Depósitos de tormenta y balsas de laminación en el Área Metropolitana de Barcelona

Artículos Técnicos: Depósitos de tormenta

Depósitos de tormenta y balsas de laminación en el Área Metropolitana de Barcelona Hace unos siete años que vio la luz el Plan Director de Aguas Pluviales del Área Metropolitana de Barcelona (ACA, (ACA, EMSHTR). Este documento era la culminación de un proceso proceso llevado desde el 2001 que pretendía analizar las insuficiencias de drenaje del conjunto de rieras y colectores en una de las mayores mayores conurbaciones urbanas del área Mediterránea, Mediterránea, donde el proceso urbanizador amenazaba con engullir el territorio metropolitano sin establecer una serie de infraestructuras que resultaban resultaban imprescindibles imprescindibles para la sostenibilidad sostenibilidad territorial. Desde el año 2003, 2003, la fiebre urbanizadora tuvo que tener tener en cuenta gracias al mencionado mencionado Plan, una serie de infraestructuras como los depósitos de tormenta (con misión anti-inundación y/o anti-contaminación de los medios receptores) o las balsas de laminación que a partir del año 2005-2006 empezaron a construirse. Este artículo quiere dar un repaso a estas instalaciones desde el punto de vista de su diseño, construcción o explotación, aportando en cada caso una reflexión reflexión sobre aquel aquel aspecto de especial relevancia que el autor ha pensado que es de especial interés para el lector.También quiere dar a conocer las últimas fuentes de documentación sobre estas infraestructuras en la bibliografía situada al final del presente artículo. MIGUEL ÁNGEL GAGO LARA. LARA . INGENIERO TÉCNICO DE OBRAS PÚBLICAS (*) La diversidad del territorio y las diferentes tipologías y funciones posibles para los depósitos de tormenta y balsas de laminación han hecho que hasta el momento se hayan realizado un abanico de obras realizadas y en curso muy interesante que se expondrán al lector a continuación. (*) Director de Explotación del Depósito de Tormentas de la Ciudad Deportiva Joan Gamper (Sant Joan Despí). TYPSA

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Infografia Vista General Depósito Joan Gamper.

El marco de referencia de estas obras es el Área Metropolitana de Barcelona, un ámbito de unos 600 km2, que situada en la costa mediterránea con una orografía bastante conflictiva desde el punto de vista del drenaje, ya que se suceden las desembocaduras de dos grandes ríos catalanes: El Llobregat y el Besos; la cordillera pre-litoral y la zona del valle bajo del Llobregat y su Delta. En dicho territorio conviven, aunque con grandes tensiones, 33 municipios con ambiciosos planes de expansión urbanística y numerosos espacios de gran valor medio ambiental como las lagunas del Delta o los macizos del Garraf o Collserola. El tipo de infraestructuras que comentaremos pueden dividirse en tres grandes grupos: - Depósitos de tormenta (funciones anti-inundación i anti-DSU) normalmente situados en zonas muy urbanizadas donde el espació es un bien muy valioso económicamente. Normalmente se diseñan para periodos de retorno de 10 años y para reducir los vertidos de sistemas unitarios en tiempo de lluvia. - Balsas de laminación, construidas a cielo abierto aguas arriba o aguas debajo de las ciudades, de tal manera que sus funciones pueden ser de laminación de caudales antes de pasar por zonas con limitaciones de drenaje o para compensar la infiltración perdida por el proceso de urbanización (normalmente ubicadas aguas debajo de los procesos urbanizadores) con lo que en algunos países son

llamadas balsas de compensación con el objetivo de no provocar aguas abajo situaciones de insuficiencia drenante. - Depósitos anti-DSU (DSU: Descarga sistema unitario). Normalmente construidos en la proximidad de la entrega de los colectores unitarios a los colectores interceptores en alta que llevan las aguas residuales hacia las depuradoras. Su objetivo es minorar el numero de vertidos y la cantidad de contaminantes que desde los colectores unitarios se envían a los medios receptores en tiempo de lluvia cuando estos últimos son sobrepasados por lluvias pequeñas. Obviamente estas infraestructuras en caso de lluvias grandes no podrán evitar el vertido pero sí minorarlo. ELEMENTOS BÁSICOS EN DEPÓSITOS DE TORMENTA Y BALSAS

