Optimización de arquetas en conducciones de agua.

Experiencias prácticas en el proyecto de ampliación y mejora del abastecimiento a los municipios situados en

la zona denominada Sistema Alberche (Toledo) Javier Romero

ACUATAJO

ljromero@aguas-tajo.com

Introducción

El objeto del proyecto es la definición, desarrollo y valoración de las actuaciones correspondientes a las infraestructuras hidráulicas necesarias para la construcción de la Ampliación y Mejora del Abastecimiento de los Municipios Situados en la Zona Denominada Sistema Alberche, en la provincia de Toledo.

La actuación supone la construcción de un una red general de abastecimiento de agua potable, que partiendo de recursos ya disponibles (embalse de Picadas - ETAP de Valmojado), conducirán el agua tratada hasta los depósitos de todos los municipios del ámbito de Proyecto. Las acciones que contiene la actuación son principalmente conducciones (tubería enterrada). Toda la obra se realizará en la Comunidad de Castilla - La Mancha, provincia de Toledo.

El ámbito de estudio se corresponde, de forma directa, con los municipios actualmente abastecidos por sistemas propios en el entorno de la cuenca del río Alberche y, de forma indirecta, con algunos municipios actualmente abastecidos por el Sistema Picadas II.

En el presente Proyecto, partiendo del Proyecto de Ampliación y Mejora de Abastecimiento del Sistema Picadas I, Picadas II y zona del río Alberche (Toledo), se ha vuelto a estudiar la problemática existente en cada uno de los municipios, dado que en el tiempo transcurrido se han alterado las previsiones de crecimiento planteadas con anterioridad, haciendo además la diferenciación de los distintos núcleos poblacionales existentes en cada uno de los municipios, rehaciendo así el estudio de demandas y capacidad de regulación de los depósitos existentes, así como los cálculos y modelizaciones hidráulicas correspondientes a las conducciones estudiadas y propuestas.

La necesidad de tener en consideración algunos municipios actualmente abastecidos por el Sistema Picadas II, se deriva de la imposibilidad, en un horizonte de 10 años, de que su demanda de agua potable sea satisfecha a través del sistema mencionado como consecuencia del importante crecimiento estimado para dichos municipios.

Todo esto ha ocasionado la necesidad de construir un depósito regulador en Almorox que garantice el suministro de agua en caso de avería, de tal forma que se pueda abastecer desde éste a los distintos municipios de la zona Alberche, a excepción de Méntrida y los municipios de Picadas II. Además, para asegurar la renovación del agua en este depósito se ha previsto que en el tramo de Paredes de Escalona a Almorox exista doble conducción, una de entrada y otra de salida, de tal forma que en situación normal se abastezca directamente desde él a los pueblos de la sierra.

De esta forma el sistema queda configurado en dos tramos principales, con dependencia uno de otro: la Conducción Principal 1 llevará agua desde la E.T.A.P. de Valmojado hasta el nuevo depósito regulador de Almorox, distribuyendo, además, agua a los núcleos que se encuentra a su paso; la Conducción Principal 2 llevará agua desde el depósito regulador de Almorox hasta Pelahustán, distribuyendo, también, agua a los núcleos que se encuentra a su paso, siendo precisa una re-impulsión en el tramo final para poder alcanzar el depósito municipal de Pelahustán.

Esta actuación general permitirá garantizar el abastecimiento de agua actual y futuro, satisfaciendo la demanda en cantidad y calidad, a todos los municipios incluidos en el ámbito de estudio. Por la propia

configuración del sistema de distribución en alta, una vez llevada a cabo la ampliación, se logra una mejora importante en materia de infraestructura hidráulica y por tanto en capacidad de abastecimiento.

La interrelación de la actuación general de ampliación del Sistema Alberche con el Sistema Picadas I y Picadas II, se refleja en el esquema funcional adjunto:

SISTEMA PICADAS II

• ETAP de Valmojado II • Sistema General (en construcción)

SISTEMA ALBERCHE

• Conducción nº 1. Valmojado - Almorox • Nuevo depósito regulador de Almorox • Conducción nº 2. Almorox - Pelahustán • Bombeo e impulsión • Ramales secundarios a depósitos municipales

SISTEMA PICADAS I • ETAP de Valmojado I • Sistema General Valmojado – Toledo • Subsistema de la Mancomunidad de la Sagra Alta • Subsistema de la Mancomunidad de la Sagra Baja

SISTEMA PICADAS – VALMOJADO

• Recurso del embalse de Picadas• Estación de Bombeo de Picadas• Conducción forzada

Se presenta a continuación un esquema explicativo de la configuración de este macrosistema en donde se puede apreciar la configuración de la actuación general para el Sistema Alberche, con agua procedente del embalse de Picadas, y cómo se interrelaciona con los sistemas ya existentes o en construcción dentro del ámbito de estudio.

