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PARTE 2: Definicion de la balsa de regulación en cabecera.

José Luis Gutiérrez Jiménez 2

Estudio de alternativas de la solución hidráulica para abastecimiento a la zona regable

por el canal de Triguero. Definicion de la balsa de regulación en cabecera.

MEMORIA

ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN 3

2 ALCANCE DE LA PARTE INDIVIDUAL 3

3 ANTECEDENTES 3

4 EMPLAZAMIENTO 4

5 GEOLOGÍA DE LA ZONA 5

6 JUSTIFICACION DEL TIPO DE BLASA ELEGIDO 5

7 ESTUDIO DE SOLUCIONES 6

8 CAPACIDAD DEL VASO PROYECTADO 7

9 MOVIMIENTO DE TIERRAS 8

10 CARACTERISTICAS DE LA BALSA 9

11 DISEÑO Y CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA BALSA 10

12 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS HIDRÁULICOS 11

13 PRESUPUESTO 13




1 INTRODUCCIÓN

En el presente capitulo se trata del diseño de la balsa de regulación en cabecera de las tuberías distribución de

Trigueros, acordada en el estudio de alternativas conjunto realizado previamente por los alumnos del Grado de

Ingeniería Civil de la Escuela Superior de Sevilla Antonio Valle Martínez y José Luis Gutiérrez Jiménez.

2 ALCANCE DE LA PARTE INDIVIDUAL

Este capítulo desarrolla el diseño más completo correspondiente a la balsa de regulación, teniendo en cuenta una

serie de consideraciones no contempladas previamente:

- Justificación del tipo de balsa elegida.

- Descripción geológica de la zona

- Emplazamiento final atendiendo al balance del movimiento de tierras: desmonte- terraplén.

- Dimensionamiento de la obra de entrada a la balsa.

- Dimensionamiento del aliviadero.

- Desagües y tomas de fondo.

- Calculo del resguardo en coronación..

- Características de la balsa

3 ANTECEDENTES

En el estudio previo realizado en grupo se estudiaron diversas soluciones para la realización de la obra de

conducción de agua desde el embalse de Alcolea hasta sus puntos de captación. Tras analizar todos los factores

influyentes detalladamente se ha adoptado como solución final usar el cauce del rio Odiel como medio de trasporte natural. Ocho kilómetros aguas abajo del cuerpo de presa en el rio Odiel, se colocará un azud para el

almacenamiento del agua. Desde este punto, mediante una estación de bombeo y una tubería de impulsión, se

elevaría el agua hasta la balsa en estudio. Finalmente, desde la balsa partirán dos conducciones de distribución, una hacia la localidad de Niebla para riego y la segunda hacia los depósitos de abastecimiento de Huelva.




4 EMPLAZAMIENTO

La zona de construcción de la balsa se ubica en el término municipal de Trigueros perteneciente a la provincia

de Huelva (Andalucía). Las coordenadas del centro de la balsa según el estudio de alternativas son:

La razón de esta ubicación no es más que la zona más cercana al azud y con suficiente cota para poder vencer

las pérdidas de carga a lo largo de la tubería de distribución y su relativa cercanía al azud.

De esta ubicación concluimos que resulta no apta al realizar el estudio de volumen de desmonte frente a terraplén ya que sale mucho terraplén frente a muy poco desmonte. Por tanto, teniendo en cuenta la limitación de la cota

de la solera procedemos a buscar una ubicación que resulte más apropiada y en la que se puedan compensar los

volúmenes de desmonte frente a los de terraplén.

Tanteando varias ubicaciones siempre en zonas cercanas a la elegida en el estudio de alternativas, para no

alejarnos mucho del azud y de la estación de bombeo, se elige finalmente la siguiente ubicación:

Latitud

Longiutd

Coordenadas balsa de cabecera

37⁰ 24' 3.42''

6⁰ 57' 37.88''




Las coordenadas finales de la balsa correspondientes a su centro serán:

5 GEOLOGÍA DE LA ZONA

En la zona de actuación de nuestras obras, las principales unidades geológicas que encontramos son las siguientes:

- Conglomerados, gravas y arenas con ostreas y calizas bioclásticas arenosas.

