TESIS DE MAESTRÍA
COSTOS DE CONSTRUCCIÓN DE TANQUES EN GRP BAJO TIERRA PARA
RETENCIÓN TEMPORAL DE AGUAS LLUVIAS.
PRESENTADO POR:
ADRIANA LONDOÑO GUATEQUE
ASESOR:
JUAN GUILLERMO SALDARRIAGA VALDERRAMA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
DICIEMBRE 2014
Expreso mis agradecimientos:
A Dios, porque gracias a él todo es posible,
A mis papás, Antonio y Luisa, y a toda mi familia que me ha apoyado
incondicionalmente a lo largo de mi vida,
A mi novio, Luis Carlos, y su familia por su apoyo y aliento constante,
A mi asesor de tesis, Juan Saldarriaga, por guiarme durante este proceso y
trasmitirme parte de sus amplios conocimientos,
A mis amigos de posgrado, Iván, Lainer y Néstor, con los cuales compartimos
largas jornadas de estudio
A las empresas, Hidropluviales, Hidrostank, O-tek y PAVCO, por su
colaboración en esta investigación,
¡A todos, mil Gracias!
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TABLA DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO .................................................................................... I
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................ IV
ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................... IX
ÍNDICE DE GRÁFICAS ..................................................................................... XI
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ................................................................ 1
1.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................... 1
1.2 OBJETIVOS ........................................................................................... 3
1.2.1 Objetivos generales ......................................................................... 3
1.2.2 Objetivos específicos ...................................................................... 3
2. CONTEXTUALIZACIÓN Y MARCO TEÓRICO .......................................... 4
2.1 OBJETIVOS DE LOS TANQUES .......................................................... 4
2.2 POLIÉSTER REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO............................ 5
3. SISTEMAS URBANOS DE DRENAJE SOSTENIBLE ............................... 6
3.1 TIPOS DE ALMACENAMIENTO ........................................................... 8
3.1.1 Medidas no estructurales ................................................................ 8
3.1.2 Medidas estructurales ..................................................................... 9
3.2 CLASES DE ALMACENAMIENTO TEMPORAL SUBTERRÁNEO ..... 12
3.2.1 Tanques de concreto ..................................................................... 12
3.2.2 Tanques plásticos ......................................................................... 14
4. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS DE LA CUENCA ........................ 16
4.1. CÁLCULO PRELIMINAR DEL VOLUMEN .......................................... 17
4.1.1. Método del Hidrograma ................................................................. 17
4.1.2. Método del Hidrograma Triangular ................................................ 18
4.1.3. Método del Soil Conservation Service (SCS) ................................ 19
4.1.4. Método alternativo ......................................................................... 21
5. TANQUES DE ALMACENAMIENTO EN GRP ......................................... 22
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5.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES .................................................... 22
5.1.1 Almacenamiento temporal a la entrada. ........................................ 22
5.1.2 Almacenamiento temporal en serie (Línea). .................................. 23
5.1.3 Almacenamiento temporal en paralelo .......................................... 24
5.2 TANQUES PAVCO .............................................................................. 25
5.3 FIBRATORE S.A ................................................................................. 25
5.4 TANQUES AMISTORM - AMITECH .................................................... 26
5.4.1 Características generales los tanques de tormenta ...................... 28
5.4.2 Procedimiento de instalación ........................................................ 34
5.5.3 Aplicaciones de Tanques AmiStorm .............................................. 40
5.5 TANQUES XERXES CORPORATION ................................................ 44
5.5.1 GUÍAS DE INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE LOS TANQUES .. 44
5.5.2 REQUERIMIENTOS DE EXCAVACIÓN ....................................... 48
5.5.3 EXCAVACIÓN Y LOCALIZACIÓN DEL TANQUE ........................ 48
5.5.4 ALTURA DE EXCAVACIÓN .......................................................... 50
5.5.5 ALTURA DE CUBIERTA ............................................................... 50
5.5.6 ESPACIAMIENTO DE TANQUES ................................................. 51
5.5.7 INSTALACIÓN DE TANQUES. ..................................................... 54
5.5.8 MATERIAL DE RELLENO ............................................................. 57
5.5.9 TELA GEOTEXTIL ........................................................................ 60
6 EQUIPAMIENTO DE LOS TANQUES DE TORMENTA. .......................... 61
6.1 EQUIPOS DE REGULACIÓN DE CAUDAL. ....................................... 61
6.1.1 Válvulas tipo Vórtice ...................................................................... 62
6.1.2 Válvula de Control de Flujo Reg-U-Flo .......................................... 64
6.1.3 Válvulas tipo Flotador .................................................................... 69
6.1.4 Válvulas de compuertas murales .................................................. 72
6.2 EQUIPOS DE LIMPIEZA. .................................................................... 74
6.2.1 Limpiadores basculantes. .............................................................. 75
6.2.2 Compuertas de limpieza ................................................................ 82
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6.2.3 Sistema de limpieza por vacío. ..................................................... 83
6.2.4 Limpiadores giratorios a chorro ..................................................... 89
6.3 TAMICES Y PANTALLAS DEFLECTORAS ANTIFLOTANTES .......... 93
6.3.1 Tamiz de Aliviadero Tipo PAS ....................................................... 94
6.3.2 Pantalla deflectora de flotantes. .................................................... 96
6.4 CLAPETAS ANTIRRETORNO Y ANTIMAREA ................................... 98
6.5 EQUIPO DE DESODORIZACIÓN ..................................................... 101
6.5.1 Opciones del TERMINODOUR ................................................... 102
6.5.2 Proceso de funcionamiento ......................................................... 103
6.5.3 Descripción de la reacción .......................................................... 104
6.6 EQUIPOS DE CONTROL Y CIRCUITO DE AGUA ........................... 104
6.6.1 Circuito de agua para el llenado de los limpiadores .................... 104
6.6.2 Circuito de control ....................................................................... 105
7 METODOLOGÍA DESARROLLADA ....................................................... 107
8 COSTOS INVOLUCRADOS EN LA INSTALACIÓN DE TANQUES EN
GRP ................................................................................................................ 123
8.1 COSTO DE EXCAVACIÓN ................................................................ 123
8.2 COSTOS DE RELLENO .................................................................... 124
8.3 COSTO DEL TANQUE EN GRP ....................................................... 125
8.4 RESULTADOS DE COSTOS ............................................................ 128
8.4.1 Análisis de precios unitarios y presupuestos para las alternativas de
ubicación en Fucha, Salitre y norte de la ciudad. ................................... 129
8.4.2 Análisis de precios unitarios y presupuesto para ubicación en el
parqueadero sur del estadio el Campín. .................................................. 143
8.4.3 Análisis de precios unitarios y presupuestos para las tres
alternativas en la subcuenca Galerías. .................................................... 148
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 151
10 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 153
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 3.1 Cambios inducidos por el desarrollo urbano en la transformación
lluvia-escorrentía (Fuente: Momparler, Doménech, 2007) .................................. 6
Figura 3.2 Sistema alternativo de drenaje urbano, combinado con sistema
centralizado de almacenamiento. (Fuente: G. Freni, G. Mannina & G. Viviani,
2010) ................................................................................................................... 8
Figura 3.3 Ejemplos de cubiertas verdes. ........................................................... 9
Figura 3.4 Ejemplos de superficies permeables. .............................................. 10
Figura 3.5 Ejemplos de cunetas verdes. ........................................................... 10
Figura 3.6 Ejemplos de humedales ................................................................... 11
Figura 3.7 Ejemplos de depósitos de detención superficial y Enterrados ......... 12
Figura 3.8 Tanque de tormenta en concreto (Fuente: Ayesa Iturralde, 2010) .. 13
Figura 3.9 Sistema de almacenamiento compuesto por tuberías. (Fuente:
Amitech, 2010) .................................................................................................. 14
Figura 3.10 Sistema modular de unidades rectangulares (Fuente: Wavin, 2009)
.......................................................................................................................... 15
Figura 3.11 Módulo en forma de cilindro (Fuente: Xerxes Corporation, 2012) . 15
Figura 4.1 Inundación en la ciudad de Bogotá durante temporada invernal ..... 16
Figura 5.1 Almacenamiento en línea. (Fuente: Mays L, 2001) ......................... 23
Figura 5.2 Almacenamiento en serie y en paralelo. (Fuente: Mays L, 2001) .... 23
Figura 5.3 Almacenamiento en paralelo. (Fuente: Mays L, 2001)..................... 24
Figura 5.4 Tanques de almacenamiento. (PAVCO, 2014) ................................ 25
Figura 5.5 Tanque cilíndrico horizontal enterrado (Fibratore) ........................... 26
Figura 5.6 Sistema de almacenamiento AmiStorm Tanks (Fuente: AMITECH,
2010) ................................................................................................................. 27
Figura 5.7 Ejemplos de instalación de tanques modulares (Fuente: AMITECH,
2010) ................................................................................................................. 28
Figura 5.8 Esquema en red Unitaria (Fuente: AMITECH, 2010) ....................... 29
Figura 5.9 Esquema en red Separativa (Fuente: AMITECH, 2010) .................. 29
Figura 5.10 Sistema modular del tanque de tormenta (Fuente: AMITECH, 2010)
.......................................................................................................................... 30
Figura 5.11 Módulo colector. (Fuente: AMITECH, 2010) .................................. 30
Figura 5.12 Diferentes vistas del módulo colector. (Fuente: AMITECH, 2010) . 32
Figura 5.13 Módulo tubería. (Fuente: AMITECH, 2010) ................................... 33
Figura 5.14 Módulo de Cierre. (Fuente: AMITECH, 2010) ................................ 34
Figura 5.15 Proceso de instalación de tuberías. (Fuente: AMITECH, 2010) .... 35
Figura 5.16 Zanja estándar. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010) .................... 36
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Figura 5.17 Instalación tipo 1. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010) ................. 39
Figura 5.18 Instalación tipo 2. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010) ................. 40
Figura 5.19 Tanque de tormenta en Langgöns- Alemania. (Fuente: AMITECH,
2010) ................................................................................................................. 41
Figura 5.20 Tanque de tormenta en Lübbenau- Alemania (Fuente: AMITECH,
2010) ................................................................................................................. 42
Figura 5.21 Tanque de tormenta en Warsaw- Polonia. (Fuente: AMITECH,
2010) ................................................................................................................. 43
Figura 5.22 Tanque Xerxes Corporation. (Fuente: XERXES CORPORATION,
2013) ................................................................................................................. 44
Figura 5.23 Agarraderas de levantamiento del tanque. (XERXES
CORPORATION, 2013) .................................................................................... 46
Figura 5.24 Diferentes posiciones del tanque para levantamiento. (XERXES
CORPORATION, 2013) .................................................................................... 47
Figura 5.25 Correcta posición del tanque en el suelo. (Fuente: XERXES
CORPORATION, 2013) .................................................................................... 48
Figura 5.26 Lugar de instalación del tanque. (Fuente:XERXES CORPORATION,
2013) ................................................................................................................. 49
Figura 5.27 Espaciamiento de tanques. (Fuente: XERXES CORPORATION,
2013) ................................................................................................................. 52
Figura 5.28 Espacio mínimo de separación en condiciones de suelo estable.
