puesta en obra de tuberías de grandes diámetros de hormigón....
TRANSCRIPT
Puesta en obra de tuberías de grandes diámetros de hormigón. La experiencia de las actuaciones en los
Riegos Genil Cabra, Sectores XII-XVI Diego de la Rosa Bonsón
Jefe de Obras
TRAGSA. Delegación de Córdoba
Introducción La zona objeto del presente Proyecto abarca a los Sectores XII, XIII, XIV, XV y XVI pertenecientes a la Segunda Fase de la Zona Regable Genil-Cabra.
Todos los sectores pertenecen a la provincia de Córdoba, concretamente a los términos municipales de Santaella, la Rambla, Montalbán y Montilla.
En el Plan Coordinado Primera Fase de la Zona, se establece que el gasto hídrico del Genil-Cabra se garantizará por las aportaciones al embalse de Cordobilla de los caudales regulados por el Embalse de Iznajar, habiendo previsto la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir de forma definitiva, la asignación precisa para este fin, en su Plan Hidrológico.
El Proyecto general se desglosó en tres proyectos, referente el nº 1 a la Red de Gravedad, el nº 2 a la Red de Presión, y el nº 3 a la Estación de Bombeo, Línea Eléctrica y Sistema de Información y Control de Riego, concluidos el nº 1 y nº 3, y estando el proyecto que lleva el nº 2 en ejecución.
El agua llegará a estos Sectores a través del canal, el cual ya está terminado en su segunda fase desde el Sifón del Cabra hasta el paraje denominado La Catalineta.
La elección del material para la conducción principal se fundamentó en la buena experiencia obtenida a la largo de más de veinte años en esta Comunidad de Regantes.
La tubería de hormigón con camisa de chapa y junta elástica posee entre otras, ventajas tales como:
• El comportamiento de este tipo de tubería es inmejorable frente a cualquier esfuerzo, tanto interior como exterior
• Material prefabricado producido en serie, por lo que la uniformidad de todos los tubos es muy elevada en diámetros y espesores
• Mayor rapidez en el montaje de la junta elástica, simplemente enchufando. Además garantiza la no continuidad eléctrica de la conducción evitando así la preparación de la conducción para protección catódica
• El peligro de pequeños golpes ó deterioros durante el transporte, acopios y montaje son mínimos, incluso se pueden reparar en obra
• Las características resistentes del hormigón mejoran con el tiempo
• La tubería no es sensible al efecto de fatiga producido por las variaciones de presión durante su puesta en marcha y servicio continuado de la conducción
Solución adoptada Para definir la misma, se ha realizado un estudio de soluciones, obteniéndose como las más conveniente la de establecer dos redes independientes, una para el abastecimiento de las zonas altas y otra para las zonas más bajas. Estas últimas fueron objeto del Proyecto desglosado nº 1 “Red de Gravedad”, mientras que el riego de las primeras (zonas altas) es lo que se proyecta en el documento de “Red a Presión”. La superficie que abarca esta red de presión es de 6.469,71 ha.
Se dotará a los sectores regados por gravedad con un caudal máximo de 1.899,3 l/s, y a los sectores regados por bombeo con un caudal máximo de 7.738,54 l/s.
La red de riego se ha optimizado mediante el programa DIOPRAM 3.0, para diseño óptimo de redes ramificadas desarrollado por el Grupo multidisciplinar de modelación de fluidos de la Universidad Politécnica de Valencia
El conjunto de la zona se ha dividido en 181 agrupaciones parcelarias, que constituyen unidades generales de riego de superficies variables comprendidas entre la mínima agrupación con 4,43 ha y la máxima agrupación con 183,86 ha, siendo la agrupación media de 35,64 ha y delimitadas generalmente por elementos topográficos e infraestructuras estables.
Actuaciones comprendidas en el Proyecto El presente proyecto comprende las siguientes obras:
- Red de riego principal y secundaria en la zona de presión
- Estación de Bombeo, Línea Eléctrica y Telecontrol
En cuanto a las tuberías, las constituyen, por una parte, las conducciones hidráulicas desde el colector de salida de la Estación de Presión hasta cada uno de los Puntos de Control de la agrupaciones parcelarias, que son 181 para esta subzona abastecida por presión, y por otra parte las redes propias de cada Agrupación, que llevan el agua desde cada uno de los citados Puntos de Control, hasta las tomas de las parcelas que forman la agrupación.
