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La red de saneamiento de arroyo Culebro. Consideraciones a la ejecución

Álvaro Martínez Dietta

Ingeniero de caminos, canales y puertos; Jefe de Área de Proyectos y Obras de la Confederación Hidrográfica del Tajo

Introducción En el mes de febrero de 1998, la Comunidad Autónoma de Madrid redactó el Proyecto de construcción del emisario primario de Getafe desde el polígono de San Marcos hasta la arqueta de reunión con el emisario primario de la EDAR Fuenlabrada-Culebro, donde se definían las obras para conducir las aguas residuales de Getafe, desde la entrada del polígono industrial de San Marcos, hasta la arqueta de reunión con el emisario primario de la EDAR Fuenlabrada-Culebro. Dichas obras tenían que ser ejecutadas bajo la dirección técnica de la Confederación Hidrográfica del Tajo.

Cuatro años más tarde, en febrero de 2002, la Confederación Hidrográfica del Tajo elaboró la adecuación al euro y a la normativa vigente del Proyecto de construcción del emisario primario de Getafe desde el polígono de san Marcos hasta la arqueta de reunión con el emisario de Fuenlabrada.

Debido a que los condicionantes de contorno con las que se elaboró el proyecto cambiaron sustancialmente en el momento de iniciar las obras, fue necesario proceder a ajustes de diseño y optimización del proyecto.

El objeto del presente documento es describir los principales aspectos a considerar en para la adecuada ejecución de las obras de tubos de gran diámetro, así como los criterios y directrices más relevantes para garantizar el buen funcionamiento hidráulico del sistema de colectores.

Características principales del proyecto del emisario de Getafe El proyecto del emisario de Getafe incluido en el Plan de Saneamiento y Depuración de Aguas Residuales de la Comunidad de Madrid (1.995-2.005), se define como las obras necesarias para ampliar la capacidad de desagüe de los colectores C-0 y Mancomunado desde el Polígono de San Marcos hasta la arqueta de reunión del colector mancomunado con el ramal de Fuenlabrada, que se proyecta en las proximidades del arroyo Culebro.

Las obras del emisario de Getafe consisten básicamente en un emisario, dos colectores (desagüe y auxiliar) y un encauzamiento de arroyo:

a) Emisario de Getafe con una longitud total de 5.234 m y formada por tubos de hormigón armado prefabricado de 3.00m con una longitud de 2.100m , de 2.5m de diámetro con una longitud de 390 m y de 2.5m de diámetro de 3.950m de longitud. Adicionalmente en el emisario se ejecutan hincas con tubería de hormigón armado:

Hinca nº 1 desde la entrada a la Estación de Getafe Industrial, cruzando el F.F.C.C. Madrid-Alicante y posteriormente bajo la Avda. de Jonh Lennon y tres tramos comprendidos en el polígono Industrial San Marcos, con tubería φ 3 m y 605 m de longitud

Hinca nº 3 en el cruce del tren de alta velocidad, con tubería φ 2 m y 54 m de longitud

A lo largo del trazado se han proyectado una serie de obras de fábrica, de hormigón armado, con las características siguientes:

Aliviadero. Se proyecta un aliviadero en el emisario, antes del cruce con la autovía N-IV, ampliando el aliviadero actualmente existente. Al nuevo aliviadero llegan dos colectores , galería actual y tubería proyectada, y de él salen 2 colectores de aguas negras (dilución 10:1),

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ovoide existente y tubo φ 2m proyectado, y 2 colectores de desagüe de pluviales, la galería existente y el tubo φ 2,5 proyectado.

Arquetas de conexión. Se han proyectado un total de 4 arquetas de conexión o reunión con colectores existentes. e dispone un pozo de registro y una chimenea de ventilación.

Arquetas de cambio de dirección. Se han proyectado un total de 21 arquetas de cambio de dirección a lo largo del trazado del emisario. Para el acceso a las arquetas se dispone un pozo de registro siendo su tapa de fundición en la zona urbana hasta la N-IV y de hormigón armado en el resto del trazado.

Arquetas de salto que evitan el que se aumente la pendiente del emisario. En la zona de aguas arriba de las arquetas se disponen pozos de registro, y en la zona de aguas abajo chimeneas de ventilación.

Disipadores de energía a lo largo del trazado del emisario, en el tramo de tubería φ 2 m aguas abajo de la N-IV. Se proyectan un total de 4 disipadores de energía.

Pozos de registro. Se han dispuesto un total de 4 pozos de registro que no coinciden con arquetas.

b) Colector de desagüe: Conduce los caudales aliviados hasta el canal de hormigón existente,

complementando la galería de desagüe actual que no tiene capacidad suficiente. La longitud total del colector de desagüe es de 370 m y su sección tipo es circular, con tubería prefabricada de hormigón armado de 2,50 m de diámetro y pendiente del 0,5 %. A lo largo del trazado del colector de desagüe se disponen 2 arquetas de cambio de dirección

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c) Colector auxiliar.: Recoge los vertidos de la zona sur del polígono de San Marcos , que no puede desaguar por cota al emisario, así como de la futura zona a urbanizar situada al sur de dicho polígono . Tiene una longitud total de 916 m con secciones tipo compuesta por tubo de hormigón armado de 2.00 m y 1.00m de diámetro. Adicionalmente a lo largo del trazado del colector auxiliar se disponen 7 arquetas de registro o cambio de dirección, y antes del cruce con el arroyo se ha proyectado un aliviadero de manera que al colector existente solamente lleguen las aguas negras con dilución 10:1, vertiendo los caudales aliviados al arroyo.

