1.16 anexo 5. estudio hidrogeológico

CIUDAD DEL FLAMENCO, JEREZ DE LA FRONTERA
PROYECTO DE EJECUCIÓN – LC 01A, JULIO 2010
HERZOG & DE MEURON
1.16 ANEXO 5. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO
er a
Pere Lluís Badiella Abril
Rosselló, 20 6 1
08029 Barcelona
Tel. 934103362
consultor hidrogeòleg i geofísic
er a
Pere Lluís Badiella Abril
Rosselló, 20 6 1
08029 Barcelona
Tel. 934103362
consultor hidrogeòleg i geofísic
ÍNDICE
AYUNTAMIENTO DE JEREZ DE LA FRONTERA
GERENCIA DE URBANISMO
1.
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................3
2.
OBJETIVOS .............................................................................................................4
3.
ANTECEDENTES....................................................................................................5
4.
OBRAS REALIZADAS............................................................................................6
5.
GENERALIDADES GEOHIDROLÓGICAS DE LA ZONA ...............................8
6.
HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA.........................................................................10
6.1
6.2
6.3
7.
ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA EL
CONOCIMIENTO DE LOS ACUÍFEROS DEL
SUBSUELO DE LA CIUDAD DEL FLAMENCO
7.1
7.2
7.3
ENSAYOS PUNTUALES DE PERMEABILIDAD ............................................10
ENSAYOS DE INTERFERENCIA .....................................................................10
RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE INTERFERENCIA.............................12
PRIMERAS ESTIMACIONES ANALÍTICAS ...................................................15
CAUDAL SIN CONSIDERAR EL EFECTO DE LAS PANTALLAS ................15
CAUDAL QUE PUEDE PENETRAR POR EL FONDO DE LA EXCAVACIÓN
DESPUÉS DE CONSTRUIR LAS PANTALLAS ESTANCAS.........................16
CONSIDERACIONES DE LOS CÁLCULOS ANALÍTICOS ............................16
8.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR LOS EFECTOS DE LAS
PANTALLAS .....................................................................................................................18
8.1
8.2
8.3
9.
PLANTEAMIENTO DEL MODELO Y DATOS DE PARTIDA ........................18
RESULTADO DEL MODELO............................................................................19
RIESGOS Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS................................20
CONCLUSIONES ..................................................................................................22
ANEJOS I, II Y III
FIGURAS
APENDICES
Barcelona Febrero del 2006
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVOS
De acuerdo con nuestro presupuesto y plan de trabajos
presentado a la Gerencia de Urbanismo del Ayuntamiento de
Jerez, se iniciaron los trabajos de seguimiento y construcción de
dos pozos y cuatro piezómetros de control; la dirección de dos
ensayos de bombeo y la valoración de los datos que se han
obtenido. Todo ello se realiza, para el estudio de la posibilidad de
deprimir el nivel freático de los acuíferos que aparecen en el
subsuelo de los terrenos de la futura Ciudad del Flamenco de
Jerez de la Frontera.
L’objectivo de este trabajo es el de construir 2 pozos y 4
sondeos de observación que además de ser necesarios para a
determinar los parámetros hidráulicos de los acuíferos, sean útiles
para realizar la explotación, control piezométrico y sirvan de
experiencia para optimizar la futura obra de drenaje.
Una vez establecidas las características del acuífero se ha
estudiado la posibilidad de su drenaje realizando una propuesta
basada cálculos analíticos y en un modelado matemático.
En las conclusiones se realiza una exposición resumida de los
resultados obtenidos en la valoración de los datos recogidos para
este trabajo, y se indica el modelo más probable de
funcionamiento de los acuíferos. Además, se realizan estimaciones
del caudal que se deberá movilizar en el caso de que se realice el
proyecto según las actuales previsiones y se determinan las
características y distribución del drenaje más recomendable.
3
En primera instancia se definirán, por tanto, las características
hidráulicas de los acuíferos (modelo de funcionamiento,
transmisividad,
permeabilidades
y
coeficientes
de
almacenamiento).
Con estos datos se construye un modelo numérico que
permite simular los efectos de las pantallas, acabar de definir sus
características más recomendables para provocar el vaciado del
acuífero en su interior hasta a la cota establecida y ajustar los
emplazamientos de los futuros puntos de captación.
4
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
3. ANTECEDENTES
4. OBRAS REALIZADAS
Los antecedentes de este informe son:
Estudio geotécnico complementario de la Ciudad
Flamenco de Jerez de la Frontera, VORSEVI S.A., del 27
Enero del 2005.
Nota complementaria al estudio geotécnico Ciudad
Flamenco en Plaza Belén. VORSEVI S.A., del 23 de Febrero
2005.
del
de
del
del
En ambos informes ya se indica la presencia de un acuífero
en el subsuelo de los terrenos y se sugiere la posibilidad de drenaje
para deprimir el nivel de las aguas subterráneas.
Les obras previstas y realizadas fueron la construcción de 2
pozos de 25 y 18 m de profundidad, a hinca con un tramo filtrante
de unos 12 m de longitud; acompañados cada un de ellos de dos
piezómetros de control. El piezómetro más alejado con filtros frente
a los del pozo y el más próximo solo conectado al acuífero a una
profundidad superior a la del pozo y por debajo la base de las
pantallas previstas inicialmente.
El resumen de las características definitivas del pozo y
piezómetros es la siguiente:
Toponímia
Profundidad
Altura brocal
Cota brocal1
Filtro2
∅ Perforación
∅ Entubación
Además, el autor, dispone de la experiencia adquirida en los
estudios y trabajos realizados para diferentes obras en las que se
han tenido que realizar drenajes para excavar por debajo del nivel
de saturación.
