica
La presente invencion se refiere al campo de las tecnicas de las perforaciones en el suelo que se ejecutan con el fin de mejorar las caractensticas del suelo y de realizar cimentaciones y obras de contencion en el suelo, como se conoce por el documento EP 1939394 A.
La invencion se refiere mas precisamente a un procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo situado detras de una pantalla. Por pantalla, tambien llamada pantalla de contencion, se entienden principalmente, aunque no exclusivamente, los muros de hormigon y en particular los muros pantalla.
Estado de la tecnica
Un elemento tubular de este tipo puede servir para inyectar un fluido en el suelo con el fin de mejorar les caractensticas ffsicas.
El elemento tubular puede tambien constituir un elemento estructural que permita fabricar un tirante de anclaje.
La invencion se aplicara principalmente en el caso en que el suelo situado detras de la pantalla este dispuesto debajo de una carga de agua, tal como una capa freatica. En este caso, el suelo esta saturado de agua que presenta una presion muy elevada, pudiendo llegar en ciertos casos a hasta 10 MPa. Se sabe que la perforacion y la colocacion de un elemento tubular, como por ejemplo un tirante, bajo una capa freatica son operaciones diffciles de ejecutar, principalmente debido al elevado valor de la presion de agua del suelo.
Objeto de la invencion
Un objetivo de la presente invencion es en primer lugar proponer un procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo bajo una carga de agua situado detras de una pantalla de contencion.
La invencion alcanza su objetivo por el hecho de que el procedimiento segun la invencion incluye las etapas siguientes:
se proporciona un dispositivo de estanqueidad, y un dispositivo de perforacion que comprende un tubo de perforacion que presenta un extremo distal que lleva una herramienta de corte separable del tubo de perforacion; se solidariza dicho dispositivo de estanqueidad con la pantalla de contencion;
se introduce el dispositivo de perforacion en el dispositivo de estanqueidad solidarizado con la pantalla de contencion;
se realiza una perforacion en el suelo con la ayuda del dispositivo de perforacion haciendo vibrar el tubo de perforacion, llevandose el tubo de perforacion a una profundidad determinada;
se introduce un elemento tubular en el tubo de perforacion despues de que el tubo de perforacion haya alcanzado la profundidad determinada;
se separa la herramienta de corte del tubo de perforacion y se sube el tubo de perforacion mientras se mantiene el elemento tubular en la perforacion; y
se inyecta una lechada de sellado en la perforacion con el fin de sellar el elemento tubular en el suelo.
Por lechada de sellado se entiende todo producto de sellado a base de cemento, de escoria o de cualquier otro aglomerante.
Por extremo “distal” se entiende el extremo del tubo de perforacion que esta destinado a hallarse en el fondo de la perforacion, mientras que por extremo “proximal” se entiende el extremo del tubo de perforacion opuesto al extremo distal, y que se halla en superficie, en el exterior de la perforacion.
Por otro lado, es bien conocido el dispositivo de estanqueidad utilizado en la implementacion del procedimiento. Principalmente se podra tratar del dispositivo comercializado por la empresa francesa TEC SYSTEM bajo el nombre “SAS BOP”.
El dispositivo de estanqueidad permite garantizar la estanqueidad con respecto al agua contenida en el suelo situado detras de la pantalla, cuya presion puede llegar a hasta 10 MPa. Preferentemente, el dispositivo de estanqueidad permite garantizar la estanqueidad, ya sea funcionando como una valvula cuando ningun elemento atraviesa el dispositivo de estanqueidad, ya sea realizando un contacto estanco con el tubo de perforacion o el elemento tubular que atraviesa el dispositivo de estanqueidad. Se comprende entonces que el dispositivo de estanqueidad impide que el agua del suelo brote en la zona de trabajo en la que se encuentran los operarios.
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Preferentemente, el dispositivo de estanqueidad se solidariza con la pantalla despues de haber preperforado la pantalla segun todo o parte de su espesor. Eventualmente, la preperforacion de la pantalla finalizara despues del posicionamiento del dispositivo de estanqueidad.
Preferentemente, aunque no necesariamente, solidarizar el dispositivo de estanqueidad consiste en fijar el dispositivo de estanqueidad a la pantalla mediante medios apropiados, por ejemplo tornillos. Segun otra variante, se podna realizar la solidarizacion manteniendo firmemente el dispositivo de estanqueidad contra la pantalla.
Mas preferentemente, la pantalla se extiende verticalmente y la direccion de perforacion esta inclinada con respecto a la vertical.
Asf, al final de la implementacion del procedimiento segun la invencion, se obtiene un elemento tubular incrustado en la lechada de sellado. Se comprende tambien que la herramienta de corte, que no se ha subido a la superficie, se encuentra incrustada en la lechada de sellado, preferentemente permaneciendo unida al elemento tubular.
Ventajosamente, la lechada de sellado se inyecta en el tubo de perforacion.
Asf, gracias a la invencion, el tubo de perforacion se retira dejando el elemento tubular y la herramienta de corte en la perforacion, gracias al hecho de que el tubo de perforacion esta separado de la herramienta de corte. El dispositivo de perforacion sirve entonces a la vez de medio para excavar el suelo, pero tambien de medio para inyectar la lechada de sellado en la perforacion, ademas de mantener abierta la perforacion durante la insercion del elemento tubular.
Ventajosamente, la frecuencia de vibracion se escoge de manera que se haga vibrar la herramienta de corte a su frecuencia de resonancia o, como mmimo, a una frecuencia cercana a dicha frecuencia de resonancia. Un beneficio es el de mejorar la eficacia de la perforacion.
Ventajosamente, durante la perforacion, la frecuencia de vibracion aplicada al tubo de perforacion esta comprendida entre 50 Hz y 200 Hz.
De ello se desprende que la rapidez de la implementacion del procedimiento segun la invencion resulta principalmente del hecho que la perforacion se realiza haciendo vibrar el tubo de perforacion. La vibracion, que hace entrar la herramienta de corte en resonancia, o como mmimo a una frecuencia cercana a la frecuencia de resonancia, tiene por efecto facilitar la penetracion del tubo de perforacion en el suelo.