(Fuente: XERXES CORPORATION, 2013) ...................................................... 52
Figura 5.29 Espacio mínimo de separación en condiciones de suelo inestable.
(Fuente: XERXES CORPORATION, 2013) ...................................................... 53
Figura 5.30 Correcta instalación de relleno alrededor del tanque. (Fuente:
XERXES CORPORATION, 2013) ..................................................................... 55
Figura 5.31 Nivel de balanceo del tanque. (Fuente: XERXES CORPORATION,
2013) ................................................................................................................. 57
Figura 5.32 Ancho de zanja estándar. (Fuente: XERXES CORPORATION,
2013) ................................................................................................................. 58
Figura 5.33 Tamaños de relleno. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013) .. 59
Figura 6.1 Válvula tipo vórtice (Fuente: Hidrostank-1, 2010) ............................ 62
Figura 6.2 Curva característica (Fuente: Hidrostank-1, 2010) ......................... 63
Figura 6.3 Válvulas tipo vórtex. (Fuente: AMITECH, 2010) .............................. 64
Figura 6.4 Válvula REG-U-FLO (Fuente: Hidropluviales, 2014)........................ 65
Figura 6.5 Funcionamiento de válvula en tiempo seco (Fuente: Hidropluviales,
2014). ................................................................................................................ 66
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Figura 6.6 Funcionamiento de válvula en tiempo de lluvias (Hidropluviales,
2014). ................................................................................................................ 66
Figura 6.7 Curva de carga Vs flujo (Fuente: Hidropluviales, 2014). .................. 67
Figura 6.8 Compuerta giratoria para By-pass (Fuente: Hidropluviales, 2014) .. 68
Figura 6.9 Respaldo curvo (Fuente: Hidropluviales, 2014) ............................... 68
Figura 6.10 Palanca supresora de vórtice (Fuente: Hidropluviales, 2014) ........ 69
Figura 6.11 Diferentes configuraciones de pozos (Fuente: Hidropluviales, 2014)
.......................................................................................................................... 69
Figura 6.12 Válvula tipo flotador. (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) .................... 70
Figura 6.13 Placa de entrada (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) ......................... 70
Figura 6.14 Placa de entrada regulando (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) ........ 71
Figura 6.15 Caudal en la salida (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) ...................... 72
Figura 6.16 Ejemplos de compuertas murales (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) 72
Figura 6.17 Secciones de paso estándar para compuertas murales (Fuente:
Hidrostank-2, 2014) .......................................................................................... 74
Figura 6.18 Sistema de limpieza. (Fuente: AMITECH, 2010) ........................... 76
Figura 6.19 Posición de reposo del limpiador auto-basculante (Fuente:
Hidrostank-3, 2014) .......................................................................................... 76
Figura 6.20 Llenado del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
.......................................................................................................................... 77
Figura 6.21 Vaciado del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
.......................................................................................................................... 77
Figura 6.22 Posición final del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3,
2014) ................................................................................................................. 77
Figura 6.23 Limpiador con agua de red (Fuente: Hidrostank-3, 2014) .............. 78
Figura 6.24 Limpiador con agua residual (Fuente: Hidrostank-3, 2014) ........... 78
Figura 6.25 Diferentes anclajes del limpiador auto-basculante (Fuente:
Hidrostank-3, 2014) .......................................................................................... 80
Figura 6.26 Compuerta en posición abierta (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) .... 83
Figura 6.27 Compuerta en posición cerrada (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014) .. 83
Figura 6.28 Aumento del nivel de agua en la cámara de limpieza (Fuente:
Hidrostank-4, 2014). ......................................................................................... 84
Figura 6.29 Cámara de limpieza en el nivel máximo (Fuente: Hidrostank-4,
2014). ................................................................................................................ 85
Figura 6.30 Cámara de retención vacía (Fuente: Hidrostank-4, 2014). ............ 85
Figura 6.31 Vaciado de la cámara de limpieza (Fuente: Hidrostank-4, 2014). . 86
Figura 6.32 Elementos de un sistema de limpieza por vacío (Fuente:
Hidrostank-4, 2014). ......................................................................................... 87
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Figura 6.33 Sifón cámara de vacío. (Fuente: Hidrostank-4, 2014). ................... 88
Figura 6.34 Ubicaciones de la válvula de diafragma (Fuente: Hidrostank-4,
2014). ................................................................................................................ 89
Figura 6.35 Limpiador giratorio a chorro. (Fuente: Hidrostank-5, 2014) ........... 90
Figura 6.36 Funcionamiento del limpiador giratorio a chorro (Fuente:
Hidrostank-5, 2014) .......................................................................................... 91
Figura 6.37 Diseño de un dispositivo de limpieza giratorio a chorro (Fuente:
Hidrostank-5, 2014) .......................................................................................... 92
Figura 6.38 Diseño dispositivo giratorio con accionamiento sumergido. (Fuente:
Hidrostank-5, 2014) .......................................................................................... 93
Figura 6.39 Tamiz de aliviadero de limpieza automática tipo PAS (Fuente:
Hidrostank-6, 2010). ......................................................................................... 93
Figura 6.40 Partes del dispositivo de tamiz (Fuente: Hidrostank-6, 2010). ....... 94
Figura 6.41 Tamiz en reposo y en funcionamiento (Fuente: Hidrostank-6, 2010).
.......................................................................................................................... 95
Figura 6.42 Dimensiones del tamiz (Fuente: Hidrostank-6, 2010). ................... 96
Figura 6.43 Pantalla deflectora de flotantes (Fuente: Hidrostank-7, 2010) ....... 97
Figura 6.44 Pantalla en lámina de poliéster reforzado con fibra de vidrio
(Fuente: Hidrostank-7, 2010) ............................................................................ 97
Figura 6.45 Clapeta antirretorno (Fuente: Hidrostank-8, 2010) ........................ 98
Figura 6.46 Clapeta anclada al muro (Fuente: Hidrostank-8, 2010). ................ 99
Figura 6.47 Clapeta con pasamuros para empotrar (Fuente: Hidrostank-8,
2010). ................................................................................................................ 99
Figura 6.48 Clapeta embriada (Fuente: Hidrostank-8, 2010). ........................... 99
Figura 6.49 Clapeta para muros curvos (Fuente: Hidrostank-8, 2010). .......... 100
Figura 6.50 Secciones de paso estándar (Fuente: Hidrostank-8, 2010). ........ 100
Figura 6.51 Sistema de desodorización (Fuente: Hidrostank-9, 2010). .......... 102
Figura 6.52 Procedimiento de ionización-presión positiva (Fuente: Hidrostank-9,
2010). .............................................................................................................. 103
Figura 6.53 Terminodour de ionización-lavado (Fuente: Hidrostank-9, 2010). 104
Figura 6.54 Circuito de llenado. ..................................................................... 105
Figura 6.55 Circuito de control. ...................................................................... 106
Figura 7.1 Cuencas de drenaje del Fucha y Salitre. (Navarro Pérez, 2007) ... 108
Figura 7.2 Mapa de riesgos de inundación de Bogotá. .................................. 109
Figura 7.3 Localización de zonas de estudio. - Google earth ........................ 110
Figura 7.4 Localización de zona en Fucha. .................................................... 110
Figura 7.5 Localización de zona en Salitre ..................................................... 111
Figura 7.6 Localización de zona en el Norte. .................................................. 111
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Figura 7.7 Localización tanque de tormentas- Barrio Galerías. ...................... 113
Figura 7.8 Área disponible para tanque de tormentas. ................................... 116
Figura 7.9 Localización de tres alternativas en la subcuenca Galerías. ......... 118
Figura 7.10 Localización detallada de las alternativas. ................................... 119
Figura 8.1 Sección transversal de Excavación. .............................................. 123
Figura 8.2 Sección transversal para más de un tubo. ..................................... 124
Figura 8.3 Localización tanque de retención del Tunjuelo Medio (Fuente: Google
earth) .............................................................................................................. 147
Figura 8.4 Vista superficial del tanque de retención del Tunjuelo Medio (Fuente:
Google earth) .................................................................................................. 147
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 5-1 Separación entre tanques. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010) ...... 36
Tabla 5-2 Materiales de relleno. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010) .............. 37
Tabla 5-3 Máximo tamaño de partículas. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010) 38
Tabla 5-4 Alturas de cubierta para condiciones tráfico y no tráfico. (Fuente:
XERXES CORPORATION, 2013) ..................................................................... 51
Tabla 5-5 Deflexión permitida en los tanques. (Fuente: XERXES
CORPORATION, 2013) .................................................................................... 56
Tabla 6-1 Tabla de diseño de válvula de control de flujo REG-U-FLO (Fuente:
Hidropluviales, 2014) ........................................................................................ 67
Tabla 6-2 Dimensiones para clapetas de paso estándar (Fuente: Hidrostank-8,
2010). .............................................................................................................. 101
Tabla 7-1 Matriz de calificación. (Navarro Pérez, 2007) ................................. 109
Tabla 7-2 Distancia cantera y botadero de cada zona de ubicación. .............. 112
Tabla 8-1 Precio de tubería por ml. (Fuente: PAVCO, 2014) .......................... 126
Tabla 8-2 Precio de Uniones (Fuente: PAVCO, 2014) .................................... 126
Tabla 8-3 Precio de tapas de los tanques. (Fuente: PAVCO, 2014) ............... 127
Tabla 8-4 Precios sistema de limpieza (Fuente: Hidrostank, 2014) ................ 127
Tabla 8-5 Precios de las válvulas de regulación (Fuente: Hidropluviales, 2014)