- Pizarras y pazarras con grauvacas

- Margas azules

Las formación más frecuente son las pizarras y grauvacas, que usaremos para conformar el muro perimetral de

la balsa, ya que son materiales de alta capacidad portante por lo que son aptos para resistir todos los esfuerzos

estructurales de empuje producidos por el agua. Se adoptaran pendientes 2.5H: 1V tanto para el talud exterior

como el talud interior.

Antes de comenzar la excavación del vaso de la balsa se desbrozará un espesor de 1 metro de tierra vegetal, que

posteriormente será utilizado para revestir los taludes. De esta forma se pretende también refinar los taludes

antes de colocar el geotextil y la lámina impermeabilizante de PEAD.

6 JUSTIFICACION DEL TIPO DE BLASA ELEGIDO

La tipología de balsa elegida se corresponde con una balsa semiexcavada, en la que para la formación del muro perimetral se usaran el material excavado, que son pizarras y grauvacas. Una vez conformado este muro se usará

el material extraído en el desbroce como material de refino antes de la colocación del geotextil y de la lámina

impermeabilizante.

La capa de tierra de vegetal que no sea apta para el refino de taludes será la que usemos para cubrir el talud exterior.

Latitud 37⁰ 23' 54.72''

Longitud 6⁰ 57' 09.99''

Coordenada finales balsa de cabecera




7 ESTUDIO DE SOLUCIONES

Para llegar a la solución óptima del diseño de las balsas, se deben tener en cuenta, entre otros, los siguientes puntos:

a. Accesibilidad

b. Proximidad a la zona de alimentación a la balsa

c. Topografía del terreno

d. Calidad de los materiales que permitan una compactación correcta y económica

e. Impacto visual

f. Aprovechamiento del terreno

Para su diseño ha sido de gran importancia el condicionante de que sea una “pequeña presa”. Para esto, se han tenido en cuenta en el diseño que ninguna de las siguientes condiciones atendiendo al Reglamento Técnico sobre

seguridad de presas y embalses aprobados según Orden Ministerial del 12 de Marzo de 1996 que, atendiendo a

sus dimensiones, una presa se considera “Gran Presa” cuando cumpla alguna de las siguientes condiciones:

a. Altura superior a 15 metros, medida desde la parte más baja de la superficie general de

cimentación hasta la coronación.

b. Altura entre 10 y 15 metros siempre que tenga alguna de las siguientes características:

i. Longitud de coronación superior a 500 metros.

ii. Capacidad de embalse superior a 1.000.000 m3.

iii. Capacidad de desagüe superior a 2000 m3/s.

Otra cuestión es su clasificación frente al riesgo potencial ante una posible rotura, regulado por el R.D. 9/2008

de 11 de enero, por el que se modifica el Reglamento del Dominio Público Hidráulico, aprobado por R.D. 949/1986 de 11 de abril. Este aspecto se desarrollara aparte y no es objeto del presente proyecto.

Para el diseño de la balsa se han seguido las pautas y recomendaciones indicadas en el Manual para el Diseño,

Construcción, Explotación y Mantenimiento de Balsas, editado por el MARM y el CEDEX en octubre de 2010.




8 CAPACIDAD DEL VASO PROYECTADO

El volumen de agua que contendrá el depósito para los distintos niveles del mismo será:

Altura

láminaCota Area (m2)

Volumen

(m3)

Volumen

(Hm3)

