efecto barrera
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"PROTECCIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS<br />
EN OBRA CIVIL.<br />
DISPOSITIVO DE ‘BYPASS’ PARA EVITAR<br />
‘EFECTO BARRERA’”.<br />
EFECTO BARRERA<br />
Aplicación a la obra para la construccion del tramo Hospitalet-<br />
Can Tunis de la línea de tren de alta velocidad<br />
Ander López Espina
Introducción: la Obra<br />
• Construcción<br />
de falso túnel<br />
con pantallas<br />
del tramo de<br />
tren de alta<br />
velocidad en el<br />
acuífero<br />
superficial del<br />
delta del<br />
Llobregat.<br />
Delta Llobregat<br />
EFECTO BARRERA<br />
• Tramo<br />
“Hospitalet-Can<br />
Tunis”<br />
• 1500 m. en<br />
túnel + 500 m.<br />
en trinchera<br />
Autovía de Castelldefells<br />
Río Llobregat<br />
Cinturón Litoral<br />
Cercanías RENFE
Introducción<br />
• Falso túnel<br />
Excavación<br />
EFECTO BARRERA<br />
Pantallas<br />
Acuífero<br />
superficial<br />
Acuitardo<br />
Acuífero<br />
principal
Introducción: Localización<br />
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA<br />
Introducción: Construcción Pantallas
EFECTO BARRERA<br />
Introducción: Desarrollo de la obra.
Motivación<br />
EFECTO BARRERA<br />
• Las pantallas seccionan el acuífero en toda su vertical y en<br />
una dirección subperpendicular al flujo subterráneo.<br />
• Esto deriva en:<br />
- La aparición de un desnivel piezométrico ‘Efecto Barrera’<br />
entre el lado situado aguas arriba y el situado aguas abajo<br />
- Alteración del flujo natural en el acuífero<br />
- Posible afección a la estructura del túnel<br />
Objetivos<br />
• El objetivo que se plantea con este estudio es<br />
minimizar este <strong>efecto</strong> asegurando un flujo similar al<br />
natural a través de la estructura.
Metodología<br />
• Recopilación de información relativa a la geología<br />
general del delta así como el funcionamiento<br />
hidrogeológico de los acuíferos que lo conforman.<br />
EFECTO BARRERA<br />
• Caracterización más rigurosa a escala de trazado tanto<br />
de la geología como de la hidrogeología del mismo.<br />
- datos de sondeos.<br />
- datos de CPTU.<br />
- datos de la red de observación (niveles).<br />
- interpretación de ensayos de bombeo y<br />
recuperación.
Metodología<br />
• Obtención de un valor de caudal de paso que debería<br />
atravesar el tramo.<br />
EFECTO BARRERA<br />
• Prediseño de el dispositivo encargado de trasvasar el<br />
agua de un lado al otro del trazado<br />
• Optimización del dispositivo mediante un modelo<br />
numérico de simulación.
EFECTO BARRERA<br />
Caracterización hidrogeológica regional
Caracterización hidrogeológica regional<br />
• Geología bien conocida desde mediados de S. XX.<br />
• Complejo deltáico. Materiales detríticos de edad Pleistocena<br />
a Holocena que descansan discordantemente sobre<br />
materiales de Paleozoico a Plioceno.<br />
EFECTO BARRERA<br />
• Se definen cuatro deltas (Q1-4) de ellos los 3 más antiguos<br />
se sitúan debajo del mar (Q1-3)<br />
• El delta emergido actual Q-4 se forma como resultado de la<br />
transgresión Holocena y consta de arenas gravas y limos<br />
que han avanzado hacia el mar desde hace<br />
aproximadamente 6000 años
Geología de la traza y unidades<br />
hidrogeológicas<br />
4577400<br />
4577200<br />
4577000<br />
PZ-1<br />
PZ-3<br />
PZ-2<br />
PZ-4<br />
PZ-7 y PZ-7N<br />
PZ-17<br />
PZ-15<br />
PZ-11N PZ-13 PZ-18<br />
PZ-16<br />
PZ-14N<br />
4576800<br />
PZ-6 PZ-8 y PZ-8N<br />
PZ-12 y PZ-12N<br />
4576600<br />
424200 424400 424600 424800 425000 425200 425400 425600 425800 426000 426200 426400<br />
EFECTO BARRERA<br />
Longitud del tramo: 2500 m.<br />
Espesor saturado del acuífero superficial: variable entre 5 y 10 m.