........................................................................................................................ 128
Tabla 8-6 APU de Excavación para ubicación en zona Fucha. ...................... 131
Tabla 8-7 APU de instalación del tanque para ubicación en zona Fucha. ...... 135
Tabla 8-8 APU de relleno para ubicación en zona Fucha. .............................. 137
Tabla 8-9 Resumen APU para las tres zonas de ubicación. ........................... 138
Tabla 8-10 Presupuesto para un tanque de GRP –zona Fucha. .................... 138
Tabla 8-11 Presupuesto para un tanque de GRP – zona Salitre. ................... 139
Tabla 8-12 Presupuesto para un tanque de GRP – zona Norte. .................... 139
Tabla 8-13 Resumen de presupuesto para cada localización. ....................... 139
Tabla 8-14 Presupuesto para tres tanques paralelos –zona Fucha. ............... 139
Tabla 8-15 Presupuesto para tres tanques paralelos – zona Salitre............... 140
Tabla 8-16 Presupuesto para tres tanques paralelos – zona Norte. ............... 140
Tabla 8-17 Resumen de presupuesto para tres tanques paralelos. ................ 140
Tabla 8-18 Análisis de Precios Unitario s para la construcción de un tanque de
concreto. ......................................................................................................... 142
Tabla 8-19 Presupuesto de un tanque de concreto-zona Salitre .................... 143
Tabla 8-20 APU de excavación para ubicación del tanque en parqueadero sur
del estadio el Campín. .................................................................................... 144
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Tabla 8-21 APU de instalación para ubicación del tanque en parqueadero sur
del estadio el Campín. .................................................................................... 145
Tabla 8-22 APU de relleno para ubicación del tanque en parqueadero sur del
estadio el Campín. .......................................................................................... 146
Tabla 8-23 Presupuesto para ubicación del tanque en parqueadero sur del
estadio el Campín. .......................................................................................... 146
Tabla 8-24 Presupuesto del tanque ajustado a espacio disponible. ............... 148
Tabla 8-25 Resumen de APU para las tres alternativas de la subcuenca
Galerías. ......................................................................................................... 149
Tabla 8-26 Presupuesto para ubicación del tanque en alternativa 1. ............. 149
Tabla 8-27 Presupuesto para ubicación del tanque en alternativa 2. ............. 149
Tabla 8-28 Presupuesto para ubicación del tanque en alternativa 3. ............. 149
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ÍNDICE DE GRÁFICAS
Gráfica 7-1 Hidrograma de entrada al tanque de tormentas. .......................... 114
Gráfica 7-2 Hidrogramas de entrada y salida del almacenamiento propuesto. 115
Gráfica 7-3 Volumen de almacenamiento ....................................................... 116
Gráfica 7-4 Hidrogramas de entrada para las tres alternativas. ...................... 120
Gráfica 7-5 Volumen de almacenamiento necesario para alternativa 1. (Fuente:
Hidropluviales, 2014) ...................................................................................... 120
Gráfica 7-6 Volumen de almacenamiento necesario para alternativa 2. (Fuente:
Hidropluviales, 2014) ...................................................................................... 121
Gráfica 7-7 Volumen de almacenamiento necesario para alternativa 3. (Fuente:
Hidropluviales, 2014) ...................................................................................... 121
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1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
1.1 INTRODUCCIÓN
El constante crecimiento de la población urbana tanto a nivel mundial como en
Colombia, producto del conflicto armado y la búsqueda de nuevas oportunidades,
ha traído consigo un creciente desarrollo social que visto desde el ámbito de los
sistemas de drenaje urbano han cambiado su primera concepción a una mucho
más moderna, donde se tenga en cuenta un manejo integral de los sistemas de
alcantarillado, es decir que es necesario tener conocimiento sobre aspectos como
la variabilidad espacial y temporal de las lluvias (cantidad y calidad), posible
retención en la red de alcantarillado para control de picos ( control en tiempo real),
pre-tratamiento o tratamiento en línea a través de la red de alcantarillado,
capacidad de autodepuración del cuerpo receptor y el diseño de la planta de
tratamiento teniendo en cuenta la calidad recibida por la red de alcantarillado.
Como consecuencia de este incremento de la población, la vivienda se ha visto
densificada y se han generado aumentos de las zonas impermeables, por lo que
el volumen de escorrentía también se ha incrementado, provocando en muchos
casos problemas de inundaciones, debido a la cantidad de agua que transporta el
sistema de drenaje y al poco espacio permeable que tiene el agua de infiltrarse en
el suelo de las grandes ciudades. Esto acompañado por la variabilidad espacial y
temporal de las lluvias que generan grandes picos de caudal durante fuertes
eventos de precipitación, que traen consigo problemas a la salud pública y al
ambiente debido a la calidad de las aguas que salen del sistema de alcantarillado
producto de inundaciones, donde fuentes contaminantes como sólidos volátiles,
aceites, zinc de las llantas de los vehículos, óxidos de metales, materia fecal de
animales, contaminación atmosférica y muchas más, son algunos de los ejemplos
de elementos que afectan la calidad del agua y que son arrastrados en el primer
lavado para ser vertidos en el cuerpo receptor, pero que antes han sido
transportados por las calles para así llegar a las tuberías de alcantarillado. De
manera que estas pueden llegar a ser tan contaminantes como el agua residual.
Pero el problema también se extiende hacia el interior del sistema de drenaje,
donde las tuberías se ven afectadas ya que la capacidad hidráulica se reduce por
la presencia de contaminantes y sedimentos, además de los grandes caudales
que se generan en estos eventos de precipitación, por lo que las tuberías se
presurizan y se rebosan por la tapas de las alcantarillas.
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Con base en las anteriores consideraciones es claro que debido al aumento de la
temperatura global que lleva a fenómenos de isla de calor y a eventos extremos
del cambio climático, donde las lluvias son cada vez más intensas y las sequías
más secas, es necesario dar solución a éstos problemas de manera que el
impacto hacia la sociedad sea menor.
Es así como a nivel mundial se han estudiado tecnologías para minimizar este
riesgo y reducir la escorrentía y los contaminantes que llegan al sistema de
alcantarillado por medio de las denominadas prácticas de manejo en la fuente
(SMPs, Source Management Practices) que corresponden a sistemas alternativos
de drenaje urbano, donde el agua lluvia se maneja tan pronto cae y que buscan
reestablecer las condiciones hidrológicas bien sea por el almacenamiento
temporal y/o la infiltración de la escorrentía. Se conocen dos prácticas de manejo
en la fuente, la primera los SUDs (Sustainable Urban Drainage Systems) o BMP
(Best Management Practices), y la segunda los llamados LIDs (Low Impact
Developments).
Este trabajo busca enfocarse en el estado del arte de los tanques de
almacenamiento en GRP bajo tierra para la retención temporal de aguas lluvias y
en la estructura de costos de los tanques. El objetivo es realizar una búsqueda
bibliográfica que permita conocer las características, el funcionamiento y
establecer el costo de la excavación, relleno e instalación de los tanques, de
manera que se pueda tener una visión y un estimativo de lo que sería utilizar esta
tecnología en Colombia, ayudando así a nuestros sistemas de drenaje a controlar
los picos de caudal de aguas lluvias de una manera sostenible.
Hidráulicamente el almacenamiento es una de las diversas alternativas para
reducir los volúmenes de escorrentía y es una buena solución al problema de las
inundaciones de las calles producto de las aguas lluvias, donde diferentes países
del mundo como Alemania, Estados Unidos. España y otros utilizan este proceso
dentro de sus sistemas urbanos de drenaje sostenible. Es por esto que en
Colombia durante los últimos años se han empezado a realizar investigaciones de
este tipo que permitan tener el conocimiento necesario para una futura
implementación
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1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivos generales
Tesis 1
Realizar una amplia recopilación de información sobre tanques de
almacenamiento de aguas lluvias en poliéster reforzado con fibra de vidrio,
GRP o PRFV, que permita conocer el proceso de instalación de estos
tanques y su aplicación en proyectos de alcantarillado, así como las
ventajas de este material frente a otros.
Determinar los costos asociados con la construcción de tanques en GRP
bajo tierra para retención temporal de aguas lluvias por medio de la
búsqueda de información en empresas fabricantes.
Tesis 2
Complementar los costos de los tanques de almacenamiento asociados
con las estructuras y elementos de control a la entrada y salida de estos,
tales como válvulas, actuadores, depósito de sedimentos, etc.
1.2.2 Objetivos específicos
• Recopilación de información sobre tanques de almacenamiento en
empresas fabricantes de Poliéster reforzado con fibra de vidrio.
• Determinar el procedimiento de instalación de los tanques de
almacenamiento como la zanja, los materiales de relleno, la cimentación,
los tipos de instalación entre otros.
• Consultar cuales son las características de los tanques en GRP, tales como
capacidad, tipos, operación y otras.
• Estimar ecuaciones que permitan el cálculo del volumen y costo de
excavación, de relleno, de cimentación de los tanques y el costo de los
tanques en sí.
• Realizar una comparación del costo de construir un tanque en GRP con uno
de concreto.
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2. CONTEXTUALIZACIÓN Y MARCO TEÓRICO
Los sistemas de drenaje urbano de las ciudades juegan un papel fundamental en
el desarrollo de éstas, ya que son los encargados de evacuar las aguas residuales
que se producen en cada una de las viviendas y las aguas lluvias que son
producto del ciclo hidrológico, el cual se ha visto cada vez más afectado como
consecuencia de la urbanización y de los procesos industriales que se viven a
nivel mundial y regional. En razón a lo anterior el continuo aumento de las
superficies impermeables trae consigo el rebose de estos sistemas, que son cada
vez más frecuentes e incontrolados tanto en cantidad como en calidad,
convirtiéndose en la actualidad en un problema muy importante para el mundo del
saneamiento.
La problemática radica en que en tiempo seco, los sistemas de alcantarillado
combinado conducen únicamente el agua residual hacia la planta de tratamiento, y
en tiempo de lluvia deben pasar por allí, además de éstas las aguas de
escorrentía. Cuando la capacidad de los colectores que conducen estas aguas es
superada, se producen las descargas de estos sistemas hacia un cuerpo receptor,
y es allí donde los tanques de tormenta se convierten en un elemento utilizado
para minimizar y controlar los impactos de estas descargas en el cuerpo receptor.