Preferentemente, aunque no necesariamente, durante la perforacion tambien se hace girar el tubo de perforacion para modificar la posicion de los dientes de la herramienta de corte.
Ventajosamente, durante la realizacion de la perforacion se inyecta un fluido de perforacion en el tubo de perforacion, fluyendo el fluido de perforacion a traves de la herramienta de corte, y siendo evacuados los desechos de la perforacion por medio del dispositivo de estanqueidad.
El dispositivo de estanqueidad incluye a este respecto un conducto de evacuacion que permite la expulsion de los desechos de la perforacion.
La herramienta de corte esta dotada preferentemente de orificios que permiten el flujo del fluido de perforacion.
Segun un aspecto ventajoso de la invencion, la herramienta de corte se separa del tubo de perforacion empujando la herramienta de corte con la ayuda del elemento tubular mientras se mantiene el tubo de perforacion.
Para ello, el dispositivo de perforacion incluye unos medios de conexion que permiten solidarizar de manera separable la herramienta de corte y el tubo de perforacion.
Alternativamente, y sin salir del alcance de la presente invencion, se podna separar la herramienta de corte tirando del tubo de perforacion, y manteniendo o empujando la herramienta de corte con la ayuda del elemento tubular.
Segun un modo de implementacion preferido, el elemento tubular se solidariza con la herramienta de corte separable antes de empujar la herramienta de corte con la ayuda del elemento tubular.
Esta fijacion se realiza preferentemente enroscando el elemento tubular a la herramienta de corte. No obstante, se podna tratar de una fijacion por encaje. Un beneficio de la fijacion por enroscado es que el operario puede notar si la fijacion se ha llevado a cabo correctamente.
Segun un primer modo de implementacion, se inyecta la lechada de sellado en la perforacion mientras se sube el tubo de perforacion. Durante esta fase de inyeccion, se comprende que el elemento tubular y la herramienta de corte permanecen en la perforacion. La lechada de sellado, que fluye en la perforacion, envuelve el elemento tubular por
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al menos una parte de su altura, gracias a lo cual se sella el elemento tubular en el suelo.
Ventajosamente, se hace vibrar el tubo de perforacion durante la inyeccion de la lechada de sellado.
Un beneficio es la mejora del flujo y la distribucion de la lechada de sellado en la perforacion.
Asf, gracias a la vibracion del tubo de perforacion durante la perforacion, y durante la inyeccion de la lechada de sellado, se mejora la velocidad de ejecucion del procedimiento.
Segun una variante de implementacion, se sube el tubo de perforacion mientras se hace vibrar dicho tubo de perforacion. Este ascenso podra estar acompanado o no de la inyeccion de lechada de sellado.
Un beneficio de la puesta en vibracion del tubo de perforacion es permitir la retirada del tubo de perforacion sin rotacion, lo que tiene como efecto reducir sensiblemente el riesgo de circulacion de lechada de sellado entre el tubo de perforacion y el suelo. Otro beneficio de la puesta en vibracion del tubo de perforacion es comprimir el terreno alrededor del tubo de perforacion, lo que disminuye aun mas el riesgo de circulacion de lechada de sellado entre el tubo de perforacion y el suelo.
Ventajosamente, la lechada de sellado se inyecta en el elemento tubular a traves de su extremo proximal, y fluye hasta el pie de la perforacion a traves de la herramienta de corte. Se comprende entonces que el elemento tubular sirve para llevar la lechada de sellado al pie de la perforacion, fluyendo la lechada de sellado a traves de los orificios realizados en la herramienta de corte. En este caso, se comprende que la lechada de sellado fluye desde el extremo distal de la perforacion y sube hacia el extremo proximal de dicha perforacion.
Segun una variante, la lechada de sellado se inyecta entre el elemento tubular y el tubo de perforacion.
En esta variante, la lechada de sellado fluye en la perforacion por el extremo distal del tubo de perforacion. En la medida en que el tubo de perforacion se extrae progresivamente, la inyeccion entre el tubo de perforacion y el elemento tubular permite realizar una inyeccion segun la altura de la perforacion durante el ascenso del tubo de perforacion, y no unicamente desde el extremo distal de la perforacion.
Segun un modo de implementacion preferente, se pone la lechada de sellado bajo presion, se sube el tubo de perforacion mientras se inyecta la lechada de sellado bajo presion en la perforacion, y todo ello haciendo vibrar el tubo de perforacion.
Para efectuar esta puesta a presion, se utiliza preferentemente una bomba que permite inyectar la lechada de sellado a una presion comprendida entre 0,1 y 5 MPa.
La inyeccion bajo presion permite crear un bulbo de lechada de sellado cuyo diametro es sensiblemente superior al diametro de la perforacion, lo que tiene por efecto mejorar aun mas la contencion. El bulbo podra extenderse por la totalidad o parte de la altura de la perforacion. Preferentemente, el bulbo se extiende desde el fondo de la perforacion hasta la mitad de la perforacion.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la puesta en vibracion permite ventajosamente comprimir el terreno alrededor del tubo de perforacion. Esta compresion tiene como efecto consolidar el suelo y permite asf realizar una inyeccion bajo presion de la lechada de sellado en numerosos tipos de suelos. Ademas, gracias a la presencia del dispositivo de estanqueidad en la cabeza de perforacion, es posible realizar la inyeccion bajo una fuerte presion, por ejemplo a una presion comprendida entre 0,5 y 5 MPa.
Preferentemente, se inyectan cantidades de lechada predefinidas en tramos de suelo predefinidos, en funcion de las caractensticas iniciales del suelo y del objetivo de mejora.
Segun una variante, la direccion de la perforacion esta inclinada con respecto a una direccion vertical. Un beneficio es poder realizar anclajes inclinados. Una aplicacion ventajosa radica en la fabricacion de tirantes de anclaje inclinados, por ejemplo para garantizar la estabilidad de un muro pantalla durante una operacion de movimiento de tierras.
