Diseño e instalación del Tanque de Tormenta de Gall Mullat en Piera-Barcelona (600m3) mediante tubería

de PRFV David Espasa

Product Manager. AMITECH SPAIN

Introducción El municipio de Piera en la comarca de l’Anoia (provincia de Barcelona), es donde se ubica el presente proyecto. En la actualidad, en el sector del ensanche de este municipio existe una red de saneamiento unitaria con un colector principal que recoge las aguas del sector y que se derivan, en tiempo seco, hacia un colector de 400mm de diámetro que lleva las aguas a la depuradora para su tratamiento.

En episodios de lluvia, las aguas residuales diluidas con las aguas de lluvia desguazan en su mayoría en el torrente del Gall Mullat. Por otro lado, en este torrente, el ayuntamiento plantea la realización de un parque fluvial; es por ello que es necesario separar eficazmente las aguas de lluvia de las fecales y derivar las residuales al colector de 400mm de diámetro y desguazar al torrente las aguas limpias mejorando así la calidad ambiental del torrente del Gall Mullat.

La red existente de alcantarillado del sector del Ensanche del municipio de Piera es una red unitaria. Ésta está formada por diferentes colectores que recogen las aguas fecales y las aguas de lluvia llevándolas a un colector principal que circula a lo largo de la Avenida del Gall Mullat. Este colector principal desguaza en el torrente del Gall Mullat, con un aliviadero lateral antes de la salida que desvía las aguas fecales a un interceptor que lleva a la depuradora en tiempo seco.

No existe información detallada sobre las características de este colector, pero con las visitas de campo que se han realizado, se ha podido constatar que este colector está a gran profundidad en su tramo final y que en la zona inicial se encuentra a unos 4 metros de profundidad.

Montaje del Tanque de Tormenta de la Riera de Gall Mullat en Piera (Barcelona)

Sin embargo, no existe ningún sistema que mejore la calidad del agua que desguaza en el torrente en episodios de lluvia; vertiendo al torrente de manera descontrolada aguas fecales diluidas con el agua de lluvia recogida en el sector del ensanche. Dependiendo del episodio de lluvia, pues, se vertería al torrente agua de una mala calidad ambiental para la riera.

Con un depósito de retención (o tanque de tormenta) se consigue controlar la calidad del agua vertida al torrente y asegurar que se retiene el agua de lluvia sucia debido al limpiado superficial de las zonas impermeables.

La salida al torrente se realiza con una canalización de hormigón de sección cuadrada de 2 por 2,5 metros y un pendiente en su tramo final del 2%. Debido a la profundidad que circula el colector principal, se consideró que la mejor ubicación del depósito de retención es en el punto de desguace al torrente. En este punto, además, se puede aprovechar la conexión al interceptor de residuales en el pozo de registro existente.

La finalidad de esta intervención radicaba en dar solución a la separación de las aguas fecales y las primeras aguas de escorrentía de manera que en episodios lluvia las aguas que salgan hacia el torrente del Gall Mullat sean de una calidad aceptable.

Para dar solución al objeto descrito se planteó la construcción de un depósito de retención de 600 m3 de capacidad de almacenamiento de aguas sucias.

Descripción del Tanque A partir del estudio de la cuenca de aportación de aguas de lluvia al punto de desguace actual se determina el volumen de 600m3 necesarios para la retención de aguas sucias en episodios de lluvia. Con este volumen y el pozo de registro existente donde se conectan las aguas residuales, no es posible definir un tanque de tormentas de manera que se pueda vaciar el depósito por gravedad hacia el interceptor de residuales que lleva las aguas a la depuradora para su tratamiento. Efectivamente, si se vaciara por gravedad y con la superficie disponible se tendría que el cajón existente entraría en carga.

Se define pues un tanque de tormenta que en tiempo seco funcione por gravedad transportando las aguas fecales hacia el interceptor de residuales, mientras que el agua retenida en los episodios de lluvia se vaciará mediante un grupo de presión (bombeo).

Con el volumen diseñado y las características del emplazamiento del depósito de retención, se diseñó un tanque mediante tubería de gran diámetro de PRFV, del que pueden diferenciar se 2 zonas, que poseen una longitud de 30 y 36 metros respectivamente. La primera zona es el denominado canal central o principal del tanque por donde circula el fluido en tiempo seco. Tiene unas dimensiones definidas por el diámetro de la tubería de DN3000 (3 metros); considerando un gálibo de 2,6 metros debido a la implementación interior de un acanalamiento (media caña), para facilitar la circulación del fluido en tiempo seco y que, a su vez, que permite una mejor transitabilidad de las personas. La segunda sería la zona de almacenamiento de las primeras aguas de lluvia, configurada por dos líneas de retención conformadas por tubería DN3000, con una longitud ya concretada de 36m. cada línea. En uno de los extremos de ambas líneas se encuentra el rebosadero del tanque, por donde alivia hacia el torrente mediante una conducción externa.