Genéricamente, la excavación se realiza en zanja, apoyándose la tubería a 120° sobre una cama de hormigón HM-30 de 0,30 m de espesor bajo el tubo de diámetro superior o igual a 2.00m y 0.2m para inferiores a 2.00 m. Se utiliza el material procedente de excavación como relleno de protección y cubrición, siendo su compactación de un 95% del Próctor Modificado.

d) Encauzamiento: Se ha proyectado un encauzamiento del arroyo desagüe de Getafe entre el final del canal de hormigón existente y la entrada de la obra de fábrica de cruce bajo el AVE., con objeto de evitar la inundación de esta zona aguas arriba del AVE. El encauzamiento tiene una longitud de 216 m.

Análisis y optimización del proyecto previa ejecución La gestión adecuada del proyecto requiere un análisis exhaustivo del proyecto, de forma que se adecue los condicionantes de diseño a la realidad física del entorno, y se permita garantizar el objeto del proyecto en presupuesto, plazo, calidad y seguridad exigidas. A continuación se citan los principales aspectos a considerar:

a) Análisis de la documentación del proyecto:

Análisis y verificación de que se dispone de toda la documentación necesaria y que está completa, con la precisión y extensión suficientes para la definición de las obras a fin de que puedan ser completamente ejecutadas.

Obras no relacionadas con el proyecto Obras poco definidas Obras previstas en el proyecto sin definir

Análisis y verificación de que se han tenido en cuenta la legislación y normativa vigentes, de aplicación a este tipo de proyectos y obras.

Análisis y verificación de que no se producen discrepancias entre los distintos documentos del Proyecto, haciendo patentes las contradicciones y las indefiniciones que se van detectando a través de la lectura y examen del mismo.

Planos: Calidad y definición

Pliego de Condiciones Técnicas: Se deben revisar las especificaciones dadas en el Pliego de Condiciones Técnicas para las diversas unidades de obra, en singular las cuantitativamente importantes y las estructuralmente más relevantes, comprobando aspectos tales como condiciones de puesta en obra y su operatividad, criterios de calidad y su viabilidad, y formas de abono especificadas en el pliego

Mediciones: Se debe realizar un chequeo a las mediciones y su consideración para el abono, identificando errores, gaps, y sobrantes.

Cuadro de precios: definición, idoneidad y correspondencia entre precios y aplicación presupuestaria.

Presupuesto: Se debe comprobar la exactitud y correspondencia con los otros documentos del proyecto, así mismo, la existencia de posibles obras necesarias, no comprendidas en el Proyecto, en especial:

Obras necesarias para mantener los accesos provisionales o colindantes Drenajes superficiales, o profundos Protección de zanjas inmediatas a cauces La suficiencia de partidas alzadas La definición de estructuras

b) Análisis de la topografía

Uno de los estudios previos imprescindibles al comienzo de los trabajos se refiere al establecimiento de

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bases y la corrección de los errores que de estos se deriva en el replanteo de las obras e incluso en la definición de estas. Para ello es necesario:

Realizar la comprobación de geometría y su ajuste al del Proyecto, con el consecuente ajuste de trazado y alzado del diseño.

Comprobar y ajustar al proyecto de los terrenos expropiados, con objeto de identificar los terrenos disponibles y aquellos donde las modificaciones requieren ajustes de expropiación.

c) Análisis de la geotécnia

El número limitado de prospecciones y ensayos , y la heterogeneidad de suelos con presencia de nivel freático hace necesaria la ampliación del estudio geotécnico que adecue el diseño al contorno, y permita la optimización de la excavación , las características mecánicas del tubo y solera de apoyo .

d) Análisis del dimensionamiento hidráulico

El análisis del dimensionamiento hidráulico , junto con la comprobación de los criterios de diseño adoptados ha identificado como principales problemas los siguientes:

Parámetros de diseño inadecuados

Dimensionamiento en régimen permanente para el caudal máximo de proyecto, no considerando otras posibles gamas de caudales continuos, generándose así velocidades en tamos superiores a 3.5m/s, tramos en régimen supracrítico (F>0.8) y tramos que no garantizan la aireación requerida del 20% de la sección (calado equivalente al 80% del disponible).

En consecuencia ha sido necesario proceder al redimensionamiento hidráulico mediante la modelización completa del colector, en base a los siguientes criterios:

V<3.5m/s Régimen lento: F<0.8 Manning=0.013 Aireación=20%

Cálculo para diversas gamas de caudales y caudal total de 24 m3/s

Pendientes mínimas del 0.3% y máximas condicionadas por los parámetros anteriores.

Reducción de energía y régimen lento: Ha sido necesario ubicar disipadores de energía y salvar la diferencia de pendiente mediante saltos.

Pérdidas de carga localizadas: Adicionalmente se ha incluido en el modelo las pérdidas de energía resultante de los cambios de dirección. En estos casos para el análisis de las pérdidas de carga se ha utilizado la metodología Shukry para aquellos cambios de alineación inferiores a 45º. Para ángulos iguales o superiores a 45º, se aplica una metodología obtenida de la experimentación, basada en la proyección de la velocidad de entrada en la dirección de la salida, para cuantificar la sobreelevación de la lámina inmediatamente aguas arriba del quiebro.

Codos: El diseño de los codos se ejecutan mediante rebanadas rectangulares de tubo que se unen mediante gajos de hormigón armado ejecutados in situ y todo ello embebido en un macizo de hormigón simple. Esta solución es adoptó por sus ventajas hidráulicas frente a las dos posibilidades que se plantearon durante las obras y que consistían en: Materializar la unión de ambas alineaciones mediante el corte en bisel de los dos tubos a unir o aprovechar los pozos de hinca como arquetas de cambio de dirección.