Los trabajos previstos y realizados han permitido un
conocimiento de de los acuíferos del subsuelo y con éste prevenir y
corregir las posibles incidencias relacionadas con las aguas
subterráneas que pueden producirse al deprimir el nivel freático en
unos 10 m respecto de la posición actual. La clava del recinto
apantallado estanco lateralmente, desde el punto de vista
estructural, se prevé como mínimo de unos 8 m por debajo de la
cota de excavación.
Toponímia
Profundidad
Altura brocal
Cota brocal1
Filtro2
∅ Perforación
∅ Entubación
Pozo-1 S. Honorio
Piez S1
Piez S2
25 m
0,14 m
45,59
33 m
0,0 m
45,46
29,5 a 31,5 m
86 mm
21 m
0,0 m
45,01
8 a 18 m
86 mm
PVC 50x6,5 mm
PVC 50x6,5 mm
7 a 17,5 m y 22,5 a 24 m
600 mm
Acero 350 mm
Pozo-2 Peones
Piez S3
Piez S4
18 m
0,25 m
44,04
6 a 16,5 m
600 mm
Acero 350 mm
22,5 m
0,67 m
43,75
23-25 m
86 mm
15 m
0,52 m
43,60
5 a 15 m
86 mm
PVC 50x6,5 mm
PVC 50x6,5 mm
1 Cota
según datos facilitados por Integral.
los piezómetros S1 y S3 el espacio entre la entubación y la
pared del sondeo, aparte del tramo frente al del filtro, queda
aislado mediante pellets de bentonita.
2 En
Durante la construcción de los pozos se realizaron dos
ensayos de permeabilidad por valvuleo, en cada uno de ellos.
Tanto durante dichos ensayos como en la perforación se apreció
una fuerte tendencia a que se produjeran arrastres de finos.
Dicha tendencia se agudizó en los tanteos previos del pozo 1
que se colmató parcialmente por lo que debió desarrollarse
mediante aire comprimido para limpiarlo nuevamente, además
debió rehacerse el macizo de grava filtrante.
5
6
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
Conviene indicar que los datos previos de que se dispuso
indicaban una cierta compacidad del terreno (abundantes SPT
con rechazo), en la parte profunda de los sondeos. Ello obligó
sobre la marcha a modificar las características constructivas de los
pozos de ensayo.
El desarrollo del segundo pozo evidenció también la
tendencia al arrastre de finos aunque la experiencia obtenida en
el anterior permitió optimizar su construcción y disminuir su
magnitud.
En la figura 1 se presenta la situación aproximada de los pozos
y piezómetros.
5. GENERALIDADES GEOHIDROLÓGICAS DE LA
ZONA
En este apartado se resumen las características
geohidrológicas generales del subsuelo, en base a la información
existente y de la que se ha hecho algún seguimiento.
La litología del subsuelo es la siguiente:
Horizonte superior de rellenos diversos que incluyen restos
antrópicos entre 0,3 y 1 m de profundidad (según datos de
los pozos y piezómetros). El estudio arqueológico de detalle
que se está realizando refleja un espesor se varios metros
con presencia de pozos y otras estructuras. Existe un
horizonte de arena media suelta que alcanza en algunos
puntos hasta unos 4 m de profundidad que podría tratarse
de un horizonte de origen fluvial.
Arena muy fina limosa ocrácea. Se trata de un horizonte
que alcanza una profundidad muy variable que oscila
entre los 9 y los 22 m de profundidad (en los pozos y
piezómetros este horizonte alcanza hasta los 13 – 14 m).
Litológicamente son arenas muy finas amarillentas con
tonos ocres o amarillentos. Incluyen bioclastos de conchas
blanquecinas y nódulos calizos que incluso podrían dar
lugar a pequeños horizontes discontinuos a modo de
costras. Podría tratarse del nivel de oxidación de los
horizontes inferiores.
Arena muy fina limosa negruzca. Bajo los horizontes
anteriores aparece el horizonte de arena fina limosa gris
negruzca con probable contenido en materia orgánica y
abundantes fragmentos de moluscos blanquecinos.
También aparece algún horizonte discontinuo de bioclastos
parcialmente cementados y nódulos carbonatados.
A
partir de los 20 m aparece algún horizonte de dudosa
continuidad de naturaleza limo-arcillosa con un espesor
inferior a 0,5 m.
Limos arcillo-arenosos grises. Solo se ha detectado en el
piezómetro 1 entre los 31,6 m y los 33 m. No hay información
suficiente para conocer su continuidad ya que es el sondeo
mas profundo.
7
8
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
A pesar de que debe tomarse con grandes reservas,
estimaciones de la permeabilidad basadas únicamente en las
granulometrías del informe VORSEVI, 2005 (curvas de Beddin), de
los horizontes de arenas muy finas y limos, permitirían deducir que
la permeabilidad puede oscilar entre 3 y 0,3 m/d (3,5.10-3 a 3,5.10-4
cm/seg).
Salvo los horizontes superiores el resto de la serie parece
atribuible al Mioceno.
6. HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA
6.1 ENSAYOS PUNTUALES DE PERMEABILIDAD
En el anejo I se presenta una exposición mas detallada sobre
estos ensayos.
Los resultados obtenidos considerando efecto “skin” son los
siguientes:
Toponímia
Profundidad
Permeabilidad
k (m/d)
k (cm/seg)
Pozo-1 S. Honorio
Pozo-2 Peones
17 m
25 m
15 m
18 m
1,1
1,3 10-3
0,6
7 10-4
2,93
3,4 10-3
1,89
2,2 10-3
Conviene indicar que se trata de ensayos puntuales
orientativos en los que, a pesar de su corta duración, pueden
superponerse efectos generales del acuífero.
6.2 ENSAYOS DE INTERFERENCIA
En el anejo I se presenta una exposición mas detallada sobre
los métodos de interpretación utilizados y de los resultados
obtenidos en los ensayos. Además, en el anejo III, se adjunta las
medidas que se han utilizado para realizarla.
