Resolución-Modificación del trazado mediante perforación horizontal dirigida para evitar zonas kársicas en Nerja

Perforación horizontal dirigida para evitar zonas kársicas en Nerja
(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 101)

César Rodríguez Zugasti; Ingeniero de Caminos. Jefe de Área de Geotecnia y Firmes de Lantania
Antonio Díaz García; Ingeniero de Caminos. Jefe de Área de Hidráulica de Lantania
Isidro Rodríguez Veloso; Ingeniero de Caminos. Gerente de Agua de Lantania.
Jesús Díaz Cuevas; Ingeniero de Caminos. Director Oficina Técnica de Lantania.

Se comentan las perforaciones horizontales dirigidas PHD ejecutadas para las redes de saneamiento de la nueva EDAR de Nerja. Han servido para la conexión entre redes existentes, salvando una zona kárstica, la Cueva del Bendito, bajo un mirador emblemático de Nerja. El desnivel entre las perforaciones se ha resuelto mediante un pozo vórtice de disipación de energía.

1 Introducción

En este artículo se describen ciertas actuaciones de interés geotécnico, hidráulico y de tecnología sin zanja llevadas a cabo en la obra Proyecto y ejecución de las obras de la EDAR, colectores interceptores, estaciones de bombeo y emisario submarino de Nerja, Plan de Saneamiento Integral Costa del Col-Axarquia. sector Nerja (Málaga) promovida por la Dirección General del Agua, del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico y ejecutada por la empresa LANTANIA, S.A.U. con D. Ricardo Asensio como Jefe de Obra. El Proyecto comprendía la ejecución de varios colectores, que terminaban en una estación de bombeo de aguas residuales (EBAR de Burriana), desde la que se impulsaba a la EDAR de Nerja, objeto también de este contrato.

El tramo final del colector de llegada a la EBAR, a la cota de la playa de Nerja, estaba previsto que conectara con el colector de la ciudad, proveniente del Tramo III anterior, a más altitud, mediante una perforación dirigida de PEAD DN 630 mm que se iniciaba bajo el Parador.

Para evitar la perforación en los conglomerados y oquedades superiores, debidas a la disolución de la roca caliza, ver Figura 1, que podrían dar lugar a fugas de lodos bentoníticos y desviación del trazado o pérdida del equipo, se modificó el trazado. Esta desviación suponía estar unos 8,6 m más bajo de lo previsto en Proyecto en el punto de conexión con el colector que venía de la ciudad, y 16,0 m bajo la cota de la calle.

Dado el gran valor turístico de esta zona con playa y mirador, las primeras soluciones que implicaban estructuras vistas en la cueva y muros desde la playa se descartaron, prefiriendo la opción reflejada en la Figura 3, de trazado subterráneo.

Figura 1: Geología en la Cueva del Bendito, punto de salida de las dos conducciones.
Figura 2: Solución diseñada y practicada de unión de las conducciones.

2 Marco geotécnico

La geotecnia de la zona reconocida por los sondeos, precisa una primera capa de rellenos antrópicos de 0,5 m de espesor en el S-01 y de 1,0 m en el S-02, sobre un estrato rocoso formado por conglomerados. El sondeo más profundo S-03 indica una capa de areniscas bajo los conglomerados a profundidades entre 14,0 y 18,0 m.

Los conglomerados tienen distintos grados de alteración, así en el S-1 se presenta intensamente fracturado, Grado de meteorización GM II – II entre las profundidades 0,5 a 3,0 m y 8,0 a 11,0 m. El resto del sondeo, entre 3,0 y 8,0 m de profundidad, así como todo el sondeo S-2 se presenta algo alterado, GM I – II. Incluso en el sondeo S-02 se encuentran algunas cavidades decimétricas estables, prueba de su competencia.

3 Actuaciones diseñadas y ejecutadas

Para la ejecución del tramo subterráneo se diseñaron dos pozos independientes, buscando procurar la mínima afección al entorno, por eso se modificó el diseño inicial en el que ambas hincas partían de un mismo pozo en forma de cruz, ver Figura 3. Se desplazó el Pozo 2 (P2) con el objeto de evitar el corte del acceso al parking público, además de reducir la ocupación del cruce entre ambas calles.

Estos dos pozos de 7,0 m de profundidad se excavaron en unos conglomerados muy competentes, con resistencias a compresión simple medias superiores a 50 MPa. Incluso en las peores hipótesis, roca muy alterada, mucho peor que el real detectado en los sondeos, las deformaciones no llegan al milímetro, con lo que no hubiera sido necesario realizar ninguna contención a la excavación.

Figura 3: Diseño inicial y final de los pozos de ataque de las hincas.

Para aumentar la seguridad en los trabajos, se ejecutó en el Pozo 1 (P1) una pantalla ligera de micropilotes 127/8,8 mm de 10,0 m de longitud, dispuestos cada 1,0 m a ambos lados de la zanja en la zona más próxima a las edificaciones. Se planteó esta pantalla como apoyo a entibaciones si fuera necesario (ver Figura 4).