Hinca: Para el caso de los tramos ejecutados en hinca , en los tramos cortos, la variación de la pendiente longitudinal del proyecto no se ha identificado como un factor relevante. Sin embargo, en este caso concreto con pendiente del colector del 0,30%, las condiciones cambian mucho, ya que el error que se puede cometer con el uso de la hinca de tubos en las cotas entre el punto de entrada y salida se incrementa con la longitud y puede competir con la pendiente longitudinal del tubo, por lo que ha sido necesario disponer de mayor sección de tubos y saltos anteriores que permitan solventar estos errores.

Aliviadero: Para verificar el comportamiento del aliviadero frente a la sumergencia se ha realizado una revisión del funcionamiento hidráulico del conjunto, que se describe a continuación:

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La velocidad “Vcp” indica el sentido de avance del flujo en el canal principal del aliviadero, con un nivel de energía “Eo”, mientras que “Vu” es la del canal de desagüe del aliviadero una vez que la lámina ha superado el umbral, con un nivel de energía “Eu”.

De los resultados obtenidos de numerosos ensayos sobre modelos de vertederos sumergidos, se comprueba que la altura “z” definida entre la lámina del canal principal y la lámina del canal de desagüe, depende esencialmente de cuando la flecha hidráulica “fe” alcanza por sobre la pared del umbral del aliviadero.La flecha “fe” de la lámina de agua es debida a su energía cinética, y esto permite establecer el criterio de dividir la lámina en dos partes: la superior, libre con velocidad “Vo” y la inferior anegada con velocidad “Vu”. Se expresa como: fe = Vu/g*(Vo-Vu); La velocidad Vo se obtiene del desnivel energético entre las dos zonas, es decir, canal principal y canal de desagüe. Esto es: Eo-Eu = (Vo-Vu)2/(2g)

El parámetro “a” define la altura de la lámina de agua del canal de desagüe una vez superado el umbral del aliviadero. Cuando la relación Z/a es menor que 1,50, la flecha hidráulica avanza contra el umbral y no deja libre la caída del flujo por sobre el aliviadero.

Operando, resulta: Cota lámina desagüe = Eo-Vo2/(2g)+fe , obteniéndose así el dimensionamiento ajustado que demuestra la validez de la cota del umbral del aliviadero una vez superada la depresión de la caída, y conduce a la lámina de agua a una cota inferior al umbral del aliviadero.

Cámara de reparto: Se dimensiona una cámara de reparto de forma que se limita la capacidad de desagüe hacia el colector C-6 mediante la colocación de un diafragma en la clave que constriñe la vena líquida

e) Análisis de los condicionantes externos. De entre los condicionantes externos se destacan:

Disponibilidad de terrenos:

La idoneidad de los terrenos expropiados

Los terrenos necesarios para la modificación de servicios y servidumbres, para la realización de caminos provisionales.

Las ocupaciones temporales previstas

El resultado de la comparación entre los terrenos expropiados y los necesarios para construir la obra

Uno de los grandes problemas en este tipo de obras es la falta de disposición de terrenos expropiados, como es el caso del emisario de Getafe, donde se disponía únicamente de una banda de 10m de expropiación temporal sobre el eje de la traza, por lo que ha sido necesario:

Replantear la sección tipo de proyecto mediante la optimización de taludes (ajustados a las características geotécnicas reales)

Ejecutar de la excavación mediante tramos con acopios intermedios y doble carga

Identificar tramos de acopio de tubos de gran porte con ampliación de la expropiación temporal o acuerdo con propietarios.

Análisis de modificaciones de reposiciones de servicio:

Es muy habitual que el proyecto no incluya todos los servicios afectados, muchas veces porque este está realizado hace años, y por lo tanto está obsoleto, y otras veces porque no se han considerado. Es por lo tanto recomendable proceder al registro de todos los servicios afectados, su identificación geométrica y cota de entronque (en el caso de colectores adyacentes que se conectan al principal, se debe asegurar la

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cota y punto de entronque con el principal).

Autorizaciones de terceros:

Es necesario anticiparse y gestionar el estado de los expedientes de autorizaciones de terceros: Comunidad Autónoma, Ayuntamientos, Carreteras, FFCC, AVE, .., ya que este es un proceso lento que puede afectar al desarrollo de las obras. En el caso de cruces mediante hinca, los documentos a aportar y requerimientos puede llegar a modificar los condicionantes del diseño.

Análisis del programa de trabajo y procedimientos de ejecución

Se debe analizar el programa de trabajos presentado por el contratista, métodos de ejecución, equipos y producciones, de los que parta para el mismo, ya que uno de los problemas típicos es que se realizar programas que no se ajustan a la realidad, y que no tienen en cuenta las intersecciones o las afecciones de servicios, o rendimientos reales de ejecución.

Consideraciones a la ejecución de la obra Una vez optimizado el proyecto, identificadas las indefiniciones y ajustado a las condiciones de contorno, la ejecución de la obra implica la planificación y gestión de los recursos.

• Preparación de accesos• Reposición de servicios• Optimización de taludes• Achique de agua• Saneo de fondo de caja• Excavación y acopios

Fase-1

• Ejecución y nivelación de solera de apoyo directo

• Tte, descarga y acopio de tubos• Descarga, nivelación y

acodolamiento de tubos• Ejecución de piezas especiales

Fase-2

• Solera de apoyo 120º• Relleno seleccionado• Relleno de cobertura• Tierra vegetal y reposición de

banda de expropiación

Fase-3

Excavación en zanja

Obras de fábrica

Cruces especiales

• Aliviaderosy disipadores• Entronques de colectores• Arquetas de cambio de

dirección, de resalto, visitables y de cambio de sección

• Ajustes de alineación

• Excavación en mina• Hinca de escudo abierto• Intersección con colectores

Preparación de accesos y disponibilidad de terrenos

Se ha de identificar aquellos terrenos próximos al tajo mismo de la obra, que estén expresamente recogidos en el proyecto como ocupación temporal, para el acopio de materiales, ubicaciones de instalaciones auxiliares y para el movimiento de equipos y material.

