Ingenieria Basica Emisario Submarino

INFORME FINAL

INGENIERÍA BÁSICA EMISARIO SUBMARINO DE TERMINAL MARÍTIMO GREGORIO, XII REGIÓN.

DICIEMBRE 2006

ÍNDICE CONTENIDOS

1

INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 1

2

ALCANCES DEL ESTUDIO ............................................................................................... 2

3

ESTUDIOS DISPONIBLES Y LÍNEA BASE ...................................................................... 3 3.1

Estudios Disponibles Terminal Gregorio. ...................................................................................... 3

3.2

Antecedentes Cartográficos .......................................................................................................... 3

3.3

Levantamientos Topobatimétricos................................................................................................. 3

3.4

Análisis de la Información Disponible............................................................................................ 3

3.4.1

Estudios de Reconocimiento .......................................................................................... 4

3.4.2

Estudios Oceanográficos y de Agua de Mar .................................................................. 6

4

DISEÑO DE LAS OBRAS .................................................................................................. 7 4.1

Emisario Submarino ...................................................................................................................... 7

4.1.1

Introducción................................................................................................................................... 7

4.1.2

Criterio Básico de Diseño .............................................................................................................. 8

4.1.3

Antecedentes ................................................................................................................................ 8

4.1.4

Marco Regulatorio Ambiental ........................................................................................................ 9

4.1.5

Diseño Sanitario del Emisario. .................................................................................................... 11

4.1.6

Diseño Hidráulico del Emisario.................................................................................................... 23

4.1.7

Diseño Estructural del Emisario. ................................................................................................. 25

1

INTRODUCCIÓN La empresa ENAP Magallanes, tiene contemplado dentro de sus planes de inversión, la

ejecución de las obras necesarias para efectuar el tratamiento y disposición final de los RILES generados en el Terminal Marítimo y Pasarela de Gregorio situado en el sector de Bahía Gregorio, que se ubica en la Segunda Angostura del Estrecho de Magallanes, XII Región de Chile. Para tales efectos ENAP contrató con el Consorcio GHD-SIGA Ingenieros Ltda. una consultoría para la ejecución de la ingeniería básica e ingeniería de detalles para la solución de la disposición final de los efluentes industriales en base a un emisario submarino. Las obras contempladas en el estudio integral son las siguientes: •

Planta de Tratamiento Preliminar de los Riles

•

Planta Elevadora

•

Impulsión y aducción Terrestre

•

Cámara de Carga

•

Emisario Submarino

De acuerdo a lo establecido en los Términos de Referencia, la presente consultoría se refiere a la definición de la ingeniería básica del emisario submarino para los RILES del Terminal Gregorio, cuya Memoria de Cálculo se presenta a continuación.

1

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ALCANCES DEL ESTUDIO El objetivo del presente estudio es dimensionar el emisario submarino para efectuar el

tratamiento y disposición de los efluentes del Terminal Gregorio. No se incluye el diseño de las obras complementarias, ni el cálculo estructural del emisario, que forman parte de la Ingeniería de Detalles. Para tales efectos, el estudio se desarrolló en 2 etapas. La primera de ellas se refiere a la Recopilación de Antecedentes y Evaluación Preliminar, en tanto la segunda Etapa se refiere al dimensionamiento del emisario a nivel de ingeniería básica. La primera etapa que correspondió a la Recopilación de Antecedentes y Evaluación Preliminar que incluyeron visitas y trabajos de terreno, como asimismo la evaluación de los antecedentes disponibles por ENAP, permitieron analizar las alternativas posibles. La determinación de la ubicación del emisario, fue definida luego de un análisis de las posibilidades existentes, que contemplan una amplia zona apta para la instalación del emisario submarino contiguo al sector de las instalaciones del Terminal de Gregorio, en el sector de la Bahía de Gregorio propiamente tal. Luego de analizar las distintas alternativas y considerando las inversiones y costos de operación para el emplazamiento de las obras en tierra, como asimismo las características y uso del borde costero y las restricciones naturales del sector, se concluyó que existen dos alternativas convenientes para la instalación del emisario, ambas ubicadas en el sector del Terminal, con una orientación del emisario hacia el Este o hacia el Sur Este. La segunda etapa de esta Consultoría consiste en el cálculo ambiental del emisario submarino (determinación de la longitud del emisario) y el cálculo hidráulico del emisario (determinación del diámetro y carga hidráulica). En una etapa posterior, se desarrollarán las etapas de ingeniería de detalles tanto del emisario como aquellas correspondiente a las obras en tierra.

