Transporte sólido y su influencia en la pendiente del túnel.

Transporte sólido y su influencia en la pendiente del túnel.
1.1. Granulometría.
Dado los plazos de tiempo disponibles, el equipo de la UPC realizó una granulometría en
superficie y una granulometría profunda de una única zona del río, situada a unos 300 m de
la embocadura de la trompeta. La idea de realizar la granulometría se justifica por la
preocupación existente sobre el fenómeno de sedimentación que pudiese ocurrir en el túnel.
Las granulometrías realizadas son sólo una muestra del tipo de material que acarrea el
Cardener en la zona y no describen en absoluto una exhaustiva representación. Se
extrajeron 60Kg en superficie para comprobar si el lecho se encuentra en estado de
acorazamiento, y otros tantos Kg de material extraídos de una profundidad de 70 cm. Los
resultados son interesantes, pues se observa acorazamiento de la superficie, el diámetro D50
de la muestra profunda es de 21.5 mm y el diámetro D50 de la muestra superficial es de 46
mm. El estudio granulométrico completo se puede consultar en el Anejo A1. Por otro lado,
la muestra superficial resulta tener una dispersión equivalente a 1.6 que indica una coraza
débil.
La granulometría ha sido utilizada para evaluar los parámetros de transporte. Entre los que
se destaca el cálculo de la pendiente de equilibrio del lecho y de la rotura de la coraza, para
ello se utilizó la formulación de inicio de movimiento de Shields y la fórmula de transporte
sólido de Meyer-Peter & Müller. Estos cálculos se pueden apreciar en el Anejo A2.
1.2. Descripción de la pendiente del túnel
La pendiente inicial del túnel propuesta por TYPSA era de 0.43%. La verificación de este
valor de la pendiente se realizó con base en los conocimientos teóricos y experimentales del
equilibrio sólido-líquido. La idea principal es revisar que la pendiente del túnel esté por
debajo de la pendiente de equilibrio del sedimento. Valores por debajo generarían
problemas de sedimentación en el túnel. Para esto es necesario estimar el caudal sólido
unitario en un tramo del río aguas arriba de la estructura de derivación (trompeta), el
transporte de material que ingresara al túnel a través de la trompeta, y estudiar la pendiente
de equilibrio que se genera para el paso de esta cantidad de sedimentos en el túnel.
La determinación del caudal sólido unitario en el río se realizó mediante la estimación de la
pendiente del lecho, la granulometría de la zona y el caudal de proyecto. Las magnitudes
hidráulicas (intervienen en la fórmula de Meyer Peter y Müller, Anejo A2), se estimaron
utilizando el software HEC-RAS, con el que se evaluó el calado normal medio de la
avenida de proyecto, caudal de 720m3/s, entre las secciones antes mencionadas. Con la
granulometría realizada (muestra profunda) en una sección media del cauce, se estimó el
diámetro medio del lecho del orden 2.2cm, pudiendo determinar con estos datos el número
de Manning, que resulta ser 0.025.
Posteriormente se utilizó la expresión de transporte sólido de Meyer-Peter y Müller para
estimar el transporte unitario, calculando primero la tensión de corte del fondo del río. Este
transporte unitario se supuso constante en toda la anchura (sobrevalorando el transporte
real) dando lugar a un transporte total 70 veces más grande (anchura de la zona). El sólido
transportado penetra en el túnel dando lugar a un aumento considerable del transporte
unitario, 6.36 veces mayor que el del río. Esto nos indica según el razonamiento del
equilibrio del lecho, que el sedimento en el túnel tendrá un gradiente mayor que el
topográfico del cauce.
Los resultados arrojados del calculo estiman una pendiente de equilibrio de 0.527%, contra
el 0.43% del cauce y el transporte sólido llega a ser de 1140 Kg/s. Debido a que los cálculos
de transporte acarrean cierta aproximación debido al carácter empírico de las expresiones y
con base en la experiencia obtenida en el laboratorio, creemos conveniente aumentar este
valor en al menos una décima (en porcentaje), definiendo finalmente la pendiente del túnel
en un 0.65%. El Anejo A2 se presentan las operaciones anteriormente descritas. Con este
aumento de pendiente queremos asegurar que el material que penetre en el túnel durante
una avenida de magnitud considerable continúe su camino y no se deposite en el medio del
túnel. Es evidente que en avenidas pequeñas, las partículas finas y medias que puedan
entrar por la embocadura se irán almacenando, sin embargo en cuanto venga un suceso
importante (avenida) éste limpiara la superficie.
Nota: El acorazamiento que se observa puede provocar avalanchas de sedimento cuando el
río Cardener llegue a los 125-130 m3/s que es un evento que puede tener una recurrencia de
2 a 3 años. El cálculo realizado utilizando el modelo numérico HEC-RAS y el concepto de
inicio de movimiento se pueden consultar en el anejo A2.