Segun un modo de realizacion ventajoso, se calcula una frecuencia deseada de vibracion, y se hace vibrar el tubo de perforacion a dicha frecuencia deseada de vibracion durante la realizacion de la perforacion.
Esta frecuencia deseada de vibracion, que se aplica al tubo de perforacion, se escoge de manera optima con el fin de facilitar la operacion de perforacion, principalmente en suelos particularmente duros. De manera general, el calculo se efectua a partir de una modelizacion de los fenomenos de perforacion.
Ventajosamente, el calculo utiliza la longitud del tubo de perforacion. Preferentemente, la frecuencia deseada de vibracion depende de la longitud del tubo de perforacion, aun estando limitada por un valor de frecuencia maximo
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predeterminado, denominado Fmax.
Este valor de frecuencia maximo predeterminado, que corresponde preferentemente a la frecuencia maxima que pueden desarrollar los medios para hacer vibrar el tubo de perforacion, esta comprendido preferentemente entre 100 y 160 Hz.
Mas preferentemente, el calculo utiliza un valor constante que corresponde a la velocidad de propagacion de las ondas de compresion en el tubo de perforacion, dependiendo esta velocidad del material constitutivo del tubo de perforacion.
De manera preferente, aunque no necesariamente, la frecuencia deseada de referencia es igual a:
• Fmax (el valor de frecuencia maximo predeterminado) si Fmax<(V)/(2*L), donde V es la velocidad de propagacion de las ondas de compresion en el tubo de perforacion, y L la longitud del tubo de perforacion, O:
• (n*V)/(2*L) si Fmax>(V)/(2*L), donde n es un numero entero superior o igual a 1 escogido de manera que (n*V)/(2*L)<=Fmax y ((n+1)*V)/(2*L)>Fmax.
Los inventores han constatado que esta formula permite obtener una frecuencia deseada de vibracion optima que incrementa sensiblemente la eficacia de la operacion de perforacion.
Este calculo se efectua mediante un ordenador que incluya medios de calculo apropiados.
Para realizar perforaciones profundas, se aumenta la longitud del tubo de perforacion durante la realizacion de la perforacion. Para ello, se utilizan porciones de tubo que se fijan a tope durante el transcurso de la perforacion con el fin de aumentar la longitud de la perforacion.
En consecuencia, en el sentido de la invencion, se entiende por tubo de perforacion tanto un unico tubo de perforacion, como una pluralidad de elementos tubulares fijados a tope, por ejemplo mediante enroscado.
Ventajosamente, se recalcula la frecuencia deseada de vibracion con cada aumento de la longitud del tubo de perforacion.
Un beneficio es garantizar una perforacion que tenga una eficacia optima por toda la profundidad de la perforacion.
La invencion se refiere ademas a un procedimiento de realizacion de un tirante de anclaje en el cual se implementan las etapas del procedimiento segun la invencion y luego se sellan unos cables en el elemento tubular colocado en la perforacion.
La invencion se refiere ademas a una instalacion para la implementacion del procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo situado detras de una pantalla segun la invencion, que incluye:
un elemento tubular;
un dispositivo de perforacion que comprende un tubo de perforacion que tiene un extremo distal que lleva una herramienta de corte separable del tubo de perforacion;
un dispositivo de estanqueidad configurado para solidarizarse con la pantalla de contencion y para ser atravesado de manera estanca por el elemento tubular o el tubo de perforacion; unos medios para hacer vibrar el tubo de perforacion;
unos medios para realizar una perforacion en el suelo con la ayuda del dispositivo de perforacion, atravesando el dispositivo de perforacion el dispositivo de estanqueidad, y para llevar el tubo de perforacion a una profundidad predeterminada;
unos medios para introducir el elemento tubular en el tubo de perforacion despues de que el tubo de perforacion haya alcanzado la profundidad predeterminada;
unos medios para separar la herramienta de corte del tubo de perforacion;
unos medios para subir el tubo de perforacion mientras se mantiene el elemento tubular en la perforacion; y unos medios para inyectar una lechada de sellado en la perforacion con el fin de sellar el elemento tubular en la perforacion.
Los medios para separar la herramienta de corte del tubo de perforacion incluyen principalmente el elemento tubular.
Preferentemente, la herramienta de corte incluye un manguito de fijacion que tiene un diametro inferior al diametro del tubo de perforacion, estando dicho manguito configurado para ser fijado a un extremo distal del elemento tubular. Preferentemente, el manguito presenta un roscado o un fileteado configurado para cooperar con un fileteado o un roscado complementario situado en el extremo distal del elemento tubular.
Ventajosamente, la herramienta de corte incluye un canal que une el manguito a un extremo de la herramienta de corte que esta dotada de una broca de perforacion y de orificios de inyeccion, permitiendo dicho canal alimentar
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fluido a los orificios de inyeccion, y la herramienta de corte incluye ademas una valvula antirretorno dispuesta para obturar el canal cuando no fluye ningun fluido del manguito hacia los orificios de inyeccion.
Asf, durante la inyeccion de la lechada de sellado (o del fluido de perforacion) en el elemento tubular, la valvula antirretorno se abre para dejar pasar la lechada de sellado (o el fluido de perforacion), fluyendo esta ultima (o este ultimo) en la perforacion a traves de los orificios de inyeccion.
La valvula antirretorno permite evitar los ascensos de fluido hacia el extremo proximal de la perforacion.
Ventajosamente, la instalacion segun la invencion comprende unos medios de retencion liberables para mantener juntos la herramienta de corte y el tubo de perforacion durante la perforacion.
Preferentemente, estos medios de retencion liberables incluyen un pasador fijado a la herramienta de corte y que se encaja en una ranura o hendidura realizada en el extremo distal del tubo de perforacion o de un portaherramientas fijado en el extremo distal del tubo de perforacion. El pasador esta configurado para soltarse de la ranura cuando se aplica una fuerza axial de una intensidad predeterminada sobre la herramienta de corte.