Se elegirá las zonas apropiadas para la extracción y vertido de materiales que se requieran para el desarrollo de la obra, evitando en lo posible aquellos que originen gastos no contemplados (canon de vertido, alquiler y rehabilitaciones de préstamos o canteras, ...)

Adicionalmente se ha de analizar los accesos a obra y los puntos que por sus características hacen necesarias la ejecución de caminos para la puesta en obra de tubos o simplemente de acceso de maquinaria. Previamente se deberá delimitar, mediante un jalonamiento y señalización efectivos la zona a afectar por el desbroce para las explanaciones y otras ocupaciones. Estos accesos deben estar definidos de forma que permitan una circulación permanente y su trazado no debe entorpecer la construcción de las obras proyectadas considerando un control efectivo de la generación de polvo en el entorno de las obras y realizar periódicamente operaciones de riego

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sobre los caminos de rodadura, ya que esta suele ser uno de los grandes motivos de accidente laboral, afección al medio y quejas de vecinos afectados.

Excavación en zanja

La ejecución de las zanjas plantea una problemática específica por su realización en el subsuelo:

Existencia conocida, o desconocida en muchos casos, de canalizaciones eléctricas de alta y baja tensión, de gas, de agua, telefónicas, etc.... que pueden ser causa de accidentes graves o conllevar grandes indemnizaciones por daños y perjuicios.

Aparición de corrientes subterráneas , nivel freático alto, antiguas minas etc., que ocasionan derrumbamientos y socavones. En otros casos, aparición de rocas que precisan la voladura con explosivos.

Discurren próximas a cimientos, en muchos casos antiguos y deficientes, en obras situadas en zonas edificadas.

Presencia de yacimientos paleontológicos o arqueológicos.

Interrupción del tráfico rodado y de la circulación de personas.

Esta problemática especial condiciona severamente el plan de obra y, por no estar prevista en el proyecto y presupuesto de la misma, obliga a resolverla sobre la marcha y con gran celeridad, con el consiguiente riesgo y responsabilidad.

Previa excavación en zanja se debe proceder a la separación de la tierra vegetal y acopio para su posterior utilización. Uno de los principales problemas de ejecución es la mezcla de este material con el material procedente de excavación, o la no consideración en los presupuestos de las distancias de transporte reales por la falta de disposición de terrenos expropiados temporalmente.

Una vez analizados los parámetros geotécnicos del suelo, y las estabilidades de taludes para las diferentes alturas y suelos, se procede a la excavación en zanja para la instalación de tubos. Los productos de las excavaciones se depositan a un solo lado de las zanjas, dejando libres los caminos de colocación y acceso libres del tal forma que no se afecte a la estabilidad de los taludes de las paredes laterales de la zanja. Las tierras procedentes de las excavaciones se han de depositar a una distancia mínima de un metro (1,0 m) tal y como se ha modelizado la estabilidad de los taludes. Los caballones formados no ha de formar cordón continuo, dejando los pasos necesarios para el tránsito general

Tal y como se ha indicado anteriormente, en aquellos puntos donde la profundidad es grande ha sido necesario proceder al acopio intermedio de material de excavación en el tramo posterior de esta, y una vez colocado el tubo y rellenado, se procede a la excavación del nuevo tramo.

En el caso de terrenos arcillosos o margosos de fácil meteorización como el que nos ocupa, y debido a la presencia de agua, fue absolutamente imprescindible dejar sin excavar unos veinte centímetros sobre la rasante de la solera, para realizar su acabado en un momento posterior.

La presencia de agua hace necesaria la ejecución de zanjas laterales y pocetas de achique en el fondo de excavación . En las zanjas con pendiente favorable se aprovecha la inclinación de la misma para conducir las infiltraciones hasta los pocillos de recogida y bombeo. En caso contrario se efectuarán las cunetas de contra

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pendiente. En todo caso los pocillos de bombeo se disponen a una profundidad tal que asegure que el fondo de la zanja quede libre de agua a fin de ejecutar las operaciones de, rasanteo, colocación de tuberías, etc en las condiciones adecuadas.

Uno de los grandes problemas de estabilidad de taludes es el plazo de apertura permanente, por lo que no se debe permitir tener la zanja abierta a su rasante final más de ocho días (según la calidad de los suelos) antes de la colocación de la tubería. Para ello es recomendable el seguimiento continuo de desprendimientos y presencia de agua.

A continuación se muestra una imagen donde se puede observar la presencia de agua en el fondo de la excavación y el desprendimiento de taludes producido.

Hacemos hincapié por su extrema importancia en que si la anchura real de la zanja excede de la prevista, la carga sobre la tubería puede llegar a ser excesiva y originar daños a la misma. El rozamiento del relleno con las paredes de la zanja transfiere a éstas una parte del peso de las tierras, mientras el resto carga sobre la tubería. En las zanjas entibadas este efecto "silo" puede quedar anulado.

Preparación del fondo de caja y ejecución de soleras

Tal y como se ha indicado anteriormente, la colocación de la tubería se realiza mediante un apoyo de 120° sobre una cama de hormigón HM-30 de 0,30 m de espesor bajo el tubo de diámetro superior o igual a 2.00m y 0.2m para inferiores a 2.00 m.

