El modelado hidráulico impulsa el diseño del tanque de tormentas de Gijón

Gijón se encuentra en la costa cantábrica de Asturias, en el norte de España, donde las tormentas atlánticas empujan volúmenes significativos de agua a través de un sistema de alcantarillado combinado que atiende a 260.000 residentes. Cuando la red se sobrecarga durante los eventos de lluvia, los desbordamientos de alcantarillado combinado descargan en el Río Piles, y de allí en más de 50 kilómetros de costa sensible.

Ingeniería Especializada Obra Civil e Industrial SA, perteneciente al grupo ACCIONA, se encargó de abordar el problema. La comisión requirió diseñar un tanque de retención de aguas pluviales capaz de capturar los caudales máximos y reducir las descargas de desbordamiento de alcantarillado combinado al cuerpo de agua receptor. Obtener la dimensión adecuada, sin embargo, no fue nada sencillo.

La cuenca abarca tres entornos hidráulicos distintos: una red de alcantarillado urbano, una zona costera y la desembocadura del Río Piles, todos los cuales interactúan en condiciones de tormenta de formas que un modelo simplificado no representaría adecuadamente. Al mismo tiempo, la inversión de 11 millones de euros exigía una base de ingeniería rigurosa y defendible: un tanque especificado demasiado pequeño no cumpliría su propósito, mientras que uno de tamaño demasiado conservador conllevaría un coste innecesario.

El alcance del proyecto abarcó la cuenca de alcantarillado del Este de Gijón, una red de 481 kilómetros que incorpora alcantarillado combinado y separado, 13 estructuras de desbordamiento, la estación de bombeo de Las Mestas y la estación depuradora de aguas residuales de Gijón Este. Producir un modelo hidráulico que pudiera dar cuenta de esa complejidad fue el requisito previo para todo lo que vino después.

ACCIONA construyó el modelo hidráulico utilizando ArcGIS e InfoWorks ICM Ultimate, dos herramientas cuya integración nativa permitió al equipo pasar directamente de la base de datos GIS municipal a una simulación de trabajo sin la reintroducción manual de datos que suele dominar el tiempo de construcción del modelo.

El punto de partida fue la base de datos EMA, el registro GIS fidedigno de Gijón de la red de alcantarillado, que contiene la geometría, los atributos de las tuberías, las elevaciones de los pozos de registro y los registros de infraestructura de cientos de kilómetros de activos. Con ArcGIS como centro de datos, el equipo importó la geometría y la topología de la red directamente en InfoWorks ICM, realizando comprobaciones de calidad sistemáticas antes de comenzar con el modelado e identificando pozos de registro sin datos de elevación, tuberías con pendientes adversas y conductos sin niveles de rasante.

El área modelada abarcó 70,3 km de la red, representando el tramo de mayor riesgo y abarcando la cuenca de Hermanos Castro, la desembocadura del Río Piles y la zona costera. ArcGIS gestionó los datos de activos y el análisis espacial en todo momento, mientras que el solucionador de ondas dinámicas de InfoWorks ICM Ultimate se encargó de la simulación hidráulica, capturando la interacción entre el drenaje urbano, el caudal de canal abierto en el Piles y la influencia de las mareas en la costa de una manera que los enfoques de estado estacionario no pueden representar adecuadamente.

La calibración se basó en tres eventos de precipitación observados en enero de 2008, marzo de 2010 y mayo de 2010, incorporando el conocimiento operativo de los técnicos de la EMA que entendieron cómo se comporta la red en la práctica. El solucionador tuvo en cuenta la rugosidad específica de la tubería según el material y las pérdidas de altura piezométrica en los pozos de registro, lo que generó un modelo cuyos resultados reflejaban el comportamiento real de la cuenca bajo carga.

Contando con un modelo calibrado, el equipo realizó dos tipos de simulación para fundamentar el diseño del tanque y establecer sus beneficios ambientales

Las tormentas sintéticas de diseño en períodos de retorno de 2, 5, 10 y 25 años, cada una de 150 minutos de duración, coincidiendo con el tiempo de concentración de la cuenca, permitieron al equipo evaluar los flujos máximos en la entrada del tanque en un rango de intensidades de tormenta. La cámara de Molinón, una de las estructuras de desbordamiento más importantes del modelo, se analizó en detalle en el evento de 25 años, lo que proporcionó a los ingenieros los datos cuantificados que necesitaban para especificar la capacidad del tanque con confianza

Una simulación continua utilizando la serie completa de precipitaciones reales de 2009 cuantificó los volúmenes reales de descarga combinada de alcantarillado a lo largo del año, estableciendo la línea de base ambiental – la carga que actualmente llega al río Piles y al mar Cantábrico – y permitiendo al equipo demostrar la reducción que el tanque completado lograría

El tanque de tormentas Hermanos Castro fue construido y entró en servicio en 2021. Con una capacidad de 15.000 m³ y un coste de construcción de 11 millones de euros, captura los picos de caudal durante los eventos de tormenta que anteriormente se habrían desbordado al río Piles, cribando el agua antes de que se produzca cualquier desbordamiento residual y bombeando los volúmenes retenidos a la estación depuradora de aguas residuales de Gijón Este una vez que pasa la tormenta. Desde entonces, el tanque ha sido probado en condiciones reales de tormenta y ha funcionado como predijo el modelo.

El proyecto Hermanos Castro ilustra para qué sirve en última instancia la modelación hidráulica: no para producir un modelo como un fin en sí mismo, sino para generar una base cuantificada y defendible para una decisión de inversión en infraestructura. El tanque se dimensionó a partir de los resultados de la simulación en lugar de las reglas generales conservadoras, y ha funcionado como se predijo en esos resultados.

Esto fue posible gracias a la combinación de ArcGIS e InfoWorks ICM Ultimate como una plataforma integrada. Los datos se transfirieron sin problemas entre las dos herramientas, con la geometría, los atributos y la topología preservados en todo momento, y el modelo pudo representar la complejidad hidráulica de una cuenca que abarca drenaje urbano, la desembocadura de un río y una zona costera simultáneamente: el tipo de interacción multientorno que los enfoques más sencillos tienen dificultades para gestionar.

Para las empresas de suministro de agua y las consultoras de ingeniería que se enfrentan a retos similares, la lección del trabajo de ACCIONA en Gijón es sencilla. Cuando la complejidad de la cuenca es alta y la inversión es significativa, la calidad del modelo hidráulico respalda cada decisión posterior. ArcGIS e InfoWorks ICM Ultimate, utilizados conjuntamente, proporcionan la plataforma para construir ese modelo sobre datos GIS fiables y generar resultados sólidos en cada fase del ciclo de vida del proyecto.