Depósitos de tormenta y balsas de laminación en el Área

Artículos Técnicos: Depósitos de tormenta
Depósitos de tormenta
y balsas de laminación en
el Área Metropolitana de
Barcelona
Hace unos siete años que vio la luz el Plan Director de Aguas Pluviales del Área Metropolitana de
Barcelona (ACA, EMSHTR). Este documento era la culminación de un proceso llevado desde el
2001 que pretendía analizar las insuficiencias de drenaje del conjunto de rieras y colectores en
una de las mayores conurbaciones urbanas del área Mediterránea, donde el proceso urbanizador
amenazaba con engullir el territorio metropolitano sin establecer una serie de infraestructuras
que resultaban imprescindibles para la sostenibilidad territorial. Desde el año 2003, la fiebre urbanizadora tuvo que tener en cuenta gracias al mencionado Plan, una serie de infraestructuras como
los depósitos de tormenta (con misión anti-inundación y/o anti-contaminación de los medios
receptores) o las balsas de laminación que a partir del año 2005-2006 empezaron a construirse.
Este artículo quiere dar un repaso a estas instalaciones desde el punto de vista de su diseño,
construcción o explotación, aportando en cada caso una reflexión sobre aquel aspecto de especial
relevancia que el autor ha pensado que es de especial interés para el lector.También quiere dar a
conocer las últimas fuentes de documentación sobre estas infraestructuras en la bibliografía situada al final del presente artículo.
MIGUEL ÁNGEL GAGO LARA. INGENIERO TÉCNICO DE OBRAS PÚBLICAS (*)
La diversidad del territorio y las diferentes tipologías y funciones posibles para los depósitos de
tormenta y balsas de laminación han hecho que
hasta el momento se hayan realizado un abanico
de obras realizadas y en curso muy interesante que
se expondrán al lector a continuación.
(*) Director de Explotación del Depósito de Tormentas de la Ciudad Deportiva Joan Gamper (Sant Joan Despí). TYPSA
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Infografia Vista
General Depósito
Joan Gamper.
El marco de referencia de estas obras es el
Área Metropolitana de Barcelona, un ámbito de
unos 600 km2, que situada en la costa mediterránea con una orografía bastante conflictiva desde el
punto de vista del drenaje, ya que se suceden las
desembocaduras de dos grandes ríos catalanes: El
Llobregat y el Besos; la cordillera pre-litoral y la
zona del valle bajo del Llobregat y su Delta. En
dicho territorio conviven, aunque con grandes tensiones, 33 municipios con ambiciosos planes de
expansión urbanística y numerosos espacios de
gran valor medio ambiental como las lagunas del
Delta o los macizos del Garraf o Collserola.
El tipo de infraestructuras que comentaremos
pueden dividirse en tres grandes grupos:
- Depósitos de tormenta (funciones anti-inundación i
anti-DSU) normalmente situados en zonas muy
urbanizadas donde el espació es un bien muy valioso económicamente. Normalmente se diseñan para periodos de retorno de 10 años y para reducir los
vertidos de sistemas unitarios en tiempo de lluvia.
- Balsas de laminación, construidas a cielo abierto
aguas arriba o aguas debajo de las ciudades, de tal
manera que sus funciones pueden ser de laminación de caudales antes de pasar por zonas con
limitaciones de drenaje o para compensar la infiltración perdida por el proceso de urbanización (normalmente ubicadas aguas debajo de los procesos
urbanizadores) con lo que en algunos países son
llamadas balsas de compensación con el objetivo
de no provocar aguas abajo situaciones de insuficiencia drenante.
- Depósitos anti-DSU (DSU: Descarga sistema unitario). Normalmente construidos en la proximidad
de la entrega de los colectores unitarios a los colectores interceptores en alta que llevan las aguas
residuales hacia las depuradoras. Su objetivo es
minorar el numero de vertidos y la cantidad de contaminantes que desde los colectores unitarios se
envían a los medios receptores en tiempo de lluvia
cuando estos últimos son sobrepasados por lluvias
pequeñas. Obviamente estas infraestructuras en
caso de lluvias grandes no podrán evitar el vertido
pero sí minorarlo.
ELEMENTOS
BÁSICOS EN DEPÓSITOS DE TORMENTA Y
BALSAS
Normalmente el valor de diseño esencial es el
volumen de acumulación en el depósito o balsa.