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3 3.1

ESTUDIOS DISPONIBLES Y LÍNEA BASE Estudios Disponibles Terminal Gregorio. Dentro de los estudios proporcionados por ENAP, se encuentran los siguientes

antecedentes: •

Estudios Ecología Bentónica, Análisis Aguas Receptoras y Análisis de Sedimentos para Riles Gregorio, NEREO Consultores, 2006

•

Estudio Oceanográfico para Disposición de Riles en Gregorio

y Análisis de Sedimentos

para Riles Gregorio, NEREO Consultores, 2006 •

Estudio Oceanográfico Terminal Marítimo y Pasarela de Gregorio para ENAP Magallanes, elaborado por HIGESA S.A. en Noviembre de 1998.

•

Estudio Determinación de la ZPL preparada por SIGA en Julio 2006.

•

Levantamiento y caracterización de los vertidos líquidos de las instalaciones terrestres de ENAP, preparado por el Instituto de la Patagonia de la Universidad de Magallanes.

3.2

Antecedentes Cartográficos Entre ellos se cuenta con lo siguiente: •

Atlas Hidrográfico de Chile, Carta Nº 1144, Estrecho de Magallanes, Bahía Gente Grande a Primera Angostura, Escala 1: 100.000, actualizado a Febrero del 2003.

3.3

Levantamientos Topobatimétricos Se cuenta con los siguientes antecedentes: •

Batimetría de precisión Pasarela y Terminal Multiboya, Bahía Gregorio, elaborado por HIGESA S.A. en Febrero 1999 y revisado por el SHOA en Agosto 1999.

•

3.4

Levantamiento Batimétrico, elaborado por la empresa SOCING Ltda., en Julio 2006.

Análisis de la Información Disponible Se efectuó un análisis de los antecedentes obtenidos y elaborados por los consultores

antes citados.

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Se procedió a chequear, validar y actualizar dicha información de acuerdo al siguiente ordenamiento:

3.4.1

Estudios de Reconocimiento A continuación se realiza un análisis de la información entregada por ENAP.

Descripción y uso del borde costero y litoral De acuerdo a lo indicado en los estudios disponibles, no existen áreas de manejo asignadas o en trámite y la zona no tiene el carácter de Área Apta para Acuicultura (AAA). Por otra parte, no obstante la existencia de varios ductos submarinos en la zona del Terminal Gregorio, el litoral costero del sector en estudio no presenta restricciones naturales ni técnicas que puedan limitar el libre emplazamiento del emisario.

Análisis de las alternativas para ubicación de un emisario De acuerdo a la topografía, batimetría y condiciones locales de las instalaciones del Terminal Gregorio y la ubicación de los ductos submarinos existentes, se plantearon dos alternativas de ubicación tomando como referencia la actual descarga de los RILES. Alternativa A: La primera de ellas, consiste en una proyección desde el actual punto de descarga hacia el Este siguiendo con el emisario submarino en dicha dirección. Alternativa B: La segunda alternativa del trazado consiste en un ducto terrestre que se instalaría a partir de una planta elevadora ubicada en el sector inmediatamente antes de la descarga existente hacia el Sur, hasta un punto paralelo a los ductos existentes que se orientan hacia el SE. En consecuencia, las alternativas de instalación de un emisario submarino tendrán una orientación que varía entre 90º y 135º.

Disposición General del emisario

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La ubicación propuesta del emisario y su relación con el entorno, se esquematiza en la Fig 3.1 siguiente.