El primer ensayo de interferencia de 72 horas de duración se
inició el pasado 22.1.2006 a caudal constante, previos tanteos y
desarrollo por aire comprimido. En la tabla siguiente se resume el
ensayo:
Ensayo 1
Pozo 1
Limpieza y
Tanteo
Bombeo
interferencia
Inicio
Fecha
Final
Hora
Hora
Observaciones
l/s
20.1.2006
20.1.2005
3-7
Sobrebombeo
22.1.2005 9:00
23.1.2005 9:00
6,7
Escalón 1
23.1.2006 9:00
25.1.2006 9:00
3,4
Escalón 2
25.1.2006 21:00
0
Recuperación 25.1.2006 9:00
9
Fecha
Caudal
10
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
A las 24 horas del bombeo de interferencia debió reducirse el
caudal de bombeo del pozo debido a su tendencia al
agotamiento. Durante todo el ensayo se ha controlado el caudal
de pozo y la evolución piezométrica en el pozo, piezómetros piez.1
y piez.2 de forma continúa incluyendo horas nocturnas. Tal como
se observa, una vez finalizado el ensayo de interferencia se
controló la recuperación durante 12 horas.
Ensayo 1
Radio1
Filtros
Nivel inicial2
Cota del nivel inicial
Nivel final bombeo 2
Descenso
Descenso residual 3.
El segundo ensayo de interferencia de 72 horas de duración
se inició el pasado 31.1.2006. Como en el caso anterior se realizó a
caudal constante previo tanteo y desarrollo del pozo por
sobrebombeo. Con el fin de evitar descensos piezométricos
elevados en el entorno, el caudal de bombeo del pozo se limitó a
una magnitud suficiente que los piezómetros permitieran estudiar la
interferencia. En la tabla siguiente se resume el ensayo:
Ensayo 2
Radio1
Filtros
Nivel inicial2
Cota del nivel inicial
Nivel final bombeo 2
Descenso máximo
Descenso residual 3.
Pozo-1 S. Honorio
0,175 m
Piez S1
2,58 m
Piez S2
11,27
7 a 17,5 m y 22,5 a 24 m 29,5 a 31,5 m
8 a 18 m
2,80
42,99
5,88
3,08
0,9
2,65
42,81
5,48
2,83
0,85
2,94
42,07
5,1
2,16
0,11
Pozo-2 Peones
0,175 m
6 a 16,5 m
2,36
41,95
5,75
2,65
0,12
Piez S3
4,3 m
23 a 25 m
2,58
41,17
3,1
0,51
0,18
Piez S4
7,0
5 a 15 m
2,82
40,94
2,91
1,005
0,095
1Distancia
Ensayo 2
Pozo 2
Inicio
Fecha
Limpieza y
30.1.06
Tanteo
Bombeo
31.1.06
interferencia
Recuperación 3.2.06
Final
Hora
Fecha
Caudal
Hora
30.1.06
Pozo 1
Observaciones
Fecha
entre el teórico punto de bombeo y el punto de control.
desde el punto de medida (no coincide con el
brocal necesariamente).
3Descenso residual después de 12 horas de parada del bombeo.
2Profundidad
1-2
9:00
3.2.06
9:00
1,73
9:00
3.2.06
21:00
0
Caudal constante
Durante el bombeo de interferencia se ha controlado la
evolución piezométrica en el pozo, piezómetro piez. 3 y piez. 4 de
forma continúa como en el ensayo anterior.
El control del nivel piezométrico se han realizado mediante
sondas eléctrica con una precisión de 1 cm en ambos ensayos. El
caudal se ha controlado mediante tubo Pitot. Las desviaciones
máximas respecto al caudal indicado debe considerase que han
sido inferiores al 1%.
A continuación se resumen los datos obtenidos de los ensayos
realizados:
11
Se constata que existe un fuerte gradiente piezométrico entre
los piezómetros S1 o Pozo 1 y S2 que aproximadamente se
mantiene desde la terminación de los puntos de control. Dicho
gradiente en dirección semejante a la de la pendiente
topográfica alcanza aproximadamente el 6%. Por el momento se
desconocen las causas del mismo. El gradiente disminuiría
substancialmente entre los pozos 1 y 2 al 1,3 % y parece estar
mucho más de acuerdo con la permeabilidad relativamente baja
del acuífero.
6.3 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE
INTERFERENCIA
La interpretación de l’ensayo de bombeo de interferencia
que se presenta en el anejo I. El estudio de los ensayos indica que
se trata de un modelo complejo con un horizonte superior de
permeabilidad relativamente elevada bajo el que subyacen
horizontes bastante menos permeables con tendencia a disminuir
esta al aumentar la profundidad. Es un sistema único y se produce
transferencia de fluido i presión entre los diferentes horizontes.
12
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
El tratamiento de los datos debe realizarse por partes debido
al complejo funcionamiento del sistema. La interpretación permite
deducir que el modelo hidrogeológico de ajuste más preciso y
compatible con los datos de que se dispone es el de descenso
diferido con componentes verticales de flujo (Neuman). Este
modelo determina la transmisividad del acuífero y dos coeficientes
de almacenamiento, el segundo relacionado a la porosidad eficaz
del sistema.
Se consideran efectos de penetración parcial tanto en los
pozos de bombeo como de los piezómetros de control, todo ello
muy dependiente de la potencia del acuífero. Finalmente se
valora la conexión pozo-acuífero determinando las pérdidas de
carga, debidas a la circulación del agua por filtro y acuífero en el
entorno del pozo.
El valor de la permeabilidad vertical (deducido de la
diferente penetración de los puntos de control piezométrico), debe
considerarse, por ello, en su orden de magnitud. El valor de kv/kh
probable es próximo a 1.