Segun un aspecto ventajoso de la invencion, la instalacion incluye un elemento de estanqueidad anular para garantizar una estanqueidad entre el tubo de perforacion y la herramienta de corte. Preferentemente, aunque no exclusivamente, el elemento de estanqueidad es solidario con el tubo de perforacion y se apoya contra el manguito o el cuerpo unido al manguito.
Preferentemente, el elemento de estanqueidad esta configurado para dejar pasar un fluido unicamente en el caso en que dicho fluido fluya axialmente hacia el extremo distal del tubo de perforacion. Este fluido puede ser agua, lechada de sellado, o cualquier otro tipo de fluido. Se comprende entonces que el elemento de estanqueidad esta configurado para evitar que el fluido suba hacia el extremo proximal del tubo de perforacion al circular entre el manguito y el tubo de perforacion.
Ventajosamente, el elemento de estanqueidad esta tambien configurado para realizar la estanqueidad entre el tubo de perforacion y el elemento tubular despues de la fijacion del elemento tubular al manguito y la separacion de la herramienta de corte.
Se comprende que durante el ascenso del tubo de perforacion, mientras que el elemento tubular permanece en el fondo de la perforacion, el elemento de estanqueidad se apoya contra la superficie exterior del cuerpo o del manguito y despues contra la del elemento tubular, gracias a lo cual se realiza la estanqueidad entre el tubo de perforacion y el elemento tubular durante todo el ascenso del tubo de perforacion. Un beneficio es evitar una circulacion ascendente de la lechada de sellado entre el tubo de perforacion y el elemento tubular durante la inyeccion de la lechada de sellado que tiene lugar durante la retirada del tubo de perforacion.
Segun otro aspecto ventajoso de la invencion, la instalacion de la perforacion incluye ademas un amortiguador dispuesto entre el dispositivo de estanqueidad y el tubo de perforacion con el fin de impedir la transmision de las vibraciones del tubo de perforacion hacia el dispositivo de estanqueidad. Un beneficio es evitar poner en vibracion el dispositivo de estanqueidad y la pantalla.
Descripcion de las figuras
La invencion se comprendera mejor con la lectura de la siguiente descripcion de modos de implementacion y de realizacion de la invencion proporcionados a tttulo de ejemplos no limitativos, en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 ilustra la colocacion de un dispositivo de estanqueidad de la instalacion segun la invencion en una reserva realizada en una pantalla de contencion;
- la figura 2 ilustra el montaje de la herramienta de corte separable en el extremo distal del tubo de perforacion;
- la figura 3 ilustra la etapa de perforacion en el suelo despues de la introduccion del dispositivo de perforacion en el dispositivo de estanqueidad;
- la figura 4 ilustra la introduccion del elemento tubular en el tubo de perforacion y su fijacion a la herramienta de corte por enroscado;
- la figura 5 ilustra la etapa en el transcurso de la cual se separa la herramienta de corte del tubo de perforacion;
- la figura 6 ilustra la etapa de inyeccion de lechada de sellado mientras se sube el tubo de perforacion;
- la figura 7 ilustra le desmontaje del tubo de perforacion del dispositivo de estanqueidad;
- la figura 8 es una vista en detalle del extremo distal del dispositivo de perforacion;
- la figura 9 es una vista frontal de la herramienta de corte;
- la figura 10 es una vista en seccion longitudinal del extremo distal del dispositivo de perforacion que muestra la herramienta de corte conectada al tubo de perforacion;
- la figura 11 es una vista en seccion longitudinal del extremo distal del dispositivo de perforacion que muestra la herramienta de corte separada del tubo de perforacion; y
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- la figura 12 esquematiza el procedimiento de optimizacion de la frecuencia de vibracion aplicada al tubo de perforacion.
Descripcion detallada de la invencion
Con ayuda de las figuras 1 a 7, se va a describir, en primer lugar, un modo de implementacion del procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo S bajo una carga de agua que esta situado detras de una pantalla de contencion E. En este ejemplo, la pantalla E es una pantalla de contencion constituida de un muro pantalla vertical. Una de las caras E1 de la pantalla E esta despejada mientras que la cara opuesta E2 se situa hacia el lado de la capa de suelo S.
La capa de suelo S sostenida por la pantalla E esta dispuesta, en este ejemplo, debajo de una carga de agua, tal como una capa freatica. El procedimiento de fabricacion de la pantalla E, al ser por lo demas ampliamente conocido, no se describira aqrn en detalle.
Se menciona solamente que podra tratarse de un muro pantalla realizado con la ayuda de una excavadora de cuchara o de una hidrofresa.
El objetivo del procedimiento segun la invencion es la colocacion y el sellado de un elemento tubular 90 en el suelo S situado detras de la pantalla E. Este elemento tubular puede ser, por ejemplo, una armadura o bien un tubo perforado destinado a realizar inyecciones en el suelo S. En otras palabras, de manera preferente, el procedimiento segun la invencion se podra implementar con el fin de fabricar un tirante de anclaje o bien con el fin de realizar inyecciones en el suelo S.
Segun la invencion, se proporciona en primer lugar un dispositivo de estanqueidad 10 que se solidariza con la pantalla.
Para ello, en este ejemplo no limitativo, se perfora la pantalla E segun una parte de su espesor con el fin de realizar una reserva R en la pantalla E. En este ejemplo, el eje de perforacion A esta inclinado en un angulo a con respecto a la horizontal. El eje de perforacion A esta inclinado tambien con respecto a la vertical.
El dispositivo de estanqueidad 10 comprende un extremo tubular delantero 12 que se introduce en la reserva R. Se constata que le diametro del extremo tubular 12 es sensiblemente igual al diametro de la reserva R. Se acaba entonces de perforar la reserva segun todo el espesor de la pantalla.
Segun otra variante, mas tradicional, se crea la reserva R en el momento de la ejecucion de la pantalla E. En este caso la reserva R se presenta en la forma de un tubo y de una placa que permite solidarizar el dispositivo de estanqueidad 10. La reserva R es solidaria con una jaula de armadura (no representada aqrn) que constituye el esqueleto de la pantalla de contencion E.