La zona central se comunica con la zona de almacenamiento a través de cuatro ventanas circulares de 1,5 metros de diámetro distribuidas a lo largo del tanque de tormenta por donde verterá el agua hacia la zona de almacenamiento.

Como se ha comentado con anterioridad, y debido a la configuración del propio emplazamiento, la zona de retención se encuentra a una cota inferior que el denominado canal central, por lo que se define un canal que conduzca el agua almacenada en las líneas de retención hacia una cámara de bombas que permitan vaciar el tanque.

Se sitúa también una cámara seca para la válvula vórtex adosada al canal central (salida del tanque), desde donde sale una conducción de DN400 hacia el interceptor que llevará las aguas a la depuradora a través de un pozo existente.

Equipos / Complementación

Los tanques de tormenta de tormenta suelen poseer un sistema de regulación y control que optimiza su funcionamiento, operación, y mantenimiento.

Tales equipos, para el caso que nos ocupa, se enumeran a continuación.

− Conjunto de 1 + 1 bombas de aguas residuales que permitan vaciar el tanque hacia el canal central

− Válvula tipo vórtex para el control de caudal máximo de salida del tanque hacia la depuradora para un caudal definido de 70 l/s.

− Pantallas deflectoras de flotantes de PRFV para retener los flotantes como plásticos y que no salgan hacia el torrente

− Limpiadores autobasculantes para la limpieza automática del fondo de la zona de almacenamiento del tanque

− Centro de control para las instalaciones automatizadas, tales como bombeo y limpiador autobasculante

− Aireadores para renovar el aire del depósito

− Bocas de hombre / accesos que permitan la entrada al depósito para su mantenimiento

Tanque de Tormenta de la Riera de Gall Mullat en Piera (Barcelona)

Canal Central/Principal Líneas de Retención Accesorio para el montaje del sistema de limpieza

Vista de dos pantallas deflectoras y una válvula tipo vórtex con ‘bypass’

Sistema de Limpieza

El depósito objeto de análisis está sometido a un riesgo muy importante de acumular residuos procedentes del fluido que retiene. Al tratarse de una mezcla de ‘pluviales + saneamiento’, se estimó instalar un sistema de limpieza para eliminar los sedimentos que se pudieran depositar en el fondo de las líneas de retención.

Se optó por incorporar un sistema automático mediante volteadores autobasculantes. Se ubicaron uno en cada línea, en el extremo opuesto a la descarga (vaciado) de las mismas.

El sistema de volteadores basculantes es un sistema muy fiable, sencillo, y de mínimo mantenimiento. Para depósitos de capacidades reducidas o medias suelen implementarse siempre. Además, su coste de inversión y posterior operación suele ser muy competitivo.

Estos sistemas se basan en la generación de una importante ola de limpieza, que transcurrirá con una intensa energía por el interior de las cámaras de retención, arrastrando todos los sedimentos.

Los volteadores generan tal ola de limpieza al convertir la energía potencial en cinética del agua que rellena al propio volteador, situado a cierta altura.

La geometría de estos volteadores situados en la zona superior de las cámaras de retención permite que basculen –por descentrado de su centro de gravedad- cuando su llenado de agua llega prácticamente al

Cuadro de control y tipología de accesos a un tanque de tormenta

límite superior. La ola que se genera garantiza una plena limpieza de las cámaras de retención, para longitudes incluso superiores a 100 metros.

Estos elementos de limpieza van instalados en uno de los extremos de las líneas de retención; en el otro extremo, irá premontado el colector de recogida de agua de limpieza, que reenviará el agua a la descarga del tanque de tormentas.

Estos volteadores van ensamblados al depósito sobre una ‘te igual’; es decir, en el caso del taque que nos ocupa, van ensamblados sobre un injerto de DN3000, ya que las cámaras de retención son (también) de DN3000.

Los anclajes de los volteadores están adaptados al diámetro de cada tubo.

Volteadores basculantes. Circuito de llenado y anclaje al tubo

Los basculantes instalados en el Tanque de Tormenta de ‘Gall Mullat’ en Piera, tienen una capacidad de 800 litros/metro, y una longitud de 2,97 metros cada uno.