Evolución piezométrica<br />
4577400<br />
4577200<br />
4577000<br />
0.42<br />
0.44 0.28<br />
0.37<br />
0.2<br />
0.28<br />
0.25<br />
0.02*<br />
0.14<br />
0.08<br />
0.092<br />
-0.087<br />
-0.01 -0.042<br />
0.06<br />
17-09-2003<br />
4576800<br />
4576600<br />
424200 424400 424600 424800 425000 425200 425400 425600 425800 426000 426200 426400<br />
EFECTO BARRERA<br />
4577400<br />
4577200<br />
4577000<br />
4576800<br />
4576600<br />
0.5<br />
0.25<br />
0.34<br />
0.365 0.12<br />
0.185<br />
0<br />
-0.25<br />
-0.5<br />
-0.415<br />
-0.735<br />
-1.015<br />
-1<br />
-0.75<br />
-0.255<br />
-0.298 -0.235<br />
-0.378 -0.23<br />
-0.355<br />
424600 424800 425000 425200 425400 425600 425800 426000 426200<br />
09-02-2004
Evolución piezométrica<br />
4577400<br />
4577200<br />
4577000<br />
4576800<br />
0.29<br />
0.5 0.25<br />
-0.845<br />
0<br />
-0.5<br />
-0.25<br />
-0.71<br />
-0.385<br />
-0.522<br />
4576600<br />
424200 424400 424600 424800 425000 425200 425400 425600 425800 426000 426200 426400<br />
0<br />
23-11-2004<br />
EFECTO BARRERA<br />
4577400<br />
4577200<br />
4577000<br />
4576800<br />
4576600<br />
-1<br />
-1.25<br />
-1.29<br />
-0.34<br />
-0.5<br />
-0.75<br />
-0.96 -0.01<br />
-0.25<br />
-0.91<br />
-0.43<br />
424400 424600 424800 425000 425200 425400 425600 425800 426000 426200<br />
-0.5<br />
19-05-2005
Parámetros hidráulicos<br />
• Obtenidos a partir de ensayos de bombeo y<br />
recuperación:<br />
Acuífero superficial:<br />
EFECTO BARRERA<br />
Valores de k entre<br />
50-100 m/día<br />
Valores de coeficientes de almacenamiento<br />
0.01 – 0.05
Caudal de paso<br />
Transmisividad<br />
aproximada<br />
500 - 1800 m2/día.<br />
4580000<br />
4578000<br />
Gradientes en la zona:<br />
Entre 1/1000 y 1.5/1000<br />
4576000<br />
EFECTO BARRERA<br />
Caudales a través del<br />
tramo<br />
Entre 1750 y 6000 m 3 /día.<br />
4574000<br />
4572000<br />
4570000<br />
416000 418000 420000 422000 424000 426000 428000 430000<br />
Coordenadas UTM
Prediseño dispositivo<br />
• Funciones que debe cumplir:<br />
EFECTO BARRERA<br />
- Captar el agua del acuífero, transportarla a través de<br />
la estructura para finalmente descargarla al otro lado.<br />
- El flujo debe ser natural no inducido.<br />
- La distribución piezométrica resultante debe parecerse<br />
lo mas posible a la natural.<br />
- Durabilidad frente a<br />
- Colmatación por finos<br />
- Colmatación química<br />
- Bajo coste, poco aparatoso y de fácil construcción.
Prediseño dispositivo<br />
4<br />
8<br />
9<br />
1<br />
2<br />
3<br />
1.- Pantallas<br />
2.- Juntas entre pantallas<br />
3.- Zanja de grava<br />
4.- Tubería de pvc de 4” atraviesa las<br />
pantallas por las juntas<br />
5.- Grifos<br />
6.- Contador de caudal<br />
7.- Acceso a tubería para<br />
mantenimiento<br />
8.- Canaleta en el hormigon<br />
9.- Plancha de acero entre balasto y<br />
tubería<br />
10.- balasto<br />
11.- contrabóveda<br />
EFECTO BARRERA<br />
5<br />
q 6<br />
7 7<br />
4<br />
10<br />
11<br />
1<br />
3<br />
3<br />
6<br />
4<br />
8<br />
q<br />
2<br />
7<br />
9<br />
5
Prediseño dispositivo<br />
• Variables:<br />
EFECTO BARRERA<br />
- Tamaño forma y composición de las zanjas de<br />
grava<br />
- Numero y separación entre dispositivos Bypass.<br />
- Relativo a la durabilidad:<br />
-Colmatación por finos<br />
-Colmatación química
Prediseño dispositivo<br />
Colmatación química<br />
Óxidos de Fe<br />
Fe 2+<br />
Fe 3+ al mezclar<br />
aguas anóxicas con aguas<br />
oxidadas<br />
Fe 2+ + O 2 + 10 H 2 O 4 Fe(OH) 3 + 8H +<br />
EFECTO BARRERA
Prediseño dispositivo<br />
Precauciones para prevenir la<br />
colmatación<br />
1<br />
7<br />
1. Pantalla<br />
2. Tubería ranurada<br />
6<br />
5<br />
EFECTO BARRERA<br />
3. Grava gruesa<br />
4. Gravilla fina o arena<br />
5. Geotextil<br />
6. Bentonita<br />
7. Arcillas de relleno<br />
8. Tubería de conexión<br />
9. Llaves de paso<br />
10. Accesos para<br />
limpieza<br />
9<br />
10<br />
8<br />
4<br />
3<br />
2
Optimización mediante modelo numérico<br />
• Consideraciones:<br />
EFECTO BARRERA<br />
- Modelación de flujo hacia una tubería ranurada en el<br />
interior de la zanja y perpendicular a la pantalla.<br />
- El modelo permite variar la separación entre zanjas,<br />
las dimensiones de las mimas y los caudales de<br />
admisión de cada una de ellas.<br />
- El modelo considera un acuífero libre de escaso<br />
espesor saturado.<br />
- Los resultados del modelo son distribuciones de<br />
niveles en régimen estacionario.