De manera conocida por lo demas, el dispositivo de estanqueidad 10 incluye ademas una camara de chimenea 14 que esta conectada con el extremo tubular 12; esta camara de chimenea incluye una chimenea de evacuacion 16 que permite evacuar los desechos de excavacion. En este ejemplo, el dispositivo de estanqueidad 10 incluye ademas una valvula 18 conectada a la camara de chimenea 14 asf como una primera semicamara 20 conectada a la valvula 18. En este ejemplo, la valvula 18 es una valvula de manguito de deformacion elastica, ampliamente conocida por lo demas. Tiene como funcion garantizar la estanqueidad gracias al hecho de que el manguito aprieta un elemento tubular que atraviesa la valvula 18. Permite ademas obturar el dispositivo de estanqueidad cuando ningun elemento atraviesa el dispositivo de estanqueidad.
El dispositivo de estanqueidad 10 forma parte de una instalacion 100 conforme con la invencion que incluye, ademas, un dispositivo de perforacion 30. Este dispositivo de perforacion 30 comprende un tubo de perforacion 32 que tiene un extremo distal 34 que lleva una herramienta de corte 36. De acuerdo con la invencion, esta herramienta de corte 36 es separable del tubo de perforacion 32.
De manera tradicional, el tubo de perforacion 32 esta constituido por una sarta de varillas que se fijan a tope con el fin de aumentar la longitud del tubo de perforacion a lo largo de la perforacion. Segun la invencion, se introduce el dispositivo de perforacion 30 en el dispositivo de estanqueidad 10. Para ello, el extremo distal del dispositivo del tubo de perforacion esta provisto en este ejemplo de un prensaestopas 38, de una segunda semicamara 40 que rodea el tubo de perforacion 32. Como se entiende con la ayuda de las figuras 2 y 3, la segunda semicamara 40 se ensambla con la primera semicamara 20 del dispositivo de estanqueidad 10.
Segun un aspecto ventajoso de la invencion, la primera semicamara 20 y la segunda semicamara 40 se fijan la una a la otra al tiempo que aprietan un anillo grueso de goma 42, de manera que el conjunto constituido por la primera semicamara 20, por la segunda semicamara 40 y por el anillo de goma 42 constituye un amortiguador de vibraciones 44.
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Este amortiguador 44, que esta dispuesto entre el dispositivo de estanqueidad 10 y el tubo de perforacion 32, tiene la funcion de impedir la transmision de las vibraciones del tubo de perforacion hacia el dispositivo de estanqueidad.
Se comprende ademas que el dispositivo de estanqueidad, y principalmente la valvula 18, permite impedir que el agua del suelo brote en el lado de la zona de trabajo de los operarios, estando esta zona separada del suelo S por la pantalla E.
La instalacion 100 incluye ademas unos medios 50 para hacer vibrar el tubo de perforacion 32. Los medios 50 para hacer vibrar el tubo de perforacion 32, en este caso un generador de vibraciones 50, permiten generar las ondas de compresion que se transmiten a lo largo del tubo de perforacion 32 hacia su extremo distal 34 y hacia la herramienta de corte 36. Se llama aqu L a la longitud del tubo de perforacion 32 comprendida entre su extremo distal y el
generador de vibraciones 50. La longitud L del tubo de perforacion 32 aumenta entonces en el transcurso de la
realizacion de la perforacion.
Segun la invencion, se realiza una perforacion F en el suelo S con la ayuda de la instalacion 100 con la ayuda del dispositivo de perforacion 30 de la instalacion 100 haciendo vibrar el tubo de perforacion 32 gracias al generador de vibraciones 50.
En este ejemplo, aunque no necesariamente, en el transcurso de la etapa de perforacion, se hace tambien girar el tubo de perforacion 32 alrededor del eje de perforacion A gracias a unos medios de accionamiento en rotacion 52.
Durante la realizacion de la perforacion, se inyecta un fluido de perforacion G en el tubo de perforacion desde el extremo proximal 37 del tubo de perforacion 32. Este fluido de perforacion G fluye en el tubo de perforacion 32 hasta la herramienta de corte 36. La herramienta de corte 36 esta dotada de orificios 35 que permiten la inyeccion del
fluido de perforacion G en el fondo de la perforacion F. El fluido de perforacion G sube entonces a lo largo de la
perforacion acarreando los desechos y atraviesa la pantalla E fluyendo entre el tubo de perforacion 32 y el extremo tubular 12 del dispositivo de estanqueidad, antes de llegar a la camara de chimenea 14 y a la chimenea de evacuacion 16, permitiendo entonces esta ultima la evacuacion del fluido de perforacion G.
La perforacion se realiza hasta que el tubo de perforacion, y mas precisamente la herramienta de corte, se lleva a una profundidad determinada H representada en la figura 4. En este ejemplo, por profundidad determinada H se entiende la distancia entre la cara E2 de la pantalla E dirigida hacia el suelo S y el fondo F1 de la perforacion F.
Antes de describir las demas etapas del procedimiento segun la invencion, se va a ver ahora con mas detalle la herramienta de corte 36 de la instalacion 100.
Con ayuda de las figuras 8 a 11, se constata que la herramienta de corte separable 36 se monta inicialmente sobre un portaherramientas 37 que esta fijado en el extremo distal 34 del tubo de perforacion 32.
La herramienta de corte 36 incluye ademas un manguito de fijacion 60 que tiene un diametro inferior al diametro interior del tubo de perforacion 32. El manguito 60 es solidario con un cuerpo 64 en el cual se realiza un canal 62
que se extiende segun la direccion axial X del tubo de perforacion. Este canal 62 une el manguito 60 a la broca de
perforacion 66 de la herramienta de corte 36. En consecuencia, el canal 62 permite alimentar fluido a los orificios de inyeccion 35, principalmente, aunque no exclusivamente, fluido de perforacion durante la etapa de perforacion.
