Estudio y rehabilitación de pozo de registro en sistema de saneamiento, e incorporación de resaltos

disipadores de energía a 9 metros de profundidad en la ciudad de Avila

José Gabriel Lumbreras Martínez

I.T.OO.PP

Jefe de Servicio AqualiaÁvila

JGLumbrerasM@fcc.es

Luis Miguel Galán Caballero

I.T.OO.PP

Jefe de Explotación de Aqualia en Ávila

LMGalanC@fcc.es

Introducción

La presente ponencia trata de indicar como se ha solucionado un problema puntual en la red municipal de saneamiento de Ávila, y más concretamente en un pozo de resalto existente en dicha red.

Antecedentes

En la zona que se ha actuado en Julio 2010, ya se tuvo que solventar un problema similar en el año 2006.

Se ha de hacer notar que la red de saneamiento de la zona de la Avda. Juan Carlos I de Ávila es un sistema unitario instalado en los años 80, la red es de hormigón en masa enchufe campana con junta de goma y diámetro 800 mm.

El colector en su zona menos profunda se ubica a una profundidad de aproximadamente 3 m y en la zona más profunda a 8,5 metros de profundidad.

La transición de una zona a otra se realizaba mediante un pozo de resalto de aproximadamente 5,5 metros, sin ningún tipo de disipador de energía, esto unido a la forma de ejecutar los pozos de registro provocaba que en el resalto la solera de tubo se deteriorara, provocando el hundimiento de la calzada, como consecuencia del sifonamiento de tierras, que se producía en periodos de lluvia.

Zona hundimiento calzada

Detalle hundimiento calzada 1

Detalle hundimiento calzada 2

El problema de deterioro de la solera del tubo ocurría debido a que la ejecución del pozo de resalto no era correcta, ya que como solera del pozo se utilizaba la solera del propio tubo, al cual se le practicaba una hueco en la clave del mismo, estando apoyados los anillos de hormigón prefabricado directamente sobre el tubo, teniendo como único refuerzo una escasa obra de fabrica a base de ladrillos, lo cual provocaba que toda la energía potencial del salto de agua de 5 metros y aproximadamente 1500 l/sg de agua en periodos de lluvia impactara directamente sobre la solera del tubo, circunstancia para lo cual no estaba preparado.

Croquis pozo resalto antiguo

Soluciones estudiadas

Se procedió a plantear dos soluciones posibles y diferenciadas entre ambas.

La primera solución estudiada consistía en realizar un bypass al pozo de resalto y acometer a una profundidad inferior en un pozo situado a 80 m aguas abajo, consiguiendo de esta forma disminuir el resalto a aproximadamente 4 metros.

Esta primera solución se desecho, ya que en el año 2006 se produjo una situación similar, en esa ocasión se realizo un by-pass de aproximadamente 50 metros, realizando una excavación a cielo abierto y con entibación portátil, no pudiéndose reforzar la solera del pozo al que se llegaba con el by-pass (pozo de

resalto actualmente deteriorado) debido a la profundidad del mismo y estrechez, por lo que ante la posibilidad de que el problema se volviera a reproducir en el pozo situado aguas abajo se desecho.

Excavación año 2.006

La segunda opción fue la de plantearse realizar una excavación de 8,5 metros de profundidad para sustituir el pozo actual por un pozo de resalto prefabricado en PFRV, con disipadores de energía. Esta es la solución adoptada y a continuación comentaremos el procedimiento seguido para la consecución de la realización de la obra.

Método de Excavación y Entibación

El método de excavación estaba claro, la única opción factible era mediante máquina retroexcavadora, se planteo realizar una entibación en 3 de los frentes y utilizar el cuarto como zona de ataque para realizar dicha excavación, aprovechando para ello la calle perpendicular al colector que nos facilitaría realizar la rampa de acceso a la excavación y la entrada y salida de camiones a la misma.

Las dimensiones que se plantearon fueron 7 metros de ancho, para facilitar el giro de la maquina con una profundidad de 6 metros.

Esquema excavación

Posteriormente se planteo la duda de cómo se debía de realizar la entibación, ya que no nos hemos de olvidar que la profundidad de la excavación tenía que ser de aproximadamente 8 a 8,20 metros.

En primer lugar se barajo la posibilidad de realizar una entibación mediante el sistema de tablestacado, siendo este un sistema muy rápido en ejecución y sencillo, pero presentando el inconveniente que con terrenos muy cohesionado o duros no se pueden ejecutar.

Por la experiencia de aqualia en la zona, se sabía que los 3 a 4 primeros metros el material sería de relleno, material descompuesto, zahorras, pero existía una gran incertidumbre en el resto de la excavación.

Esta circunstancia se solvento realizando un estudio geotécnico de la zona de actuación, que llevo a cabo la empresa Ingeal S.l.