Los tanques de tormenta o retención generalmente se definen como estructuras
relativamente complejas, tanto en su sistema de instalación como de
mantenimiento, por lo cual este tipo de solución está asociada con ciudades con
capacidad de realizar infraestructura de grandes magnitudes. Pero en realidad
este sistema da solución a casos, tanto de gran complejidad como a casos de
menor envergadura de ciudades o poblaciones más pequeñas, las cuales sufren
los mismos problemas de sobrecarga de la red.
2.1 OBJETIVOS DE LOS TANQUES
Los tanques de tormenta deben asegurar unos objetivos principales
independientemente de su tipología de construcción, estos son:
Evitar la saturación de la red de alcantarillado y por lo tanto reducir los
efectos de las inundaciones de las cuencas a las que estos pertenecen.
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El almacenamiento debe asegurar que el agua lluvia y en algunas
ocasiones el agua residual, pueda ser enviada a la planta de tratamiento de
agua residual (PTAR) más cercana para realizar el respectivo tratamiento.
El vertido procedente del tanque debe ser el adecuado en términos de
contaminación medioambiental, es decir, el tanque debe asegurar la
ausencia de residuos sólidos importantes en el agua que sale por el alivio,
en caso de que éste presente un desbordamiento del sistema.
2.2 POLIÉSTER REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO.
Las tuberías de Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio, presentan una amplia
variedad de ventajas respecto a otro tipo de materiales tales como la resistencia a
la corrosión típica en materiales plásticos y una alta fortaleza mecánica, típica del
acero, además del bajo costo aplicado a diferentes proyectos.
En general se usan dos tipos de refuerzo de fibra de vidrio, hilos continuos y
discontinuos que dan una mayor resistencia tangencial y axial al tubo. En el núcleo
del tubo, cerca del eje neutro se utiliza arena que robustece el laminado y
aumenta la rigidez de este.
Igualmente se pueden aplicar resinas especiales en el revestimiento interior del
tubo para aplicaciones altamente corrosivas (AMITECH, AmiStorm Tanks, 2010),
al tiempo que aplica resinas menos costosas en la parte exterior.
De acuerdo con la información suministrada por PAVCO en su guía de información (PAVCO, 2014), las paredes del tanque están compuestas por tres capas:
1. Capa externa: Con un espesor de aproximadamente 0,2 mm, su acabado es a base de resina de poliéster ortoftálica (Top Coat) del color necesario y con estabilizadores de rayos ultravioletas.
2. Capa intermedia: Está compuesta por filamentos de vidrio continuo, fieltros de fibra de vidrio, resina y arena. Esta capa tiene la función de proporcionar resistencia mecánica.
3. Capa interna: Esta elaborada con resina isoftálica que no afecta las propiedades del agua.
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3. SISTEMAS URBANOS DE DRENAJE SOSTENIBLE
Los sistemas urbanos de drenaje sostenible nacen como una necesidad del ser
humano de recuperar y mantener las condiciones medio ambientales, que día tras
día se han visto afectadas por las indebidas acciones del hombre.
Es por esto que en diferentes países del mundo con múltiples antecedentes han
surgido con mucha fuerza tecnologías que buscan reestablecer las condiciones
hidrológicas pre urbanización mediante la detención o almacenamiento temporal
de la escorrentía, pues éstas hacen parte de un componente integral dentro de la
concepción del manejo del drenaje urbano, que intenta asemejar lo mejor posible
las características del ciclo hidrológico cuando ha tenido lugar la urbanización. De
esta manera la normativa busca establecer que una vez se realiza el proceso de
urbanización, los caudales de escorrentía pluvial que se entregan al cuerpo
receptor no deben exceder los caudales generados originalmente en la cuenca o
zona antes de su desarrollo.
En razón al crecimiento de las zonas impermeables y a la reducción de los
espacios vegetados, la infiltración se ve reducida por lo que se generan
volúmenes de escorrentías mayores y se aceleran los tiempos de respuesta, por lo
que el riesgo de inundaciones aumenta, tal como se ve en la Figura 3.1. (Perales
Momparler & Andrés-Doménech, 2007).
Figura 3.1 Cambios inducidos por el desarrollo urbano en la transformación lluvia-escorrentía (Fuente: Momparler, Doménech, 2007)
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En Colombia, desde hace algún tiempo estas tecnologías se han empezado a
tener en cuenta para ser parte de la solución del manejo de la escorrentía pluvial,
como es el caso de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá
que reconoce los SUDS como “un sistema que presenta ventajas sobre los
sistemas convencionales”. Tal como se establece en la Norma Técnica NS-085
“Son el conjunto de soluciones que se adoptan en un sistema de drenaje urbano
con el objeto de retener el mayor tiempo posible las aguas lluvias en su punto de
origen sin generar problemas de inundación, minimizando los impactos del
sistema urbanístico en cuanto a la cantidad y calidad de la escorrentía y evitando
así sobredimensionamientos o ampliaciones innecesarias en el sistema. La
filosofía de los SUDS es reproducir, de la manera más fiel posible, el ciclo
hidrológico natural previo a la urbanización o actuación humana”.
Esta necesidad de afrontar el problema de las aguas lluvias de una forma diferente
a la convencional ha llevado al aumento del uso de prácticas de manejo en la
fuente (SMPs – Source Management Practices), que buscan reducir la escorrentía
y los contaminantes de exceso que llegan a los sistemas de drenaje
convencionales. De manera que la escorrentía generada en un evento de lluvia es
almacenada temporalmente para luego ser devuelta al sistema de drenaje
existente, logrando así una reducción de los volúmenes de escorrentía, un retraso
en el pico de caudal y de cierta forma asemejar esto a las condiciones de drenaje
pre urbanización, disminuyendo de forma importante las inundaciones aguas abajo
(Perales Momparler & Andrés-Doménech, 2007).
Si se combinan la visión centralizada y el manejo en la fuente se pueden obtener
beneficios de reducción de escorrentía y picos de caudal mediante la
detención/infiltración en la fuente, tal como se observa en la Figura 3.2 en la que
se muestra un esquema alternativo de drenaje urbano con manejo en la fuente
combinado con un sistema centralizado de almacenamiento, en el que se puede
proveer un almacenamiento a gran escala para el manejo de inundaciones y agua
de exceso.
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Figura 3.2 Sistema alternativo de drenaje urbano, combinado con sistema centralizado de
almacenamiento. (Fuente: G. Freni, G. Mannina & G. Viviani, 2010)
3.1 TIPOS DE ALMACENAMIENTO
La clasificación de los SUDS más frecuente en la literatura contempla dos grandes
medidas, una no estructural y otra estructural. La primera hace mayor referencia a
la reducción de fuentes potenciales de contaminación y a evitar el tránsito de
escorrentías hacia aguas abajo y su contacto con contaminantes por medio de la
prevención y difusión de técnicas. Las estructurales por el contrario requieren
algún elemento constructivo que maneje la escorrentía contaminada en
determinado grado de actuación (Perales Momparler & Andrés-Doménech, 2007).
A continuación se realizará una breve descripción de estas medidas.
3.1.1 Medidas no estructurales
Algunas de las múltiples medidas no estructurales que se pueden tener en cuenta
son las que se enuncian a continuación:
Educación y programas de participación ciudadana para concientizar a la
población del problema y hacerlos participes en el proceso, de manera que
identifiquen soluciones y cambios de hábitos.
Limpieza frecuente de superficies impermeables para reducir la
acumulación de sedimentos y contaminantes.
Control de las zonas en obra para evitar el arrastre de sedimentos.
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Control de las conexiones erradas al sistema de drenaje.
3.1.2 Medidas estructurales
Cubiertas verdes
Son sistemas desarrollados para favorecer la vida vegetal, así como para
interceptar y retener aguas pluviales. Ofrecen múltiples beneficios como
mitigar el efecto de “isla de calor” urbano, es decir reducción del
calentamiento, reducción de la escorrentía de agua durante las tormentas,
amortiguación del ruido, fijación de gases contaminantes (NOx, SO2) por lo
que mejora la calidad del aire.
Figura 3.3 Ejemplos de cubiertas verdes.
1
Superficies permeables
Las superficies permeables son aquellas que permiten el paso del agua
hacia el terreno, permitiendo la infiltración a través de superficies porosas o
pavimentos permeables, empleados especialmente en zonas de baja carga
vehicular. Existen diversos tipos como gravas, bloques impermeables con
juntas permeables, pavimentos continuos o porosos, entre otros.
1 Imagen extraída de la red. Disponibles en línea en: http://www.tuverde.com/2009/09/proyecto-
busca-promover-instalacion-de-techos-verdes-en-buenos-aires/ y http://www.archiexpo.es/prod/eternit/kits-cubiertas-vegetales-126759-1339543.html
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Figura 3.4 Ejemplos de superficies permeables.2
Cunetas verdes
Son estructuras lineales amplias, diseñadas para atrapar contaminantes
provenientes de la escorrentía urbana, razón por la cual debe generar bajas
velocidades que permitan la sedimentación de las partículas y así eliminar
de manera eficaz los contaminantes.
Figura 3.5 Ejemplos de cunetas verdes.3
2 Imagen extraída de la red. Disponible en línea en:
http://drenajeurbanosostenible.org/category/general/page/2/ y http://blogdelagua.com/inicio/internacional/sistemas-urbanos-de-drenaje-sostenible-suds-2/ 3 Imagen extraída de la red. Disponible en línea en:
http://www.empresasconstruccion.es/sistemas-de-drenaje-urbano-sostenible-suds/.
Consultada el 01 de Junio del 2014.
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Humedales
Son lagunas artificiales con una altura permanente de agua y de muy baja
profundidad. Manejan la escorrentía urbana a través del almacenamiento
durante largos períodos de retención, promoviendo así la sedimentación y
la absorción de nutrientes por parte de la vegetación. Tienen además una
gran densidad de vegetación emergente que aporta un gran potencial
ecológico
Figura 3.6 Ejemplos de humedales4
Depósitos de Detención en Superficie y Enterrados
Los depósitos de detención están diseñados para almacenar
temporalmente los volúmenes de escorrentía. Los depósitos superficiales
favorecen la sedimentación y por lo tanto la contaminación. Estos pueden
ubicarse en zonas muertas o depresiones naturales que permanecen
secas, excepto en el momento en el que ocurre el evento de lluvia.
Por su parte los depósitos enterrados se utilizan cuando no se dispone del
terreno en superficie o no se recomienda una estructura a cielo abierto. Se
fabrican especialmente con concreto o materiales plásticos.