Los métodos de cálculo están relacionados con el
cálculo de redes de drenaje y saneamiento en régimen no permanente, ya que es evidente que aunque existen sistemas más tradicionales, una
infraestructura con el coste económico que puede
alcanzar un depósito (desde 200 a 800 €/m3 almacenado) debe proyectarse utilizando los sistemas
más avanzados de cálculo numérico para redes de
saneamiento.
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Uno de los puntos más importantes es que al
igual que en una depuradora, es importante pensar
en un depósito o balsa como en una infraestructura que se ha de explotar o gestionar, con lo cual la
sectorización de los espacios, puede ser un tema
de diseño de vital importancia. Esto hace que las
medidas principales puedan venir condicionadas
por la instalación de los sistemas de limpieza automatizados.
Dentro de los elementos más significativos destacan:
- Colectores y canales de conexión al depósito:
En la medida de lo posible es interesante que las
aguas residuales en tiempo seco no pasen por el
interior del depósito.
Los colectores de entrada han de ser visitables
en las proximidades del depósito para facilitar el
mantenimiento.
Alejar el punto de salida del depósito respecto a
la entrada para evitar flujos que ayuden a la resuspensión de sedimentos en el caso de que el depósito tenga función anticontaminación.
En el caso de balsas de laminación suele tener
que disponerse de elementos de disipación de
energía, así como un sistema para la retención de
grandes sólidos.
Obviamente el canal o colector de salida suele
tener menos capacidad, en situación normal, que el
de entrada, sin embargo la evacuación de los sedimentos finales sigue siendo, sobre todo en depósitos que evacuan por bombeo, un problema de difícil
solución y que se ha de estudiar con detenimiento.
- Compuertas de entrada y salida: Existen multitud de tipologías de compuertas, la elección más
adecuada depende de la posición de seguridad
que se requiera. El concepto de posición de seguridad estipula cuál es la posición que de forma
natural se quiere que adapte la compuerta en caso
de que el sistema falle por completo. También es
interesante el duplicar las compuertas (sobre todo
en el caso de las de salida) para mejorar la gestión
o superar emergencias.
- Aliviaderos de seguridad: Se deben dimensionar para el máximo caudal de entrada que pueda
llegar a entrar al depósito.
- Bombas de vaciado: Normalmente el vaciado
de depósitos y balsas tienen un porcentaje que
deberá ser evacuado por bombeo. Los bombeos
en estas infraestructuras han de tender a ser bajos,
ya que el gasto eléctrico puede ser grande, no
tanto por el consumo como por el coste por disposición de energía, que puede llegar a ser de hasta
el 40 % de este coste.
El bombeo de las últimas aguas de los depósitos puede presentar la problemática de la gran can-
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tidad de sedimentos que pueden encontrarse en
estas últimas.
-Suministro eléctrico y de agua: En cuanto al
suministro eléctrico es normal en depósitos medianos y grandes el disponer de grupos electrógenos
ante la eventualidad de superar un fallo eléctrico,
además de ser necesaria estaciones de transformaciones propias.
El agua que se utiliza para las limpiezas suele
ser de origen freático o procedente de reutilización,
para evitar los dilemas sobre el uso de agua potable en tareas de saneamiento.
- Sistemas de limpieza: Los sistemas de limpieza de depósitos más usados son los de tolvas basculantes o de tanques de descarga por clapetas.
Los primeros son más económicos pero difícilmente pasan los 70 m de longitud de barrido, mientras
que en los segundos la longitud de barrido puede
superar el doble de esta longitud.
- Telecontrol: Los depósitos enterrados son más
una instalación que una infraestructura pasiva
(incluso cuando así lo sean) por lo cual existen una
serie de elementos que deben poder supervisarse
en tiempo real. Ya hemos visto parcialmente estos
elementos, pero podríamos añadir los sensores
(limnímetros, boyas, etc…). La red de comunicaciones puede llegar a ser de gran complejidad, sin
embargo también pueden ser simples, y basarse
simplemente en una red de ADSL o de GPRS.
DEPÓSITOS DE LA CIUDAD DEPORTIVA JOAN GAMPER
En funcionamiento desde el año 2006, este
depósito esta situado bajo una calle del municipio
de Sant Joan Despí paralela a la Autopista A-2.
