Conducción de vertido de aguas limpias del sistema de refrigeración de la C.T.C.C. Besós 5. Caso práctico

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1 Conducción de vertido de aguas limpias del sistema de refrigeración de la C.T.C.C. Besós 5. Caso práctico Tomás Hernández Giraldo; Ingeniero de C.C. y P. ACCIONA INGENIERIA. La obra fue realizada por ACCIONA Infraestructuras para la empresa ENDESA Generación en la localidad de San Adriá del Besós (Barcelona) (figuras 1 y 2). Este sistema de refrigeración se ha realizado para la planta (850 MW). El diseño fue realizado por Acciona Ingeniería en 2008, y la ejecución tuvo lugar desde el 2008 al ACCIONA Ingeniería realizó la Dirección de Obra y Asistencia Técnica. Descripción Consiste en dos (2) emisarios para el vertido por gravedad del agua de refrigeración de la planta indicada a una distancia de la costa de 300 m. y a la cota -9,70 m.s.n.m. La longitud total de los emisarios es de 478 m en el Emisario Norte y 508 m en el Emisario Sur. Figura 1. Localización Las características de los emisarios (tabla 1) y sus tramos son: Figura 2. Vista aérea del lugar a) Primer tramo (Ejecución en hinca). 340 m. Compuesto por 2 conducciones, parten a la cota -8,50 del pozo de rotura de agua. Las paredes del pozo son pantallas de hormigón de 80 cm de espesor. El trazado de los emisarios discurre bajo el parque marítimo paralelo a la costa, playa de bañistas, espigones de protección río Besos, cauce del propio río y servicios existentes: colectores 62

2 (6) Diámetro interior del emisario Tabla 1. Datos generales, emisarios, terreno y ratios de mareas de saneamiento, suministro eléctrico, abastecimiento, etc. Las conducciones son de hormigón armado D int mm 2,5 at (espesor de pared: 20 cm hormigón armado + 5 mm camisa de chapa + 50 mm de mortero con fibras). b) Segundo tramo (ejecución mediante fondeo tubo a tubo), los tubos fondeados se colocaron en la zanja que previamente se dragó. Los tubos son de PRFV, diámetro interior de 2400 mm y presión nominal de 6 at. Este tramo conecta con el tramo anterior mediante una pieza especial y finaliza al comienzo del tramo de difusores. c) Tramo difusor, ocupa los 40 m últimos de cada uno de los emisarios. Cada emisario tiene un total de 4 difusores de diámetro interior de 1400 mm. La entrada de los difusores está protegida con rejas de PRFV y la separación entre difusores es de 8 m. Los difusores sobresalen del fondo marino aproximadamente 1 m, la alineación de los difusores forman con el fondo marino un ángulo de 45º. n Aspectos medioambientales, establecidos en la Declaración de Impacto Ambiental, BOE ( ): - Preservar las playas del Parque Litoral y la Playa del Forum. - Evitar no dañar geomorfología del al río Besós y los espigones de protección - Producir un volumen de dragado reducido. n No dañar y mantener el funcionamiento de los servicios existentes: calle urbana, parque litoral, colectores e instalaciones de alumbrado (figura 3 y 4). Figura 3. Vista aérea del lugar de la parcela terrestre de situación del pozo de ataque. En el trazado submarino los emisarios están enterrados y tienen una distancia entre el lecho marino y la clave de los tubos superior a los 6 m. Condicionantes Los condicionantes en el diseño y ejecución de la obra fueron los siguientes: 63

3 Figura 4. Perfil Longitudinal del trazado terrestre de los emisarios. n Los materiales a atravesar por la traza de los emisarios son arenas limosas. Diseño de la obra Para la realización de la obra se actuó en los siguientes aspectos: n Empuje mínimo en cabeza de tuneladora n Empuje máximo en junta de tubo n Distancia entre estaciones intermedias n Equipo de dragado mediante succión con taludes de dragado (1 vertical : 5 a 8 horizontal) n Clima marítimo Figura 6. Esquema de tuneladora bajo terreno Empuje mínimo El empuje mínimo garantiza el sostenimiento del frente en el proceso de excavación de la arena limosa por el escudo de la tuneladora. Si el volumen del material excavado es superior al que realmente debería de generarse por el avance de la tuneladora, se producirán descompresiones en el terreno pudiendo llegar a ocasionar oquedades y/o socavaciones. Esto puede llevar al colapso de estructuras (colectores, espigones, viales, etc.) y/o socavones en la superficie que pongan en Figura 5. Gráficas de estabilidad de frente de túnel (Atkinson and Mair 1981) peligro al tráfico rodado y a los propios viandantes. El cálculo del empuje mínimo se hizo con la aplicación de la ecuación de Kim (2003) y las gráficas de estabilidad de frente de túnel de Atkinson and Mair (1) Ecuación de Kim (2003) Donde los parámetros son: F s : Factor de seguridad de valor 3 T c : Parámetro adimensional, a obtener de gráficas de Atkinson and Mair (1981) γ t : Densidad del terreno γ a : Densidad del agua c u : Cohesión del terreno D e : Diámetro de cabeza de corte de tuneladora h w : Altura del agua sobre el lecho marino H: Espesor de arenas sobre la clave de la tuneladora D e : Diámetro exterior de la tuneladora L : Longitud de tuneladora 64