Les pérdidas de carga en los pozos son poco significativas por
lo que la eficiencia después del profundo desarrollo sufrido
incluyendo efecto de pozo no totalmente penetrante debe
considerarse muy elevada. Las dificultades en su construcción
ponen sobre aviso del diferente grado de conexión pozo-acuífero
según el acabado de los pozos.
Conviene indicar que los modelos utilizados suponen que el
acuífero es homogéneo en todo su espesor. En el caso que nos
ocupa se trata de un acuífero multicapa por lo que en la realidad
la relación entre la permeabilidad horizontal y la vertical que se
está determinando corresponde a la anisotropía en la vertical de
las diferentes capas. También conviene remarcar que se produce
una progresiva disminución de la permeabilidad al aumentar la
profundidad.
Como resumen, los parámetros de funcionamiento del
acuífero determinados mediante los ensayos son:
Transmisividad zona S. Honorio = 161 m2/d
Transmisividad zona Peones = 56 m2/d
Coef. almacenamiento inicial §1 10-3 a 1 10-4
Coef. almacenamiento final §1 a 0,2
Permeabilidad horizontes inferiores § 0,5 m/d (0,00057 cm/s)
Permeabilidad superiores > 30 m/d (0,035 cm/s)
La permeabilidad debe considerarse orientativa ya que se
desconoce con precisión el espesor del acuífero y las variaciones
locales que se pueden producir en la vertical. A pesar de estas
variaciones cabe destacar que los diferentes horizontes conforman
un acuífero único de moderada transmisividad y que la
permeabilidad baja conforme aumenta la profundidad. El
supuesto espesor del acuífero deducido del efecto de penetración
parcial podría superar ampliamente los 50 m.
13
14
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
7. PRIMERAS ESTIMACIONES ANALÍTICAS
7.1 CAUDAL SIN CONSIDERAR EL EFECTO DE LAS
PANTALLAS
Una vez definidos los parámetros del acuífero, se puede
hacer una primera estimación del caudal que debería bombarse
para provocar un descenso del nivel de las aguas en un máximo
de 10 m, sin considerar los efectos de las pantallas que se prevé
construir. Para realizar estos cálculos se considera solo el drenaje
del acuífero menos permeable.
Esta estimación del caudal puede realizarse a través del
modelo de Theis, considerando un largo tiempo de bombeo y
suponiendo que el acuífero pasa a libre. Tomado la transmisividad
de la zona de Peones, este caudal seria de unos 1760 m3/d (20,3
L/s) si se considera una excavación de 31 m de radio y una
duración del bombeo de 60 días. Este valor debe considerarse
como una primera aproximación ya que supone un bombeo a
caudal constante sin considerar algunos de los efectos del
acuífero. Conviene indicar que la construcción de pantallas
lateralmente estancas puede disminuir este valor. En la figura
siguiente se presenta el cono de bombeo que resultaría.
Cono de bombeo del drenaje de la C. Flamenco
Para un caudal de bombeo de 20,3 l/s (73,3 m3/h), durante dos més
(T=56,4 m2/d, S=0,15)
0
Si se considera la totalidad de la excavación, sin construir la
pantalla medianera, su superficie será de unos 3000 m2, la
distancia entre el fondo de la excavación y la base de las
pantallas se considera de 15 m, y el descenso que se provocara en
el interior del recinto apantallado será de 10 m. Aceptando estas
premisas puede hacerse una primera estimación del caudal que
podría penetrar por el fondo de la excavación, mediante la
aplicación directa de la ley de Darcy. La permeabilidad vertical
considerada es la indicada en el apartado anterior que se estima
en kv § 0,5 m/d.
v=k·i
siendo: v = velocidad del flujo
k = permeabilidad vertical
i = gradiente hidráulico
y considerando que
Q=A·v
siendo: Q = caudal de flujo
v = velocidad del flujo
A = sección
Los parámetros indicados permiten calcular que el caudal
entrante podría llegar a ser de unos 1000 m3/d (11,5 l/s). Se
consideran nulas las entradas de aguas a través de las juntas de las
pantallas. Esta primera estimación suele dar resultados por exceso
ya que no se considera la disminución de los potenciales en el
acuífero debido a las pérdidas de circulación de las aguas fuera
del recinto apantallado.
2
4
descenso (m)
7.2 CAUDAL QUE PUEDE PENETRAR POR EL
FONDO DE
LA EXCAVACIÓN DESPUÉS DE
CONSTRUIR LAS PANTALLAS ESTANCAS.
6
8
10
7.3 CONSIDERACIONES DE LOS CÁLCULOS
ANALÍTICOS
12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Distancia (m)
Descenso
Por tanto, el caudal que puede pasar por la sección de las
pantallas perimetrales de la parte más profunda es algo inferior al
15
16
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
máximo que puede provenir del acuífero inferior. La simplificación
realizada de suponer que no existe el acuífero superior de ámbito
local, hace que los valores manejados puedan incrementarse.
Estas consideraciones ponen sobre aviso de que el efecto de una
pantalla perimetral con una clava insuficiente puede tener un
efecto significativo en la entrada de aguas al recinto apantallado
y además que conviene cuidar del acabado de las obras para
evitar entradas a través de las juntas.
Conviene indicar que la estimación del caudal que puede
pasar por el fondo del recinto apantallado suele ser por exceso y
que la combinación con el que puede aportar el acuífero, cuando
ambos tienen magnitudes parecidas, puede hacer que quede
algo reducido especialmente en el caso de que la superficie del
fondo del recinto sea pequeña.
Teniendo en cuenta que puede ser conveniente extraer el
máximo caudal de agua con el mínimo de captaciones, es
conveniente que las captaciones tengan el máximo rendimiento.
Además, conviene indicar que, durante la excavación, no se
alcanzará el rendimiento de los pozos que se ha bombeado
durante los ensayos, al ir quedando reducido el espesor saturado
al descender el nivel de agua durante las obras.
8. MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR LOS
EFECTOS DE LAS PANTALLAS
8.1 PLANTEAMIENTO DEL MODELO Y DATOS DE
PARTIDA
Para simular de forma aproximada el comportamiento del
acuífero y poder definir los emplazamientos recomendables de los
puntos de captación se ha construido un modelo matemático
tridimensional de diferencias finitas con unes dimensiones totales
de 1 x 1 km. Los elementos son de forma rectangular de
dimensiones variables.
El modelo hace una simulación en detalle del interior del
recinto con elementos de dimensiones inferiores a 1 m. Esto permite
una definición suficiente para simular el efecto de las pantallas. En
el exterior del recinto las dimensiones de las celdas se relaja
rápidamente hasta los 150 m. Se incluye la presencia de límites de
nivel constante en las celdas extremas que limitan el modelo. En el
anejo II se pueden ver las diferentes densidades de malla del
modelo.
Conviene indicar que el modelo trabajará por diferencias
piezométricas, para determinar los descensos previsibles en el
exterior e interior de los recintos apantallados. No se consideran los
efectos de un acuífero local situado en la zona de la plaza Belén
ya que a su reducido espesor saturado cabe sumar la
indeterminación de su extensión.
Los parámetros que se han utilizado son:
Transmisividad acuífero 56 m2/d
Permeabilidad vertical 0,5 m/d
Coef. almacenamiento 15 %
Permeabilidad pantallas 1 10-5 m/d
17
18
Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
geòleg consultor
geòleg consultor
8.2 RESULTADO DEL MODELO
Se considera que deberá deprimirse el nivel unos 10 m en
todo el interior de los recintos considerados con una clava de las
pantallas de 15 m por debajo del fondo de la excavación.
En esta hipótesis conviene indicar que el rendimiento de los
pozos, irá disminuyendo al irse drenando en acuífero. Se estima
que este rendimiento por pozo cuando el nivel freático se sitúe
cerca de la base de l’excavació puede ser del orden de 1,5 l/s (5,4
m3/h), siempre que tengan una eficiencia igual o superior a los
ensayados.
Los resultados obtenidos, que poden consultar-se en el anejo
II, sugieren que se debería explotar un caudal de unos 9 l/s (32,4
m3/d). Este caudal es inferior al estimado en el apartado anterior
debido fundamentalmente a que la permeabilidad por debajo de
las pantallas es finita.
La explotación de este caudal puede comportar la
construcción de unos 5 pozos si se distribuyen dentro del recinto
apantallado tal como se indica en el anejo II.
Los descensos del nivel piezométrico después de tres meses
de bombeo se presenten en el anejo II. En el interior del recinto
apantallado se superan los 10 m en la mayor parte de la superficie.
Se deduce además que el descenso previsible en el exterior es
inferior a 0,5 m en el exterior inmediato del recinto apantallado
lateralmente estanco, disminuyendo a menos de 0,3 a 30 m del
recinto. Estos valores son inferiores a la oscilación piezométrica
natural que se ha producido en el período de control.
En el caso de que se realice una compartimentación del
recinto mediante una pantalla medianera de la misma clava que
las perimetrales podría ser necesaria la construcción de algún
pozo complementario para compensar el efecto de interferencia.
Si dicha pantalla medianera no sobrepasa excesivamente la
profundidad de la excavación una redistribución de los puntos de
captación puede ser suficiente para conseguir resultados
semejantes.
8.3
RIESGOS Y RECOMENDACIONES
CONSTRUCTIVAS
De los diferentes estudios realizados se pueden extraer unas
primeras indicaciones sobre la presencia generalizada de niveles
de baja permeabilidad, de baja consistencia y posibles efectos
tixotrópicos (fluidificación por vibraciones). Tanto pozos como
piezómetros se han construido con gran facilidad en el primer caso
por succión del terreno por el fondo de la entubación.
Ello pone en evidencia el riesgo de que el terreno no sea
capaz de aguantar por si solo la supresión que se producirá
durante la excavación. A este respecto conviene indicar que la
capacidad de compresión del terreno no es la misma que la
distensiva ya que en este segundo caso existen riesgos de
sifonamiento e implosión ligeramente compensados por el peso,
que no existen en la primera situación. Para reducir este riesgo es
necesario evitar una excavación excesivamente rápida y la
circulación de aguas por la superficie de la misma. Ambas
medidas pueden ayudar a reducir el riesgo de implosión y el de un
sifonamiento que puede debilitar de manera permanente la
capacidad portante del terreno y prevenir sus consecuencias. En
el perfil del modelo puede observarse que el gradiente medio en
el fondo de la excavación es próximo a 0,3. Este gradiente
comporta que el tramo comprendido entre la base de las
pantallas y la de la excavación, durante la construcción, deba ser
capaz de soportar una tercera parte de la subpresión total.
Así pues, es conveniente asegurarse que el nivel piezométrico
se sitúe en todo momento, como mínimo un metro por debajo de
la excavación, para evitar una posible entrada en flotación de los
materiales del subsuelo. Ello es debido al elevado gradiente
piezométrico que a pesar de la presencia de las pantallas cabe
esperar y que localmente puede ser superior al indicado.
Por otra parte, las diferencias de presión entre el interior del
recinto apantallado y el exterior, que puede aproximarse a 1
kg/cm2, hace imprescindible un excelente acabado de las juntas
entre pantallas, en especial en la zona a excavar.
Además conveniente evitar la construcción de elementos de
drenaje en las proximidades de aquellos que utilicen bentonita o
cementos fluidos, dado que los primeros pueden ver disminuida su
19
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Pere Lluís Badiella Abril
Pere Lluís Badiella Abril
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geòleg consultor
eficiencia y los segundos tener pérdidas de fluidos. Esto se puede
evitar manteniendo elevada la densidad de los lodos e iniciando
las pantallas a la mínima distancia posible del nivel de saturación.
