RESUMEN

La cabecera municipal del municipio de Candelaria actualmente presenta problemas de inundaciones ocasionados por la sobrecarga del alcantarillado sanitario con parte del caudal de agua lluvia ya que el corregimiento no cuenta con sistema de drenaje pluvial y la comunidad ha decidido realizar las descargas de agua lluvia proveniente de techos y patios a las cmaras existentes de alcantarillado sanitario.

Para poder plantear soluciones efectivas a este problema se requiere evaluar el sistema existente al periodo actual y futuro para determinar las intervenciones mnimas necesarias del sistema para que ste sea eficiente y adems su optimizacin tenga el mnimo costo posible de tal manera que sea sostenible como proyecto de infraestructura para el municipio.

Este artculo describe los parmetros y variables empleadas para realizar el diagnstico hidrulico de la red de alcantarillado sanitario existente teniendo en cuenta que actualmente el 30% del caudal de aguas lluvias drena a travs de este. Como software de modelado se utiliz EPA SWMM y la cuantificacin de variables se realiz con base en la metodologa RAS 2000 y dems normas de diseo.

Como resultado se encontr que el programa permite evaluar la red de forma especfica por tramo y cmaras para poder posteriormente plantear diferentes alternativas de reposicin las cuales dependen del presupuesto disponible para las obras y del alcance que se quiera tener en cuanto al incremento de la vida til del sistema.

PALABRAS CLAVES: Sistemas de drenaje, Alcantarillado Sanitario, Alcantarillado Pluvial, modelado en EPA-SWMM, control y minimizacin de riesgo de inundacin.

1. INTRODUCCIN

Los sistemas de drenaje son necesarios para el desarrollo de las areas urbanas debido a la interaccin entre la actividad humana y el ciclo natural del agua. Esta interaccin tiene dos formas principales: la abstraccin del agua del ciclo natural que provee agua al ser humano para abastecimiento y el recubrimiento de la tierra con superficies implermeables que desvian el agua lluvia lejos del sistema local natural de drenaje,

adems de la reduccin de espacios vegetados, la cual reduce la intercepcin natural y la evapotranspiracin y genera volmenes de escorrenta netamente mayores y acelera los tiempos de respuesta, aumentando el riesgo de inundaciones (Butler, et al., 2004; Perales, et al., 2008).

Estas dos clases de interaccin dan lugar a dos tipos de agua que requieren drenaje. El primer tipo corresponde al agua residual, es decir, agua que ha sido empleada para abastecimiento, mantener un nivel de vida y satisfacer las necesidades de la industria y que despues de su uso, si no es drenada adecuadamente, podra ser causante de contaminacion y crear riesgos a la salud (Butler, et al., 2004).

El segundo tipo es el agua lluvia, es decir, agua resultante de la precipitacin que cae sobre reas construdas, que puede causar algn inconveniente, dao, inundacin y peligrosos riesgos a la salud si la tormenta no drena apropiadamente; adems contiene algunos contaminantes, originarios de la lluvia, el aire y lo que atrapa cuando escurre en el suelo (Butler, et al., 2004).

El sistema de drenaje tradicional maneja las aguas lluvias y residuales de todas las ciudades de manera generalizada. Los principales sistemas relacionados con el agua en el medio urbano son los siguientes (Tucci, 2007):

Manantiales de agua urbana: son fuentes de agua para abastecimiento humano, animal e industrial. Estas fuentes pueden ser superficiales y subterrneas. Los manantiales superficiales son los ros prximos a las comunidades. Los manantiales subterrneos son los acuferos que almacenan agua en el subsueo y permiten atender la demanda a travs del bombeo de esta agua. De esta manera, el agua suterrnea es utilizada generalmente en las ciudades de pequeo y medio porte, pues depende del caudal de bombeo que el acufero permite retirar sin comprometer su balance de entrada y salida del agua.Abastecimiento de agua: involucra la utilizacin del agua disponible en el manantial, que es transportada hasta el sistema de tratamiento y despus distribuida a la poblacin a travs de una red. Este sistema involucra importantes inversiones, generalmente pblicos, para garantizar el agua en cantidad y calidad adecuada.Saneamiento de efluentes residuales: es el sistema de recoleccin de aguas residuales (residenciales, comerciales e industriales), el transporte de este volumen, su tratamiento en un sistema de tratamiento y el vertido del agua tratrada nuevamente al cuerpo hdrico.Control del drenaje urbano: involucra la red de recoleccin del agua (y residuos slidos) que se originan debido a las precipitacione sobre las superficies urbanas, su tratamiento y retorno a los ros.Control de inundaciones ribereas: se hace para evitar que la poblacin sea alcanzada por las inundaciones naturales. Los ros en los perodos de lluvias salen de su lecho menor y ocupan su lecho mayor, dentro de un proceso natural. Como esto ocurre de manera irregular a lo largo del tiempo, la poblacin tiende a ocupar el lecho mayor, quedando sujeta al impacto de inundaciones.