Relativo al mantenimiento y limpieza del tanque, debe comentarse que las tuberías de PRFV FLOWTITE gozan de un bajo coeficiente de rugosidad (nº de Manning 0,0094), lo que permite una menor incrustación de los sedimentos que se depositen en el interior del tanque, y –por tanto- un mejor arrastre de los mismos mediante la ola de limpieza.

Considerar además que las tuberías de PRFV son totalmente inertes a la corrosión, no precisándose ningún tipo de protección.

‘Tes iguales’ DN2000/2000 para instalación de volteadores basculantes

Volteadores instalados en injertos DN2000 sobre tubo DN2000

Criterios de diseño del tanque Para el diseño de un tanque de tormenta, el aspecto principal que debe definirse es el volumen del mismo. Este volumen depende inicialmente del caudal de salida hacia el interceptor general hacia la depuradora y depende también de la pluviometría de la zona.

Cálculo de caudal de salida

En cuanto al caudal de salida hacia la estación de depuración existen dos teorías. En primer lugar, está la teoría ingles señalada en su British Standard 8005, en el que se define un caudal dado por la siguiente fórmula:

Q = 1365 x + 2 x Qi + QTS

Siendo:

Q: caudal en (l/s)

P: Población

Qi: caudal industrial

QTS : caudal medio en tiempo seco urbano

Esta fórmula es similar a la usada en el norte de España (Confederación Hidrográfica del Norte) de 20 l/s por cada 1.000 habitantes.

Con la fórmula inglesa se lleva un caudal importante hacia la depuradora, lo que permite disminuir las dimensiones del tanque de tormenta. Pero esto puede conllevar problemas a la depuradora de destino si no está preparada para el caudal de salida del tanque; ya que estos caudales son unas 2-2,5 veces el caudal medio en tiempo seco.

Por otro lado el método alemán definido en su última normativa ATV-128 ‘Standards for the dimensioning and design of stormwater overflows in combined watersewers’ (abril 1992).

Esta norma tiene como base una filosofía totalmente opuesta a la inglesa, y es que por el interceptor va exclusivamente el agua que puede ser tratada a lo largo de la estación de depuración. Por ello, el caudal viene dado por la fórmula:

QCW = 2 x QPX + Qi

Siendo:

Qcw: caudal derivado hacia el interceptor

Qpx: caudal medio día máximo consumo

Qi: caudal de infiltración

QPX = Qd24 + · Qc24 + · Qi24

Donde:

x: factor que depende del número de habitantes:

Qd24: caudal medio urbano

Qc24: caudal medio comercial

Qi24: caudal medio industrial

ac y ai: número de horas al día de trabajo en comercio e industria

bc y bi: número de días al año de trabajo en comercio e industria.

P

86400

24

x

24

ac

365

bc

24

ai

365

bi

Los valores de ‘x’ son:

Población X

< 5000 14

5.000 - 10.000 14

10.000 - 50.000 16

50.000 - 250.000 18

> 250.000 18

Para el tanque objeto de análisis, se recurrió a la base de la norma alemana ya que la depuradora a la que se derivan los caudales de salida ya está en funcionamiento y así no se aumentan de manera importante los caudales a tratar.

Cálculo del volumen del tanque de tormenta

El volumen del tanque de tormenta, como se ha comentado con anterioridad, depende del caudal de salida a la depuradora y de la pluviometría de la zona.

La pluviometría es una característica física que conviene tener en cuenta a la hora del diseño de los tanques, con el fin de definir las características de los mismos. En una zona lluviosa, como puede ser el norte de España, la importancia del lavado que se produce con las primeras lluvias en un sistema unitario es menor que en una zona seca, donde existen largos periodos de tiempo sin llover.

En cuanto al volumen del tanque de tormenta, podemos indicar que existe un criterio generalizado de que este volumen sea capaz de retener la contaminación producida por la primera lluvia como mínimo. En este sentido se postulan la norma del British Standard y los criterios de diseño de los colectores de la Confederación Hidrográfica del Norte. Así, se señala que este volumen corresponde al necesario para que una lluvia de 20 minutos de duración con una intensidad de 10 litros por segundo y hectárea no produzca vertidos por el aliviadero de tormentas.

La norma alemana varía este valor de 10 l/s y ha por un abanico entre 7,5 y 15 l/s y ha impermeable que varía en función del tiempo de concentración de la cuenca. Para tiempos de concentración inferiores a 120 minutos, la lluvia crítica viene dada por la fórmula:

lluvia_critica = 15 x en l/s y ha impermeable,

Siendo tc= tiempo de concentración, en minutos

Para tc>120 minutos: lluvia crítica = 7,5 l/s ha impermeable.