Igualmente no es conveniente que coincida la construcción y
funcionamiento del sistema de drenaje con la de las pantallas.
Los emplazamientos propuestos podrán modificarse en
función del rendimiento de cada pozo y de las necesidades de
incrementar ligeramente el descenso en algún punto. A pesar de
que ya se ha considerado el efecto de interferencia entre pozos y
variaciones en el rendimiento, puede ser necesario reajustar el
modelo en función del rendimiento final de cada uno de ellos.
9. CONCLUSIONES
De lo expuesto hasta ahora y de las consideraciones
realizadas en las diversas reuniones mantenidas se pueden extraer
las siguientes conclusiones:
CONSIDERACIONES INICIALES
El subsuelo de los terrenos de la futura Ciudad del Flamenco
está constituido por depósitos relacionados a sedimentos litorales y
aluviales. Estos horizontes forman acuíferos sobrepuestos de los que
el superior es mucho más permeable aunque de distribución
irregular y reducido espesor.
El nivel freático en el período comprendido entre finales de
noviembre y febrero ha sufrido oscilaciones de casi 1 m.
PARÁMETROS DEL ACUÍFERO
El estudio realizado ha permitido la definición de las
características del acuífero determinando los parámetros
principales que definen su funcionamiento y estimando la
permeabilidad de las capas principales del terreno que afecten a
la obra en ejecución. Los datos obtenidos están de acuerdo con
estimaciones basadas en la granulometría del terreno (curvas de
Beddin) que sugieren permeabilidades siempre superiores a 0,3
m/d (3,5 10-4 cm/s).
De los ensayos puntuales de permeabilidad realizados en
algunos horizontes entre los 15 y 25 m de profundidad, durante el
avance de la perforación de los pozos, resultan valores
comprendidos entre los 0,6 y 2,9 m/d. (7 10-4 y 3,4 10-3 cm/seg).
Los resultados obtenidos en los ensayos de interferencia
considerando que el acuífero responde inicialmente al modelo de
descenso diferido (Neuman) son:
Transmisividad zona S. Honorio = 161 m2/d
Transmisividad zona Peones = 56 m2/d
Coef. almacenamiento inicial §-3 a 1 10-4
Coef. almacenamiento final §1 a 0,2
Permeabilidad horizontes inferiores §0,5 m/d (0,00057 cm/s)
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Permeabilidad horizontes superiores > 30 m/d (0,035 cm/s)
recinto a considerar es estanco lateralmente con una penetración
de 15 m bajo la profundidad de excavación.
El espesor del acuífero deducido del efecto de penetración
parcial se supone de más de 50 m. Son apreciables las variaciones
de permeabilidad en la vertical, con clara tendencia a disminuir al
aumentar la profundidad. Localmente los horizontes superiores
pueden presentar permeabilidades de hasta más de 30 m/d
mientras que los más profundos apenas alcanzan los 0,5 m/d. A
pesar de ello el paquete constituye un acuífero único y los
diferentes horizontes se conectan entre sí.
El valor de la permeabilidad vertical (deducido de la
diferente penetración de los puntos de control piezométrico), debe
considerarse en su orden de magnitud. La kv parece de unos 0,5
m/d.
Les pérdidas de carga en los pozos, después de les vicisitudes
durante su construcción son poco significativas. Ello pone sobre
aviso de la dificultad de conexión pozo-acuífero según el
acabado de los pozos.
CAUDALES A EXPLOTAR DURANTE LA EXCAVACIÓN
Los cálculos hidráulicos realizados ponen de manifiesto que
para deprimir el nivel freático en unos 10 m (sin presencia de
pantallas) en un radio de unos 30 m y un tiempo de 60 días, seria
necesario extraer un caudal de 1760 m3/d (20,3 l/s). Sin considerar
los efectos del acuífero superior.
Si se acepta la construcción de un recinto lateralmente
estanco de una superficie de unos 3000 m2, la permeabilidad
vertical de unos 0,5 m/d, que las pantallas penetren 15 m bajo la
excavación y que la depresión del nivel freático a provocar es la
misma, el caudal entrante por su fondo podría ser 1000 m3/d (11,5
l/s).
Las hipótesis realizadas hasta ahora son incompletas ya que
no se contempla la suma de efectos. Por ello deben considerarse
como valores límites por exceso.
MODELADO SIMULANDO EL EFECTO DE LAS PANTALLAS
Se considera que para realizar la excavación deberá
deprimirse el nivel inicial en 10 m. Además, se considera que el
23
Los resultados que se obtienen, del modelo matemático, se
indican en la siguiente tabla:
CAUDAL L/S
9
N º de pozos
5
Desc. 0 m a
0,5
Desc. 30 m b
0,3
a Descenso máximo en el exterior del recinto junto a la pantalla
b Descenso medio a 30 m de distancia del recinto apantallado
El efecto hidráulico que comporta la construcción de la
pantalla medianera es poco significativo ya que si bien limita la
entrada de aguas (en el caso de que la excavación de los recintos
no sea contemporánea), los descensos en el exterior resultan poco
significativos. Conviene indicar que se supone que los bombeos de
cada recinto no son contemporáneos, en otro caso los efectos son
nulos.
Conviene indicar que en las simulaciones se supone que los
pozos irán disminuyendo su caudal al reducirse el espesor saturado,
por lo que se considera que su rendimiento será muy inferior al
ensayado.
Variaciones significativas en la clava de las pantallas bajo el
nivel de excavación, conducen a una reducción en el tramo
filtrante de los pozos y consiguientemente a aumentar su número
para compensar la superficie filtrante
AFECCIONES AL ENTORNO
Los descensos previstos en el caso de realizar las
explotaciones indicadas durante 90 días deben considerase
aproximados ya que la determinación de la permeabilidad vertical
a través de los ensayos comporta ciertas indeterminaciones.