Segun un aspecto ventajoso de la invencion, la herramienta de corte 36 incluye ademas una valvula antirretorno 68 que se dispone en el extremo de aguas abajo 62a del canal 62 con el fin de obturar dicho canal 62 cuando no fluye ningun fluido del manguito 60 hacia los orificios de inyeccion 35. En este ejemplo, la valvula antirretorno 68 esta constituida por una pieza 70 montada sobre un resorte 72 de tal manera que la valvula antirretorno permite dejar pasar un flujo que fluye hacia los orificios 35 de la broca de perforacion 66, pero impide que un flujo fluya a traves
del canal 62 hacia el manguito 60. Se comprende entonces que el cuerpo 64 en el cual esta realizado el canal 62
esta dispuesto entre la valvula antirretorno 68 y el manguito de fijacion 60.
La herramienta de corte 36 es separable del portaherramientas 37 y por tanto del tubo de perforacion 32. Para garantizar la retencion de la herramienta de corte 36 del tubo de perforacion 32 durante la operacion de perforacion, la herramienta de corte 36 comprende un pasador 74 que se extiende transversalmente con respecto al eje de rotacion X de la herramienta de corte de manera que se aloja en dos hendiduras 76 realizadas en el portaherramientas 37.
El pasador 74 esta dimensionado de manera que se monta ajustado en las hendiduras 76 con el fin de evitar una separacion intempestiva de la herramienta de corte 36 con respecto al portaherramientas 37. Las hendiduras 76 desembocan axialmente hacia el extremo distal 37a del portaherramientas 37 que esta dirigido hacia la broca de perforacion 66. Se comprende entonces que un empuje axial sobre el manguito 60 dirigido hacia la broca de perforacion 66 con una intensidad superior a un umbral predeterminado permite soltar el pasador 74 de las hendiduras 76 y asf separar la herramienta de corte 36 del tubo de perforacion 32.
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Se comprende entonces que el pasador 74 y las hendiduras 76 constituyen unos medios de retencion liberables para mantener juntos la herramienta de corte y el tubo de perforacion durante la perforacion.
En referencia de nuevo a las figuras 10 y 11, se constata que la instalacion 100 incluye un elemento de estanqueidad 80 para garantizar una estanqueidad axial entre el tubo de perforacion 32 y el cuerpo 64 o manguito 60. En este ejemplo, el elemento de estanqueidad 80 es una junta anular que es solidaria con el tubo de perforacion 32. En el ejemplo de la figura 10, el elemento de estanqueidad 80 es tambien solidario con el portaherramientas 37. El elemento de estanqueidad 80 se apoya entonces en la superficie exterior del cuerpo 64 con el fin de garantizar la estanqueidad entre el tubo de perforacion 32 y la herramienta de corte 36.
Mas precisamente, en este ejemplo, el elemento de estanqueidad 80 esta configurado para dejar pasar un fluido unicamente en el caso de que dicho fluido fluya axialmente hacia el extremo distal 34 del tubo de perforacion 32. En otras palabras, el elemento de estanqueidad 80 deja pasar unicamente los flujos dirigidos hacia la broca de perforacion 66. Permite asf impedir una circulacion ascendente de fluido entre el manguito 60 y el tubo de perforacion 32.
En este ejemplo, cuando la herramienta de corte 36 esta unida al portaherramientas 37, el elemento de estanqueidad 80 se apoya el cuerpo 64. En la medida en que el manguito 60 presenta un diametro exterior que es sensiblemente igual al diametro exterior del cuerpo 64, se comprende con la ayuda de la figura 11 que cuando la herramienta de corte 36 se separa del portaherramientas 37, el elemento de estanqueidad 80 se desplaza axialmente y se apoya contra el manguito con el fin de mantener la estanqueidad axial entre el tubo de perforacion 32 y el manguito 60.
Refiriendose de nuevo a la figura 10, se constata que el extremo del manguito 60a opuesto al cuerpo 64 presenta un fileteado 82.
A continuacion se describiran las etapas siguientes del procedimiento segun la invencion refiriendose de nuevo a la figura 4.
Despues de que el tubo de perforacion 32 haya alcanzado su profundidad predeterminada H, se introduce un elemento tubular 90 en el tubo de perforacion 32. Este elemento tubular 90 esta constituido tambien por una pluralidad de porciones de tubos que se fijan a tope. El elemento tubular 90 se introduce en el tubo de perforacion 32 hasta que el extremo distal 90a del elemento tubular 90 entra en contacto con el extremo 60a del manguito 60. El elemento tubular 90 se somete entonces a una rotacion con el fin de enroscar el extremo distal 90a del elemento tubular 90 al fileteado 82 del manguito 60. Una vez fijado el elemento tubular al manguito 60 de la herramienta de corte separable 36, se ejerce un empuje sobre el elemento tubular 90 con el fin de empujar la herramienta de corte 36, lo que provoca le separacion de la herramienta de corte 36 del tubo de perforacion 32.
Preferentemente, se mantiene el tubo de perforacion 32 mientras se empuja el elemento tubular 90 fijado a la herramienta de corte. La separacion de la herramienta de corte 36 del tubo de perforacion 32 se ilustra en la figura 5. En este ejemplo, despues de le separacion de la herramienta de corte 36, tal como se representa en la figura 6, se inyecta una lechada de sellado C, por ejemplo una lechada de cemento, en la perforacion con el fin de sellar el elemento tubular 90 en el suelo S. Para ello, la lechada de sellado C se inyecta en el elemento tubular 90 por su extremo proximal y fluye hasta el pie de la perforacion a traves de los orificios 35 de la herramienta de corte 36.
De acuerdo con la invencion, en el ejemplo de la figura 6, la inyeccion de la lechada de sellado C se realiza subiendo el tubo de perforacion 32 mientras se hace vibrar el tubo de perforacion 32. Tal como se menciono anteriormente, las vibraciones permiten comprimir el suelo S alrededor del tubo de perforacion, lo que permite evitar una circulacion ascendente de la lechada de sellado entre el tubo de perforacion 32 y el suelo S.