Respecto a la gestion del drenaje urbano Tucci (2007) indica que las medidas de control del escurrimiento pueden ser organizadas de acuerdo con su accin sobre el hidrograma en cada una de las partes de las cuencas mencionadas anteriormente de la siguiente manera:

Infiltracin y percolacin: normalmente, crea espacio para que el agua tenga mayor infiltracin y percolacin en el suelo, utilizando el almacenamiento y el flujo subterrneo para retardar el escurrimiento superficial;Almacenamiento: a travs de reservorios que pueden ocupar espacios abiertos o cerrados. El efecto del reservorio es de retener parte del volumen del escurrimiento superficial, reduciendo su pico y distribuyendo el caudal en el tiempo;Aumento de la eficiencia del escurrimiento: a travs de conductos y canales, drenando reas inundadas. Este tipo de solucin tiende a transferir crecidas de un rea hacia otra, pero puede ser benfico cuando se utiliza en conjunto con reservorios de retencin;Diques y estaciones de bombeo: solucin tradicional de control localizado de crecidas en reas urbanas que no poseen;

Segn Ospina et al (2011), se necesita una metodologa que permita realizar censos sanitarios para evaluar, diagnosticar y calificar la infraestructura fsica existente y que revele las verdaderas necesidades de intervencin para cada uno de sus componentes, que involucre variables tangibles como vida til, cobertura, cantidad, continuidad, calidad, factor de importancia, capacidad hidrulica y estructural, mantenimiento y operacin.

Ospina et al (2011) recomienda para esto la metodologa para la evaluacin del sistema de alcantarillado (VAL), cuya estructura permite cuantificar el diagnstico del sistema mediante la asignacin de coeficientes que varan segn el estado de los componentes del mismo, por ejemplo la planta de tratamiento de aguas residuales, el emisario final, los colectores y las cmaras y las conexiones domiciliarias. La simplicidad de esta metodologa la hace accesible a cualquier escenario pblico, permitiendo su aplicacin en la mayora de localidades urbanas y nucleadas.

Rodriguez, et al (2005) indica que un modelo de simulacin de flujo de alcantarillado puede ser necesario para ayudar a entender la hidrulica del sistema dentro del procedimiento de diagnstico de la infraestructura existente y planteamiento de alternativas, sin embargo, se necesita la verificacin y/o calibracin y no siempre es necesario aplicarlo. La mejor solucin de ingeniera debe tener tres enfoques: hidrulico, ambiental y estructural.

Las opciones hidrulicas incluyen maximizar el uso de la capacidad existente; reducir la entrada hidrulica al sistema de alcantarillado por uso de pavimentos porosos, desviacin de flujos a otros sistemas o reduccin de infiltracin; atenuar de los picos de flujo por movilizacin y/o provision de almacenamientos e incrementar la capacidad del flujo del sistema por reemplazo con tuberas de mayor dimetro y/o construccin de tuberas adicionales (Rodriguez et al., 2005).

Las opciones ambientales comprenden reducir la entrada de contaminantes al sistema; disminuir las descargas planeadas de contaminantes a los cuerpos receptores; disminuir el impacto por relocalizacin de los puntos de descarga y reducir la exfiltracin mediante el sellado de fugas, la hermeticidad a travs de recubrimientos y el reemplazo de tuberas (Rodriguez et al., 2005).Las opciones estructurales abarcan la proteccin del material de la tubera de alcantarillado colocando un recubrimiento; rehabilitar la tubera de alcantarillado por reparacin, renovacin o reemplazo (Rodriguez et al., 2005)..

2. METODOLOGIA

El diagnstico del sistema de drenaje de la Cabecera Municipal del Municipio de Candelaria comprende en primer lugar la delimitacin del rea y la evaluacin del acceso a servicios pblicos de la comunidad.

2.1 Localizacin

El municipio de Candelaria est ubicado sobre la zona sur del Valle del Cauca dentro del rea Metropolitana de Cali. Se encuentra a una altura de 975 msnm y cuenta con un rea aproximada de 285 Km2.Figura 1 Localizacin Municipio de CandelariaFuente: Modificado de P.B.O.T Candelaria (2005)

2.2 Servicios Pblicos

El diagnstico de los servicios pblicos del municipio de Candelaria se realiz con base en la informacin registrada en el PBOT (2005).

Para el diagnstico del sistema de redes de alcantarillado se realiz trabajo de campo para consignar la informacin especfica de cada tramo y cmara perteneciente al sistema (Catastro de redes).

Figura 2 Diagnstico de Servicios PblicosFuente: P.B.O.T Candelaria (2005)

La ausencia de alcantarillado pluvial implica que parte del drenaje de aguas lluvias se realice por medio del alcantarillado sanitario, disminuyendo la vida til de este.

2.3 Parmetros de Diseo

Poblacin: Para la proyeccin de la poblacin se utiliz como informacin primaria los censos del DANE realizados desde el ao 1985 hasta el ao 2005.

