Rodrigo Concha Jopia Grup de Recerca FLUMEN
Dep. de Ingenier´ıa Hidr´aulica, Mar´ıtima y Ambiental. UPC. E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Jordi Girona 1-3. D-1. 08034 BARCELONA
1.
Introducci´on
Una de las principales etapas dentro de un proyecto de rehabilitaci´on de redes de alcantari- llados, ya sean estas pluviales o residuales, consiste en la construcci´on de un modelo hidr´aulico de dicha red. Este modelo se debe realizar con una herramienta de c´alculo que permita la si- mulaci´on de fen´omenos hidr´aulicos propios de una red de este tipo: propagaci´on del flujo no permanente, entrada en carga de conductos, inundaci´on en ciertos puntos de la red, entre otros.
EPA SWMM 5.0 es una herramienta que permite simular estos fen´omenos hidr´aulicos, y por lo
tanto, posibilita la construcci´on de un modelo de la red de alcantarillado que permita al usuario investigar y analizar el efecto de las diferentes actuaciones de rehabilitaci´on sobre ´esta.
En el presente tema se expondr´an, a manera de introducci´on, algunos conceptos sobre rehabi- litaci´on de redes de alcantarillados. Luego, a trav´es de un ejemplo de aplicaci´on, se mostrar´a c´omo trabajar con EPA SWMM 5.0 en el an´alisis de una red de alcantarillado existente, y c´omo rea- lizar cambios en la red con el fin de representar posibles soluciones de rehabilitaci´on para que la red trabaje de acuerdo a ciertos criterios hidr´aulicos de funcionamiento. Las diversas soluciones ser´an analizadas hidr´aulicamente y desde el punto de vista operacional de la red, de forma de determinar sus impactos como medidas de rehabilitaci´on.
2.
Conceptos sobre rehabilitaci´on de alcantarillados
La rehabilitaci´on de redes de alcantarillados es considerada hoy en d´ıa como una de las
principales ´areas de actividad dentro del campo del drenaje urbano, pues en alg´un momento de la vida ´util de la red se recurrir´an a medidas de renovaci´on, reparaci´on, o reemplazo de alg´un elemento de la red o de una parte de ´esta. En general, la rehabilitaci´on de redes de alcantarillado se puede considerar desde dos enfoques distintos: desde un punto de vista reactivo, o desde un
punto de vista proactivo. La rehabilitaci´on reactiva corresponde al conjunto de medidas que
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buscan solucionar las deficiencias que la red presenta. En cambio, la rehabilitaci´on proactiva es el conjunto de medidas preventivas destinadas a evitar deficiencias en la red de alcantarillado. Claramente, el enfoque proactivo requiere de una mayor planificaci´on y de un mayor trabajo de recolecci´on de informaci´on del estado de la red respecto al enfoque reactivo.
Tradicionalmente, y desde un punto de vista de medidas estructurales, se ha considerado que la rehabilitaci´on de alcantarillados puede ser efectuada mediante reparaci´on, renovaci´on, o reemplazo de elementos de la red. La reparaci´on consiste en el trabajo destinado a corregir el da˜no local que pudiera tener un elemento de la red. La renovaci´on es el trabajo para mejorar el funcionamiento de un tramo de la red, incorporando el material de construcci´on original. El reemplazo consiste en la construcci´on de nuevos elementos de la red, que sustituyan a los viejos elementos de la red en la funci´on para la cual se construyeron. Sin embargo, la rehabilitaci´on de una red de alcantarillado tambi´en podr´ıa ser realizada mediante la incorporaci´on de nuevos elementos tales como nuevas salidas de descarga de la red, o dep´ositos de retenci´on.
Figura 1: Reemplazo de conductos en una red de alcantarillado
La necesidad de rehabilitaci´on de una red de alcantarillado proviene del hecho que, al igual que cualquier infraestructura urbana, ´esta fue dise˜nada para que funcione durante un per´ıodo de tiempo. Dentro de este per´ıodo de tiempo, la red requerir´a manutenci´on (incluyendo repa- raci´on) y, posteriormente, renovaci´on. Finalmente, se requerir´an acciones de reemplazo en la red. Por otro lado, la necesidad de rehabilitaci´on tambi´en se puede generar por el incremento de la urbanizaci´on, la cual provoca un aumento de la cantidad de flujos que llegan a la red de alcantarillado. Algunos “s´ıntomas” que indican necesidad de rehabilitaci´on de la red, incluyen:
fallas estructurales
inundaciones de calles y propiedades
contaminaci´on de cursos de agua naturales (tambi´en se incluye el agua del subsuelo) altos niveles de infiltraci´on o exfiltraci´on
Ejemplo de rehabilitaci´on de alcantarillado usando SWMM 5.0 145
Figura 2: Fallas estructurales en el interior de un colector
Como se mencion´o anteriormente, la rehabilitaci´on de redes de alcantarillado tiene suma importancia dentro del drenaje urbano. Prueba de ello es la gran cantidad de informaci´on que recopila experiencias realizadas, y procedimientos recomendados para rehabilitar redes. Dentro
de toda esta informaci´on, se destacan el Sewerage Rehabilitation Manual (SRM, o Manual de
rehabilitaci´on de alcantarillados) publicado por el Water Research Centre (WRc), y la nor-
ma “EN752/5: Drains and sewer systems outside buildings - Rehabilitation”. Estos documentos proporcionan procedimientos para evaluar el funcionamiento de los sistemas de alcantarillado y determinar la soluci´on de rehabilitaci´on m´as apropiada. En particular, ambos documentos t´ecni- cos recomiendan una metodolog´ıa para rehabilitar redes de alcantarillado, la cual est´a formada por las siguientes etapas:
1. Planeamiento inicial, donde se realiza una comparaci´on del funcionamiento actual de la red con criterios predeterminados para determinar la aproximaci´on m´as conveniente para la etapa de estudio de diagn´ostico.