0 63 28,097.86 0.00 0.00

0.5 63.5 28,957.33 14,263.80 0.01

1 64 29,826.60 28,959.78 0.03

1.5 64.5 30,705.70 44,092.86 0.04

2 65 31,594.61 59,667.94 0.06

2.5 65.5 32,493.35 75,689.93 0.08

3 66 33,401.89 92,163.73 0.09

3.5 66.5 34,320.26 109,094.27 0.11

4 67 35,248.44 126,486.45 0.13

4.5 67.5 36,186.44 144,345.17 0.14

5 68 37,134.26 162,675.35 0.16

5.5 68.5 38,091.90 181,481.89 0.18

6 69 39,059.35 200,769.70 0.20

6.5 69.5 40,036.62 220,543.69 0.22

7 70 41,023.71 240,808.78 0.24

7.5 70.5 42,020.62 261,569.86 0.26

N.M.N. 8 71 43,027.34 282,831.85 0.28

8.5 71.5 44,043.88 304,599.65 0.30

N.M.E. 8.8 71.8 44,658.52 326,775.25 0.33

9 72 45,070.24 349,207.44 0.35

9.5 72.5 46,106.41 372,001.60 0.37

CURVA CARACTERISTICA BALSA




9 MOVIMIENTO DE TIERRAS

Una vez definida la geometría del vaso para poder almacenar la capacidad de agua que se demanda, calcularemos

los volúmenes de desmonte y de terraplén. Al ser el material predominante de la zona las grauvacas, que es un

material muy consolidado, se ha considerado un esponjamiento para la formación de taludes del 20 %.

Los volúmenes obtenidos son los siguientes:

Volumen de

excavación114,154.00 m3

Volumen de

terraplenes132,410.4 m3

MOVIMIENTO DE TIERRAS




10 CARACTERISTICAS DE LA BALSA

Cota de coronación 72.50

Cota de cimentación 63.00

Altura sobre cimientos 9.50

Cota del NMN 71.00

Resguardo 1.50

Volumen a NMN 282,831.8469 m3

Volumen hasta rasante 372,001.6037 m3

Superficie a NMN 43027.3398

Lontidud de coronacion 832.34 m

Ancho de coronacion 5 m

Taud interior 2.5H:1V

Talud exterior 2.5H:1V

Elemento de

impermeabilizacionGeomembrana de PEAD

Volumen de excavacion 114,154.00 m3

Volumen de terraplenes 132,410.4 m3

Superficie ocupada (incluido

taludes)63,976.1473 m2

CARACTERÍSTICAS BALSA




11 DISEÑO Y CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA BALSA

La balsa se construirá semiexcavada en el terreno, de planta rectangular, apoyándose en las laderas actuales, y

con una profundidad máxima de 9.5 metros, de forma trapezoidal en su sección.

Para su construcción se seguirán las normas legales vigentes para obras hidráulicas construidas en tierra. Se ha

aprovechado la orografía del terreno, de forma que se consiga la mayor compensación posible del movimiento

de tierras, se desmontará más en la zona noreste y menos en la zona suroeste. Con esta disposición la coronación de la balsa se sitúa 1.5 metros sobre la cota máxima de la parcela, de forma que el impacto visual sea mínimo.

El vaso se impermeabilizara mediante lamina de polietileno de alta densidad de 1.5 mm de espesor, apoyada

sobre fieltro geotextil. Habrá un camino de coronación de 5 m de anchura a lo largo de todo su perímetro. Los

taludes interiores serán 2,5H: 1V. Los taludes exteriores serán 2.5H:1V.

La aducción de agua se realizara mediante la conducción de impulsión que llegará desde la estación de bombeo

en el azud del rio Odiel. Será mediante dos tuberías de acero de diámetro 2000 mm y una bajante escalonada

que sirva para disipar energía y hacer la entrada de agua en el embalse menos agresiva.

La toma de fondo consistirá en dos cabezales que afloraran a la superficie del fondo de la balsa, tal y como se

especifica en los planos correspondientes. En ambos casos habrá que tener especial cuidado con las juntas de la

lámina impermeable con el hormigón para evitar cualquier tipo de fugas, siendo el punto más delicado en los

estanques y para lo que se colocara una brida de acero inoxidable.

Se diseñará además un aliviadero, de forma que al elevarse la cota de agua por encima del nivel máximo normal,

se evacue el agua sobrante por éste hacia una salida prevista en canal en lámina libre y de sección trapezoidal

hacia un arroyo existente al norte de la balsa y que se dirige finalmente al rio Odiel.

Para proteger los taludes exteriores se usarán piedras, vegetación o cualquier otro elemento que evite la erosión

de los mismos.

En el plano constructivo de la balsa, se ha delimitado la zona a excavar y la zona de terraplén. Una vez realzado el replanteo se procederá al desbroce y limpieza del terreno, retirando estos volúmenes fuera de la zona de

trabajo, para su uso posterior como recubrimiento de los taludes exteriores.