Previa ejecución del apoyo, se realiza una inspección del fondo de caja para identificar saneos o mejoras posibles. El saneo se realiza mediante la mejora del terreno con bolos o morro. No obstante, debido a que las características del terreno eran muy desfavorables y el peso del tubo alto (hasta 20tn), se producían roturas de solera en la generatriz bajo la generatriz del tubo, por lo que fue necesario colocar un mallazo que permitiera reforzar la capacidad portante de la solera..

La ejecución de la solera se ejecuta en dos fases: solera de apoyo y ariñonamiento hasta alcanzar el ángulo de apoyo exigido (120º).

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La solera de apoyo inicial es la que establece la pendiente, por lo que se requiere nivelación de alta precisión, y en especial para alcanzar la pendiente exigida del orden del 0.3%, que permiten el funcionamiento hidráulico en régimen lento.

La solera posterior se realiza una vez instalado el tubo en la solera de apoyo y acuñado este. El hormigonado se realiza hasta garantizar el ángulo de apoyo especificado en proyecto (120º)

Transporte del tubo

Una vez fabricado el tubo, es preciso transportarlo hasta su punto de empleo. En esta operación es preciso tomar las debidas precauciones para que los tubos no sufran esfuerzos superiores a aquellos para los que han sido calculados. En muchas ocasiones los esfuerzos en la manipulación son superiores a los que sufre el tubo en servicio, especialmente en lo que a flexión longitudinal se refiere.

Los tubos se colocan en los vehículos en posición horizontal sobre cunas o listones. Según la norma UNE 127.010, los tubos se transportarán de forma que se garantice la inmovilidad transversal y longitudinal de la carga, así como la adecuada sujeción de los tubos apilados. La manipulación de los tubos en fábrica y el transporte a obra deben efectuarse sin que sufran golpes o rozaduras, primordialmente en las boquillas y en las campanas.

Para el caso de tubos de grandes dimensiones como los utilizados en los colectores de Getafe, se ha de tener en cuenta que la anchura del tubo no ha de superar 2.5m, por lo que se colocan transversalmente y se dimensionan para una longitud de tubo de 2.5m.

En el caso de tubos de menor diámetros, para la carga de los vehículos se debe tener presente el número de hiladas de tubos que puede remontarse, de tal forma que las tensiones producidas en estas operaciones no superen el 35% de la resistencia característica del hormigón en ese momento, ni el 50% de la tensión máxima que corresponda a la carga de rotura.

Recepción y acopio del tubo

Para la recepción en obra, se tendrán en cuenta que, aunque previamente hayan sido inspeccionados en la fábrica, deben ser detenidamente comprobados a su recepción.

Es responsabilidad del receptor verificar que los tubos se correspondan con el pedido cursado y que no han sufrido daños en el momento de la recepción.

El acopio de los tubos se hace tan cerca como sea posible del punto de instalación. Para nuestro caso nos ha requerido acopios intermedios debido a la falta de terreno disponible. Se escogen zonas despejadas de la obra que permitan las maniobras de los vehículos y de las grúas y otros elementos auxiliares de descarga. Los tubos apilados no deben ser colocados en las proximidades de zanjas abiertas

El acopio de los tubos se realiza en posición horizontal, salvo que se disponga de alguna solera rígida que garantice el acopio vertical en las debidas condiciones de seguridad. La hilada inferior debe colocarse en una superficie plana y adecuadamente calzada para prevenir desplazamientos. El acopio a lo largo de las zanjas debe

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responder a los siguientes criterios:

Colocar la tubería tan cerca como sea posible de la zanja con el debido resguardo.

Dejar la tubería al lado opuesto a las tierras de excavación.

Tener en cuenta que la tubería no se halle expuesta al tránsito de los vehículos de la obra, zonas de voladura, etc.

No deben almacenarse los tubos en el tajo por un período largo de tiempo en condiciones expuestas. Si fuera inevitable hacerlo deben protegerse adecuadamente (ej: evitar el contacto con el suelo, evitar la exposición al sol, etc.).

Si durante los trabajos de acopio se detectara algún tubo dañado, debe ser separado, marcado y situado en acopio aparte

Descarga y colocación del tubo

La descarga y colocación de tubos de gran diámetro requiere la preparación de caminos de acceso y grúas de alto tonelaje tonelaje para su puesta en obra desde el acopio.

El tendido de tuberías debe comenzar en el extremo aguas abajo, colocando normalmente las tuberías con las embocaduras orientadas aguas arriba. Es conveniente tener en cuenta, cuando se interrumpe el montaje de forma significativa, la necesidad de obturar provisionalmente los extremos de la tubería. Además, se debe prevenir la entrada de materiales dentro de la tubería, y retirarlos en caso de que esto suceda. Antes de la ejecución del montaje de la tubería conviene establecer un orden del mismo a fin de conseguir una mayor agilidad y economía puesto que así se evitará el empleo innecesario de tubos a medida o el corte de tubos en obra. El orden de montaje debe ser el siguiente: Colector principal Colectores secundarios Ramales Arquetas ...

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Una vez los tubos en el fondo de la zanja, se examinan nuevamente para cerciorarse de que su interior está libre de tierra, piedras, útiles de trabajo, etc. y se realiza su centrado y perfecta alineación, conseguido lo cual se procede a calzarlos y acuñarlos con cuñas de madera y tacos que permitan impedir su movimiento.