2. Estudio de diagn´ostico, en la cual se desarrollan diferentes etapas de diagnosis de la red en estudio: recolecci´on de informaci´on sobre ´esta, investigaci´on hidr´aulica, estructural, y ambiental de la red, investigaci´on operacional de la misma, y desarrollo de las soluciones de rehabilitaci´on.
3. Implementaci´on y monitoreo, donde se realizan los trabajos de rehabilitaci´on y la imple- mentaci´on del plan de operaciones y mantenimiento. Adem´as, un monitoreo del funciona- miento hidr´aulico, estructural y ambiental, as´ı como de la efectividad del plan de opera- ciones y mantenimiento, debiera ser realizado despu´es de haber acabado con los trabajos de rehabilitaci´on.
Una fase que se encuentra impl´ıcita dentro del desarrollo de soluciones de rehabilitaci´on de una red de alcantarillado corresponde a la de la evaluaci´on Costo – Beneficio de las opciones de rehabilitaci´on. En ´esta, se seleccionan las soluciones m´as rentables evaluando los costos de
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las opciones en conjunto con el funcionamiento mejorado de la red. Al final, el esquema de rehabilitaci´on m´as efectivo ser´a aqu´el que conserve lo m´aximo de la red actual, y produzca, al mismo tiempo, el m´ınimo impacto en la comunidad.
Figura 3: Trabajos de rehabilitaci´on sobre una red de drenaje urbana
2.1. Investigaci´on hidr´aulica y rehabilitaci´on hidr´aulica
Como se vio anteriormente, la investigaci´on hidr´aulica es una de las diversas acciones que se deben realizar durante la etapa de diagn´ostico dentro de un plan o proyecto de rehabilitaci´on de redes de alcantarillado. Esta investigaci´on consiste en la evaluaci´on del comportamiento hidr´aulico de la red, cuyo objetivo es ayudar a identificar sectores con problemas dentro de ´esta (por ejemplo, salidas de flujo hacia el exterior), y a la vez investigar los posibles efectos en el comportamiento de la red debido a los cambios f´ısicos que se realicen en ella.
Para realizar la evaluaci´on hidr´aulica de la red es necesario contar con herramientas que permitan al usuario construir un modelo hidr´aulico de ´esta. Generalmente, se opta por programas inform´aticos que simulan el flujo en el interior de la red y que, por lo tanto, nos ayudan a entender el comportamiento hidr´aulico de la red.
Para construir el modelo hidr´aulico que representar´a a nuestra red, se debe tener presente la calidad de los datos de los cuales se dispone, pues una informaci´on no fiable no contribuir´a al desarrollo de un buen modelo. Procesos claves en la elaboraci´on de un modelo hidr´aulico son la calibraci´on y la validaci´on de ´este. Una vez el modelo ha sido validado, este puede ser usado para evaluar el comportamiento hidr´aulico de la red e investigar las maneras de corregir las deficiencias de la red.
Dentro de las posibles soluciones que se pueden adoptar, existe un conjunto de ellas, conocido como medidas de rehabilitaci´on hidr´aulica, cuyo objetivo es disminuir la “sobrecarga hidr´aulica” (no confundir con entrada en carga de conductos), y de esta forma permitir alcanzar los objetivos de funcionamiento de la red. Estas opciones de rehabilitaci´on hidr´aulica corresponden a:
Ejemplo de rehabilitaci´on de alcantarillado usando SWMM 5.0 147
a) Reducci´on de los flujos de entrada a la red. Esto se puede llevar a cabo, por ejemplo, me- diante derivaciones de flujos de sectores m´as sobrecargados a otros sectores que presenten una menor sobrecarga hidr´aulica.
b) Maximizar la capacidad del sistema existente. Existen simples actuaciones, tales como la remoci´on de constricciones locales, o la limpieza de la red, que ayudan a maximizar la capacidad de transporte de la red.
c) Atenuaci´on de los caudales pico mediante actuaciones en la red. La atenuaci´on de los picos de los hidrogramas que circulan por la red pueden ser atenuados mediante la construcci´on
de dep´ositos de retenci´on, o aprovechando la capacidad de almacenamiento que puedan
tener algunos colectores.
d) Incremento de la capacidad hidr´aulica del sistema. Esta quiz´as sea la actuaci´on m´as obvia cuando una red de alcantarillado presenta problemas. El incremento en la capacidad se puede lograr, por ejemplo, mediante el reemplazo por tuber´ıas de mayor tama˜no, o a trav´es de la construcci´on de conductos paralelos.