El objetivo del estudio se centro en analizar la compacidad del sustrato natural existente, para así poder determinar las tensiones admisibles del terreno y plantear la tipología de cimentación más adecuada.

Metodología de trabajo

La campaña de reconocimiento consistente en la realización de 2 penetrómetros y un sondeo mecánico a rotación con toma continua de testigo, complementado por un análisis de la superficie del terreno y su entorno.

Se acompaña un croquis de situación en planta de los ensayos realizados.

Los ensayos de penetración dinámica, se realizaron con un equipo automático tipo BORROS. La mecánica del ensayo de penetración dinámica consiste en la hinca de un tren de varillas mediante golpeo de una maza, contabilizando el número de golpes necesarios para atravesar 20 cm del terreno. Con estos datos (N20) se pueden cuantificar las tensiones admisibles de los suelos para diferentes profundidades. El ensayo se da por finalizado cuando se obtiene el rechazo a la penetración (N20>100) o bien las resistencias obtenidas son suficientes para los requerimientos del proyecto.

Respecto al equipo de penetración utilizado es del tipo BORROS, con las siguientes características:

En cuanto a los sondeos mecánicos se ha de mencionar que los métodos de perforación más utilizados en edificación son los sondeos mecánicos a rotación.

El principio general consiste en ejercer con un útil, llamado corona, una presión en el terreno y al mismo tiempo una acción rotativa mediante un varillaje conectado a la cabeza giratoria, conocida como mandril, de una sonda accionada por un motor.

El avance de la corona se obtiene accionando sobre el mandril solidario al varillaje al cual se le transmite una rotación.

La perforación a rotación se puede efectuar con circulación de agua, lodo bentonítico o aire comprimido, o en seco sin circulación de agua aunque haya presencia de agua o lodo en el taladro.

La circulación es normalmente directa con flujo descendente a través del varillaje, pero puede ser también inversa, para lo cual es necesario disponer de un varillaje especial.

En la batería a rotación se habla de “tubo testigo” el cual está constituido por una corona que al avanzar en el terreno va obteniendo una barra cilíndrica llamada testigo, y que va entrando por el tubo porta testigo.

Extracción de muestras inalteradas: Durante la realización del sondeo en materiales cohesivos, y a distintas cotas, se extraen muestras representativas de este tipo, con vista a la realización de los ensayos geotécnicos para clasificar los suelos atravesados y definir sus propiedades de resistencia y deformabilidad.

Las muestras inalteradas se pueden obtener a percusión, a presión, o a rotación. En el primer caso se trata de un ensayo parecido al SPT, con la diferencia de que el toma muestras empleado es del tipo GMPV de pared gruesa, de mayor sección que el del SPT, diseñado especialmente para que la muestra se recupere en el interior de un tubo de plástico que cerrado herméticamente con tapas de goma, mantenga inalterada largo tiempo las propiedades del suelo.

Al igual que en el ensayo SPT, sólo se contabiliza los golpes necesarios para penetrar 30 cm, después de haber desechado los primeros 15 cm. Al número obtenido se le denomina Ni, para diferenciarlo del ensayo Standard. También se pueden obtener muestras inalteradas con el toma muestras anterior, introducido a presión.

En la tabla siguiente se indican la cota de inicio respecto a la cota 0,00 indicada en los antecedentes y la profundidad alcanzada desde dicha cota, incluyendo la situación del nivel freático.

Resultados de los ensayos de penetración continua

Resultados de los perfiles estratigráfico

Conclusiones estudio geotécnico

Del estudio se desprende que en dos de las tres zonas a actuar la utilización del sistema de entibación a base de tablestacas no es recomendable e incluso inviable, ya que se observa material cohesionado y duro, esto se puede ver claramente en los ensayos de penetración ya que a partir de un valor superior a 25 golpes el hincado de tablestacas no es posible, debido a la dureza del terreno.

Por lo tanto la otra opción de entibación posible era mediante micropilotes.

Entibación mediante micropilotes

Una vez desestimada la opción del tablestacado, se procedió a realizar el cálculo de los micropilotes necesarios, para realizar una entibación segura, para ello se conto con la colaboración de la empresa Citemasa, que realiza gran numero de entibaciones mediante este método.

El recinto tendrá unas dimensiones de 5.00 x 5.00 en planta y una profundidad de excavación de 7.00 m.

Para poder excavar el recinto se dejará un lado del mismo sin micropilotes de forma que una retroexcavadora pueda realizar una rampa de aproximación que permita desarrollar una plataforma a 4.00 m de profundidad desde donde pueda acceder al fondo de la excavación. Simultáneamente a la excavación se demolerá el pozo existente y se eliminaran todos los escombros producidos.