4 Imagen extraída de la red. Disponible en línea en:
http://ecologosdelplaneta.blogspot.com/2012/04/manglares-humedales.html
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Figura 3.7 Ejemplos de depósitos de detención superficial y Enterrados5
3.2 CLASES DE ALMACENAMIENTO TEMPORAL SUBTERRÁNEO
Producto de la expansión urbana que viven actualmente las ciudades, los
sistemas de almacenamiento temporal subterráneo se han convertido en una
alternativa factible para el manejo de las aguas lluvias, en razón a la falta de
espacio superficial en las ciudades y al costo de las tierras.
Las dos clases de sistemas temporal subterráneo utilizadas para almacenar
grandes volúmenes de agua lluvia son: tanques de concreto y tanques o módulos
plásticos, los cuales serán objeto de este estudio.
Estos tanques de almacenamiento tienen una gran variedad de aplicaciones a
nivel doméstico o residencial y a nivel de la red troncal de alcantarillado, aliviando
caudales picos que llegan a red.
3.2.1 Tanques de concreto
Los tanques de concreto son estructuras que pueden estar enterradas para
realizar el almacenamiento de las aguas lluvias. La principal ventaja de este tipo
de estructura es que el agua no presenta variaciones de temperatura y se adapta
perfectamente al entorno; debido a que son subterráneos no ocupan espacio
5 Imagen extraída de la red. Disponible en línea en:
http://drenajeurbanosostenible.org/tecnicas-de-drenaje-sostenible/tipologia-de-las-tecnicas/medidas-estructurales/depositos-y-estanques-de-infiltracion/ y http://www.tecnoaqua.es/productos/20140530/celdas-infiltracion-drenaje-urbano-sostenible-hidrostank
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sobre el suelo, sin embargo la zona queda limitada a su uso porque no se puede
construir encima de estos grandes estructuras; además este tipo de tanques no
permiten la infiltración del agua al subsuelo y en muchas ocasiones presentan
problemas de diseño que no se pueden solucionar fácilmente tales como fisuras o
fracturas.
Figura 3.8 Tanque de tormenta en concreto (Fuente: Ayesa Iturralde, 2010)
En la Figura 3.8 se puede observar una configuración típica de un tanque de
almacenamiento rectangular que consta de cuatro partes principales, de acuerdo
con (Ayesa Iturralde, 2010).
Cámara central: Es la encargada de conducir el agua residual desde el
momento que entra al tanque hasta el elemento regulador de caudal.
Cámara de retención: Aquí se almacena la primera fase la tormenta luego
de que se ha superado la capacidad de la cámara central.
Cámara de alivio: Por medio de esta estructura se conducen los excesos de
la tormenta al medio receptor.
Cámara seca: Aquí se ubica el elemento regulador de caudal, que va a
permitir la descarga controlada del caudal. Éste elemento se explicará en el
Capítulo 6 de equipamiento de los tanques de tormenta.
En la actualidad se ofrecen tanques prefabricados y tienen la ventaja que no
necesariamente tienen que ser secciones rectangulares sino también pueden ser
secciones circulares o elípticas.
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3.2.2 Tanques plásticos
Los tanques plásticos constituyen en la actualidad una opción muy factible desde
el punto de vista económico y constructivo, en razón a la facilidad de montar
elementos prefabricados de peso liviano y de rápida instalación.
Existen varios tipos de tanques plásticos que tienen como función almacenar
grandes volúmenes de agua, el cual va a depender de la cantidad de módulos que
se instalen, algunos de ellos pueden ser:
Módulos compuestos por tuberías
Son estructuras modulares fabricadas en GRP, que ofrecen una alternativa
diferente a un depósito de hormigón cuya estructura es relativamente compleja. La
idea fundamental es poder tener un volumen de retención determinado en base a
tuberías de gran diámetro, puestas en líneas paralelas conectadas entre sí, las
cuales conformarán en tanque de tormentas.
Figura 3.9 Sistema de almacenamiento compuesto por tuberías. (Fuente: Amitech, 2010)
Módulos compuestos por unidades rectangulares vacías en su interior.
Los sistemas Aquacell corresponden a módulos individuales de polipropileno
(dimensiones 1.0 m x 0.5 m x 0.40 m), liviana (9 kg de peso) los cuales son
ensamblados para formar una estructura sub superficial empleada tanto para la
detención del agua lluvia, como para su infiltración. Las unidades de Aquacell son
grapadas en capas simples o sobrepuestas en múltiples capas. Cuando se
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requiere solamente retener el agua, es necesario envolver el sistema modular
mediante una geomembrana que evite el intercambio hidráulico suelo/Aquacell.
Cuando se busca, además del almacenamiento, infiltración hacia el terreno, se
debe envolver en un geotextil especial que permita el intercambio hidráulico entre
suelo-Aquacell. (Wavin, 2009)
Figura 3.10 Sistema modular de unidades rectangulares (Fuente: Wavin, 2009)
Módulos en forma cilíndrica.
A diferencia de las dos anteriores estructuras de almacenamiento, los módulos en
forma cilíndrica no deben ser ensamblados. Ellos vienen fabricados con un
volumen de almacenamiento definido que permite la retención de grandes
volúmenes de agua lluvia. Son fabricados en GRP y su estructura sencilla requiere
de una tubería de entrada y una de salida, un sistema especial de anclaje al suelo
in-situ, entre otras características que se podrán ver en el Capítulo 5.5.
Figura 3.11 Módulo en forma de cilindro (Fuente: Xerxes Corporation, 2012)
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4. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS DE LA CUENCA
Es importante tener en cuenta las condiciones hidrológicas de la zona donde se va
a instalar el tanque de tormentas, ya que de estas características van a depender
factores importantes para el diseño de los tanques, tal como el volumen de
almacenamiento que se requiere para captar el agua lluvia que aporta la cuenca.
Como consecuencia de estas condiciones hidrológicas, dentro del diseño de los
sistemas de almacenamiento temporal se deben tener en cuenta los factores del
cambio climático que están afectando la zona urbana, ya que las torrenciales
lluvias están sobrepasando los diseños de los actuales sistemas de drenaje. Esto
resulta además de riesgoso para quienes habitan en diferentes sectores críticos
de las ciudades, costoso desde el punto de vista del incremento del presupuesto
público para mitigar los daños causados y los bienes afectados producto de las
inundaciones.
Figura 4.1 Inundación en la ciudad de Bogotá durante temporada invernal6
6 Imagen extraída de la red. Disponible en línea en
http://www.bogota.gov.co/temasdeciudad/emergencias/Atenci%C3%B3n%20de%20emerg
encias. Consulta el 01 de Junio del 2014
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En razón a lo anterior, el diseño de los sistemas de almacenamiento temporal
debe realizarse teniendo en cuenta los impactos que estos generarán a futuro,
determinando la necesidad de utilizar éstos como una estrategia de prevención de
inundaciones.
Para determinar las características hidrológicas a las cuales estará expuesto el
tanque de almacenamiento temporal, se debe tener en cuenta:
Eventos de precipitación: Con los eventos de precipitación disponible se
puede determinar el tipo de régimen de la región, el intervalo de duración
del evento con mayor frecuencia y las curvas IDF.
Hietogramas sintéticos: Éstos permitirán calcular los caudales de agua
lluvia que entraran al sistema, aunque estos también dependerán de la
capacidad de infiltración del suelo o la topografía del lugar.
Modelos de infiltración: Esta puede ser obtenida a través del modelo de
Horton, el de Green-Ampt o el de Soil Conservation Service.
Caudales de agua lluvia: Estos pueden ser determinados por el método
Racional, el método del hidrograma Unitario, el del hidrograma Unitario
Sintético y el de la EPA. Siendo este último el más apropiado ya que se
basa en ecuaciones físicamente basadas.
4.1. CÁLCULO PRELIMINAR DEL VOLUMEN
El criterio más generalizado es que el volumen del tanque de tormenta sea capaz
de retener como mínimo la contaminación producida por la primera lluvia, tal como
lo establece la British Standard y los criterios de diseño de la Confederación
Hidrográfica del Norte, en que este volumen debe ser uno tal que para una lluvia
de 20 minutos de duración, una intensidad de 10 litros por segundo y hectárea
permeable no produzca vertidos por el aliviadero.
4.1.1. Método del Hidrograma
El volumen preliminar se calcula como la diferencia entre el hidrograma de entrada
y el de salida. Por su parte el hidrograma de salida se calcula haciendo una
aproximación de la curva de salida, cuya forma puede imitar la del hidrograma de
entrada. Se debe tener en cuenta que el pico no puede sobrepasar el máximo
caudal de salida.
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Como se puede observar en la Gráfica 4.1, el área entre las dos curvas
representa el volumen preliminar y puede ser calculada por planimetría. Las
curvas representan el hidrograma de entrada y un estimativo del hidrograma de
salida a partir de líneas rectas.
Gráfica 4.1 Método del Hidrograma. (Fuente: Federal Highway Administration, 2005)
4.1.2. Método del Hidrograma Triangular
Este método es utilizado en los casos en que la curva del hidrograma de entrada
pueda ser aproximada a un triángulo. En forma similar al caso anterior el
hidrograma de salida puede ser estimado y también debe ser de forma triangular,
tal como se presenta en la Gráfica 4.2 donde se muestra la relación de caudal
versus tiempo que debe ser generada.
El volumen preliminar puede ser calculado con la Ecuación 4-1, y este
corresponde al área generada que se encuentra entre las curvas de entrada y
salida.
Ecuación 4-1
dónde:
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⁄
⁄
⁄ )
Gráfica 4.2 Método del Hidrograma triangular (Fuente: AMEC Earth and Environmental Center for Watershed Protection, 2001)
4.1.3. Método del Soil Conservation Service (SCS)
Tal como se puede observar en la Gráfica 4.3, el método del Soil Conservation
Service se basa en una gráfica que describe la relación entre el volumen del agua
almacenada y el volumen de agua que entra, en función de la relación de los
caudales pico de entrada y salida.