Normalmente el valor de diseño esencial es el volumen de acumulación en el depósito o balsa. Los métodos de cálculo están relacionados con el cálculo de redes de drenaje y saneamiento en régimen no permanente, ya que es evidente que aunque existen sistemas más tradicionales, una infraestructura con el coste económico que puede alcanzar un depósito (desde 200 a 800 €/m3 almacenado) debe proyectarse utilizando los sistemas más avanzados de cálculo numérico para redes de saneamiento. >>

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Artículos Técnicos: Depósitos de tormenta Uno de los puntos más importantes es que al igual que en una depuradora, es importante pensar en un depósito o balsa como en una infraestructura que se ha de explotar o gestionar, con lo cual la sectorización de los espacios, puede ser un tema de diseño de vital importancia. Esto hace que las medidas principales puedan venir condicionadas por la instalación de los sistemas de limpieza automatizados. Dentro de los elementos más significativos destacan: - Colectores y canales de conexión al depósito: En la medida de lo posible es interesante que las aguas residuales en tiempo seco no pasen por el interior del depósito. Los colectores de entrada han de ser visitables en las proximidades del depósito para facilitar el mantenimiento. Alejar el punto de salida del depósito respecto a la entrada para evitar flujos que ayuden a la resuspensión de sedimentos en el caso de que el depósito tenga función anticontaminación. En el caso de balsas de laminación suele tener que disponerse de elementos de disipación de energía, así como un sistema para la retención de grandes sólidos. Obviamente el canal o colector de salida suele tener menos capacidad, en situación normal, que el de entrada, sin embargo la evacuación de los sedimentos finales sigue siendo, sobre todo en depósitos que evacuan por bombeo, un problema de difícil solución y que se ha de estudiar con detenimiento. - Compuertas de entrada y salida: Existen multitud de tipologías de compuertas, la elección más adecuada depende de la posición de seguridad que se requiera. El concepto de posición de seguridad estipula cuál es la posición que de forma natural se quiere que adapte la compuerta en caso de que el sistema falle por completo. También es interesante el duplicar las compuertas (sobre todo en el caso de las de salida) para mejorar la gestión o superar emergencias. - Aliviaderos de seguridad: Se deben dimensionar para el máximo caudal de entrada que pueda llegar a entrar al depósito. - Bombas de vaciado: Normalmente el vaciado de depósitos y balsas tienen un porcentaje que deberá ser evacuado por bombeo. Los bombeos en estas infraestructuras han de tender a ser bajos, ya que el gasto eléctrico puede ser grande, no tanto por el consumo como por el coste por disposición de energía, que puede llegar a ser de hasta el 40 % de este coste. El bombeo de las últimas aguas de los depósitos puede presentar la problemática de la gran can-


tidad de sedimentos que pueden encontrarse en estas últimas. -Suministro eléctrico y de agua: En cuanto al suministro eléctrico es normal en depósitos medianos y grandes el disponer de grupos electrógenos ante la eventualidad de superar un fallo eléctrico, además de ser necesaria estaciones de transformaciones propias. El agua que se utiliza para las limpiezas suele ser de origen freático o procedente de reutilización, para evitar los dilemas sobre el uso de agua potable en tareas de saneamiento. - Sistemas de limpieza: Los sistemas de limpieza de depósitos más usados son los de tolvas basculantes o de tanques de descarga por clapetas. Los primeros son más económicos pero difícilmente pasan los 70 m de longitud de barrido, mientras que en los segundos la longitud de barrido puede superar el doble de esta longitud. - Telecontrol: Los depósitos enterrados son más una instalación que una infraestructura pasiva (incluso cuando así lo sean) por lo cual existen una serie de elementos que deben poder supervisarse en tiempo real. Ya hemos visto parcialmente estos elementos, pero podríamos añadir los sensores (limnímetros, boyas, etc…). La red de comunicaciones puede llegar a ser de gran complejidad, sin embargo también pueden ser simples, y basarse simplemente en una red de ADSL o de GPRS. DEPÓSITOS DE LA CIUDAD DEPORTIVA JOAN GAMPER En funcionamiento desde el año 2006, este depósito esta situado bajo una calle del municipio de Sant Joan Despí paralela a la Autopista A-2.