Fig. 3.1. Ubicación del Emisario Terminal Gregorio

Determinación de la ZPL De acuerdo al estudio realizado con este propósito, se ha propuesto una ZPL cuyo ancho es de 180 m. En conformidad con los antecedentes señalados en dicho estudio, se establece que la pendiente media del fondo marino entre el NRS y el veril de 10 metros de profundidad es de un 2,4 % y una altura de ola media de rompiente Hb= 1,9 m. Definición de Zonas Aptas para la Instalación de Emisarios Submarinos Durante la visita al terreno se ha verificado que las ubicaciones propuestas para el emisario, presentan ventajas y desventajas que son convenientes de comentar. La Alternativa A, tiene como ventajas que el trazado del emisario es independiente de los ductos que unen el sector de la multiboya con tierra y que el trazado en tierra es menor. Sin embargo, presenta como gran desventaja que el trazado marítimo es mucho mayor por la baja pendiente en la zona intermareal, es decir, se requiere de mayor longitud en el mar para unir el NRS con el punto de descarga. En tanto la Alternativa B, tiene la ventaja que el punto de descarga tiene mayor profundidad, sin embargo, en el caso de optar por dicha alternativa, habrá que analizar las posibles restricciones que presentan la presencia de otros ductos y las restricciones que puede representar la presencia de anclas y cadenas para la instalación de un nuevo ducto. Respecto a las ventajas y desventajas para ambas alternativas, podemos comentar lo siguiente:

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• • •

La baja pendiente de la zona intermareal para la Alternativa A y la gran variación de marea y las fuertes corrientes, no favorecen la instalación de un emisario por medio de flotación y enterramiento. Las condiciones de oleaje, la batimetría existente y las condiciones del fondo marino, favorecen la instalación de un emisario por medio de la tecnología denominada “bottom pull” que consiste en instalar una tubería de acero revestida, arrastrándola por el fondo. El sector presenta condiciones favorables para el armado del emisario en tierra, aunque las condiciones climáticas adversas y la falta de recursos obligarán extremar el control de calidad, la supervisión y la logística de las obras.

La evaluación desarrollada en terreno, permite concluir que la Alternativa A presenta la desventaja que requiere de mayor longitud en el mar para alcanzar la misma distancia respecto al NRS en relación a la alternativa B. Esta última presenta como ventaja que el trazado tiene mayor pendiente, con lo que es posible lograr mayor profundidad lo que favorece la dilución inicial. En definitiva, esta alternativa es más conveniente por requerir menor longitud en el mar. Lo anterior nos permite concluir que la ubicación más conveniente es la Alternativa B, que será en definitiva la que se adoptará. De este modo, las coordenadas del emisario son las que se indican en la siguiente Tabla. Tabla N 4.1. Franja Emisario Submarino de Terminal Gregorio

Punto Arranque (Cámara de Carga) Descarga Datum: WGS 84 3.4.2

Norte

Este 4.169.020,84

418.978,67

4.168.545,33

419.391.20

Estudios Oceanográficos y de Agua de Mar

Bajo este título se han agrupado los estudios netamente relacionados con aspectos oceanográficos, como son las Corrientes, Vientos, Mareas y Olas de Diseño, los cuales han sido analizados tomando en cuenta los antecedentes disponibles, y que se citan en los antecedentes consultados.

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4

DISEÑO DE LAS OBRAS

Se presenta a continuación la ingeniería básica de las obras comprendidas en el emisario submarino y la cámara de carga. 4.1

Emisario Submarino

4.1.1

Introducción.

La solución proyectada consiste en la instalación de un emisario submarino en sector del Terminal Gregorio. La ubicación general del proyecto se indica con flecha roja en la figura N°4.1

Fig. 4.1. Ubicación General del Proyecto De esta manera, la calidad del agua del litoral del sector mejorará sustancialmente, por cuanto se eliminará la descarga directa en la orilla del mar de los RILES, aprovechando la capacidad depurativa del medio marino. Como la descarga de los RILES se realizará lejos de la costa y a una profundidad razonable, se conseguirá una dilución inicial de la pluma de dispersión, evitando que esta impacte las áreas costeras que se desea proteger. Las ventajas de una solución con emisario submarino, tanto para RILES como para aguas servidas domésticas está ampliamente demostrada en todo Chile y particularmente en la XII Región, en donde instalaciones similares operan exitosamente.