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Gráfica 4.3 Método SCS (Fuente: Federal Highway Administration, 2005)
Un primer paso para calcular el volumen preliminar, es determinar la relación entre
los caudales pico. Una vez obtenida ésta, por medio de la gráfica se encuentra la
relación de volúmenes, y finalmente para calcular el volumen del agua que entra
de acuerdo con cada periodo de retorno, se puede utilizar la Ecuación 4-2:
Ecuación 4-2
dónde:
(
)
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4.1.4. Método alternativo
En este método se requieren como datos iniciales el volumen de agua que entra,
el hidrograma de entrada y una estimación del hidrograma de salida. A partir de
estos hidrogramas es posible obtener los tiempos de duración y caudales pico
para cada uno de ellos.
Una vez se tiene esta información, el volumen preliminar es calculado a partir de la
Ecuación 4-3, la cual fue propuesta por Wycoff y Singh (ACME, 2001)
(
⁄ )
(
⁄ )
Ecuación 4-3
dónde:
⁄
⁄
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5. TANQUES DE ALMACENAMIENTO EN GRP
Los tanques de almacenamiento de aguas lluvias, más conocidos como tanques
de tormenta, surgen como una necesidad de minimizar y controlar los impactos de
las descargas de los sistemas unitarios (DSU) en el cuerpo receptor.
Los tanques de tormenta son unos elementos de control de la red de alcantarillado
que tienen como objetivo limitar el caudal producido en los períodos de tiempo de
lluvia. Si se tiene en cuenta que durante la primera fase de éste evento es donde
se concentra la mayor parte de la contaminación, resulta imprescindible conducir
esta agua hasta la estación depuradora.
Si el fenómeno de lluvia continua el agua sobrante se aliviará directamente al
cauce, habiéndose diluido la contaminación del agua dentro del tanque de
tormenta.
Estos tanques de tormenta son depósitos subterráneos que capturan y retienen el
agua de los colectores cuando estos reciben más caudal del que son capaces de
transportar a causa de la lluvia; estos se instalan en los colectores antes de pasar
al colector interceptor y es muy común su instalación en áreas en las cuales se ha
producido una impermeabilización masiva de las cuencas a causa de la
urbanización.
5.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES
Por otra parte, los sistemas de almacenamiento temporal y en este caso los tipos
de tanques de almacenamiento pueden ser instalados de acuerdo con su
ubicación dentro del sistema de drenaje. Un primer tipo corresponde a aquellos
que se encuentran en las entradas del mismo, los otros dos tipos corresponden a
elementos que están al interior del sistema pero cuya configuración varía en dos,
almacenamiento en serie y en paralelo, tal como se explica a continuación:
5.1.1 Almacenamiento temporal a la entrada.
Este tipo de almacenamiento se refiere a todo elemento o estructura que es
utilizada para controlar el caudal que entra a la red de drenaje urbano. Estos
sistemas pueden dividirse en dos clases dependiendo de si permiten la infiltración
del agua que almacenan.
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5.1.2 Almacenamiento temporal en serie (Línea).
Este tipo de almacenamiento se refiere a las estructuras que se colocan a lo largo
del sistema de drenaje urbano, es decir que están directamente conectadas a las
tuberías o cámaras de inspección de la red, por lo que el agua que transita una
parte del sistema necesariamente atraviesa estas estructuras para continuar su
recorrido a lo largo del mismo, tal como se evidencia en la Figura 5.1
Figura 5.1 Almacenamiento en línea. (Fuente: Mays L, 2001)
Se requiere un elemento que controle el caudal de salida. Un volumen de agua se
empieza a almacenar dentro del sistema cuando se tiene un flujo de entrada
mayor a este caudal; además se puede presentar el caso que este volumen
sobrepase la capacidad del mismo por lo que se deben incluir elementos que
permitan el rebose del agua. Esta característica pude generar en algunos casos
diseños híbridos (Figura 5.2) dado que tanques de almacenamiento en paralelo
pueden ser utilizados en lugar de aliviaderos.
Figura 5.2 Almacenamiento en serie y en paralelo. (Fuente: Mays L, 2001)
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5.1.3 Almacenamiento temporal en paralelo
El almacenamiento en paralelo se genera a partir de estructuras que no hacen parte de la red de drenaje urbano. Por lo que no toda el agua que transita por el sistema de drenaje debe atravesarlo. El sistema en paralelo empieza a funcionar una vez se ha alcanzado la condición
límite de flujo a la entrada del tanque, igualmente debe tener una estructura de
rebose para volúmenes que sobrepasen la capacidad del mismo.
Figura 5.3 Almacenamiento en paralelo. (Fuente: Mays L, 2001)
La forma de regresar el agua a la red de drenaje urbano es por gravedad o un
sistema de bombeo. En este caso se incurriría en un costo adicional respecto a los
sistemas en serie. Aun así el sistema en paralelo requiere una menor inversión en
términos de espacio y construcción (Butler, 2004).
En general los tanques de tormenta deberían colocarse siempre en paralelo, es
decir que no es aconsejable mezclar aguas que han pasado por un tanque de
tormenta con aguas combinadas no controladas.
Debido a la creciente demanda de empresas colombianas en la fabricación de
tanques de almacenamiento de aguas lluvias en GRP, y luego de haber realizado
una búsqueda de estas compañías expertas en el tema de fabricación de Poliéster
Reforzado con Fibra de Vidrio, a continuación se explicarán las características
físicas de los tanques que estas empresas ofrecen, teniendo en cuenta hasta
donde fue posible realizar la investigación, así como las guías de instalación y los
procedimientos más detallados que fueron suministrados por algunas empresas.
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5.2 TANQUES PAVCO
La compañía mundial PAVCO entro al mercado de los tanques de
almacenamiento de aguas lluvias con diferentes opciones de instalación de
tanques como se observa en la Figura 5.4.
Los tanques GRP Pavco tienen como filosofía brindar las propiedades y el margen
de seguridad adecuado, que permita un funcionamiento satisfactorio del sistema
luego de un periodo de operación de 50 años, bajo condiciones típicas de servicio
(PAVCO, 2014).
En general Pavco ofrece tanques de orientación vertical y horizontal, elaborados
con diferentes especificaciones de rigidez y presiones nominales. Así como
también adiciona a su catálogo una serie de accesorios que van de acuerdo a los
requerimientos.
Figura 5.4 Tanques de almacenamiento. (PAVCO, 2014)
El proceso de instalación de estos tanques, en general sigue los mismos
lineamientos del manual técnico que Pavco maneja para la instalación de tuberías
de GRP.
5.3 FIBRATORE S.A
Fibratore S.A es una sociedad colombiana con más de 30 años de operación,
dedicada exclusivamente a la fabricación de equipos resistentes a la corrosión en
resinas de poliéster, vinilister y epóxicas reforzadas con fibra de vidrio, P.R.F.V.
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Actualmente dentro de su catálogo de productos ofrece tanques enterrados para el
almacenamiento de aguas lluvias, tal como se observa en la Figura 5.5, con
volúmenes de almacenamiento que van desde los 2 a 50
La información sobre su proceso de instalación y funcionamiento no fue posible
obtener ya que la empresa no suministro la información.
Figura 5.5 Tanque cilíndrico horizontal enterrado (Fibratore)7
5.4 TANQUES AMISTORM - AMITECH
Los tanques de tormenta fabricados por AMITECH E HIDROSTANK, y
representados en Colombia por la empresa O-tek, son tanques modulares en GRP
de diferente longitud, para construir desde pequeños depósitos hasta grandes
tanques de retención, los cuales tienen la misma capacidad que un tanque en
concreto, con las mismas partes constructivas pero con unas ventajas adicionales
muy importantes, tales como:
Se trata de un montaje sencillo, muy rápido y que requiere unos medios y
recursos mínimos, por ser un montaje típico de tubería con todos los
elementos necesarios preinstalados.
7 Imagen extraída de la red. Disponible en línea en:
http://www.fibratoresa.com/pdf/almacenamiento-de-agua.pdf
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El GRP es un material totalmente inerte a la corrosión, por lo que el
depósito no precisará acciones de mantenimiento y su durabilidad será
muy superior a una configuración en concreto.
El sistema de limpieza tiene la opción de utilizar agua no potable para el
lavado del depósito y en caso de necesitarla lo hace de una manera
mínima, por lo que los tanques de tormenta garantizan el máximo respeto
por el medio ambiente.
Es muy competitivo a nivel económico frente a otras opciones del mercado,
ya que los trabajos en obra son mínimos, y esto repercute en el costo total
de implementación. Igualmente los costos de mantenimiento y operación
pueden ser menores.
Permiten combinar sistemas de regulación y control de distinta índole, tales
como, volteadores, sistema de compuertas, sistema de vacío, sistema de
agitadores. Todos estos pueden ser gobernados por sistemas de control
remoto.
Permiten la opción de ser ampliados, como consecuencia del enorme
crecimiento urbanístico, aumentando así su capacidad de retención. Esto
se puede hacer mediante la instalación de nuevas líneas de tubería en
paralelo o a continuación de la cámara de retención.
Figura 5.6 Sistema de almacenamiento AmiStorm Tanks (Fuente: AMITECH, 2010)
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Figura 5.7 Ejemplos de instalación de tanques modulares (Fuente: AMITECH, 2010)
5.4.1 Características generales los tanques de tormenta
Los tanques de tormenta deben ser capaces de albergar, al menos, el primer
lavado (first flush) del evento de lluvia, que corresponde a los 10 primeros minutos
de lluvia luego de una semana de no haber ocurrido un evento de precipitación y
el cual contendrá el más alto porcentaje de contaminantes.
Además tienen la posibilidad de almacenar mayores volúmenes de agua, es decir
que tienen una capacidad de retención y almacenamiento mayor para los casos en
los que se pretenda evitar la inundación de la o las cuencas.
Las funciones principales de los tanques de tormenta son:
Evitar la contaminación en tiempo de lluvia
Evitar las inundaciones
Regulación de caudal
De igual forma, la implementación de los tanques es posible realizarla en dos tipos
de sistemas
5.4.1.1 Red Unitaria
El tanque de tormenta se instala en la red, interceptando el colector (Figura 5.8),
por allí circulan tanto las aguas residuales durante el tiempo seco, como una
combinación de las aguas residuales y pluviales durante el tiempo de lluvia.
Igualmente permite la retención de un volumen antes del vertido al cuerpo
receptor.
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Figura 5.8 Esquema en red Unitaria (Fuente: AMITECH, 2010)
5.4.1.2 Red Separada
En este tipo de sistema el tanque de tormenta se implanta interceptando el
colector de aguas pluviales, conduciendo el agua residual por una tubería hacia
la PTAR y el agua lluvia por otra tubería hacia el medio receptor.