2.4 2.5 2.6

Tabla 1 Poblacin Censada DANE Fuente: DANE (2005)

El mtodo elegido para la proyeccin de la poblacin fue el Mtodo de Regresin Simple, con el cual se obtuvieron resultados similares a los presentados por las proyecciones del DANE (2005).

Contribucin de Aguas Residuales: la metodologa planteada sigue los lineamientos del tem D.3.2 del RAS 2000.

Para la estimacin de la dotacin neta, la informacin base utilizada corresponde a los registros del SUI y ACUAVALLE S.A ESP desde el ao 2003 hasta el ao 2009, la cual presenta variaciones segn su uso (Residencial o No Residencial).

Respecto a la estimacin de los diferentes tipos de caudales: Caudal domstico de aguas residuales (Qd), Caudal comercial (Qc), Caudal Medio de Aguas Residuales (QMD), Caudal de Conexiones Erradas (Qce), Caudal de Infiltracin (Qinf), Caudal Mximo Horario (QMH) se tienen en cuenta los siguientes parmetros:

ParmetroValor

Coeficiente de Retorno (%)0,8

Cobertura de Alcantarillado (%)100

Dotacin Neta para uso residencial actual (LHD)210

Dotacin Neta para uso residencial al periodo de diseo (LHD)135

Disminucin quinquenal de la Dotacin Neta para uso Residencial (LHD)15

Dotacin Neta para uso no residencial (LED)2,325

Tasa de crecimiento elegida segn DANE0,0135

Coeficiente de Conexiones Erradas (L/s.Ha)2

Factor de Mayoracin (F)2,52

Coeficiente de Infiltracin (L/s.Ha)0,15

Tabla 2 Parmetros Clculo Caudales

Contribucin de Aguas Lluvias: para la estimacin del caudal de diseo se utiliza el Mtodo racional.

La Curva Intensidad-Duracin-Frecuencia (IDF) utilizada es la recomendada por la CVC para la zona de influencia del proyecto:

donde:I: Intensidad (mm/h)Tr: periodo de retorno (aos)t: riempo de concentracin (min)

El coeficiente de escorrenta se estim con base en el rea distribuida para cada tipo de suelo:

Tipo de SuperficieCrea (m2)Pond

Pavimentos asflticos y superficies de concreto0,8375902,2300721,83

Residencia, con casas contiguas, predominio de zonas duras0,7676175,1473322,62

Residencial, con predominio de zonas verdes y parques-cementerios0,327145,618143,68

Parques recreacionales0,25134249,6833562,42

Subtotal1213472,77815750,56

Ponderado Coef. Escorrenta0,672

Tabla 3 Estimacin Coeficiente de Escorrenta

2.4 Modelado

El modelado se realiza sobre la base del sotware SWMM de la EPA. El SWMM es un modelo dinmico de simulacin de precipitaciones, que se puede utilizar para un nico acontecimiento o para realizar una simulacin sontinua en periodo extendido. Para el caso del proyecto se realizar para un nico acontecimiento.

Para el trazado de la red de alcantarillado sanitario en el programa se utiliza la informacin recopilada en el catastro de redes y para la evaluacin al periodo de diseo se incorpora el rea de expansin mediante dos nodos anexos.

Figura 3 Trazado de la Red

3. RESULTADOS Y DISCUSIN

3.1 Proyeccin de Poblacin y Caudales de DiseoEn la Tabla 4 y 5 se presenta la poblacin proyectada por medio del mtodo de regresin simple y el resultado del clculo de caudales de diseo y chequeo del alcantarillado sanitario.

AoPoblacin

200519620

201021058

201522705

202024575

202526974

203027725

203529376

Tabla 4 Poblacin Proyectada

Tabla 5 Caudales Alcantarillado Sanitario

Escenario Actual

Realizando una simulacin del alcantarillado sanitario para evaluar el funcionamiento actual se encuentra lo siguiente:

Cmaras que presentan sobrecarga: 17 Tramos que presentan sobrecarga: 22

Figura 4 Tramos de Alcantarillado Sanitario con Problemas Hidrulicos en escenario actual

Escenario Futuro

Respecto a la evaluacin de la red de alcantarillado sanitario existente al periodo de diseo, es decir, incluyendo el rea de expansin dentro de la simulacin y las condiciones de cambio de caudal, se encuentra lo siguiente:

Figura 5 Tramos de Alcantarillado Sanitario con Problemas Hidrulicos en escenario actual

La evaluacin del sistema de alcantarillado sanitario actual confirma la problemtica actual del municipio de Candelaria y permite asegurar qu tramos y cmaras de alcantarillado son ms vulnerables.El planteamiento de las alternativas de solucin debe entonces incluir la intervencin de los tramos y cmaras que presentan problemas. Sin embargo, est sujeta tambin al presupuesto disponible por parte del municipio ya que una reposicin total de los tramos con problemas hidrulicos implica costos elevados que pueden hacer inviable el proyecto.

REFERENCIAS

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