También se incluye a continuación la localización geográfica de la actuación en los municipios afectados, así como un esquema explicativo de la configuración de funcionamiento general del Sistema Alberche.

Justificación de la solución adoptada

Las obras hidráulicas de abastecimiento a poblaciones por medio de conducciones conllevan siempre la ejecución de unidades habituales y con carácter muy repetitivo a lo largo de toda su extensión. Además, la necesidad de adaptarse a la orografía del terreno, da lugar a que el número de arquetas de ventosa y desagüe sea muy elevado. Todo ello hace que su ejecución se convierta en una de las actividades críticas para el cumplimiento del plazo de la obra.

La obtención de mayores rendimientos en la ejecución y, por tanto, la reducción de plazos y costes en dicha operación, es el principal motivo para plantearse la sustitución de las arquetas tradicionales de desagüe y ventosa de hormigón armado ejecutadas in situ por arquetas prefabricadas. Cabe señalar en este punto que, obviamente, a mayor tamaño del proyecto y, con ello, mayor número de arquetas sean necesarias, más se inclinará la balanza a favor de la prefabricación de dichos elementos.

Otro importante objetivo que nos marcamos a la hora de decidir por el cambio lo constituyó el hecho de que no queríamos perder ninguna de las funcionalidades que presentan las arquetas ejecutadas tradicionalmente. Esto es, no podíamos disminuir su tamaño, tampoco dividir la arqueta en módulos separados que introdujeran juntas adicionales (sobretodo en solera), que provocaran más problemas posteriores que beneficios (más que la simple reducción de peso y de volumen de hormigón). De hecho la solución adoptada presenta una solera con un primer tramo de alzado ejecutado en fábrica, por lo que elimina totalmente el riesgo de pérdida de estanquidad en la junta solera-alzado.

Por otra parte, soluciones prefabricadas del tipo usual en canalizaciones eléctricas, pequeños saneamientos u otros tipos de registros habituales, no nos aportaban de calidad, durabilidad y operatividad requeridos para este tipo de arquetas.

Los moldes diseñados nos aportan unas arquetas que cumplen sobradamente con los condicionantes estructurales, funcionales y garantizan el perfecto estado de conservación del equipamiento en ellas instalado durante toda la vida útil estimada de la infraestructura proyectada.

Una vez fabricadas las piezas y transportadas a la obra, se puede llevar la colocación de las diferentes piezas y sellado de las uniones en muy pocas jornadas de trabajo. De esta manera se eliminan gran cantidad de actividades a realizar en obra como encofrados, colocación de armaduras, hormigonado, colocación de pates, rejillas, etc.…, ya que todos estos oficios se llevan a cabo en fábrica en unas condiciones que permiten mayores rendimientos.

Por otra parte se reducen las interferencias con el montaje de tubería, ya que únicamente tiene que estar colocada la pieza base con anterioridad. Posteriormente se monta la tubería y la pieza T de fundición y demás accesorios, en una segunda fase se colocan el resto de piezas y se sellan las uniones. Se elimina la necesidad de llevar a cabo huecos en los alzados para el posterior paso de la tubería o la colocación de pasamuros con los problemas que conllevan.

Otra ventaja fundamental es la seguridad y la limpieza de la obra. Al eliminarse las actividades de ferrallado, encofrado y hormigonado, no son necesarios la colocación de andamios, se reducen los trabajos en altura y se mantiene el tajo limpio de maderas y hierros con la consiguiente mejora de las condiciones de seguridad del tajo.

Por último la calidad del acabado de las arquetas prefabricadas es superior a la obtenida generalmente en hormigonados in situ. La estanqueidad en el punto más crítico que es el arranque de los alzados es total ya que se hormigona la pieza en un sola operación. Con el posterior sellado final de juntas se obtiene un producto final estanco.

Proceso de fabricación de la arqueta prefabricada

El proceso de fabricación de las arquetas en fábrica consta de las siguientes actividades:

Fase 1: Preparación del molde.

a. Preparación del molde para el tipo de arqueta a fabricar.

b. Colocación de los útiles, huellas para huecos, rejillas y/o anclajes de manipulación con sus separadores.

c. Impregnación de desencofrante.

Fase 2: Fabricación de armaduras.

a. Fabricación de armadura para el tipo de arqueta a fabricar.

b. Colocación de separadores de plástico. c. Instalación de armaduras dentro del molde.