En los diagramas adjuntos se observa el proceso descrito para la ejecución de las excavaciones.

Fotografía accesoeExcavación

Fotografía maquinaria excavando

Lo primero que se realizo fue el cálculo de los micropilotes necesario y el diámetro de los mismos; el valor del momento máximo es de 10.43 tm, para dicho esfuerzo se eligió un micropilote de 225 mm de diámetro de perforación armado con una sección tubular de 139.9 mm de diámetro exterior y 9 mm de espesor.

Para una separación de micropilotes de 30 cm se obtiene el siguiente coeficiente de seguridad:

γ = 3.33x 5.38 / 10.43 = 1.71

Igualmente a la profundidad de 3,5 metros se realizaron 6 tirantes pretensados a 40 t de una longitud de 10 m, para evitar el vuelco de la estructura, ente tirante y tirante ira instalada una viga continua de 5 metros de longitud sometida a 80 t / 5 m = 16 tm, y a la profundidad de 6 metros se realizo un cincho

perimetral con vigas para aseguramiento de la excavación.

Se realizo una viga de viga de coronación será de hormigón armado HA25/P/18/IIa tendrá una escuadría de 40 x 80 cm e irá armada con 14 R 12 y estribos de R10 cada 20 cm de acero B500 S.

El anclaje de la armadura de los micropilotes a la viga se hará embebiendo los mismos en la viga 40 cm.

Planta micropilotes

Sección micropilotes

Fotografía bulones y micropilotes

Detalle viga coronación y viga de anclaje

Fotografía vigas anclaje

Fotografía cincho perimetral a 6,5 metros

Pozo de resalto

Debido a la profundidad a la cual se trabajaba era inviable la realización de un pozo de registro de obra de fabrica, con solera reforzada, por lo que se decidió el montaje de un pozo de resalto con sistema de disipación de energía construido en exclusiva para esta ocasión en PFRV (Poliester reforzado de fibra de vidrio), esto nos facilitaría la instalación en un tiempo no superior a 3 horas y que para el montaje el tiempo de estancia del personal a la profundidad de 8 metros fuera mínimo.

A tal efecto se contacto con la empresa Amitech, especialista en este tipo de material y que además de suministrar tubería realiza accesorios en este material.

Se les facilito las dimensiones que debía de tener el pozo y los caudales máximos a los cuales debería de

ser capaz de trabajar (1.500 l/sg), facilitándonos el siguiente pozo.

Vista pozo de resalto

Corte pozo de resalto

Fotografía pozo de resalto

Detalle disipadores de energía

Instalación pozo de resalto

Tanto para la realización de la excavación, como para la instalación del nuevo pozo hubo que realizar un by-pass provisional, obturando el colector existente y realizando un bombeo provisional del agua residual, este bombeo se realizo mediante tubería de PVC de diámetro de 200 mm y con una longitud de 200 m para de esta forma poder ir eliminando el pozo deteriorado a la vez que se realizaba la excavación.

En todo momento se duplicaron medios, es decir se tuvieron 2 bombas de 90 l/sg cada una (caudal de agua residual mayorado), dos grupos generadores de energía eléctrica de 50 kvas cada uno, una pluma para 2.000 kg de forma permanente y turnos las 24 horas del día para el mantenimiento de dicho bombeo durante 5 días que duro la realización de la obra.

Planta ByPass

Fotografía ByPass

Fotografía punto obturación y bombeo

Fotografía bombeo

Fotografía pozo instalado y hormigonado base

Relleno zona excavación

Relleno zona excavación

Detalle funcionamiento pozo resalto y disipadores energía

Conclusiones

Es fundamental a la hora de ejecutar una obra, plantearse los posibles problemas futuros, y más concretamente en el caso que nos ocupa la realización de un pozo de resalto ha de realizarse correctamente, la energía cinética y potencial que tiene el agua que circula por una red de saneamiento se ha de tener muy en cuenta a la hora de realizar obras singulares en los saneamientos, pozos de resalto, rápidas, cambio de sentido etc y se deberá de dotar a la red de los elementos necesarios para un perfecto funcionamiento, para que de esta forma su deterioro se vea minorizado en el tiempo.

Igualmente anotar que en la actualidad existen multitud de materiales, que nos pueden facilitar la instalación y realización de obras que por tradición se realizan con unos u otros materiales, se ha de tener en cuenta en los costes, no solo el precio del material sino también la de los medios auxiliares y tiempo a emplear para su instalación.

En el caso que nos ha ocupado la realización del pozo de resalto con disipadores de energía por un método tradicional se hubiera prolongado en el tiempo, con el pozo de PFRV prefabricado la instalación apenas llevo 3 horas, el resto del tiempo empleado fue en la realización de la excavación y 15 días en la entibación.