Por otra parte la gran heterogeneidad del acuífero con
fuertes cambios laterales de fácies (acuífero superior) y variaciones
en la profundidad, puede hacer que queden interceptadas
conexiones hidráulicas al ser atravesadas por las pantallas.
En el caso de que se produzcan entradas a través de las
pantallas el caudal entrante se sumaria al que se prevé que entre
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geòleg consultor
por contorneo
exteriores.
del
fondo
incrementándose
los
descensos
debe ser ciego y disponer de un tapón de fondo para
actuar como cámara de bombeo.
La construcción del recinto lateralmente estanco de la
Ciudad del Flamenco puede provocar modificaciones en el flujo
subterráneo, especialmente en el acuífero superior. Por el
momento es difícil la cuantificación de esta alteración. A este
respecto, conviene indicar que este acuífero se ve muy
influenciado por la recarga de lluvia y otras, con un gradiente
piezométrico que debe considerarse fuerte y que se mantiene
independientemente de la oscilación piezométrica.
Filtros: Inicialmente unos 12 m de longitud con prefiltro de arena.
Entre 2 m por debajo del fondo de la excavación y 1 m por
encima de la base de las pantallas.
MODIFICACIONES EN EL FLUJO NATURAL
RIESGOS
Para reducir los riesgos que puede comportar la excavación
es necesario evitar que se realice de forma muy rápida y la
circulación de aguas por la superficie de la misma. Es conveniente
asegurarse que el nivel piezométrico se sitúe en todo momento,
como mínimo un metro por debajo de la excavación, para evitar
una posible entrada en flotación de los materiales del subsuelo.
Por otra parte, las diferencias de presión entre el interior del
recinto apantallado y el exterior, que puede aproximarse a 1
kg/cm2, hace imprescindible un excelente acabado de las juntas
entre pantallas, en especial en la zona a excavar.
Macizo de grava: Grava rodada y calibrada entre la pared del
sondeo de calibre a definir.
Desarrollo: por aire comprimido o sobrebombeo durante 8 horas
como a mínimo. Bombeo final de limpieza y aforo.
Variaciones en las características constructivas de los pozos
pueden dar lugar a fuertes diferencias respecto a los caudales
previstos. Además es recomendable el seguimiento de la
construcción de los pozos y el dimensionado de las bombas e
instalaciones.
Puede resultar muy conveniente disponer de un pozo de
reserva que pueda sustituir al pozo de menor rendimiento que
puede ser utilizado como punto de control piezométrico.
Barcelona, 22 de febrero del 2006
CARACTERÍSTICAS RECOMENDABLES DE LOS POZOS DE
DRENAJE
Resultaría muy recomendable la construcción de pozos a
hinca, aunque parece difícil que pueda realizarse. Las
características recomendables de los mismos son:
Método: Hinca o en su defecto percusión al cable, con frecuentes
limpiezas por cuchareo.
Emplazamiento: Inicialmente según la figura 2.
Profundidad: la misma penetración que las pantallas.
Perforación: 500 mm de diámetro mínimo.
Entubado: en PVC de elevada resistencia a la compresión de un
mínimo de 200 mm Ø interior. El último metro de los pozos
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geòleg consultor
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ANEJO I. VALORACIÓN DE LOS ENSAYOS
MÉTODO Y MEDIDAS TOMADAS
Los ensayos puntuales de permeabilidad, son ensayos de
producción de corta duración (30‘) con control continuo de la
recuperación del pozo. Su valoración se realiza según los
parámetros que se indican en los párrafos siguientes.
El ensayo de interferencia de larga duración se ha realizado
siguiendo el método tradicional planteando un bombeo a caudal
constante con control de caudales y niveles en el pozo y dos
piezómetros tanto durante el bombeo como en la recuperación.
La valoración de los datos tomados durante los ensayos se ha
realizado mediante programas de cálculo por ordenador que
permiten la interpretación de las datos de forma automática o
manualmente, siguiendo diferentes modelos de funcionamiento
del acuífero, algunos de ellos superponibles. Los programas han
sido construidos por Pere Badiella. Estos programas han sido
probados reiteradamente en los centenares de valoraciones de
modelos más o menos complejas realizadas desde 1985. Siempre
se presenta la salida gráfica que permite ver el ajuste de las
funciones consideradas juntamente con los datos medidos.
La interpretación de los datos ha seguido la secuencia que se
expone a continuación.
El modelo de funcionamiento escogido es el que permite
mejores ajustes de los datos y que además es compatible con las
características del acuífero.
El listado completo de los datos tomados durante los ensayos
se presenta en el anejo III.
ENSAYOS PUNTUALES DE PERMEABILIDAD
Las valoraciones de los ensayos de recuperación realizadas a
diferentes profundidades se hacen según el método de Jacob.
Este método es una simplificación del modelo de Theis aplicable
generalmente a tiempos cortos o radios pequeños. La aceptación
del modelo de Theis comporta unas condiciones de contorno que
pueden no cumplirse totalmente por lo que los resultados
obtenidos deben tomarse como aproximados. En las figuras A1.1 a
A1.4 se presentan las mismas.
El hecho de que la longitud del tramo filtrante en los pozos
fuera de poco más de un metro permite una asociación directa de
la transmisividad con la permeabilidad, para tiempos de bombeo
cortos.
ENSAYO DE INTERFERENCIA DE LARGA DURACIÓN
Definición del modelo teórico y real de
funcionamiento del acuífero
Valoración de los datos del primer ensayo
En las figuras A1.5 y siguientes, se presentan las valoraciones
realizadas de los datos recogidos en el emplazamiento 1 (pozo-1,
piezómetro 1, y piezómetro 2), en la zona próxima a la calle San
Honorio.