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4.1.2

Criterio Básico de Diseño

En casos como el del Terminal Gregorio es preferible asegurar que en la pluma de dilución por sí misma (dilución inicial) se obtenga el valor necesario de dilución, de forma que el material sujeto a dispersión mecánica por acción de las corrientes y viento ya haya sido abatido y disuelto lo suficiente como para no depender de incertidumbres de campo lejano.

4.1.3

Antecedentes Se han considerado los siguientes antecedentes en la elaboración de este estudio

(a)

Decaimiento del contaminante (T90).

Según lo examinado por los antecedentes consultados, los RILES del Terminal Gregorio no contienen coliformes, siendo en consecuencia la DBO el parámetro que controla el diseño del emisario submarino. Tomando en cuenta lo anterior, no sería aplicable el concepto de T90 para el DBO. Sin embargo, el modelo requiere como dato de entrada un valor para este parámetro. El DBO es un contaminante que decae con mucha lentitud. Se adopta una constante de reacción que equivale a un T90 de 48 hrs, aunque incluso se podría adoptar cualquier valor mayor, incluso sobre 100 hrs, sin embargo, este parámetro no tiene incidencia alguna en el resultado final. Esto hace que el fenómeno del decaimiento sea muy secundario como “mecanismo” de abatimiento y disminución de la concentración. (b)

Dilución Inicial

Al realizarse la descarga en forma submarina, la pluma de aguas descargadas ascenderá a la superficie ya que su densidad es menor que la densidad normal del medio marino. Al ascender, la pluma se diluye en la columna de agua y se expande horizontalmente; la dilución que se produce a una cierta distancia alrededor del punto de vertido, en donde la pluma se estabiliza y alcanza su máxima elevación, se denomina dilución inicial. En un medio marino no estratificado (columna de agua homogénea), la pluma puede alcanzar la superficie, aprovechando toda la columna de agua para diluirse, en tanto que en uno estratificado dicha pluma puede quedar atrapada a cierta profundidad, condición deseable por efectos estéticos, pero desfavorable respecto de la dilución inicial, que se verá disminuida al conseguir una menor altura de agua para diluirse y mezclarse. La mínima dilución inicial que puede esperarse de un proyecto de emisario submarino es 1:100. En este caso en particular, los antecedentes disponibles permiten confirmar que existe un medio marino algo estratificado. En consecuencia, se puede adelantar que existirá una buena dilución inicial y que la pluma quedará atrapada antes de llegar a la superficie. (c)

Dispersión Mecánica

Es el fenómeno puramente superficial de expansión y desplazamiento de la mancha contaminante debido a la acción de las corrientes. En el caso de este emisario, se intentará que no juegue un rol importante, lo que se logra consiguiendo que la dilución inicial por si sola genere el abatimiento adecuado del contaminante, lo que se logra por el régimen de corrientes en la zona de descarga del emisario. (d) Régimen de oleaje

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Según lo indicado en el informe del Estudio de Olas preparado por HIGESA, los datos de olas medidos en el período y en la zona en estudio, permiten concluir que el mayor número de observaciones se encuentra en el rango de entre 0.01 m a 0.25 m de altura con un 58.09% de ocurrencia, con alturas que le siguen en frecuencia de entre 0.26 a 0.50 m asociado a un 34.08% de ocurrencia. Se observa además que las mayores alturas de olas detectadas están entre 1.26 y 1.5 m que ocurre a sólo el 0.05% de las observaciones de olas máximas medidas en la zona. Es importante desatacar que sólo el 7.81% de las alturas de olas máximas exceden los 0.50 m y el 0.03 % de las alturas de olas exceden los 1.0 m. El análisis realizado para la determinación de las olas extremas permite concluir una altura de ola máxima esperada de 2.11 m, 2.21 m y 2.36 m para un período de retorno de 30 años, 50 años y 100 años respectivamente. En consecuencia, desde el punto de vista ambiental, el oleaje incidente en el litoral de Gregorio puede generar un transporte de masa hacia la costa., ya que en la zona de instalación del emisario, la orientación del mismo se vería afectada por el oleaje del S – SE, que es el de mayor recurrencia. Lo anterior, permite concluir, que desde el punto de vista estructural, la mejor orientación del emisario es hacia el SE, es decir la Alternativa B.