Las tuberías de la red primaria son de diámetro variable comprendidos entre 2.000 mm y 110 mm. Siendo de hormigón con camisa de chapa y junta elástica, para los diámetros de 2.000 mm a 700 mm, ambos inclusive, para tuberías entre 600 y 400 mm se utilizan tuberías de fundición y PVC, y para diámetros iguales o inferiores a 400 mm tuberías de PEAD, timbrada según el plano piezométrico dinámico máximo respecto de la cota 293, que es el proporcionado por la Estación de Bombeo, más un 12% de seguridad por la posible ocurrencia de excesos de presión por transitorios.
Las tuberías de la red secundaria son de diámetro variable comprendidos entre 500 mm y 20 mm siendo para tuberías entre 500 y 400 mm en PVC, y para diámetros iguales o inferiores a 400 mm tuberías de PEAD.
El control de las parcelas de gravedad se efectúa mediante terminales remotos, con funciones limitadas al contaje de consumos y transmisión en proximidad.
En la red de presión, los terminales remotos puestos, se complementan con módulos de ampliación de E/S.
Descripción de la tubería de gran diámetro y piezas especiales
Las conducciones para riego están constituidas por una tubería para la red principal de hormigón postesado de diámetro 2.000 a 700 mm para una longitud de 22 km, que es un tubo de 6 m de longitud útil, constituido por un núcleo de hormigón revestido con una camisa de chapa que le confiere
estanqueidad, y una armadura activa formada por un alambre de pretensar arrollado helicoidalmente alrededor del núcleo. A este conjunto, denominado primario (elemento resistente), se le reviste en último lugar de una capa exterior de hormigón cuya misión es proteger la armadura activa.
La junta elástica de este tubo se realiza mediante unos cabezales metálicos. El cabezal macho consta de una acanaladura en la que se alojará durante el proceso de montaje un anillo elastomérico de diámetro 20 mm que consiste en una goma tórica. El cabezal hembra tiene una forma acampanada. Ésta es una junta fácil de montar y, debido a las estrictas tolerancias de fabricación, una junta estanca de gran garantía.
Los tubos están calculados según las siguientes hipótesis:
� Cálculo mecánico: Instrucción del Inst. Eduardo Torroja para tubos de hormigón armado y pretensado
� Tipo de colocación: Zanja
� Tipo de cama de siento: Granular a 90º
� Relleno: Compactado
� Altura del relleno: 3 m sobre generatriz superior del tubo
� Sobrecarga de tráfico: Eje de 13 t
� Presión Máxima de Trabajo: 10-12,5-15-17,5 atm
El hormigón utilizado en el núcleo del tubo es de 45 N/mm2 de resistencia con cemento CEM I 42,5 R, con la particularidad de que a los siete días de curado debe alcanzar una resistencia de 40 N/mm2 para poder realizar el zunchado del núcleo del tubo. Para el revestido de hormigón, cuya única misión es la de proteger la armadura activa, se utilizó un hormigón de 35 N/mm2 de resistencia con cemento resistente a los sulfatos tipo CEM I 42,5 R/SR. En la ejecución de ambos hormigones se utilizaron tanto áridos silíceos como calizos.
En lo referente a las piezas especiales, tales como tes para desagües y ventosas, codos y válvulas de seccionamiento se ejecutaron en chapa de acero según norma AWWA para la presión que tuviera la conducción en cada punto. Las piezas especiales tienen como características fundamentales las que se presentan a continuación:
� Calidad del acero: S 275 JR
� Tratamiento interior: Chorreo de arena grado Sa 2 ½ y posterior pintado con resina epoxy alimentaría espesor mínimo 200 micras
� Espesor de chapa: 8, 10 y 12 mm
� Bridas y tornillería según norma DIN
� Ensayos con líquidos penetrantes realizados en fase de fabricación y obra (100% de las soldaduras)
��������� ����������� ��
Montaje de la tubería de gran diámetro El montaje de la tubería (THPCRJE) se hizo a partir del acopio de tubería que se preparó a lo largo de la zanja, ya que los tubos se transportaban desde camión tipo trailer y se descargaban a lo largo de la traza en ambos casos.
El equipo de montaje utilizado, consta de un oficial montador, dos peones, una grúa de 100 toneladas para los diámetros mayores de 1400 mm que permite montar 4 tubos en una posición, utilizando eslingas metálicas para el amarre de la tubería, para los diámetros menores de 1200 a 700 se utilizaron grúas de 60-50 toneladas.