Elección del método analítico y/o
numérico adecuado para la
interpretación del modelo
Se trata de un ensayo en el que se aprecia tanto en el pozo
en bombeo como en los piezómetros la presencia de un horizonte
superior bastante permeable que después de 24 horas de bombeo
acaba drenándose. Ello da lugar a que la valoración de los datos
sea compleja. En la figura A1.5 se presenta la valoración de los
datos en el pozo que permite apreciar el fenómeno y que permita
estimar la transmisividad global del sistema en unos 160 m2/d si se
acepta el funcionamiento aproximado según el modelo de Theis.
Preparación del sistema de valoración de
los datos adecuando los programas de
cálculo de que se dispone al método
elegido
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En la figura A1.6 se presenta una valoración aproximada de la fase
final del ensayo reduciéndose la transmisividad a unos 13 m2/d.
La valoración de los datos en los piezómetros también
permite obtener datos de ambas fases del bombeo con
transmisividades semejantes, que en el caso del piezómetro 1
incluye el efecto de penetración parcial. Dichas valoraciones se
recogen en las figuras A1.7 a A1.9.
El
coeficiente
de
almacenamiento
determinado
aproximadamente en 0,2 (para el modelo de Neuman) parece
más representativo de las características del acuífero que el
determinado para el de Theis en 0,07.
No es necesario considerar pérdidas de carga en el pozo
para realizar la valoración, por lo que deben considerarse
reducidas.
Valoración de los datos del segundo grupo de ensayo
El segundo ensayo se realizo entre el pozo p-2 (zona de la
Plaza Peones) y los piezómetros piez. 3 y piez. 4. En las figures A1.10
y A1.12 se presenta la valoración de los datos con el modelo de
descenso diferido (Neuman), aplicado ya en el primer ensayo. En
este caso los ajustes de los datos a la función de ajuste son
substancialmente mejores.
ANEJO II. RESULTADOS DEL MODELO
MATEMÁTICO
En la figura A2.1 se presenta la malla del modelo matemático
empleado. La parte central donde la malla se densifica
corresponde al emplazamiento del aparcamiento. En dicha zona
central la dimensión de las celdas disminuye a menos de 1 m para
poder simular el efecto de las pantallas, mientras que en los
extremos del modelo superan las 150x150 m.
Conviene indicar que para construir el modelo no se ha
aplicado ningún coeficiente de seguridad y que algunos
parámetros presenten cierta indeterminación. Especialmente es de
baja fiabilidad el espesor de funcionamiento hidráulico del
acuífero ya que se ha deducido matemáticamente y es
difícilmente comprobable mecánicamente. También en este caso
es moderadamente fiable la permeabilidad vertical tanto por la
naturaleza del acuífero como por los ensayos.
Los datos iniciales no hacen necesario la compartimentación
de la excavación, desde el punto de vista hidráulico, ya que los
descensos previsibles en el exterior se consideraron bajos, debido a
la reducida permeabilidad del fondo del recinto lateralmente
estanco.
A continuación se resumen las características del modelo
empleado.
Los parámetros determinados en este ensayo son:
Transmisividad = 56 m2/d
Coef. almacenamiento inicial §-3
Coef. almacenamiento final §15 a 0,18
La relación kv/kh para el piezómetro piez. 3, en estas
condiciones, puede aproximarse a 1. Por ello aceptando que la
permeabilidad de la zona profunda es de unos 0,5 m/d podría
estimarse que la que la permeabilidad vertical media del paquete
situado entre -16,5 y 23 m de profundidad del suelo actual es
también de 0,5 m/d. La estimación en el piezómetro piez. 4
también es compatible con el valor indicado.
29
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL MODELO
Dimensiones: 1000x1000 m
Tipo: multicapa de diferencias finitas
Límites: cuatro límites de nivel fijo
Espesor del acuífero: 50 m
Máxima excavación: 10 m por debajo del nivel piezométrico
Clava de las pantallas: 15 m por debajo de la máxima
excavación
Transmisividad del acuífero: 56 m2/d
Permeabilidad vertical: 0,5 m/d (5,7 10-4 cm/s)
Permeabilidad de las pantallas: 10-5 m/d
Coeficiente de almacenamiento: 0,2
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geòleg consultor
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Se ha considerado la construcción de 5 pozos de captación
que permitan extraer un caudal total de 9 l/s para alcanzar los
descensos que se consideran necesarios (10 m), para construir la
losa de base.
Con la distribución de los pozos indicada se consiguen los
descensos que se presenten en las figuras A2.2 en planta y A2.3 en
perfil, después de 3 meses de bombeo.
RESUMEN DE RESULTADOS
En la tabla siguiente se presenta un resumen de los resultados
que cabe esperar.
CAUDAL L/S
9
N º de pozos
5
Desc. 0 m a
0,5
Desc. 30 m b
0,3
a Descenso máximo en el exterior del recinto junto a la pantalla
b Descenso medio a 30 m de distancia del recinto apantallado
ANEJO III. DATOS DE ORIGEN DE LOS ENSAYOS
Conviene indicar que los descensos indicados corresponden
a la parte superior del acuífero (en el mismo punto en el la parte
profunda del acuífero estos son algo superiores). Además todos los
valores se ven muy condicionados a la permeabilidad de la base
del recinto apantallado estanco.
Por ello
aproximación
estanco y se
tanto control
mismo.
estos valores deben tomarse como una primera
que puede afinarse cuando se disponga del recinto
realice el bombeo del mismo incluyendo medidas
piezométrico en el interior como en el exterior del
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geòleg consultor
FIGURAS DEL INFORME
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APENDICE DE COLUMNAS DE LOS POZOS Y
CONSTRUCTIVO DE LOS PIEZOMETROS