Fase 3: Hormigonado.

a. Fabricación de hormigón autocompactante según fórmula. b. Llenado el molde de hormigón y enrase por autonivelación del hormigón

autocompactante.

c. Autocompactación del hormigón.

Fase 4: Curado con vapor de agua.

Fase 5: desmoldeo.

a. Desmoldeo del molde exterior. b. Desmoldeo del molde interior. c. Manipulación de la pieza a zona de post-curado.

Fase 6: Volteo.

Fase 7: Identificación de la pieza y conformidad.

Fase 8: Almacenamiento.

Fase 9: Carga y entrega.

Proceso de ejecución de arquetas prefabricadas

El proceso de ejecución de las arquetas prefabricadas se realiza en las siguientes fases:

Fase 1: Replanteo de la arqueta, excavación hasta la cota base de hormigón. Vertido y nivelación del hormigón de limpieza y extendido de cama de arena.

En esta fase se vierten y extienden 10 cm de hormigón de limpieza sobre el cual se coloca una fina capa de arena para la nivelación exacta de la pieza base de la arqueta.

Fase 2: Colocación de la pieza base.

Mediante elevación con grúa se coloca la pieza base en la posición replanteada.

Fase 3: Relleno y compactación del trasdós de la pieza base hasta la cota de colocación del tubo.

Se rellena el trasdós de la arqueta hasta la cota de la generatriz inferior del tubo para la colocación de la tubería. Esta zona de apoyo será conflictiva por lo que será necesaria una buena compactación.

Fase 4: Colocación de la tubería, incluida la T para la posterior colocación de la ventosa o de las válvulas de compuerta para el desagüe.

Se coloca la tubería hasta la boca de la arqueta. En el exterior se ejecuta el corte de la longitud de tubería necesaria y la colocación de la T de desagüe o ventosa según sea necesario. Y se coloca el tramo sobre la pieza base de la arqueta.

Fase 5: Instalación de la calderería y valvulería.

En esta fase se colocarán las válvulas de compuerta, codos de desagüe o ventosas según sea el caso.

Fase 6: Colocación de la pieza de cierre de la tubería.

Mediante elevación con grúa se coloca la pieza de cierre de la tubería que irá encajada en la pieza base al ser piezas machihembradas.

Fase 7: Colocación de las piezas intermedias necesarias para llegar a la cota de terreno.

Mediante elevación con grúa se coloca las piezas intermedias necesarias hasta la cota de terreno que irán encajadas en las piezas inferiores al ser piezas machihembradas.

Fase 8: Sellado e impermeabilización de la junta entre tubería y arqueta, y en las juntas entre piezas de arqueta, con masilla elástica. Posteriormente se impermeabiliza la masilla con pintura sellante y con banda bituminosa autoadhesiva.

Se ejecutará la impermeabilización de la unión entre tubería y arqueta colocando un cordón de junta entre el tubo y las paredes de la arqueta y con el relleno de un mortero de cemento y arena. Se impermeabilizará el mortero con una masilla elástica y ser rodeará la masilla con una banda de sellado autoadhesiva.

Para la impermeabilización de las juntas entre piezas de arquetas se usará una masilla elástica en una primera fase y se cubrirá mediante una banda bituminosa autoadhesiva en la segunda fase.

Fase 9: Relleno y compactado de los trasdós de las arquetas.

Se rellena el trasdós de la arqueta hasta la cota de terreno natural en tongadas de 50 cm que se compactará por tongadas.

Fase 10: Colocación de la tapa de cierre de la arqueta.

Mediante elevación con grúa se coloca la tapa de la arqueta que viene preparada con los huecos de acceso y la tapa.

Ventajas e inconvenientes de las arquetas prefabricadas

Ventajas

Seguridad en el trabajo: Evitando trabajos en altura, instalación de andamios, limpieza de la zona, menor tiempo de ejecución. Anula prácticamente el riesgo de accidente.

Rapidez de ejecución con interferencia mínima con el montaje de tubería y en la colocación de la pieza especial en “T” para los desagües o ventosas, según el caso.

Minimización y conocimiento del coste final real (desconocido habitualmente en las obras, para este tipo de unidades en su ejecución tradicional, hasta la finalización de los trabajos).

Menores recursos empleados. Calidad de ejecución mejorada respecto a las ejecutadas in situ. Mejora ambiental al no tener ningún residuo sobre el terreno natural, tales como restos de

armadura, hormigones, plásticos, vertidos de desencofrante, aceites, gas-oil de los grupos electrógenos, etc.