Optimización mediante modelo numérico<br />
• Herramientas<br />
- Simetría radial<br />
EFECTO BARRERA<br />
- Teoría de los pozos imagen<br />
p. i. 11<br />
p. i. 3<br />
p. i. 7<br />
p. imagen 1<br />
p. i. 5<br />
p. real<br />
p. i. 9<br />
p. imagen 2<br />
p. i. 13<br />
p. i. 4<br />
Bordes<br />
impermeables<br />
p. i. 12<br />
p. i. 8<br />
p. i. 6<br />
p. i. 10<br />
p. i. 14
Optimización mediante modelo numérico<br />
• Pozos imagen<br />
tunel<br />
EFECTO BARRERA<br />
p. i. 11<br />
p. i. 7<br />
p. i. 5<br />
p. i. 9<br />
p. i. 13<br />
p. i. 3<br />
p. imagen 1<br />
p. real<br />
p. imagen 2<br />
p. i. 4<br />
p. i. 12<br />
p. i. 8<br />
p. i. 6<br />
p. i. 10<br />
p. i. 14
Optimización mediante modelo numérico<br />
• Condiciones de contorno<br />
Nivel fijo o descenso nulo<br />
EFECTO BARRERA<br />
Borde<br />
impermeable<br />
Caudal<br />
fijo<br />
Borde<br />
impermeable
Optimización mediante modelo numérico<br />
Distribución de descensos con<br />
simetría radial<br />
EFECTO BARRERA<br />
Suma de <strong>efecto</strong>s debidos a<br />
un pozo imagen
Optimización mediante modelo numérico<br />
• Procedimiento:<br />
1) Calculo de modelo con simetría radial mediante el programa<br />
Visual Transin.<br />
EFECTO BARRERA<br />
2) Los datos de salida (descensos) se insertan en el programa<br />
‘pozo imagen’.<br />
- el programa pide numero y separación entre pozos imagen así<br />
como los puntos donde se desea que calcule los descensos ‘reales’<br />
(puede ser la malla original).<br />
- finalmente el programa interpola y suma los descensos debidos<br />
a todos los pozos en los puntos seleccionados.<br />
3) los datos de salida se visualizan en el Visual Meshplot si es que<br />
se utiliza la misma malla.
Optimización mediante modelo numérico<br />
Malla de elementos finitos<br />
para el calculo del modelo<br />
radial.<br />
Dimensiones<br />
700 m. * 1000 m<br />
EFECTO BARRERA
Optimización mediante modelo numérico<br />
• Datos de entrada<br />
Caudal: 300 m3 / día<br />
Borde de nivel fijo o<br />
descenso nulo a 700 m de la<br />
pantalla<br />
Separación entre<br />
dispositivos Bypass 300 m.<br />
EFECTO BARRERA<br />
Descenso máximo en<br />
el Bypass 2 m.<br />
Descenso mínimo en<br />
el punto medio entre<br />
2 Bypasses 0.5 m
Futuro<br />
• Realizar pasadas con el modelo bajo diferentes<br />
hipótesis (distintos diseños de zanjas de grava,<br />
distintas separaciones entre bypasses, distintos<br />
caudales de paso) y buscar el diseño mas óptimo.<br />
EFECTO BARRERA<br />
• Prevencion de colmatacion de las zanjas<br />
especialmente por óxidos de hierro.
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
EFECTO BARRERA
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