Vista 3D del interior del Depósito de la C.D. Joan Gamper.
Planta e interior del Depósito de Camp de l’Empedrat (zona de bombas).
Entre sus características principales se encuentra
su exagerada dimensión principal, próxima a 200
m, que supuso crear unos tanques de limpiezas
con una volumen extra para garantizar la limpieza
de su solera. Este depósito cuyas dimensiones son
(200x8.6x 9) recoge en su totalidad una cuenca
urbana de carácter separativo de unas 30 ha.
Todo la evacuación se realiza por bombeo debido a la especial situación de la urbanización con
grandes infraestructuras subterráneas (cercanías,
canales de riego, pasos subterráneos) rodeando la
urbanización.
El coste de esta infraestructura fue de 4.5 M €
con una ejecución de aproximadamente 9 meses.
Los locales técnicos suelen ocupar una superficie no despreciable ya que han de albergar el
grupo electrógeno, los polipastos para subir y bajar
las grandes bombas que acostumbran a montar,
los grupos oleohidráulicos para activar las compuertas, los armarios eléctricos, el centro de control
local y los servicios auxiliares.
DEPÓSITO DE CAMP DE L’EMPEDRAT
Es también uno de los primeros construidos en
el Área Metropolitana de Barcelona. Situado en
Cornellá de Llobregat está diseñado para resolver
una insuficiencia hidráulica de una zona de la ciudad situada ya en el Delta del Llobregat, donde las
pendientes son muy bajas.
Diseñado para un periodo de retorno de 10
años, tuvo un presupuesto similar al depósito anterior 5.13 M € y un coste unitario también similar
(302 €/m2).
Esta semejanza puede explicarse por la similitud de los procesos constructivos de ambos depósitos, realizados con una pantalla in situ, de una
profundidad semejante.
Uno de los aspectos que destacan en los depósitos es la necesaria compatibilidad con otros usos
en la superficie viaria que ocupan, de este modo en
la zona superior del depósito se ubica un patinódromo y un parking en superficie. Es importante la
definición de estos usos, ya que sus sobrecargas
no deben repercutir en un sobrecoste importante a
la estructura del techo. Por ejemplo hacer una zona
ajardinada con posibilidad de plantar arboles puede
suponer una sobrecarga adicional de 2.5 t/m2.
DEPÓSITO DEL CANAL DE LA BUNYOLA
Este depósito, al contrario que los anteriores
tiene como única función la de proteger un medio
receptor doble: el rio Llobregat y el Mar
Mediterráneo. Es un depósito anti-DSU, como ya
se ha dicho, y evita que parte de las aguas que
irían al medio receptor al superar los aliviaderos en
las intercepciones lleguen a él.
Esta obra está realizándose en este momento y
está prevista su finalización a finales de este año.
Uno de los aspectos más destacados de este
proyecto es la gran dificultad de ejecución debido al
alto nivel freático existente en la zona, prácticamente a un metro de la superficie. Esta misma
situación excepcional, obliga a bombear prácticamente toda su volumen.
Otro de los aspectos innovadores es que su
diseño está pensado para ser ejecutado por >>
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Esquema de la Fase I del
depósito de la Bunyola
fases, en la primera entraran en operación 15.000
m3, la mitad de su capacidad total. Esto obedece a
diversos factores, entre ellos la falta de conexión
aguas arriba de todos los sectores que verterían a
la cuenca final (momento en el cual se construirá la
segunda fase).
El criterio de dimensionamiento del depósito de
la Bunyola, al ser solo de anti-contaminación no
está referido a periodos de retorno, sino que se
realizó de una forma más empírica: no usando una
lluvia sintética sino una modelización de un año de
lluvias promedio. El objetivo básico es reducir el
número de eventos que producen vertido al medio
a un tercio de su valor, siendo otro de sus objetivos
finales, conseguir reducir a 1/3 el volumen de la
contaminación (MES, Pb, Zn). Esta manera de
dimensionar es una metodología no estándar pero
usada para decidir el volumen en aspecto aún no
normalizado. Por otra parte es difícil de establecer,
por falta de datos, la cantidad de contaminación
que evita la consecución del “buen estado ecológico” del medio receptor, criterio difícil de parametrizar en esta localización.
