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

acciona_102-105.qxd 17/07/13 12:52 Página 1
Subsuelo
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 2010. 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.
Las características de los emisarios (tabla 1)
y sus tramos son:
Figura 1.
Localización
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
Figura 2.
Vista aérea
del lugar
junio 2013
62
acciona_102-105.qxd 17/07/13 12:52 Página 2
Subsuelo
(6) Diámetro interior del emisario
Tabla 1. Datos generales, emisarios, terreno y ratios de mareas
n Aspectos medioambientales, establecidos en
de saneamiento, suministro eléctrico,
abastecimiento, etc. Las conducciones son de
hormigón armado Dint-2500 mm 2,5 at
(espesor de pared: 20 cm hormigón armado
+ 5 mm camisa de chapa + 50 mm de
mortero con fibras).
la Declaración de Impacto Ambiental, BOE
(30-7-2007):
- 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.
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.
n No dañar y mantener el funcionamiento de
los servicios existentes: calle urbana, parque
litoral, colectores e instalaciones de alumbrado (figura 3 y 4).
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.
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:
junio 2013
63
Figura 3. Vista aérea
del lugar de la parcela
terrestre de situación
del pozo de ataque.
acciona_102-105.qxd 17/07/13 12:52 Página 3
Subsuelo
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.
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 1981.
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
(1) Ecuación de Kim (2003)
Donde los parámetros son:
Fs : Factor de seguridad de valor 3
Tc : Parámetro adimensional, a obtener de
gráficas de Atkinson and Mair (1981)
γt : Densidad del terreno
γa : Densidad del agua
cu : Cohesión del terreno
De : Diámetro de cabeza de corte de
tuneladora
hw: Altura del agua sobre el lecho marino
H: Espesor de arenas sobre la clave de la
tuneladora
De: Diámetro exterior de la tuneladora
L : Longitud de tuneladora
Figura 5. Gráficas de estabilidad de frente de túnel (Atkinson
and Mair 1981)
junio 2013
64
acciona_102-105.qxd 17/07/13 12:52 Página 4
Subsuelo
Sustituyendo los parámetros anteriores por,
Fs = 3
Tc = 3,76
γt = 19 kN/m3
= 1,94 t/m3.
3
γa = 10,055 kN/m
= 1,025 t/m3.
cu = 55,56 kPa
= 3,05 t/m2.
hw = 6 m
H = 14 m
De = 3 m
L=9m
Dext = 298 cm, diámetro exterior sección de
conducción armada en junta
Dint = 260 cm, diámetro interior sección de
conducción armada en junta
la tensión mínima para el sostenimiento del
frente es:
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.
El empuje de rotura del hormigón es
Protura=2213 t, si se aplica un coeficiente de
seguridad de 1,5 el empuje máximo es:
Pmax≤1475 t,
σT ≥ 269,8 kPa = 27,5 t/m2.
Pmin ≈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.
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/m2 (con
lubricación) a 2,5 t/m2 (sin lubricación (tabla 2)
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.
Dext = 3 m ;
Pmax = 1475 t
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):
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
fmax : Tensión máxima contacto de hormigón
f’c : Resistencia característica del hormigón =
400 kp/cm2
ϕ : 0.9, factor reductor de empuje axial
LFJ : 1.2, factor de carga por hinca excéntrica
Ap : Área de contacto sufridera con hormigón
= 17357 cm2
Protura: 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/m2), en obra se adoptaron
junio 2013
65
acciona_102-105.qxd 17/07/13 12:52 Página 5
Subsuelo
valores de entre de 93 y 108 m se alcanzaron
rozamientos en obra > 1,8 t/m2 (figura 7).
Proceso constructivo
En la construcción se siguió el esquema
reflejado en la tabla siguiente:
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/m2). En obra se adoptó 41 m y
se obtuvieron resistencias > 2,9 t/m2 (figura 7).
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, ua es la velocidad horizontal de las
partículas del agua en contacto con el emisario,
ar es la aceleración relativa de las partículas, D
es el diámetro del emisario, ρa la densidad del
agua del mar y Ca, Ce y Ci 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
junio 2013
66
acciona_102-105.qxd 17/07/13 12:52 Página 6
Subsuelo
5.3. Rescate tuneladora. Instalación sumergible
6. Instalación de tubos PRFV, difusores y lastres
5.4. Rescate tuneladora. Traslado a puerto
7. Relleno de zanja y colocación de antiarrastreros
www.acciona.es
n