El ángulo de apoyo previsto en el cálculo mecánico debe ser escrupulosamente respetado. Para ello es indispensable que los tubos descansen sobre toda su longitud sobre una cama de asiento perfectamente regular y nivelada siguiendo la pendiente proyectada. La norma UNE-EN 1.610 indica que cualquier ajuste necesario de la profundidad se realizará mediante elevación o descenso de la cama asegurándose de que los tubos tienen soporte adecuado en toda su longitud, de ahí la importancia de la adecuada nivelación de la solera de apoyo. Una vez realizada la descara, se coloca el tubo en la solera de apoyo, y este se acuña. Para conseguir la pendiente adecuada, de hasta 0.3% , se requiere una gran precisión, por lo que se utiliza un dispositivo de láser y diana (véase foto adjunta).

Una vez nivelado y acodalado el tubo, se procede a la colocación de la junta. En cada junta se puede alcanzar una desviación de hasta 1,5 grados, dependiendo del diámetro. Con ello se consiguen curvas, tanto en horizontal como en vertical, de gran radio de curvatura. En primer lugar se procede a limpiar las boquillas, para ello es suficiente con un trapo húmedo. Se limpiará el interior de la boquilla hembra , cuidando que no existan partículas adheridas ni en la zona cilíndrica interior (donde trabajará la goma), ni en la zona cónica de entrada para el enchufe. Una limpieza similar se realizará con el extremo macho . En esta caso se cuidará especialmente la limpieza del alojamiento de la goma y el "tacón" inmediatamente posterior. Una vez realizada la limpieza se coloca la junta elástica en la boquilla macho. Se procurará igualar la colocación de modo que no existan zonas más estiradas que otras. Esto se puede conseguir levantando la goma, una vez colocada, con algún útil, en distintos puntos de toda su longitud. Se cuidará que el útil no tenga zonas cortantes ni punzantes. A continuación se procede a extender el gel o lubricante que facilite el enchufe. El producto se aplicará sobre el interior y el borde de la boquilla hembra y sobre el exterior de la boquilla macho con la junta de goma ya montada

El enchufe se realiza mediante trácteles aplicando una fuerza axil progresiva sin sobretensionar los componentes y usando los útiles adecuados. En tubos de gran diámetro consiste en el empleo de tubos taladrados de origen en fábrica. En dicho taladro se coloca una barra de anclaje conectada a un tráctel mientras que la barra del tubo que

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va a ser instalado sirve para mantener el tubo en suspensión para una correcta alineación.

Dentro del relleno de las zanjas se distinguen los siguientes tipos: Recubrimiento de protección y relleno de cubrición. Se define como recubrimiento de protección a la zona de zanja comprendida entre la cama de apoyo y el plano paralelo al fondo de la zanja situado a treinta centímetros por encima de la generatriz superior exterior de la tubería, y recubrimiento de cubrición es la parte de zanja comprendida entre la cara superior del relleno de protección y la superficie del terreno, o parte inferior del firme en el cruce con infraestructuras viarias existentes.

El material utilizado como relleno se ha sido procedente de excavación, seleccionándose un tamaño máximo de árido inferior a 30 mm apara el de protección y 100 mm para el de cubrición. El relleno de protección se ha ejecutado en toda la anchura de la zanja en tongadas que no superen los quince (15) centímetros, con una compactación del 95% del Próctor Modificado. El relleno de cubrición se ejecuta en tongadas de veinticinco (25) centímetros de espesor, compactadas hasta el (95) por ciento del Próctor modificado.

Uno de los problemas que pueden aparecen durante el proceso de instalación de tuberías de saneamiento radica en la posible rotura de las mismas a consecuencia del paso de maquinaria pesada por la vertical de los tubos. Esto es debido a que la instalación proyectada no está pensada para soportar las grandes cargas que provoca esta maquinaria pesada. Este problema tiene una fácil solución mediante el establecimiento de rutas marcadas para la maquinaria pesada, que impida que se pase por encima de los tubos y pueda romperlos, además de establecer un resguardo de cubrición mínimo de al menos 50 cm de cobertura antes del uso de maquinara pesada

Cambios de alineación

La normativa española de tubos de hormigón UNE 127.010 limita la máxima desviación angular admisible de los tubos. La realidad es que esta máxima desviación está condicionada fundamentalmente por el diseño de la unión, es decir, por la mayor o menor profundidad de la espiga del enchufe y de la campana donde se aloja y por la separación o espacio anular entre ambos, así como la limitación que suponga la prueba de estanquidad del sistema de unión. Para valores de deflexión superiores a los estipulados por la UNE 127010, y tramos no realizados en continuo, se ejecutan in situ tal y como se representa a continuación.

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Es objetivo en el análisis de proyecto minimizar la utilización de piezas especiales y cambios innecesarios de alineación.

Obras de fábrica

A lo largo del trazado se han proyectado una serie de obras de fábrica, de hormigón armado: Aliviadero de dilución 10:1, arquetas de conexión con colectores existentes, arqueta de reunión , arquetas de cambio de dirección, arquetas de salto que evitan el que se aumente la pendiente del emisario, disipadores de energía y pozos de registro, y chimeneas de ventilación coincidentes o no con las arquetas. Las características de diseño han sido las siguientes:

Ejecución in situ con hormigón armado capaces de absorber las capacidades mecánicas, hidráulicas y las posibles cargas de tráfico circulantes.

Dimensiones mínimas necesarias

La estanqueidad se resuelve mediante juntas de PVC entre solados y alzados y mediante junta hidrófuga con empalmes de tubo de hormigón.

Uso de pasamuros y armados de refuerzo en los entronques de tubos

Todas las arquetas deben de disponer de pozos de registro y chimeneas de ventilación. Su disposición y tipología está condicionada a los requerimientos hidráulicos

Los pozos de registro aislados se han modificado por registros prefabricados de acceso directo a tubo. La separación mínima entre pozos de registro es de 150m.