Vista 3D del interior del Depósito de la C.D. Joan Gamper.

Planta e interior del Depósito de Camp de l’Empedrat (zona de bombas).

Entre sus características principales se encuentra su exagerada dimensión principal, próxima a 200 m, que supuso crear unos tanques de limpiezas con una volumen extra para garantizar la limpieza de su solera. Este depósito cuyas dimensiones son (200x8.6x 9) recoge en su totalidad una cuenca urbana de carácter separativo de unas 30 ha. Todo la evacuación se realiza por bombeo debido a la especial situación de la urbanización con grandes infraestructuras subterráneas (cercanías, canales de riego, pasos subterráneos) rodeando la urbanización. El coste de esta infraestructura fue de 4.5 M € con una ejecución de aproximadamente 9 meses. Los locales técnicos suelen ocupar una superficie no despreciable ya que han de albergar el grupo electrógeno, los polipastos para subir y bajar las grandes bombas que acostumbran a montar, los grupos oleohidráulicos para activar las compuertas, los armarios eléctricos, el centro de control local y los servicios auxiliares. DEPÓSITO DE CAMP DE L’EMPEDRAT Es también uno de los primeros construidos en el Área Metropolitana de Barcelona. Situado en Cornellá de Llobregat está diseñado para resolver una insuficiencia hidráulica de una zona de la ciudad situada ya en el Delta del Llobregat, donde las pendientes son muy bajas. Diseñado para un periodo de retorno de 10 años, tuvo un presupuesto similar al depósito anterior 5.13 M € y un coste unitario también similar (302 €/m2).

Esta semejanza puede explicarse por la similitud de los procesos constructivos de ambos depósitos, realizados con una pantalla in situ, de una profundidad semejante. Uno de los aspectos que destacan en los depósitos es la necesaria compatibilidad con otros usos en la superficie viaria que ocupan, de este modo en la zona superior del depósito se ubica un patinódro mo y un parking en superficie. Es importante la definición de estos usos, ya que sus sobrecargas no deben repercutir en un sobrecoste importante a la estructura del techo. Por ejemplo hacer una zona ajardinada con posibilidad de plantar arboles puede suponer una sobrecarga adicional de 2.5 t/m2. DEPÓSITO DEL CANAL DE LA BUNYOLA Este depósito, al contrario que los anteriores tiene como única función la de proteger un medio receptor doble: el rio Llobregat y el Mar Mediterráneo. Es un depósito anti-DSU, como ya se ha dicho, y evita que parte de las aguas que irían al medio receptor al superar los aliviaderos en las intercepciones lleguen a él. Esta obra está realizándose en este momento y está prevista su finalización a finales de este año. Uno de los aspectos más destacados de este proyecto es la gran dificultad de ejecución debido al alto nivel freático existente en la zona, prácticamente a un metro de la superficie. Esta misma situación excepcional, obliga a bombear prácticamente toda su volumen. Otro de los aspectos innovadores es que su diseño está pensado para ser ejecutado por >>


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Esquema de la Fase I del depósito de la Bunyola

fases, en la primera entraran en operación 15.000 m3, la mitad de su capacidad total. Esto obedece a diversos factores, entre ellos la falta de conexión aguas arriba de todos los sectores que verterían a la cuenca final (momento en el cual se construirá la segunda fase). El criterio de dimensionamiento del depósito de la Bunyola, al ser solo de anti-contaminación no está referido a periodos de retorno, sino que se realizó de una forma más empírica: no usando una lluvia sintética sino una modelización de un año de lluvias promedio. El objetivo básico es reducir el número de eventos que producen vertido al medio a un tercio de su valor, siendo otro de sus objetivos finales, conseguir reducir a 1/3 el volumen de la contaminación (MES, Pb, Zn). Esta manera de dimensionar es una metodología no estándar pero usada para decidir el volumen en aspecto aún no normalizado. Por otra parte es difícil de establecer, por falta de datos, la cantidad de contaminación que evita la consecución del “buen estado ecológico” del medio receptor, criterio difícil de parametrizar en esta localización. El coste de esta infraestructura es de 8.2 M€ lo que supone más de 600 €/m3 de agua almacenada. BALSA DE LAMINACIÓN DE LA RIERA DE CAN CANALS Situada en el municipio de Sant Andreu de la Barca funciona desde el año 2007, es una balsa muy sencilla situada aguas arriba del nucleo urbano del citado municipio, su objetivo principal era solucionar una insuficiencia grave en un punto situado en una zona muy urbanizada aguas abajo. En las balsas de laminación el periodo de retorno que se tiene en cuenta es de 100 o 500 años