Figura 5.9 Esquema en red Separativa (Fuente: AMITECH, 2010)
Los tanques de tormenta se dividen en tres módulos, el colector, la tubería y el de
cierre. Éstos a su vez se componen de tuberías en GRP con accesorios y
complementos prefabricados y preensamblados necesarios para su
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funcionamiento, de manera que su instalación en zanja se limita al ensamblaje de
la tubería con la junta maguito tipo “Reka”.
Figura 5.10 Sistema modular del tanque de tormenta (Fuente: AMITECH, 2010)
5.4.1.3 Módulo Colector
Es el elemento del tanque de tormenta donde se ubicarán los conductos de
llenado y de vaciado del depósito, el canal de alivio y las conexiones hacia las
líneas de retención. Necesita una cámara de válvulas/bombeo, que puede ser
seca, semiseca o húmeda.
Figura 5.11 Módulo colector. (Fuente: AMITECH, 2010)
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Los complementos para este módulo son:
Sistema lumínico.
Media canal GRP.
Pozo de bombeo.
Equipo de bombeo preinstalado.
Desagüe mediante válvula vórtex preinstalada.
Bypass para tareas mantenimiento.
Clapetas antirretorno.
Rejas de desbaste en aliviadero.
Pantalla deflectora de flotantes en aliviadero.
Sensores de llenado/vaciado.
Escaleras de acceso de GRP /Acero inoxidable.
Plataforma tramex.
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Figura 5.12 Diferentes vistas del módulo colector. (Fuente: AMITECH, 2010)
5.4.1.4 Módulo tubería
Este módulo está conformado por la tubería estándar de GRP con una junta tipo
Reka montada en una de sus extremos, la cual permitirá la unión de los
elementos. Entre mayor longitud tenga esta línea de retención mayor será la
capacidad de almacenamiento del tanque de tormenta.
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Figura 5.13 Módulo tubería. (Fuente: AMITECH, 2010)
Los complementos para este módulo son:
Pozos de inspección.
Escaleras de acceso de GRP/Acero inoxidable.
Uniones de GRP.
5.4.1.5 Módulo de Cierre
Es el elemento terminal de las líneas de retención. Va conectado mediante la junta
tipo Reka al último módulo tubería de cada línea. Igualmente tiene ensamblado el
sistema de limpieza, el cual generará una gran ola de arrastre desde uno de los
extremos de las líneas de retención.
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Figura 5.14 Módulo de Cierre. (Fuente: AMITECH, 2010)
5.4.2 Procedimiento de instalación
Para realizar la instalación de los tanques de tormenta se debe tener en cuenta
que estos hacen parte de un sistema modular, conformado por estructuras de
entrada-salida y tuberías ensambladas, que de acuerdo con su diámetro y longitud
determinaran la capacidad de almacenamiento del tanque. En razón a lo anterior
el procedimiento de instalación de los tanques de tormenta sigue las mismas guías
de instalación de tuberías enterradas de PRFV.
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Figura 5.15 Proceso de instalación de tuberías. (Fuente: AMITECH, 2010)
Para la instalación de la tubería de poliéster reforzado con fibra de vidrio se debe
tener presente que está ha sido diseñada teniendo en cuenta la zona de asiento y
la zona de relleno donde se instalará, por lo que se deben seguir los
procedimientos de instalación recomendados para tener un buen rendimiento de
los tubos y lograr así beneficiarse de sus ventajas.
En general el tipo de procedimiento de instalación apropiado para los tubos varía
de acuerdo con la rigidez de éste, la profundidad de la cobertura, el ancho de la
zanja, las características de los suelos nativos, las sobrecargas y los materiales de
relleno. La experiencia ha demostrado que los materiales granulares
compactados correctamente son ideales para el relleno de zanjas. Tanto la tubería
y el material circundante forman un “sistema tubería-suelo” de alto rendimiento.
5.4.2.1 Zanja estándar
Por lo general la zanja estándar debe ser lo suficientemente ancha como para
permitir el montaje de la tubería y la compactación del material de relleno, que
asegure el correcto posicionamiento y compactación del relleno en el riñón del
tubo.
En la Figura 6.3 Figura 5.16 se pueden observar las dimensiones normales de una
zanja estándar, allí la dimensión “A” es normalmente 0,4DN y debe ser lo
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suficientemente ancha como para permitir la operación del equipo de
compactación sin dañar los tubos.
Figura 5.16 Zanja estándar. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010)
Para el caso de los tanques de tormenta en el que los tubos tienen unas
dimensiones grandes, el valor de “A” puede ser menor, dependiendo del suelo
nativo, el material de relleno y las técnicas de compactación.
La separación que deber haber entre dos o más tanques depende del diámetro de
la tubería, por esta razón también se pueden tener en cuenta las separaciones
estándar que se observan en la Tabla 5-1.
DN(mm) c(mm)
300-900 400
1000-1600 500
1800-2400 600
2800-3000 900
Tabla 5-1 Separación entre tanques. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010)
5.4.2.2 Lecho de fondo
El lecho de fondo de la zanja cumple una función importante para el buen
funcionamiento de la tubería, pues es el que le brinda estabilidad y firmeza sobre
la cual apoyarse. El lecho de zanja debe ser igual a DN/4 con un máximo de 150
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mm debajo del tubo y 75 mm debajo del acople; es importante que si el suelo del
fondo de zanja es inestable o blando, se coloque y debe estar formado de un
material adecuado para ofrecer apoyo continuo y uniforme de la tubería. De no
ser así, puede ser necesario incrementar la profundidad de la capa del lecho para
obtener el soporte longitudinal adecuado.
5.4.2.3 Material de Relleno
Los materiales de relleno son importantes desde el punto de vista suelo-tubería,
ya que garantizan la obtención de un buen sistema. En general los materiales de
relleno se clasifican en diferentes categorías, pero los recomendados son los SC1
y SC2, ya que son los más fáciles de usar y precisan menos esfuerzo de
compactación. La descripción de estas categorías se pueden observar en la Tabla
5-2.
Tabla 5-2 Materiales de relleno. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010)
En general los materiales SC1, debido a su bajo contenido de arenas y
componente finos proporcionan un máximo soporte del tubo para una cierta
compactación. Además, la alta permeabilidad de estos materiales puede ayudar
en el control del agua, es preferible utilizarlos para lechos en roca con frecuente
presencia de agua, aunque se debe considerar la migración de componentes finos
de materiales adyacentes hacia el material de gradación abierta SC1 cuando se
prevé la presencia del nivel freático.
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Los materiales SC2, una vez compactados, proporcionan un nivel relativamente
alto de apoyo para el tubo. Sin embargo los grupos de gradación abierta pueden
permitir la migración y deben ser controlados para determinar su compatibilidad
con los materiales adyacentes.
Por su parte los materiales SC3 y SC4 requieren altos niveles de esfuerzo de
compactación y el contenido de humedad debe estar cerca de los valores óptimos
para lograr la densidad requerida, razón por la cual son menos recomendados.
Independiente de estas categorías y sin importar si el suelo de relleno es de
cantera o no, se deben aplicar las siguientes restricciones:
1. Para el tamaño máximo de las partículas en la zona del tubo, es decir hasta
300 mm sobre la clave del tanque, se deben respetar los límites
establecidos en la Tabla 5-3
Tabla 5-3 Máximo tamaño de partículas. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010)
2. Los terrones de tierra no deben ser de un tamaño mayor al doble del
tamaño máximo de las partículas.
3. No se debe utilizar material congelado.
4. No se debe utilizar material orgánico.
5. No se debe utilizar materiales de escombros.
En general hay dos configuraciones estándar que se recomiendan para el relleno,
la primera de ellas depende de las características del suelo nativo, los materiales
de relleno, la profundidad a la que se debe enterrar el tubo, las condiciones de
sobrecarga, la rigidez del tubo y las condiciones bajo las cuales operara; por otro
lado, la segunda configuración es utilizada generalmente para aplicaciones de
baja presión (PN<10bar), carga por tráfico liviana y en casos de presión negativa
limitada.
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Instalación tipo1
Este tipo de instalación tiene como procedimiento rellenar la zona de la tubería
(hasta 300 mm) sobre la clave del tubo con el metrial especificadoy compactado
según los niveles requeridos.
En general se utiliza para aplicaciones de baja presión (PN<1bar), sin cargas por
tráfico y en algunos casos no es necesario compactar los 300 mm sobre la clave
del tubo.
Figura 5.17 Instalación tipo 1. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010)
Instalación tipo 2
Por su parte la instalación tipo 2 rellena hasta un 60% del diámetro del tubo con el
material de relleno especificado, compactando hasta los niveles indicados y del
60% hacia los 300 mm sobre la clave del tubo con el otro material de relleno.
Este tipo de instalación no es adecuada para situaciones de cargas por tráfico
pesado.
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Figura 5.18 Instalación tipo 2. (Fuente: AMITECH & O-TEK, 2010)
5.5.3 Aplicaciones de Tanques AmiStorm
Este tipo de tecnología ha sido aplicada en diferentes países del mundo. Algunos
proyectos en los cuales se utilizaron los tanques de tormenta se describen a
continuación:
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Figura 5.19 Tanque de tormenta en Langgöns- Alemania. (Fuente: AMITECH, 2010)
NOMBRE DEL PROYECTO:
Comunidad/País:
Ubicación Amiantit
Descripción:
Aplicación: Aguas lluvias
Medio transportado Agua cruda
Presión de trabajo 1 bar
Tipo de proyecto Instalación nuevaEstándares
demandados/especifica
ciones/aprobaciones DIN 14364 DIN EN 1610
Requerimiento especial
en el sistema de
tuberías
Protección a flotabilidad; rápida
instalación; construcción especial;
solución individual
Valor del proyecto en
dólares (US$) US$ 509.200
Sistema de tubería seleccionado:GRP
Es liviano
Propietario del proyecto
Consultor/Ingeniero:
Contratista:
10000
FLOWTITE enganche estándar
Ninguno
Tipo:
Profundidad (m)
Tipo de suelo naturalTipo de suelo de
relleno/compactación
Duración del proyecto
Año de inicio/fin
1.5 meses
2008
Detalles de instalación
Zanja abierta
2
Suelo clase G3
Suelo clase G1 y G2
Presión PN min/max (bar)
Rigidez SN min/max (bar)
Tipo de unión
Accesorios utilizados
2700
1
Herzog, Marburg
Detalles de la tubería-materiales:
170Longitud total de la tubería (m):
Diámetro DN min//max (mm)
Sistema de desbordamiento de aguas lluvias en Langgöns
¿Por qué nuestro producto?Alta vida del producto;
instalación fácil y rápida;
económico
ASV, Schotten
ASV, Schotten
Tanque enterrado de GRP para almacenamiento en autopista, con una capacidad de
almacenamiento de 800 m3, originalmente ofrecido en concreto.