Tras ser realizado un buen rasanteo de la zanja y con un buen apoyo granular que arriñone al tubo, el montaje de éste es relativamente sencillo: se limpian los cabezales perfectamente; se monta la junta elástica en su alojamiento en el cabezal macho repartiendo la tensión a toda la goma para evitar arrollamientos; se impregna con jabón neutro toda la junta, y se hace penetrar el tubo que tiene suspendido la grúa en la hembra del tubo anterior ayudado por un tráctel, hasta que el cabezal hembra quede enfrentada con el borde exterior del hormigón del cabezal macho.
Cuando el nivel freático estaba por encima de la solera de la zanja para mejorar el terreno para la instalación del tubo, se utilizó como cama de asiento geotextil para separar, reforzar y drenar, con una capa de grava que recubre y apoya perfectamente al tubo.
Los pasos de arroyos y caminos se hormigonaron para evitar las sobrecargas de tubería no previstas en su cálculo mecánico. Los pasos de carretera se resolvieron mediante hincas de tubería de Chapa.
Las piezas especiales de chapa se montaron mediante junta soldada, algunas de las piezas disponen de entrada de hombre de 600 mm. que permite hacer la conducción visitable y a los soldadores entrar en las piezas para ejecutar la soldadura por su cara interior. La pieza consta de dos partes: la que se enchufaba al cabezal hembra del tubo y una virola telescópica de cierre que unía la pieza metálica con el cabezal macho del tubo siguiente.
A medida que avanzaron las obras, se probaron las conducciones, dividiendo éstas en tramos con longitudes entre 500 y 1500 ml desarrollándose satisfactoriamente. Destacar que la duración de la etapa
preliminar a la prueba, en los tubos de hormigón, es muy importante para mitigar el efecto de absorción de agua de este material.
Descripción de la estación de bombeo ejecutada Según se analiza en los dos primeros proyectos citados, los caudales punta en cada zona resultan ser de 1.899,3 l/s para la zona de gravedad y 8.475,3 l/s para la de presión.
La obra de toma y microtamizado se refiere al total del caudal, es decir, a 10.374 l/s.
A la salida de la estación de microtamizado, el agua discurre por dos caminos diferentes, una parte se conduce mediante una tubería de 1.400 mm de diámetro a la red de gravedad, y el resto se conduce por medio de seis tuberías de 1.200 mm de diámetro a la estación de bombeo.
La altura de elevación necesaria para la red de bombeo es de 65 m, para ello se prevén ocho grupos, que en conjunto puedan dar la totalidad del caudal a bombear. No obstante, para ajustar el caudal bombeado al solicitado en cada momento, se prevén además tres grupos auxiliares de velocidad variable (más 1 de reserva), cada uno de un tercio de capacidad de un principal.
Esta composición permite el garantizar caudales intermedios aportados por las bombas auxiliares, por lo cual se ha dado importancia a que exista un grupo auxiliar de reserva. El conjunto de tres equipos auxiliares supone en situaciones extremas el equivalente a un grupo principal de reserva.
La alimentación eléctrica se ha previsto por una línea a 20 kV, proveniente de Patamulo, con una longitud aproximada de 12.500 m. En la estación de bombeo se proyecta una estación de transformación formada por tres transformadores de 5.000 kVA cada uno (uno de ellos de reserva), con relación de transformación de 20 kV /6 kV; además, se instalará otro transformador de 1.600 kVA, con salida a 660 V, destinado a los motores con regulación de velocidad mediante frecuencia variable, así como otro transformador para servicios auxiliares de 250 kVA.
En cabecera es preciso instalar la toma, pórtico, aparamenta, cabinas y trafo a 132/20kV de 12 MVA.
Grupos de bombeo elegidos
El caudal de bombeo de 8.475,3 l/s hace que la estación de bombeo sea importante, dentro de las de finalidad de riego.
Con grupos del tamaño normalmente utilizado, hubiera sido necesario un número de unidades demasiado grande, que hubiera planteado problemas de aparamenta y explotación. Por ello se pensó que el número máximo de grupos principales debía ser de 8 ó como mucho 9, a los que habría que añadir los grupos auxiliares con regulación de velocidad.
Las bombas deberán estar situadas por debajo del nivel de agua de la alimentación, para garantizar que siempre están cebadas de agua y que en cualquier momento que se conecten empiezan a suministrar el caudal demandado. Además de ello deberán cumplir naturalmente la condición de que la NPSH disponible esté dentro de lo que la bomba admita.