Vista de la ejecución de las pantallas perimetrales del depósito

Uno de los aspectos que destacan en los depósitos es la necesaria compatibilidad con otros usos en la superficie viaria que ocupan

dependiendo de posibilidad de espacio para la infraestructura. El volumen era de 33.000 m3 y su coste de escasamente 600.000 €, este coste tan bajo es en parte debido a la sencillez de ejecución (básicamente es una excavación en una zona próxima al río) y a la inexistencia de centros de control o de explotación. Esta forma de balsa solo debe utilizarse en cuencas con pocos km2 de superficie. BALSA DE LAMINACIÓN DE LA RIERA SANT LLORENÇ Situada entre los municipios de Viladecans y Gavá, lamina una cuenca rural antes de convertirse en un gran colector dentro del municipio, aún así el caudal de entrada era superior a las posibilidades del colector cuando este llegaba a las zonas del Delta del Llobregat, donde sus pendientes cambiaban desde más del 3-4 % a el 0,1%. Su objetivo es laminar los caudales para un periodo de retorno de 100 años. Este periodo estaba justificado por el gran volumen necesario para llegar a la laminación de 500 años, que aunque originariamente fueron calculados, provocaban una excavación de tan gran dimensión que provocaban la imposibilidad del proyecto. Ejecutado para almacenar 160.000 m3 su coste ascendió a los 12.18 M€, con un coste unitario de unos 76 €/m3. Este coste muy superior al del ejemplo anterior, esto es debido a la gran diferencia entre las instalaciones de una y otra balsa. Así como los acabados realizados para poder conseguir unos usos más urbanos que en el caso anterior. Un suceso de especial relevancia económica en la ejecución del proyecto fue la aparición de elementos paleohistóricos, con el hallazgo de diversos colmillos de mamuts y otros animales de épocas prehistóricas que aparte de retrasar la ejecución de las obras aumentaron su coste. Un detalle importante en este tipo de proyecto con un gran movimiento de tierras (250.000 m3) es la de supervisar la existencia de obras o depósitos donde puedan depositarse el exceso de tierras que generan. BALSA INUNDACIÓN CAMPUS UPC CASTELLDEFELLS Esta Balsa de laminación situada en el municipio de Castelldefells permite un volumen adicional dentro del sistema de drenaje urbano del municipio, realizado para un periodo de retorno de 25 años, el sistema se compone de un gran canal de evacuación de unos 1000 m de longitud que recoge las cuencas centrales del municipio, la citada balsa de laminación de 15.000 m3 y de una estación de bombeo (aun no realizada) de 5 m3/s. >>

Vista general y de la obra de entrada de Can Canals.

Vista general Balsa de Sant Llorenç.