La excavación se iniciara mediante excavadora y los volúmenes excavados serán trasladados a vertederos

autorizados en las proximidades. Los terrenos de préstamos procedentes de la zona de acopio previamente seleccionados, deberán ser debidamente compactados hasta alcanzar un 100% del proctor normal en tongadas

de 25 cm de espesor. Se preparará la superficie de asiento, se extenderá la tongada, se humectará (en caso de ser

necesario) y se procederá a su compactación. Evidentemente si se observan materiales que no son adecuados para la correcta compactación, deberán ser retirados y trasladados fuera del área de la obra.

Dado que uno de los puntos más delicados de este tipo de obras es la realización de la tubería de salida, deberá

de extremarse el cuidado en este punto, aconsejándose lo siguiente:

- Se realizara la excavación en su totalidad y formación del muro, a excepción de 35 metros tomados

desde la línea central de la zanja de la tubería de salida; lógicamente, se dejarán los cortes del muro con

un talud que permita el buen acabado posterior.

- Se procederá a abrir la zanja. Tras esto se colocarán las tuberías de acero que se dirigirán hacia sus

puntos de consumo, pasando por la caseta de control. Una vez colocada las tuberías se hormigonará el

trayecto de la zanja que discurre por el interior de los límites de la balsa.

Posteriormente se procederá al refino de taludes y fondo, para lo que usaremos el volumen de tierra eliminado en el desbroce una vez haya sido saneado, debiendo tener un espesor mínimo de 10 cm y que se compactara

debidamente. Sobre esta capa de tierra compactada, se instalara el geotextil y sobre este, la lámina de

impermeabilización. En coronación la lámina va anclada bajo el petril.

Alrededor del embalse, sobre el pasillo de coronación y por su parte interior, se colocará un cerramiento protector, que impida el acceso y la caída accidental.




12 DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS HIDRÁULICOS

12.1. OBRA DE ENTRADA

La entrada de agua se ha proyectado por coronación, en la zona noroeste de la balsa, por el lado procedente de

la conducción de impulsión que llega desde el azud en el rio Odiel. El caudal máximo aportado será aquel que

sea capaz de bombear la estación de bombeo como máximo, es decir 14 m3/s.

Para la obra de entrada se ha diseñado una arqueta aliviadero, de 15 metros de longitud y un calado de 0.67 m. La limitación en esta obra de entrada se encuentra en que la cota del labio de vertido tiene que ser superior a la

cota del nivel máximo extraordinario, por lo que el calado máximo desde la coronación no puede ser superior a

0.70 metros.

Dentro de la arqueta aliviadero se colocara también un muro disipador de energía contra el que golpearía el agua

al salir de las conducciones, evitando así velocidades elevadas a la salida.

Una vez el agua comience a salir, se efectuara la entrada al interior del vaso para lo que se dispone una bajada escalonada de la misma anchura que el labio del aliviadero, 15 metros. Estará formada por 10 escalones que

tendrán 2.20 metros de longitud y 0.88 metros de altura. Estas medidas de longitud y altura del escalón se han

calculado imponiendo la condición de que la pendiente de este escalonamiento tiene que ser igual a la pendiente

del talud interior de la balsa. (2.5H: 1V).

Al final del escalonamiento se construirá un cuenco disipador de energía de hormigón armado, de dimensiones

5 metros de largo por 15 metros de anchura y 1 metro de profundidad.

12.2. ALIVIADERO

El caudal que deberá ser capaz de evacuar el aliviadero será el correspondiente a la máxima precipitación sobre la superficie del embalse. Además, para una mayor seguridad se considerará que por fallo del sistema, las

tuberías procedentes de la estación de bombeo continúan aportando su caudal.

Obtenemos el caudal de la lluvia máxima para nuestra zona según las instrucciones marcadas en el MOPU y

sumándolas al caudal de entrada a la balsa, obtenemos que el caudal máximo de alivio es de 14.66 m3/s.