En este ejemplo, la frecuencia de vibracion del tubo de perforacion aplicada durante el ascenso del tubo de perforacion 32 es del orden de 50 Hz a 130 Hz segun la longitud del tubo de perforacion.
Segun una variante, la lechada de sellado C se pone bajo presion gracias a una bomba, no representada aqrn, antes de su inyeccion en el elemento tubular. Un beneficio es poder formar un bulbo de lechada de sellado con un diametro mayor. La lechada de sellado que esta bajo presion podra alcanzar una presion del orden 0,5 a 5 MPa.
Segun otra variante, no representada aqrn, la inyeccion de lechada de sellado podna realizarse mediante una inyeccion entre el elemento tubular y el tubo de perforacion en cuanto que el elemento de estanqueidad 80 permite el flujo de la lechada de sellado hacia la broca de perforacion 66.
Gracias al amortiguador 44, las vibraciones emitidas por el generador de vibracion 50 se transmiten al tubo de perforacion 32 pero no al dispositivo de estanqueidad 10 ni a la pantalla E.
Como se ha representado en la figura 7, el tubo de perforacion 32 se sube hasta que el extremo distal del tubo de perforacion 32 alcance el dispositivo de estanqueidad 10. El tubo de perforacion 32 se desmonta entonces del
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dispositivo de estanqueidad 10.
Como se aprecia en esta figura 7, el elemento tubular 90 esta entonces sellado en un bulbo B de lechada de sellado. Este elemento tubular 90 podra entonces utilizarse para fabricar un tirante de anclaje sellando unos cables (no representados aqrn) en el elemento tubular colocado y sellado en la perforacion.
Segun un aspecto particularmente ventajoso de la invencion, durante la realizacion de la perforacion F anteriormente descrita, se busca optimizar la frecuencia de vibracion con el fin de maximizar la ene^a de perforacion transmitida por el tubo de perforacion 32. Para ello, se calcula una frecuencia deseada de vibraciones que se aplica al tubo de perforacion 32 gracias al generador de vibraciones.
Se hace entonces vibrar el tubo de perforacion 32 a la frecuencia deseada de vibracion durante la realizacion de la perforacion. Se comprende entonces que esta frecuencia deseada de vibracion es una frecuencia de vibracion que se aplica al tubo de perforacion. En la practica, estas vibraciones son ondas de compresion que se transmiten a lo largo del tubo de perforacion definiendo vientres y nodos. Estas ondas de vibracion hacen que el tubo de perforacion 32 entre en resonancia, o como mmimo a una frecuencia cercana a su frecuencia de resonancia, lo que produce una energfa maxima al nivel de la herramienta de corte 36, con el efecto de aumentar sensiblemente la eficacia de la perforacion, y asf la eficacia global del procedimiento segun la invencion.
Como se representa en la figura 12, el calculo de la frecuencia deseada de vibracion incluye en primer lugar una etapa S100 en el transcurso de la cual se introduce manualmente o se determina de manera automatizada la longitud L del tubo de perforacion 32. Se supone entonces aqrn que el tubo de perforacion se hace vibrar en toda su longitud.
Despues, a partir de esta longitud, se calcula la frecuencia deseada de vibracion en el transcurso de una etapa S102 a partir de la longitud L del tubo de perforacion, de la velocidad de propagacion de la onda de compresion en el tubo de perforacion 32. En este ejemplo, el tubo de perforacion 32 esta hecho de acero.
Mas preferentemente, el calculo utiliza un valor constante que corresponde a la velocidad de propagacion de las ondas de compresion en el tubo de perforacion, dependiendo esta velocidad del material constitutivo del tubo de perforacion.
De acuerdo con la invencion, en la medida en que la longitud del tubo de perforacion 32 aumenta durante la realizacion de la perforacion debido a la suma sucesiva de elementos tubulares, se recalcula la frecuencia deseada de vibraciones con cada aumento de la longitud del tubo de perforacion. Esto permite conservar una frecuencia de vibracion optima durante toda la duracion de la perforacion.
La frecuencia deseada de vibracion asf calculada se presenta visualmente a continuacion como una sugerencia para el operario. Tambien puede, en otro modo de realizacion, enviarse como una orden al generador de vibraciones 50 en el transcurso de una etapa S104.
De manera preferente, aunque no necesariamente, la frecuencia deseada de referencia es igual a:
• Fmax (el valor de frecuencia maximo predeterminado) si Fmax<(V)/(2*L), donde V es la velocidad de propagacion de las ondas de compresion en el tubo de perforacion, y L la longitud del tubo de perforacion, o:
• (n*V)/(2*L) si Fmax>(V)/(2*L), donde n es un numero entero superior o igual a 1 escogido de manera que (n*V)/(2*L)<=Fmax y ((n+1)*V)/(1*L)>Fmax
En el ejemplo que sigue, V es igual a 5000 m/s, Fmax es igual a 130 Hz. L corresponde a la suma de las longitudes de los elementos tubulares unidos a tope.
En este ejemplo, les elementos tubulares tienen la misma longitud unitaria, a saber una longitud de 3 metros.