4.1.4

Marco Regulatorio Ambiental

La normativa ambiental a considerar para el dimensionamiento del emisario submarino es la siguiente: (a)

Norma de emisión, D.S. 90/2000 MINSEGPRES

El Decreto Supremo N°90/2000 MINSEGPRES “Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes asociados a las descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales”, es la norma ambiental más importante relacionada con la evacuación de residuos líquidos al mar. De acuerdo con esta Norma, todos los establecimientos emisores que descargan sus efluentes al mar deben cumplir con los límites máximos de emisión de contaminantes establecidos en este cuerpo normativo. Además, el D.S. N° 90 MINSEGPRES fija otros criterios para la evacuación de residuos al mar, entre ellos define y discrimina una franja litoral denominada Zona de Protección Litoral (ZPL), que es más susceptible de alteración e impacto ambiental, y que tiene ciertas restricciones en áreas de manejo de recursos bentónicos. El ancho de la ZPL se determina con la siguiente fórmula:

⎡1,28 × Hb ⎤ A=⎢ ⎥ × 1,6 m ⎣ ⎦ en donde, A: Ancho de la zona de protección litoral, m Hb: Altura media de la ola rompiente, m

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m: Pendiente de fondo Básicamente, la ZPL es un ámbito de protección litoral que se extiende desde la línea de bajamar hacia mar adentro, y que dependiendo de las condiciones de oleaje y de la batimetría del lugar puede alcanzar un ancho de decenas hasta centenas de metros. La principal importancia de este concepto, es que los criterios de emisión son más rigurosos dentro de esta zona que fuera de ella. Así por ejemplo, dentro de la zona de protección litoral no puede verterse líquidos cuyo índice DBO5 superior a 60 y cuyo índice Aceites y Grasas sea mayor a 20.mg/l. De acuerdo a lo indicado anteriormente, se determinó una ZPL para la zona del Terminal Gregorio de 162 m, adoptándose una medida de 180 m para este estudio. (b)

Norma Chilena Nch Nº 1333 Of.78

En Chile, la normativa sobre calidad de agua aplicable es la Norma Chilena NCh 1.333 denominada “Requisitos de Calidad del Agua para Diferentes Usos”, D.S. 867/1978 del Ministerio de Obras Públicas. Esta Norma fija criterios de calidad que tienen por objeto proteger y preservar la calidad de las aguas que se destinen a usos específicos, reconociéndose los siguientes usos: • Agua para consumo humano • Agua para la bebida de animales • Riego • Aguas destinadas a recreación y estética (c)

Diagnóstico de la descarga submarina fuera de la ZPL.

El diseño del emisario debe respetar las normas de emisión y de calidad de agua indicadas anteriormente. Al disponer las aguas industriales de proceso del Terminal Gregorio en forma submarina fuera de la zona de protección litoral se debe verificar el cumplimiento de la legislación ambiental, esto es, verificar el cumplimiento de lo dispuesto en la Tabla N° 5 del D.S. N° 90 MINSIGPRES, titulada “Límites máximos permitidos para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua marinos fuera de la Zona de Protección Litoral”. Este cuerpo normativo se aplica a las fuentes emisoras nuevas (o las fuentes existentes a partir del 5° año de vigencia de la Norma). De acuerdo a los antecedentes disponibles, a continuación se presentan los parámetros que conforman la caracterización del efluente.

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Tabla 4.1 Valores de los parámetros contenidos en la descarga final de los RILES del Terminal Gregorio (salida unidad de flotación). Parámetro

Valor medido *

Limite Máximo Límite Máximo fuera de dentro de la la ZPL ZPL DBO5(mg/l) 420 60 -DQO(mg/l) ---Hidrocarburos Totales(mg/l)