Para calcular la longitud necesaria del aliviadero usaremos la fórmula de Rehbock:

𝑄 = 𝐶0 · 𝐿 · 𝐻32⁄

De donde obtenemos que para ese caudal de alivio la longitud seria de 12 metros y el calado de 0.80 m. El

aliviadero seria tipo badén y y pasaría sobre la coronación con una pendiente del 0.1 %. Luego, se

conducirá el agua a un canal de sección rectangular que discurrirá por el talud exterior de dimensiones 3.60 metros de ancho por 0.40 metros de altura. Las dimensiones de este canal salen tan reducidas debido a que

la velocidad aumenta considerablemente debido a la pendiente.




Una vez llegados al pie de talud exterior, en la intersección con el terreno, se encauzara el agua mediante una

canal trapezoidal de 2 metros solera inferior, 1 metro de altura y taludes 2H: 1V hasta llegar a un arroyo que

conducirá el agua hasta el rio Odiel. Se ha comprobado que las dimensiones de todos canales sea suprior al

caudal de alivio.

12.3. TOMA/DESAGÜE DE FONDO

Se ha diseñado una toma de fondo que a su vez sirva como desagüe de fondo. La función de toma sería poder

cumplir los requisitos de demanda que como ya se ha explicado sería una demanda de riego y otra de abastecimiento y ambas parten desde la balsa.

La función de desagüe no es más que el poder tener una conducción que tenga una capacidad suficiente de

desagüe igual al caudal aportado, y serviría para un desembalse en caso de limpieza, avería o cualquier otra

circunstancia que exija el vaciado de la balsa.

La salida de estas tomas se ha colocado en la esquina suroeste de la balsa, ya que la balsa tiene una pendiente en

su solera del 0.1 % en esa dirección.

Para los diámetros de las conducciones se han adoptado los correspondientes a las tuberías de distribución y cuyo cálculo no es objeto de nuestro proyecto. Juntos tienen una capacidad de 14 m3/s de caudal.

Estas tuberías irían enterradas en el fondo de la balsa para lo que se realizaría una excavación de una zanja de

10.4 metros de anchura por 3.70 metros de anchura en una longitud de unos 82 metros. Una vez que fuesen

colocadas las tuberías se rellenaría de hormigón en masa para conseguir una buena consolidación.

A la salida de la balsa, conectarían con una caseta de control donde se ubicarían todas las válvulas para realizar

la apertura o cierre de estas conducciones según la necesidad.

12.4. RED DE DRENAJE

Como se especifica en el anejo 2.4. Cálculos hidráulicos, la impermeabilización exigida será una lámina de

PEAD cuyo factor K/e=10-10 s-1.

Para esta lamina se han calculado las filtraciones que se producirían tanto en el fondo del vaso como en la paredes laterales, obteniendo que el caudal total de filtración será de 0.0244 l/s, lo que supondría un volumen de 758.9

m3 suponiendo que el embalse permaneciera durante un año a su máximo nivel.

No tanto por el caudal de filtración sino por dotar a la balsa de un buen sistema de seguridad ante la rotura de la lámina de PEAD, se colocará una red de drenaje que recoja aquellas filtraciones que puedan producirse.

Además, esta red será sectorizada, pudiendo localizar de esta forma de donde proviene la fuga.

Se proyecta pues un colector perimetral a lo largo del fondo del embalse que recoja el agua procedente de las paredes laterales y una red de colectores interior, para recoger la que se encuentre bajo el fondo.

Estos colectores serán todos ellos de PVC especiales para drenaje y los diámetros serán de 200 mm para la red

perimetral y para la base, se realizaran colectores de 100 mm, conectados a uno de recogida de PVC de 200 sin

ranurar. Las capacidades de estos colectores son muy superiores a los caudales de filtración por los motivos expuestos anteriormente.

Todas las tuberías de drenaje saldrían al exterior por el mismo lugar de la toma/desagüe de fondo.

Todos los cálculos referentes a estos elementos hidráulicos se encuentran en el aejo 2.4. Calculos Hidraulicos.




13 PRESUPUESTO

Se ha calculado el presupuesto de ejecución de la balsa donde se detallan todos sus componentes. Se adjunta el

documento desglosado en el anejo 2.7. Presupuesto.

El precio total de la obra asciende a la cuantia de 2,220,706.78 €.

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