Se obtiene la tabla de resultados siguiente:
- Numero de tubos
- L(m) 2L V/(2*L) n F deseada(Hz)
- 5
- 15 30 167 130 (Fmax)
- 6
- 18 36 139 130 (Fmax)
- 7
- 21 42 119 1 119
- 8
- 24 48 104 1 104
- 9
- 27 54 93 1 93
- 10
- 30 60 83 1 83
- 11
- 33 66 76 1 76
- Numero de tubos
- L(m) 2L V/(2*L) n F deseada(Hz)
- 12
- 36 72 69 1 69
- 13
- 39 78 64 2 128
- 14
- 42 84 60 2 120
- 15
- 45 90 56 2 112
- 16
- 48 96 52 2 104
- 17
- 51 102 49 2 98
- 18
- 54 108 46 2 93
- 19
- 57 114 44 2 88
- 20
- 60 120 42 3 126
- 21
- 63 126 40 3 120
- 22
- 66 132 38 3 114
- 23
- 69 138 36 3 108
- 24
- 72 144 35 3 105
- 25
- 75 150 33 3 99
- 26
- 78 156 32 4 128
- 27
- 81 162 31 4 124
Claims (15)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo (S) bajo una carga de agua situado detras de una pantalla de contencion (E), en el cual:se proporciona un dispositivo de estanqueidad (10), y un dispositivo de perforacion (30) que comprende un tubo de perforacion (32) que presenta un extremo distal (34) que lleva una herramienta de corte (36) separable del tubo de perforacion;se solidariza dicho dispositivo de estanqueidad (10) con la pantalla de contencion;se introduce el dispositivo de perforacion (30) en el dispositivo de estanqueidad (10) solidarizado con la pantalla de contencion;se realiza una perforacion en el suelo con la ayuda del dispositivo de perforacion (30) haciendo vibrar el tubo de perforacion, llevandose el tubo de perforacion a una profundidad determinada (H);se introduce un elemento tubular (90) en el tubo de perforacion (32) despues de que el tubo de perforacion haya alcanzado la profundidad determinada;se separa la herramienta de corte (36) del tubo de perforacion (32) y se sube el tubo de perforacion mientras se mantiene el elemento tubular (90) en la perforacion;y se inyecta una lechada de sellado (C) en la perforacion con el fin de sellar el elemento tubular (90) en el suelo (S).
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el cual, durante la realizacion de la perforacion, se inyecta un fluido de perforacion (G) en el tubo de perforacion, fluyendo el fluido de perforacion a traves de la herramienta de corte, y evacuandose los desechos de la perforacion por medio del dispositivo de estanqueidad (10).
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, en el cual se separa la herramienta de corte (36) del tubo de perforacion (32) empujando la herramienta de corte con la ayuda del elemento tubular mientras se mantiene el tubo de perforacion (32).
- 4. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual se inyecta la lechada de sellado (C) en la perforacion mientras se sube el tubo de perforacion (32).
- 5. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual se hace vibrar el tubo de perforacion (32) durante la inyeccion de la lechada de sellado.
- 6. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual se pone la lechada de sellado (C) bajo presion, se sube el tubo de perforacion mientras se inyecta la lechada de sellado bajo presion en la perforacion, y todo ello mientras se hace vibrar el tubo de perforacion.
- 7. Procedimiento de realizacion de un tirante de anclaje en el cual se implementa el procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y luego se sellan unos cables en el elemento tubular colocado en la perforacion.
- 8. Instalacion (100) para la implementacion del procedimiento de colocacion y de sellado de un elemento tubular en un suelo (S) bajo una carga de agua situado detras de una pantalla de contencion (E) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, incluyendo la instalacion:un elemento tubular;un dispositivo de perforacion (30) que comprende un tubo de perforacion (32) que tiene un extremo distal (34) que lleva una herramienta de corte (36) separable del tubo de perforacion;un dispositivo de estanqueidad (10) configurado para solidarizarse con la pantalla de contencion (E) y ser atravesado de manera estanca por el elemento tubular o por el tubo de perforacion; unos medios (50) para hacer vibrar el tubo de perforacion (32);unos medios para realizar una perforacion (P) en el suelo con la ayuda del dispositivo de perforacion, atravesando el dispositivo de perforacion el dispositivo de estanqueidad, y para llevar el tubo de perforacion a una profundidad predeterminada;unos medios para introducir el elemento tubular en el tubo de perforacion despues de que el tubo de perforacion haya alcanzado la profundidad predeterminada;unos medios para separar la herramienta de corte del tubo de perforacion;unos medios para subir el tubo de perforacion mientras se mantiene el elemento tubular en la perforacion; y unos medios para inyectar una lechada de sellado en la perforacion con el fin de sellar el elemento tubular en la perforacion.
- 9. Instalacion segun la reivindicacion 8, caracterizada por que la herramienta de corte (36) incluye un manguito de fijacion (60) que tiene un diametro inferior al diametro del tubo de perforacion, estando dicho manguito configurado para fijarse a un extremo distal (90a) del elemento tubular (90).510152025
- 10. Instalacion segun la reivindicacion 9, caracterizada por que la herramienta de corte (36) incluye un canal (62) que une el manguito (60) a un extremo de la herramienta de corte dotada de una broca de perforacion (66) y de orificios de inyeccion (35), permitiendo dicho canal alimentar fluido a los orificios de inyeccion, y por que la herramienta de corte (36) incluye ademas una valvula antirretorno (68) dispuesta para obturar el canal (62) cuando no fluye ningun fluido desde el manguito (60) hacia los orificios de inyeccion (35).
- 11. Instalacion segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que comprende unos medios de retencion liberables (74,76) para mantener juntos la herramienta de corte (36) y el tubo de perforacion (32) durante la perforacion.
- 12. Instalacion segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizada por que incluye un elemento de estanqueidad (80) para garantizar una estanqueidad entre el tubo de perforacion (32) y la herramienta de corte (36).
- 13. Instalacion segun la reivindicacion 12, caracterizada por que el elemento de estanqueidad (80) esta configurado para dejar pasar un fluido unicamente en el caso de que dicho fluido fluya axialmente hacia el extremo distal (34) del tubo de perforacion (32).
- 14. Instalacion segun la reivindicacion 9 o 10 en combinacion con la reivindicacion 12 o 13, caracterizada por que el elemento de estanqueidad tambien esta configurado para realizar la estanqueidad entre el tubo de perforacion y el elemento tubular despues de la fijacion del elemento tubular al manguito y la separacion de la herramienta de corte.
- 15. Instalacion de perforacion segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizada por que incluye ademas un amortiguador (44) dispuesto entre el dispositivo de estanqueidad (10) y el tubo de perforacion (32) con el fin de impedir la transmision de las vibraciones del tubo de perforacion (32) hacia el dispositivo de estanqueidad (10).
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