Artículos Técnicos: Depósitos de tormenta ZONA DE INUNDACIÓN CONTROLADA “PARC DE MARINA” Otro ejemplo algo distinto del concepto de laminación, son las llamadas zonas de inundación controlada o zonas de inundación preferente, donde se unen los conceptos de infraestructura, con la gestión del riesgo, así se definen una serie de zonas inundables, con unos usos compatibles en tiempo seco. De esta manera el 95 % del tiempo este parque permanece utilizable para el público al lado de una rambla que como se observa en las fotografías permanece seca salvo en los momentos de lluvias intensas, de esta manera, manteniendo la separación física de la riera con la zona inundable, se obtiene un volumen de laminación cuando el calado del agua supera el muro de la canalización y esto mejora la situación en la zona situada más abajo, donde la existencia de una infraestructura muy rígida (ferrocarril) combinada con una baja pendiente, impide mejorar la canalización. El periodo de retorno de diseño es de 100 años y el volumen conseguido próximo a los 15.000 m 3 en diferentes espacios del parque. BALSA DE LAMINACIÓN DE TORRENTE FONDO Esta balsa de laminación puede considerarse como de compensación por la zona que se urbaniza aguas arriba en el municipio de Viladecans y que generaría unos caudales que la red aguas abajo, situada en pleno Delta, ya no puede absorber. El periodo de retorno fue de 500 años, (volumen útil de 80.000 m 3) aunque la red de colectores municipales no es capaza de asumir tal caudal (max. 25 años), se realizaron una serie de elementos auxiliares en la zona final de los colectores, permitiendo que los caudales circulantes por los viales pudieran llegar hasta la balsa de laminación. El sistema urbano de este municipio es separativo, lo que ha llevado a plantear una balsa de laminación que permite la filtración de parte de las aguas. Esto, sin embargo, ha planteado recientemente un debate sobre si un sistema separativo urbano puede considerarse tan descontaminado como para verter a medio receptor en cualquier circunstancia. El presupuesto es de 3.25 M€, es decir 406 €/m3, este valor es debido en parte a que dentro de las obras de la balsa se incluye un canal de 1000 m de longitud que sirve de elemento de desagüe. La obra acabará antes de finales de 2010. BALSA DE LAMINACIÓN DE LA TORRE GRAN Esta balsa (llamada originalmente del Interceptor de la Zona Franca) laminación está situada en el municipio de l’Hospitalet de Llobregat, con un volumen de 300.000 m3 es la más grande


Vista de una de las zonas inundables.

Otra de las zonas deprimidas del parque.

Señalización de zona inundable en periodos de lluvia.

de las construidas en el Área Metropolitana de Barcelona. Diseñada para almacenar el 100 % de la lluvia de 24 horas de una gran parte de la cuenca urbana de l’Hospitalet (T=10) que se dirige a la zona portuaria de Barcelona, lo que en el pasado había producido grandes inundaciones urbanas, debido a la poca pendiente de la zona, en gran parte ganada al mar en tiempos históricos. Dispone de un sistema de compuertas telecontroladas que permiten en caso necesario el desagüe por gravedad hacia el Rio Llobregat, cerca del cual esta situada. Comenzada en el 2008, y afectada por algunas obras de la alta velocidad en su llegada a Barcelona, su puesta en servicio se prevé para finales del año 2010. Vista general de la Balsa de Torrente Fondo.

CUNETAS DE LAMINACIÓN DE PROLOGIS Y DE CAN ALEMANY Finalmente como elemento dentro del drenaje urbano sostenible, se han realizado en el ámbito metropolitano soluciones donde se combina las red de colectores tradicionales, pequeñas zonas de laminación con formato de grandes cunetas, que permiten además de un ahorro económico, un drenaje más sostenible. Esta solución ya se ha realizado con éxito en los municipios de Sant Boi de Llobregat y Viladecans. Ambos sistemas son separativos.

BIBLIOGRAFÍA Detalle de elemento especial para el captación drenaje superficial.

Aliviadero entrada a la Balsa de la Torre Gran. Hospitalet de Llobregat.

- Gestión de las aguas pluviales en los desarrollos urbanísticos. Jornada realizada en Barcelona por la Asociación Catalana de los Amigos del Agua. www.amicsaigua.com 2010. - Guía técnica de diseño y gestión de balsas y otros dispositivos de retención. CEDEX 2009. - Gestión de las aguas pluviales. Implicaciones en el diseño de los sistemas de saneamiento y drenaje urbano. CEDEX. 2008. - Guía Técnica sobre redes de saneamiento y drenaje urbano. CEDEX. 2007 Jornada Flumen. Depósitos de retención de aguas pluviales.2007. UPC. - Pollution d’origin routiere. Conceptión des ouvrages des eaux. Guide Technique. (2007) SETRA. - PDAP (2003). Plan Director de Aguas Pluviales en el ámbito de la EMSHTR, redactado por TYPSA para la EMSHTR y la ACA. - Stormwater Best Management Practice Design Guide Volume 3: Basin Best Management Practices. (2004) EPA publication: www.epa.gov. - Urban Dreinage Design Manual. Hydraulic Engineering Circular 22. (2001) Federal Highway Administration. - PECLAB 97 (1997) Plan Especial de Alcantarillado de Barcelona. CLABSA para el Ayuntamiento de Barcelona.


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