Projecte Vila i Vilà

Al novembre de 2023 van engegar les obres d’un nou col·lector de clavegueram al carrer Vila i Vilà entre els carrers Palaudàries i Bella Dorita. La zona baixa de la ciutat de Barcelona i especialment la zona del Paral·lel estava sofrint una falta de capacitat que necessitava la intervenció dels col·lectors de la zona, especialment el col·lector de sota el carrer Vila i Vilà. El canvi climàtic esperable en un futur pròxim amb el consegüent augment de pluges, feia necessària la millora de les capacitats dels col·lectors. S’havia detectat una falta de capacitat dels col·lectors situats en la zona baixa i es va fer un esforç pel canvi del sistema actual. El col·lector de Vila i Vilà, es va desdoblar millorant les infraestructures (Funicular i altres) però es va incidir en la geometria del col·lector, per la qual cosa es va interrompre en el seu terç mitjà per una càmera que permeti el flux per sota del funicular, creant un estrenyiment en altura i una desviació lateral de l'eix del col·lector. Donats tots aquests canvis en la rasant dels col·lectors i de l'eix, amb cambres en els quals el flux té acceleracions que impliquen un flux tridimensional, es va decidir estudiar el cas per mitjà d'un model a escala reduïda. La implementació d'aquest model implicava l'estudi de dues alternatives o opcions que indiquessin quina és la millor opció tècnicament parlant.

L'estudi en model a escala reduïda és una eina que permet identificar problemes complexos que d'una altra manera, amb els coneixements que tenim en termes de formulacions, perdudes d'energia, fenòmens turbulents i despreniment de la capa límit, són molt limitats avui dia. El model a escala reduïda permet trobar o validar solucions que d'una altra manera no és possible. Els models 1D són molt generosos atès que tots els coeficients desenvolupats durant el segle passat, es van aconseguir a través de models en laboratori. Els models 2D són un model 1D estès a l'altra dimensió en planta, no pot haver-hi acceleracions verticals que es desviïn de la pressió hidroestàtica, però té el problema que no se li pot donar el coneixement que es tenia del funcionament de les estructures realitzades en laboratori, o almenys moltes d'elles no estan contemplades.

Això fa que un modelatge 2D, si no és per a estudiar la distribució d'en planta dels cabals unitaris, el resultat pot allunyar-se de la realitat i ser més coherent el model 1D. Els models 3D són interessants perquè tenen la capacitat de geometries complexes, però tenen problemes per a la simulació de la làmina lliure, encara que aquest punt l'estan començant a resoldre amb alguns assoliments interessants, no obstant això, encara estan en mode experimental. El 3D té una altra complexitat i és que cal modelar la turbulència i d'aquest tema hi ha bastants coeficients a usar i models a implementar, encara cal tenir molta precaució en l'ús de la turbulència. El model físic a escala reduïda és un model 3D, el problema del qual radica en el fet que cal mantenir uns certs paràmetres dins dels límits adequats i cal saber que forces són les que han de ser estudiades i que forces cal mantenir controlades o limitades.

El cas que estem estudiant, el model es basarà a mantenir la relació entre les forces de pes i les forces d'inèrcia iguals entre el prototip i el model, això s'aconsegueix mantenint el número de Froude. No obstant això, el model a escala reduïda funcionarà a pressió, per la qual cosa la relació que ens interessaria mantenir és entre les forces de pressió i les forces d'inèrcia, que s'aconsegueix mantenint entre tots dos el nombre d’Euler. Conservar el nombre de Froude o usar el nombre d'Euler dona el mateix resultat quant a les relacions de les diferents escales.

Un dels punts importants en els prototips amb escala de Froude o Euler en règim a pressió és que el nombre de Reynolds hauria de ser elevat per a evitar que la capa límit laminar influenciï el resultat. En els prototips que s'estan estudiant en el laboratori de Morfodinámica Fluvial II, el nombre de Reynolds està per sobre de 150000, la qual cosa és satisfactori, encara que sembli elevat, sí que s'observa que hi ha una petita influència en el valor final del factor de fricció f entre el prototip i el model, el prototip del laboratori és una mica més llis que el model del col·lector Vila‐Vilá.

Es van construir dos prototips en el laboratori per a cadascuna de les dues configuracions dissenyades per la UTE i la geometria de la qual es va analitzar en el GITS, i de les quals es va triar la millor opció arran dels resultats dels assajos. Una vegada llimades les característiques geomètriques es va procedir a la construcció dels mateixos a l'escala triada. El fet de construir dos models, redueix els problemes d'escala, ja que en tots dos prototips els fenòmens d'escala es reproduiran de la mateixa manera.