El coste de esta infraestructura es de 8.2 M€ lo
que supone más de 600 €/m3 de agua almacenada.
BALSA DE LAMINACIÓN DE LA RIERA DE CAN CANALS
Situada en el municipio de Sant Andreu de la
Barca funciona desde el año 2007, es una balsa
muy sencilla situada aguas arriba del nucleo urbano del citado municipio, su objetivo principal era
solucionar una insuficiencia grave en un punto
situado en una zona muy urbanizada aguas abajo.
En las balsas de laminación el periodo de retorno que se tiene en cuenta es de 100 o 500 años
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Vista de la ejecución de las pantallas perimetrales del depósito
Uno de los aspectos que destacan
en los depósitos es la necesaria
compatibilidad con otros usos en la
superficie viaria que ocupan
dependiendo de posibilidad de espacio para la
infraestructura.
El volumen era de 33.000 m3 y su coste de
escasamente 600.000 €, este coste tan bajo es en
parte debido a la sencillez de ejecución (básicamente es una excavación en una zona próxima al
río) y a la inexistencia de centros de control o de
explotación. Esta forma de balsa solo debe utilizarse en cuencas con pocos km2 de superficie.
BALSA DE LAMINACIÓN DE LA RIERA SANT LLORENÇ
Situada entre los municipios de Viladecans y
Gavá, lamina una cuenca rural antes de convertirse en un gran colector dentro del municipio, aún así
el caudal de entrada era superior a las posibilidades del colector cuando este llegaba a las zonas
del Delta del Llobregat, donde sus pendientes cambiaban desde más del 3-4 % a el 0,1%.
Su objetivo es laminar los caudales para un
periodo de retorno de 100 años. Este periodo estaba justificado por el gran volumen necesario para
llegar a la laminación de 500 años, que aunque originariamente fueron calculados, provocaban una
excavación de tan gran dimensión que provocaban
la imposibilidad del proyecto.
Ejecutado para almacenar 160.000 m3 su coste
ascendió a los 12.18 M€, con un coste unitario de
unos 76 €/m3. Este coste muy superior al del ejemplo anterior, esto es debido a la gran diferencia
entre las instalaciones de una y otra balsa. Así
como los acabados realizados para poder conseguir unos usos más urbanos que en el caso anterior.
Un suceso de especial relevancia económica en
la ejecución del proyecto fue la aparición de elementos paleohistóricos, con el hallazgo de diversos
colmillos de mamuts y otros animales de épocas
prehistóricas que aparte de retrasar la ejecución de
las obras aumentaron su coste.
Un detalle importante en este tipo de proyecto
con un gran movimiento de tierras (250.000 m3) es
la de supervisar la existencia de obras o depósitos
donde puedan depositarse el exceso de tierras que
generan.
BALSA INUNDACIÓN CAMPUS UPC CASTELLDEFELLS
Esta Balsa de laminación situada en el municipio de Castelldefells permite un volumen adicional
dentro del sistema de drenaje urbano del municipio,
realizado para un periodo de retorno de 25 años, el
sistema se compone de un gran canal de evacuación de unos 1000 m de longitud que recoge las
cuencas centrales del municipio, la citada balsa de
laminación de 15.000 m3 y de una estación de
bombeo (aun no realizada) de 5 m3/s.
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Vista general y de la obra de entrada de Can Canals.
Vista general Balsa de Sant Llorenç.
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ZONA DE INUNDACIÓN CONTROLADA “PARC DE
MARINA”
Otro ejemplo algo distinto del concepto de laminación, son las llamadas zonas de inundación controlada o zonas de inundación preferente, donde se
unen los conceptos de infraestructura, con la gestión del riesgo, así se definen una serie de zonas
inundables, con unos usos compatibles en tiempo
seco. De esta manera el 95 % del tiempo este parque permanece utilizable para el público al lado de
una rambla que como se observa en las fotografías permanece seca salvo en los momentos de lluvias intensas, de esta manera, manteniendo la
separación física de la riera con la zona inundable,
se obtiene un volumen de laminación cuando el
calado del agua supera el muro de la canalización
y esto mejora la situación en la zona situada más
abajo, donde la existencia de una infraestructura
muy rígida (ferrocarril) combinada con una baja
pendiente, impide mejorar la canalización.