Pero además de este volumen mínimo que consigue evitar la contaminación producida por la primera lluvia, si se quiere reducir el caudal que va hacia la estación de depuración es necesario ampliar la capacidad del tanque de tormenta. Para conocer este nuevo volumen la ATV-128 marca una metodología basada en el principio de que la contaminación vertida por el tanque de tormenta más la vertida por la estación de depuración correspondiente al caudal de lluvias no debe ser superior a la contaminación producida por un sistema separativo de agua pluvial, a nivel de valores anuales.

Con base en esta hipótesis se desarrolla un método de cálculo que depende de la relación entre el caudal medio anual de alivio de un tanque de tormenta y el caudal medio en tiempo seco. Es decir, de la contaminación que pueda traspasar el caudal de agua residual al caudal de agua pluvial durante un episodio de lluvia. El volumen de un tanque de tormenta así calculado oscila entre un mínimo del orden de 5 m3/ha impermeable hasta un máximo de 40 m3/ha impermeable. Un valor normal oscila entre 15 y 20 m3/ha impermeable.

En el caso que nos ocupa, y teniendo en cuenta el carácter torrencial de las lluvias de la zona del proyecto, se recurrió a un valor próximo a los 40 m3/ha impermeable para determinar el volumen del tanque de tormenta.

120

tc + 120

La cuenca de aportación de la red se saneamiento que llegará al tanque de tormenta tiene un área de 18,21 ha impermeables. Con un coeficiente de urbanización del 90% al ser una cuenca urbana, y considerando un volumen de 35m3/ha impermeable, tendremos un volumen útil del tanque de tormenta de 574 m3.

Se determinó, pues, un tanque de tormenta de 600 m3 útiles y con un caudal máximo de salida de 70 l/s hacia la depuradora, según se fijó en la memoria del proyecto ejecutivo.

Instalación del Tanque de Tormenta de la ‘Riera del Gall Mullat’ (Piera / Barcelona) Una de las principales ventajas de los tanques de tormenta premontados y modulares fabricados en PRFV que ofrece Amitech es la velocidad de montaje.

Debe considerarse que estas estructuras suelen ubicarse en suelo urbano y –por ello- suele cobrar mucha relevancia el tiempo de ejecución.

El caso del Tanque de Tormenta de la Riera de Gall Mullat en Piera quizás no sea un claro ejemplo en este sentido ya que –aún y situarse en una zona relativamente urbana- dispone de suficiente espacio para ubicar la maquinaria y recursos necesarios para su montaje sin implicar graves inconvenientes en la ciudad.

Sin embargo, son conocidos otros ejemplos de tanques de hormigón ‘fabricados’ in situ, conllevando grandes problemas en las zonas céntricas de las ciudades donde se implementan.

Así, el la instalación del depósito que nos ocupa en este proyecto se instaló en 8 días hábiles. Con este tiempo, el tanque quedó totalmente montado, a falta de la puesta en marcha de los equipos de gobierno y limpieza.

El montaje se llevó a cabo del siguiente modo:

Plano de despiece del Tanque de Tormenta de ‘Gall Mullat’ en Piera

5

8

11

1

2

3

4

6

7

9

10

12

15

14

13 16

Día de montaje

nº referencia pieza Operación realizada

1º

(lunes 05/10/09)

Pieza de transición de cajón de hormigón 2,5 x 2 a tubería DN3000

de PRFV

Ensamblaje de la pieza estanca de PRFV que transiciona de marco de hormigón de 2,5 x 2 a

tubería de PRFV DN3000.

2º

(martes 06/10/09)

Piezas 1 / 5 / 8

Ensamblaje mediante junta standard Flowtite tipo Reka de pieza n1 sobre pieza de transición.

Posicionamiento mediante grúa de las piezas 5 y 8.

3º

(miércoles 07/10/09)

Piezas 9 / 4.1 / 4.2

Posicionamiento mediante grúa y ensamblaje mediante junta std. Flowtite de pieza n9.

Instalación de codos (4.1 y 4.2) mediante Junta tipo Mission de ajuste.

4º

(jueves 08/10/09)

Piezas 6 / 10 / 11.1 / 11.2

Posicionamiento mediante grúa y ensamblaje mediante junta std. Flowtite de pieza n6 y n10. Posicionamiento en vertical mediante grúa de

piezas n11.1 y .n11.2 y ensamblaje mediante junta std. Flowtite.

5º

(viernes 09/10/09)

Piezas 7 / 12

Maniobra con grúa para posicionamiento pieza n7 y ensamblaje mediante junta std. Flowtite.

Conexión de la pieza n12 mediante juntas de ajuste tipo Mission.

6º

(miércoles 14/10/09)

Piezas 2 / 3

Posicionamiento de las piezas n2 y n3 mediante grúa. Ensamblaje al resto del conjuto y entre ellas

mediante junta standard Flowtite.