Analizadas las bombas existentes en el mercado, para dar entre 8 ó 9 el caudal total a bombear de 8.475,3 l/s, resultó más conveniente la adopción de ocho grupos, que nueve grupos, pues los rendimientos respectivos, a caudal nominal, eran de 88 % y del 87,5 %, pero sobre todo eran más caras de adquisición las bombas, en la solución de más grupos. Por ello elegimos 8 grupos principales.
Como por otra parte era de esperar, dada la velocidad especifica resultante, se han elegido bombas de cámara partida, muy frecuentes en las estaciones de bombeo para riego y que además tienen la ventaja de que los esfuerzos en su eje están compensados, por efecto de la simetría de la acción del agua sobre el rodete.
Su velocidad de régimen es de 960 r.p.m., el caudal es 3.454 m3/hora (0,96 m3/s) y la potencia absorbida, con una altura de elevación de 66 m es de 959 CV. Su peso (a efectos de dimensionar el puente grúa) es de 5.000 kg. Está acoplada a un motor de 800 kW a 6.000 V, tipo B3, con protección IP-54. Su peso son 4.400 kg. El conjunto grupo motomba principal con la bancada tendrá un peso total de 11.900 kg.
En cuanto a los grupos auxiliares, se han elegido tres grupos, mas uno de reserva, capaces, de dar cada uno la tercera parte del caudal de un grupo principal, los cuales tendrán además regulación de velocidad, para dar el caudal demandado en cada instante.
También resultan bombas de cámara partida, de casi igual NPSH, lo cual favorece la elección de la cota del piso de bombas. Giran a 1.480 r.p.m., a la cual demandan 320 CV, para 64 m de altura de carga, cifra aproximada que se dará frecuentemente para esos grupos, ya que normalmente trabajarán con caudales parciales y por tanto contra pérdidas de carga menores.
Hay que tener en cuenta que, con la regulación variable, los motores pueden trabajar algo por encima de su velocidad de régimen y consecuentemente, la bomba trabaja con una curva característica más alta, dando presiones y caudales mayores, lo que favorece la transición de los grupos auxiliares a los principales.
El motor previsto es de 315 kW a 660 V, con la misma protección anterior.
La forma de funcionar de los motores será la siguiente:
- Automáticamente estarán en marcha el número necesario de motores principales para dar por defecto el caudal más próximo al solicitado. El resto se dará con la puesta en marcha de uno a más grupos de velocidad variable, que complementarán exactamente el caudal solicitado, variando a lo largo del tiempo según la demanda. Cuando la suma de los caudales pedidos a los tres grupos auxiliares iguale ó supere el caudal de un grupo principal, se conectará un nuevo grupo principal y se desconectarán las auxiliares, dejando sólo uno a efectos de regulación.
El conjunto de estas operaciones se realizará a través de un autómata programable.
Los convertidores consiguen que la tensión de salida varíe proporcionalmente con la frecuencia de salida, a fin de mantener la excitación del motor constante hasta la frecuencia nominal de alimentación de 50 Hz. Por encima de la frecuencia nominal, la tensión permanece constante. Como componentes de potencia se utilizan transistores y tiristores, con lo que se consiguen unas pérdidas reducidas.
El control de los convertidores es completamente digital, por lo que puede ser interconectado como una parte de un sistema avanzado de control de proceso.
Celdas de alta tensión
Como la línea eléctrica de alta tensión, a 20 kV está conectada con el interior de la sala de alta tensión de la estación de bombeo, se prevén unas celdas de protección y medida.
Se prevé una batería de nueve celdas de alta tensión, con entrada a 25-20 kV y salidas individuales para cada uno de los siguientes servicios:
Una de las celdas es de entrada y otra análoga es de salida, por si la Compañía Eléctrica la necesita. Ambas tendrán modulo interruptor en alta con seccionador de puesta a tierra.
Celdas de media tensión
Llamamos así a las celdas a 6 kV destinadas a la operación de los grupos principales de bombeo. Se instalarán en cabinas situadas en la sala de alta tensión.
Las cabinas de 6 kV están divididas en compartimentos para alojar interruptor, interruptores automáticos contactores, seccionadores de puesta tierra, transformadores de intensidad y tensión, fusibles, relés de protección y bloqueo.
Control de la estación de bombeo
El control del funcionamiento de la estación se realizará desde el puesto de mando, que dispondrá de un control distribuido mandado por un autómata programable con salida a PC mediante software SCADA. En la sala de control se dispondrán dos ordenadores de visualización y control. Se dispondrá además de un proyector multimedia que permitirá en su caso proyectar la salida del ordenador a la escala que se considere adecuada.