Figura 4: Excavación de los dos pozos de ataque.

Las hincas rotativas en roca fueron de 1000 mm de diámetro y 154 m de longitud total a unos 8 m de profundidad. En la Figura 5 superior se aprecia el pozo de ataque, en la Figura 5 inferior se ve la cabeza de perforación y cueva cercana. Para garantizar el éxito de esta operación, se emplearon sistemas de localización mediante radiodetección de tubería en superficie.

Figura 5: Hinca y cabeza de perforación.

El punto de unión de las nuevas conducciones se hizo en la rotonda, ver Pozo 4 (P4) de la Figura 2. Existía un desnivel entre ambas conducciones de 8,6 m, lo que suponía la ejecución de un pozo de 16,0 m de profundidad desde la calle, de 1,5 m de diámetro interior.

La estabilidad del mismo se verificó mediante un modelo axilsimétrico de elementos finitos, realizado mediante el programa RS2 de rocscience. Se calcularon 42 fases para modelizar cada excavación de 70 cm y posterior revestido de fábrica. Los resultados obtenidos muestran que la deformación esperable es despreciable, con máximos de 2,2 mm en los tramos más superficiales, por encima de la plataforma de trabajo, en la zona de suelos (ver Figura 6).

Figura 6: Verificación pozo mediante elementos finitos.

En la ejecución del pozo en roca, incluso sin disponer el revestimiento de ladrillo, las deformaciones fueron del orden de 0,8 mm. Teniendo en cuenta sobre todo la escasa magnitud de las deformaciones calculadas, se pudo concluir que el pozo se podía ejecutar sin sostenimiento. Los ladrillos supusieron una contención adicional.

La ejecución se llevó a cabo mediante medios manuales y mecánicos, en dos fases de avance y destroza. Se realizó una perforación inicial mediante máquina de micropilotes para facilitar la excavación posterior de la roca, ver Figura 7. También se aprovechó este pozo para la extracción de la cabeza perforadora.

Figura 7: Excavación del pozo de 16,0 m de profundidad y 1,5 m de diámetro interior.

El salto entre las conducciones de 8,6 m no pudo ser solventado con un simple pozo de registro, ya que estos sólo se deben disponer para saltos de rasante no mayores de 0,6 m – 1,0 m. Había que evitar los problemas de la caída libre del agua como son: aparición de depresiones en los fenómenos turbulentos que, por falta de aireación, pueden conllevar cavitación y pandeos por depresión en los tubos, problemas importantes de abrasión que acortan la vida de la instalación y ruidos y vibraciones significativas que, en un entorno urbano, pudieran no ser admisibles. Por ello, se requería una estructura de caída mediante la cual se disipase la energía debida al desnivel. Existen varios tipos de disipadores de energía de uso habitual en colectores, pero esta situación es especial y compleja, por cuanto se trataba de una obra en un entorno urbano, con espacio reducido, la estructura debía ser vertical y con un desnivel importante. Estos condicionantes unidos al hecho de que los caudales serán muy fluctuantes por la variable estacional y que el flujo de agua llegaba en régimen rápido, prácticamente eliminaba la totalidad de las posibles estructuras de disipación de energía, salvo el pozo vórtice.

En este tipo vórtice el flujo laminar que llega se transforma en flujo rotacional que cae por el pozo con un movimiento helicoidal, pegado a las paredes internas, disipándose la energía por la fricción con la pared (ver Figura 8).

Figura 8: Diseño, colocación y funcionamiento del pozo vórtice.

4 Conclusiones

Con el objeto de evitar una perforación horizontal dirigida en un entorno kárstico con cavidades que podrían ocasionar pérdida de equipo y desviaciones importantes, se optó por una modificación del trazado hacia zonas más profundas que no tuvieran esta problemática. La conexión entre conducciones a muy distinto nivel obligó a un pozo vertical de 16,0 m de profundidad excavado por medios manuales y mecánicos, donde se instaló un pozo vórtice para disipar la energía y permitir el salto del agua.

Se ha descrito la labor de ingeniería y diseño llevada a cabo para solventar una dificultad añadida en la ejecución programada, buscando la mejor solución desde el punto de vista no solo técnico, sino turístico.

5 Referencias bibliográficas

  • Vasiliki N. Georgiannou, Andreas Serafis and Eleni-Maria Pavlopoulou (2017) Analysis of a Vertical Segmental Shaft Using 2D & 3D Finite Element Codes International Journal of GEO-MATE, Aug, 2017, Vol.13, Issue 36, pp.138-146 Geotec., Const. Mat. & Env., Japan. http://dx.doi.org/10.21660/2017.36.88132
  • Daniel L. Vischer y Willi H. Hager editores (1995). Energy Dissipators. Taylor & Francis.