Debe tenerse especial cuidado en evitar las pérdidas de pendiente al llegar al pozo a fin de evitar remansos que sobrecarguen la red.

Se debe tener la precaución de compactar la zona perimetral de los módulos con el fin de evitar que se produzcan asientos diferenciales respecto a la tubería que puedan perjudicar la estanquidad de la unión

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Cruces con hinca

Los cruces con carreteras y ferrocarril se han resuelto mediante hinca con escudo abierto , tubo de hormigón armado de 3.0m de diámetro y clase-IV y V según la carga mecánica. Los pozos de ataque se ejecutan mediante pilotes de 1.0m con viga de atado en cabeza. El muro de empuje es de 0.4m de espesor y dispone de placas de reparto. Las hincas ejecutadas son:

Hinca desde la entrada a la Estación de Getafe Industrial, cruzando el F.F.C.C. Madrid-Alicante y posteriormente bajo la Avda. de Jonh Lennon y tres tramos comprendidos en el polígono Industrial San Marcos, con tubería φ 3 m y 605 m de longitud

Hinca en el cruce del tren de alta velocidad, con tubería φ 2 m y 54 m de longitud

Proceso de diseño y ejecución de hinca

Definición geotécnica

• Prospecciones sísmicas• Sondeos y ensayos• Piezómetros

Tipología de hinca

• Definición de características del estrato, presencia de agua y profundidad del cruce

• Escudo abierto/cerrado• Mina/...

Tipología de materiales

• Acero/ HA/ HACC/PRFV/...

Cálculos mecánicos

• Tubo• Pozos de ataque

Cálculos de subsidencias

Condicinantes de cruce

• Renfe/ AVE/ Carreteras• Control y asientos

Ejecución

• Rendimiento: 3-5m/día

• Presencia de bolsas de arenas y agua

Control de calidad

• Asientos Nivel alta precisión (3 mm!!)• Alineación y ejes Láser / Pte. 0.3%!!!• Calidad de materiales Lab. Y certificados• Juntas-impermeabilización

• Sostenmimiento y compensación del terreno

El proceso de diseño de las hincas ha sido el siguiente:

Una vez definido el trazado en planta, y definidos los puntos de cruce, se ha procedido a identificar las características del terreno. Para ello se han realizado prospecciones sísmicas acompañadas de sondeos con establecimiento de piezómetros y toma de muestras inalteradas a ambas márgenes del cruce. Adicionalmente se han realizado catas y los ensayos pertinentes para la caracterización del terreno atravesado.

Una vez identificado el suelo atravesado y el nivel de presencia de agua, se procede a la elección de la cota óptima de paso, de forma que las afecciones al cruce sea mínima.

A partir de las características del suelo, se identifica la tipología de hinca a utilizar, que en nuestro caso por las dimensiones del colector (3.00m) , la presencia de agua y la disposición de maquinaria, se adoptó : hinca mediante escudo abierto.

Respecto a la tipología de material, se selecciona función de las características del terreno y exigencias de impermeabilización y presión de la red. Adoptando el hormigón armado por su coste e idoneidad en la obra.

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Paralelamente se ha de realizar la solicitud administrativa del cruce, adjuntándose la correspondiente memoria, ubicación exacta, planos, perfiles, ...Como resultado, se obtiene la autorización o no del cruce, y los condicionantes administrativos y técnicos, que condicionan no sólo el plazo de ejecución, sino el diseño.

Una vez definida la cota, características mecánicas , tipología de materiales, y condicionantes administrativos (asientos, ...) se procede al cálculo y comprobación mecánica de tubos, así como el cálculo de subisdencias y las medidas compensatorias, si fueran necesarias (consolidación del terreno mediante pantalla de micorpilotes, jet groting, ...)

Finalmente se procede al diseño de todos los elementos que componen la hinca, dimensionamiento de los muros de ataque y recepción.

A continuación se adjuntan las principales características de los tubos utilizados

Las características de los tubos:

Denominación (1)

Diámetro interior (mm)

Dext del tubo

(mm)

Longitud útil (mm)

Espesor de pared

(mm)

Desviación de la línea

recta (mm/m)

Diferencia entre

generatrices opuestas (mm)

Peso unidad aprox. (Kg)

T.HINCA HA C_ Ø 3000x250 3000 (±15) 3600 (± 12) 2500-3500

(+25 -10) 300 (-15) ≤ 3 ≤ 10 18.700

Limitación de la longitud útil a tres metros como máximo para evitar el pandeo. Limitación de la longitud útil a tres metros como máximo para evitar el pandeo. Así mismo, las superficies de los frontales de los tubos, que transmitirán la carga de empuje durante el montaje de la tubería, deben ser planas y estar libres de irregularidades que puedan dar lugar a concentraciones puntuales de carga. La norma UNE 127 010 marca en su apartado 5.4.1. las tolerancias dimensionales admisibles para este tipo de tubos.

Los tubos llevan un zuncho metálico (virola) en uno de sus extremos de forma que para conseguir la estanquidad de la conducción se colocará una junta elástica en el extremo macho del tubo para que en la unión haga tope contra la virola. Además entre las testas de los tubos se intercalan aros de madera aglomerada (sufrideras) que evitan el desconche del hormigón al recibir los esfuerzos de empuje.

Los tubos de Hinca llevan instalados unos taladros metálicos en las paredes del tubo para facilitar la instalación en la obra (inyección de lodos bentoníticos que lubrican, evitando así el posible desmoronamiento del terreno perforado y reducir el rozamiento

La norma UNE 127.010 especifica las siguientes tolerancias dimensionales para los tubos de hinca:

Para diámetros nominales D > 800 mm, las tolerancias serán + 25 mm / - 10 mm.