7º

(jueves 15/10/09)

Piezas 4.3 / 4.4

Posicionamiento y ajuste de codos n4.3 y n4.4. Conexión mediante juntas de ajuste tipo Mission.

8º

(viernes 16/10/09)

Piezas 13 / 14

Posicionamiento vertical del pozo de bombeo, pieza n13; conexión con el vaciado del tanque,

pieza n14 mediante juntas de ajuste tipo Mission.

Grúa empleada en el montaje. La necesidad de maniobrar con piezas alejadas de la posición de la grúa requirió un medio de mayores dimensiones a las habituales para este tipo de tubería

Posicionamiento de las piezas n11.1 y n11.2

Juntas de ajuste de los codos que conectan el canal principal y la líneas de retención

Primer relleno con grava

Inicio de maniobra de posicionamiento de la pieza n10. De la góndola a la zanja

Vistas de las ventanas de alivio

Maniobra de posicionamiento mediante grúa de pieza n7

Ensamblaje de pieza n7 mediante junta standard Flowtite tipo Reja

Vista del relleno del tanque con grava

Primer plano del material de relleno utilizado

Rellenado del tanque con grava

Existen grandes ventajas en la instalación, ya que la tubería de PRFV FLOWTITE pesa la décima parte de la equivalente en hormigón, por lo que no se necesitan grandes equipos de instalación siendo su manipulación mucho más ágil y rápida. Y como las tuberías se suministran en longitudes de 12m. de forma estándar (aunque puede ajustarse su longitud a otras medidas), se logra una gran rapidez y se reduce el número de juntas reduciéndose el riesgo de fugas.

En las diversas imágenes mostradas anteriormente, puede verse la manipulación del tubo de diámetro 3.000 mm. de 12 m. de longitud. Un oficial y dos ayudantes son todo el personal necesario. Téngase en cuenta que, pese a la ligereza del material, un tubo de estas dimensiones supera las 9 toneladas de peso. Debido a la escasez de espacio se tuvo que recurrir a una grúa de mayor tonelaje, por tener que posicionarse más lejos del punto de montaje, como vemos en las mismas imágenes.

Para realizar el montaje correctamente se lubrica el tubo a instalar y el manguito REKA con el lubricante que se suministra con la tubería. El oficial y uno de los ayudantes son los encargados de emboquillar el tubo en el manguito del tubo anterior y el otro ayudante se ha encargado de engancharlo a la grúa colocando adecuadamente las eslingas. Para desplazar el tubo hasta su correcto alojamiento es preciso

vencer la resistencia que ofrece la junta de goma. Para ello, el método más fiable es el empleo del tráctel enganchándolo a las eslingas.

En este caso, los montadores decidieron emplear dos tráctel; la experiencia nos dice que las tuberías de PRFV FLOWTITE hasta diámetro 2.400 inclusive se pueden instalar con un tráctel enganchado por la generatriz superior. Al tratarse ya de un diámetro considerable (DN3000) es preferible pecar de prudentes que de temerarios.

Para facilitar la labor, el tubo no se suelta totalmente de la grúa, y así no hay que realizar tanto esfuerzo con el tráctel.

Para apoyar la tubería en la zanja sólo se precisa una cama de material granular, arena o grava, tal como se especifica el Manual de Recomendaciones de Instalación de Amitech. En este caso se empleó grava de tamaño máximo 20 mm, como puede apreciarse en las sucesivas imágenes que muestran el proceso de instalación. Este material también se usó de relleno, aunque pueden utilizarse muchos otros, siguiendo siempre las directrices del citado Manual de Instalación.

La tubería de PRFV FLOWTITE ofrece la posibilidad de ejecutar cualquier obra completa, con todos los accesorios en el mismo material, como codos, Tes, bridas, derivaciones, reducciones, pasamuros, etc. Los tanques de tormenta suelen poseer varios accesorios de diversa índole, sea para el montaje de los sistemas de limpieza, para los bombeos, para las cámaras secas donde se alojan las válvulas, etc.

En toda tubería es muy importante la labor del relleno de la zanja, pues cuanto mejor se realice, mejor y más duradero será el funcionamiento de la conducción. La correcta compactación de los laterales, evitando el uso de cantos de gran tamaño, es fundamental. Esta labor del compactado, siempre odiosa en la construcción, se puede evitar realizando el relleno con grava, como se hizo en esta obra, pues es un material que se compacta por sí solo al ir rellenando la zanja, y normalmente compensa rellenar con un material más caro que tener que compactar por tongadas con medios mecánicos.