El periodo de retorno de diseño es de 100 años
y el volumen conseguido próximo a los 15.000 m3
en diferentes espacios del parque.
BALSA DE LAMINACIÓN DE TORRENTE FONDO
Esta balsa de laminación puede considerarse
como de compensación por la zona que se urbaniza aguas arriba en el municipio de Viladecans y
que generaría unos caudales que la red aguas
abajo, situada en pleno Delta, ya no puede absorber. El periodo de retorno fue de 500 años, (volumen útil de 80.000 m3) aunque la red de colectores
municipales no es capaza de asumir tal caudal
(max. 25 años), se realizaron una serie de elementos auxiliares en la zona final de los colectores,
permitiendo que los caudales circulantes por los
viales pudieran llegar hasta la balsa de laminación.
El sistema urbano de este municipio es separativo, lo que ha llevado a plantear una balsa de laminación que permite la filtración de parte de las
aguas. Esto, sin embargo, ha planteado recientemente un debate sobre si un sistema separativo
urbano puede considerarse tan descontaminado
como para verter a medio receptor en cualquier circunstancia. El presupuesto es de 3.25 M€, es decir
406 €/m3, este valor es debido en parte a que dentro de las obras de la balsa se incluye un canal de
1000 m de longitud que sirve de elemento de desagüe. La obra acabará antes de finales de 2010.
BALSA DE LAMINACIÓN DE LA TORRE GRAN
Esta balsa (llamada originalmente del
Interceptor de la Zona Franca) laminación está
situada en el municipio de l’Hospitalet de Llobregat,
con un volumen de 300.000 m3 es la más grande
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Vista de una de las zonas inundables.
Otra de las zonas deprimidas del parque.
Señalización de zona inundable en periodos de lluvia.
de las construidas en el Área Metropolitana de
Barcelona. Diseñada para almacenar el 100 % de
la lluvia de 24 horas de una gran parte de la cuenca urbana de l’Hospitalet (T=10) que se dirige a la
zona portuaria de Barcelona, lo que en el pasado
había producido grandes inundaciones urbanas,
debido a la poca pendiente de la zona, en gran
parte ganada al mar en tiempos históricos.
Dispone de un sistema de compuertas telecontroladas que permiten en caso necesario el desagüe por gravedad hacia el Rio Llobregat, cerca del
cual esta situada. Comenzada en el 2008, y afectada por algunas obras de la alta velocidad en su llegada a Barcelona, su puesta en servicio se prevé
para finales del año 2010.
Vista general de la Balsa de Torrente Fondo.
CUNETAS DE LAMINACIÓN DE PROLOGIS Y DE CAN
ALEMANY
Finalmente como elemento dentro del drenaje
urbano sostenible, se han realizado en el ámbito
metropolitano soluciones donde se combina las red
de colectores tradicionales, pequeñas zonas de
laminación con formato de grandes cunetas, que
permiten además de un ahorro económico, un drenaje más sostenible. Esta solución ya se ha realizado con éxito en los municipios de Sant Boi de
Llobregat y Viladecans. Ambos sistemas son separativos.
BIBLIOGRAFÍA
Detalle de elemento especial para el captación drenaje superficial.
Aliviadero entrada a la Balsa de la Torre Gran. Hospitalet de
Llobregat.
- Gestión de las aguas pluviales en los desarrollos urbanísticos. Jornada realizada en Barcelona por la Asociación
Catalana de los Amigos del Agua. www.amicsaigua.com
2010.
- Guía técnica de diseño y gestión de balsas y otros dispositivos de retención. CEDEX 2009.
- Gestión de las aguas pluviales. Implicaciones en el diseño
de los sistemas de saneamiento y drenaje urbano. CEDEX.
2008.
- Guía Técnica sobre redes de saneamiento y drenaje urbano. CEDEX. 2007
Jornada Flumen. Depósitos de retención de aguas pluviales.2007. UPC.
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Volume 3: Basin Best Management Practices. (2004) EPA
publication: www.epa.gov.
- Urban Dreinage Design Manual. Hydraulic Engineering
Circular 22. (2001) Federal Highway Administration.
- PECLAB 97 (1997) Plan Especial de Alcantarillado de
Barcelona. CLABSA para el Ayuntamiento de Barcelona.
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