Las tolerancias en el diámetro exterior estarán comprendidas dentro de los límites señalados en la tabla adjunta

La superficie exterior de los tubos no tendrá desviaciones en la rectitud superiores al mayor de los valores siguientes: 5 mm o el 0,3% de la longitud interior .

La ortogonalidad en puntos diametralmente opuestos y el espesor de la pared, al comprobar en los extremos del tubo

Respecto a la absorción de agua del hormigón constitutivo del tubo no debe supera el valor del 6% y en lo que respecta a estanquidad del tubo, ha de cumplir las especificaciones indicadas en la Norma UNE 127 010.

Respecto a la junta, La composición de las juntas de goma depende de la clase de exposición a que esté sometida la conducción de saneamiento y cumplen las recomendaciones de la siguiente tabla:

IIa IIIb IV Qa Qb Qc Hidro- carburos

Aceites vegetales Esteres alcoholes y acetonas

Caucho natural o SBR • Caucho EPDM • • • • • (∗) • • Caucho NBR • • • • (∗) • •

Utilizándose junta de EPDM en nuestro caso.

A continuación se exponen los principales problemas en la ejecución de las hincas, y su afección al diseño y resultados del proyecto:

Nivelación de los tubos: Este es uno de los grandes problemas de la ejecución, ya que aunque se utilice un control mediante láser y automatización de gatos hidráulicos esta no se consigue alcanzan en hincas de

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largas longitudes, y en materiales muy heterogéneos, llegándose a alcanzar errores de hasta 20 cm en la alineación. Más aún, al la nivelación deseada muy exigente por requerimientos hidráulicos (pendientes del 0.3%, con desviaciones máximas de +- 3cm) el problema se agrava aún más.

Para ello se ha procedido a un proceso relentizado de ejecución de hinca condicionado a la tipología de suelo emergente (2m día en terrenos heterogéneos frente a los 5-7m/día que se puede alcanzar) y a la extensión máxima del tramo a empujar, de forma que se extraen los bolos y lentejones de yeso que puedieran producir desviaciones durante la fase de empuje hidráulico y se limita la longitud de movimiento que pueda provocar la pérdida de cota. Adicionalmente , se procede a la inspección continua del frente y monitorización topográfica con láser y nivel de alta precisión.

Impermeabilización: En el caso de usar tubos de hormigón armado o tubos de PRFV, aún disponiendo de vírola y junta de goma, no garantizar la impermeabilización, ya que las desviaciones angulares entre tramos de tubos puede superar los requerimientos de la normativa. Por ello se debe contemplar la impermeabilización de las juntas mediante la imprimación de caucho, juntas poliflex o similares, que eviten filtraciones en el paso y empeorar las características portantes de este.

Consideraciones restrictivas de subsidencias. Los requerimientos que se exigen a estos cruces pueden llegar hasta 3 mm de asiento como el caso del cruce del AVE o FFCC, en cualquier de los casos, se ha de realizar un análisis de subsidencias y consolidación de suelos, si fuera necesarios. Adicionalmente , durante la ejecución se ha de realizar una monitorización mediante niveles de alta precisión.

Otras consideraciones: calidad y seguridad laboral

Plan de aseguramiento de la calidad

Con objeto de garantiza que todos los requisitos técnicos incluida en PPTP se cumple, realicen y se controlen convenientemente tanto durante la fase de fabricación, y ejecución, se ha establecido un Plan Aseguramiento de la Calidad, Plan de Vigilancia Ambiental y Vigilancia Arqueológica

El proceso de funcionamiento se basa en un proceso de comunicación y registro, en el que interviene Dirección de Obra, Contratista y Asistencia Técnica, donde se establecen los Procedimientos organizativos , Procedimientos de ejecución , y Plan de puntos de inspección de elementos o unidades de obra a controlar, que opera de forma ágil y basada en registros mediante fichas de inspección. A continuación se adjunta el esquema de funcionamiento:

Dirección de Obra

Comprobación y supervisión del diseño previa ejecución

Asistencia Técnica Contratista

Comprobación de características

• Control de ejecución• Control geométrico• Control Cualitativo• Control Cuantitativo• Plan de vigilancia ambiental• Plan de control arqueológico

Diseño

materiales

ejecución

Ensayos/ certificados/...

Propuesta de aprobación previa ejecución

Establecimiento de parámetros

Aprobación

Ajuste de diseño s/ parámetros

Propuesta de materiales y proceso de ejecución

Programa de trabajo y solicitud de inspección previa

Ejecución tras aprobación

REGISTRO E

INFORMESPPI

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Plan de seguridad y salud

No he querido acabar este documento, sin remarcar que otro de los más importantes aspectos a considerar en la ejecución de una obra es la seguridad laboral, y la prevención de riesgos, y que esta es una responsabilidad de todos los participantes del proyecto, desde los trabajadores hasta los empleadores, tal y como establece la ley de Prevención de riesgos Laborales en la construcción.

Principales riesgos de una obra de conducción lineal

• Desprendimientos del terreno• Caídas a las zanjas/ Caídas al mismo nivel, ...• Vuelcos de maquinaria.• Atropellos al personal• Electrocutación• ...

Medidas preventivas

• Plan de seguridad y salúd• Formación previa incorporación de los

trabajos• Protecciones individuales• Protecciones colectivas• Instalaciones sanitarias• Seguro de responsabilidad civil• ...

Dirección de Obra

Asistencia Técnica Contratista

Coordinador de S&S

Responsable de S&SResponsable de S&S