Inconvenientes

Necesidad de programar y ejecutar caminos de acceso y salida de los camiones de transporte y grúa de colocación de las arquetas.

El precio del prefabricado compensa su ejecución a partir de un número elevado de arquetas. Menor flexibilidad para elegir tamaño de arqueta según diámetro de la tubería.

Estudio comparativo de ejecución tradicional y prefabricada

Arqueta de ventosa tradicional

Se trata de una arqueta de hormigón armado ejecutada in situ con el siguiente esquema:

Donde están incluidos los siguientes elementos:

El proceso de ejecución de este tipo de arqueta es el siguiente

1) Replanteo de la arqueta.

2) Excavación

3) Hormigón de limpieza (10 cms)

4) Montaje de armadura de solera

5) Hormigonado de solera

6) Montaje tubería y T enchufe – enchufe – brida

7) Encofrado alzado interior

8) Montaje armadura alzado

9) Montaje de rejillas

10) Encofrado exterior alzado

11) Hormigonado alzado

12) Desencofrado alzado

13) Colocación de pates

14) Sellado

15) Colocación de tapa.

A continuación se muestra un diagrama de barras con el ciclo de fabricación de una arqueta de ventosa de hormigón armado ejecutada in situ

PROGRAMA DE TRABAJOS UNITARIO PARA EJECUCIÓN DE UNA ARQUETA DE VENTOSA POR MÉTODO TRADICIONAL

El plazo estimado para la ejecución de una arqueta de este tipo es de 10 días de trabajo.

Arqueta de ventosa prefabricada

Se trata de una arqueta prefabricada con el siguiente esquema:

Donde están incluidos los siguientes elementos:

El proceso de ejecución de este tipo de arqueta es el siguiente

1) Replanteo

2) Excavación

3) Hormigón de limpieza (10 cms)

4) Cama de arena de nivelación

5) Montaje pieza base

6) Montaje tubería y T enchufe – enchufe – brida

7) Montaje de resto de piezas B, C, D y E

8) Sellado

9) Colocación de tapa

A continuación se muestra un diagrama de barras con el ciclo de fabricación de una arqueta de ventosa de hormigón armado prefabricada

PROGRAMA DE TRABAJOS UNITARIO PARA EJECUCIÓN DE UNA ARQUETA DE VENTOSA PREFABRICADA

El plazo estimado para la ejecución de una arqueta de este tipo es de 5 días de trabajo.

Arqueta de desagüe tradicional

Se trata de una arqueta de hormigón armado ejecutada in situ con el siguiente esquema:

Donde están incluidos los siguientes elementos:

El proceso de ejecución de este tipo de arqueta es el siguiente

1) Replanteo

2) Excavación

3) Hormigón de limpieza (10 cms)

4) Montaje de armadura de solera

5) Hormigonado de solera

6) Colocación de junta hidroexpansiva

7) Montaje tubería y T enchufe – enchufe – brida

8) Montaje valvulería

9) Encofrado alzado interior

10) Montaje armadura alzado

11) Montaje de rejillas

12) Encofrado exterior alzado

13) Hormigonado alzado

14) Desencofrado alzado

15) Colocación de pates

16) Sellado

17) Colocación de tapa

A continuación se muestra un diagrama de barras con el ciclo de fabricación de una arqueta de desagüe de hormigón armado ejecutada in situ:

PROGRAMA DE TRABAJOS UNITARIO PARA EJECUCIÓN DE UNA ARQUETA DE DESAGÜE POR MÉTODO TRADICIONAL

El plazo estimado para la ejecución de una arqueta de este tipo es de 12 días de trabajo.

Arqueta de desagüe prefabricada

Se trata de una arqueta prefabricada con el siguiente esquema:

Donde están incluidos los siguientes elementos:

El proceso de ejecución de este tipo de arqueta es el siguiente

1) Replanteo

2) Excavación

3) Hormigón de limpieza (10 cms)

4) Cama de arena de nivelación

5) Montaje pieza base

6) Montaje tubería y T enchufe – enchufe – brida

7) Montaje valvulería

8) Montaje de resto de piezas B, C, D y E

9) Sellado

10) Colocación de tapa

A continuación se muestra un diagrama de barras con el ciclo de fabricación de una arqueta de desagüe de hormigón armado prefabricada:

PROGRAMA DE TRABAJOS UNITARIO PARA EJECUCIÓN DE UNA ARQUETA DE DESAGÜE PREFABRICADA

El plazo estimado para la ejecución de una arqueta de este tipo es de 6 días de trabajo.