4 Sustituyendo los parámetros anteriores por, F s = 3 T c = 3,76 γ t = 19 kn/m 3 = 1,94 t/m 3. γ a = 10,055 kn/m 3 = 1,025 t/m 3. c u = 55,56 kpa = 3,05 t/m 2. h w = 6 m H = 14 m D e = 3 m L = 9 m la tensión mínima para el sostenimiento del frente es: σ T 269,8 kpa = 27,5 t/m 2. P min 200 t (empuje mínimo en el frente) Empuje máximo Las arenas limosas después de ser perforadas por la tuneladora no mantienen el diámetro de perforación (3020 mm), quedan en contacto con el tubo (Dext=3000 mm). El contacto de la arena limosa y la superficie del tubo da lugar a un efecto agarre que se incrementa en las paradas de la hinca. Debido a esto el rozamiento estático llega a ser casi doble que el rozamiento dinámico. La porosidad de la arena limosa hace que el efecto de lubricación se vea muy reducido dado que la inyección del producto migra fuera de la superficie de contacto con el tubo. El empuje máximo a aplicar se limita a la máxima tensión de contacto que es soportada en la superficie del hormigón de las juntas. La formulación utilizada es de la American Concrete Association de 2007 (ecuaciones: 2 y 3): D ext = 298 cm, diámetro exterior sección de conducción armada en junta D int = 260 cm, diámetro interior sección de conducción armada en junta El empuje de rotura del hormigón es P rotura =2213 t, si se aplica un coeficiente de seguridad de 1,5 el empuje máximo es: P max 1475 t, Distancia entre estaciones intermedias Las estaciones intermedias se colocan en este tipo de obras para no superar el empuje máximo calculado en las juntas de los tubos. Para su determinación se tiene en cuenta el rozamiento entre el terreno (tabla 2) y la superficie de contacto con el total de los tubos empujados de una vez. Tabla 2. Rozamiento esperado entre conducción de hormigón y terreno Para la obra se utilizaron los siguientes valores: Terreno φ = 34º, rozamiento de 1,47 t/m 2 (con lubricación) a 2,5 t/m 2 (sin lubricación (tabla 2) Dext = 3 m ; Pmax = 1475 t Figura 7. Gráfica de rozamiento medido en obra entre superficie de tubos y terreno atravesado, el gráfico abarca desde el inicio de la hinca hasta su final. (2) (3) donde f max : Tensión máxima contacto de hormigón f c : Resistencia característica del hormigón = 400 kp/cm 2 ϕ : 0.9, factor reductor de empuje axial LF J : 1.2, factor de carga por hinca excéntrica A p : Área de contacto sufridera con hormigón = cm 2 P rotura : Empuje de rotura del hormigón Las distancias de las estaciones intermedias a lo largo de la hinca son: n La distancia entre estaciones intermedias obtenida debe ser 62 m ó 108 m (rozamiento 2,5 a 1,47 t/m 2 ), en obra se adoptaron 65

5 valores de entre de 93 y 108 m se alcanzaron rozamientos en obra > 1,8 t/m 2 (figura 7). n Para la obtención de la distancia entre la cabeza y la primera estación intermedia se tiene en cuenta el empuje mínimo en el disco de corte > 103 t. La distancia obtenida es 54 m (el rozamiento de 2,5 t/m 2 ). En obra se adoptó 41 m y se obtuvieron resistencias > 2,9 t/m 2 (figura 7). Proceso constructivo En la construcción se siguió el esquema reflejado en la tabla siguiente: Clima marítimo El periodo de retorno de cálculo fueron de T= 1 año (durante la construcción) y de T: 100 años (vida útil). 1. Ejecución pozo de ataque Para el cálculo se utilizaron las siguientes formulaciones de obtención de fuerzas: Fuerza de dragado: Fuerza de elevación: Fuerza de inercia: Donde, u a es la velocidad horizontal de las partículas del agua en contacto con el emisario, a r es la aceleración relativa de las partículas, D es el diámetro del emisario, ρ a la densidad del agua del mar y C a, C e y C i son coeficientes de dragado, elevación e inercia. 2. Instalación medios auxiliares y tuneladora 3. Empuje de tuneladora y piezas especiales 4. Hinca general de de tubos y estaciones intermedias 5.1. Rescate tuneladora. Lastrado emisario 5.2. Rescate de tuneladora. Dragado 66

6 5.3. Rescate tuneladora. Instalación sumergible 5.4. Rescate tuneladora. Traslado a puerto 6. Instalación de tubos PRFV, difusores y lastres 7. Relleno de zanja y colocación de antiarrastreros n