Alemania/Langgöns
AMITECH Alemania
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Figura 5.20 Tanque de tormenta en Lübbenau- Alemania (Fuente: AMITECH, 2010)
NOMBRE DEL PROYECTO:
Comunidad/País:
Ubicación Amiantit
Descripción:
Aplicación: Aguas lluvias
Medio transportado Agua cruda
Presión de trabajo 1 bar
Tipo de proyecto Instalación nueva
Estándares
demandados/especifica
ciones/aprobaciones
DIN 14364 DIN EN 1610
Sistema de tubería seleccionado:GRP
Es liviano
Propietario del proyectoConsultor/Ingeniero:
Contratista:
5000
Tipo:
Profundidad (m)
Tipo de suelo natural
Tipo de suelo de
relleno/compactación
Duración del proyecto
Año de inicio/fin
1 mes
2009
Diámetro DN min//max (mm) 2500
Presión PN min/max (bar) 1
Rigidez SN min/max (bar)
Detalles de instalación
Zanja abierta
5.5
Suelo clase G2
Suelo clase G2
Kaufland Logistik GmbH, LübbenauMeinberg + Meinberg Planungs-und Projektsteuerungsgesellschaft
STRABAG AG Berlin-Brandenburg, Niederlassung Lübben
Detalles de la tubería-materiales:
Longitud total de la tubería (m): 255
Sistema de desbordamiento de aguas lluvias en Lübbenau (1.200 m3)
Alemania/Lübbenau
AMITECH Alemania
Sistema de desbordamiento de aguas lluvias de 1.200 m3
¿Por qué nuestro producto?
Alta vida del producto;
instalación fácil y rápida;
económico; menos
mantenimiento como
resultado de efecto de auto
limpiado
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Figura 5.21 Tanque de tormenta en Warsaw- Polonia. (Fuente: AMITECH, 2010)
NOMBRE DEL PROYECTO:
Comunidad/País:
Ubicación Amiantit
Descripción:
Aplicación: Aguas lluvias
Medio transportado Agua cruda
Presión de trabajo 1 bar
Tipo de proyecto Instalación nueva
Estándares
demandados/especifica
ciones/aprobaciones
AT-2002-1285-04
Requerimiento especial
en el sistema de
tuberías
Estanqueidad y gran capacidad de
retención de aguas lluvias
Valor del proyecto en
dólares (US$)US$ 1.340.000
Sistema de tubería seleccionado:GRP
¿Otros materiales utilizados
en este proyecto?Tuberías en policreto Meyer DN 400
Liviano
Resistencia a la corrosión
Características de flujo
Propietario del proyecto
Consultor/Ingeniero:
Contratista:
10000
FLOWTITE enganche estandar
Pozos de inspección
Tipo:
Profundidad (m)
Tipo de suelo natural
Tipo de suelo de
relleno/compactación
Mediciones de calidad
durante la instalación
Duración del proyecto
Año de inicio/fin
Resumen La mayor instalación en Polonia para tanques de retención, hecha de tuberías FLOWTITE GRP DN 3000 mm
Arena media, 98% Proctor
6 meses
2009
¿Por qué nuestro producto?
Tipo de unión
Accesorios utilizados
DN 3000 mm pruebas de estanqueidad al tanque de retención
Diámetro DN min//max (mm) 200/300
Presión PN min/max (bar) 1
Rigidez SN min/max (bar)
Detalles de instalación
Zanja abierta
5
Arena media
ZDM Warsaw
AZET Sp. Z o.o., Warsaw
Pol-Aqua, Piaseczno
Detalles de la tubería-materiales:
Longitud total de la tubería (m): 1.766
Calle Wilanowska Warsaw
Warsaw, Polonia
AMITECH Polonia
Instalación de un tanque de retención de aguas lluvias de diámetro (DN) 3000 mm en la calle Wilanowska en
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5.5 TANQUES XERXES CORPORATION
Xerxes Corporation es una compañía norteamericana líder en el diseño y
fabricación de productos en GRP de alta calidad y costo efectivos que ayudan a
proteger la relación entre el hombre y el medio ambiente.
Ofrece una variedad de tanques tanto para almacenamiento de aguas lluvias
como de aguas negras, agua para irrigación y aguas para protección de fuego,
entre otras muchas aplicaciones.
Figura 5.22 Tanque Xerxes Corporation. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
5.5.1 GUÍAS DE INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE LOS TANQUES
Por medio de su gran experiencia en una amplia variedad de situaciones cada
fabricante de tanques de almacenamiento en GRP, establece manuales o guías
de instalación, por medio de los cuales el propietario debe guiarse en el proceso
de instalación de los tanques. Es de gran importancia leer y aplicar estos
requerimientos de una manera detallada hasta que las condiciones así lo
permitan, pues el éxito de la instalación de estos tanques radica en el correcto uso
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de los manuales de instalación que me permita cumplir con requerimientos de
separación de tanques, tipos de relleno, excavación, entre otros.
Teniendo en cuenta el manual de instalación de los tanques (XERXES
CORPORATION, 2013) se realizará una detallada descripción de los
requerimientos para la instalación de los tanques que esta compañía ofrece en el
mercado, teniendo en cuenta que este sistema de almacenamiento funciona como
un tanque cilíndrico distinto al sistema modular de Amitech, mostrado
anteriormente.
5.5.1.1 Manejo y disposición de los tanques
Este aspecto es de gran importancia para el éxito de la instalación de los tanques,
pues de realizarse una mala manipulación se pueden agrietar o romper antes de
entrar en uso.
Antes de que el tanque sea descargado o localizado en el sitio de instalación se
debe realizar visualmente una inspección de la superficie exterior del tanque para
estar seguros que no haya daños por el transporte o manejo de éste,
particularmente grietas o raspaduras.
Los tanques deben ser movidos por levantamiento y ajuste únicamente, éstos no
se pueden rodar o arrastrar, a pesar de lo pesados que pueden ser. Para esto se
deben utilizar las agarraderas de levantamiento que vienen provistas con el
tanque, distribuyendo las cargas de levantamiento de igual forma entre éstas.
Cuando se está levantando el tanque y se usan varias agarraderas, el ángulo que
forma cuando se cuelga del levantamiento nunca debe exceder 30°, tal como se
observa en la Figura 5.23
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Figura 5.23 Agarraderas de levantamiento del tanque. (XERXES CORPORATION, 2013)
Algunos tanques son rotados en el camión para propósitos de trasporte, estos
tanques tienen agarraderas de levantamiento extra para ayudar en el proceso de
carga y descarga. Para descargarlos se usan las agarraderas que están situadas
en la parte superior del tanque en su posición rotada. Para instalarlo se debe rotar
cuidadosamente el tanque para que quede en su posición vertical y luego usar
todas las agarraderas situadas en la parte superior del tanque en su posición
vertical.
Cuando el tanque no es rotado, es decir que está en posición vertical se usan
todas las agarraderas de levantamiento para descargar e instalar el tanque. Esto
se puede evidenciar en la Figura 5.24.
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Figura 5.24 Diferentes posiciones del tanque para levantamiento. (XERXES CORPORATION, 2013)
Se debe tener en cuenta que en ningún momento el tanque se debe envolver con
una cadena o cable alrededor de él, así como tampoco cuando se asegure el
tanque en el suelo; de ser necesario se utilizan cuerdas guías para mover el
tanque.
Cuando el tanque está ubicado temporalmente sobre el suelo en el sitio de
instalación se debe seleccionar una superficie lisa y sólida donde se apoyará, la
cual deberá estar limpia de piedras grandes, basuras y escombros. Igualmente el
tanque se debe rotar y cubrir el cuello para evitar que el agua ingrese al tanque, tal
como se observa en la Figura 5.25.
Debido al gran peso y área superficial del tanque, éste podría rodar en una
superficie con pendiente y podría ser empujado por el aire, por lo que es necesario
siempre acuñar el tanque y amarrarlo si se esperan grandes vientos, teniendo en
cuenta lo expuesto anteriormente que no se deben utilizar cuerdas ni cadenas.
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Figura 5.25 Correcta posición del tanque en el suelo. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
5.5.2 REQUERIMIENTOS DE EXCAVACIÓN
El proceso de excavación requiere de una serie de precauciones al momento de
retirar el material del sitio de instalación. Algunas de ellas son, por ejemplo:
Localizar y proteger cualquier instalación cerca a la excavación antes de
iniciarla.
Proteger los muros de la excavación.
Prevenir la exposición a humos peligrosos.
Evitar peligros asociados con acumulación de agua en la excavación.
Levantar barricadas para evitar vehículos no autorizados o tráfico
peatonal.
Inspeccionar mínimo una vez al día la excavación y el área circundante
durante todo el proceso de instalación.
Las dimensiones mínimas de holgura son importantes para la exitosa
instalación de los tanques, en algunas ocasiones holguras adicionales
pueden ser requeridas debido a otras regulaciones.
5.5.3 EXCAVACIÓN Y LOCALIZACIÓN DEL TANQUE
El tamaño de la excavación es determinado por el número de tanques a ser
instalados y el tamaño de éstos.
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La localización de un tanque puede estar afectada por la localización de una
estructura cercana, por lo que es de gran importancia seleccionar adecuadamente
el lugar de instalación del tanque para evitar socavación de la cimentación de la
estructura existente o de nuevas estructuras a ser construidas.
La forma de comprobar el lugar de instalación del tanque en relación a una
estructura cercana es hacer lo siguiente:
Determinar la altura necesaria para enterrar el tanque.
Localizar el pie de la estructura a ser considerada.
Determinar la línea que caería dentro del suelo formando un ángulo de 45°,
la cual es dibujada desde la esquina(s) del pie de la cimentación hacia
abajo, como se muestra en la Figura 5.26
Figura 5.26 Lugar de instalación del tanque. (Fuente:XERXES CORPORATION, 2013)
Teniendo claro lo anterior, se debe asegurar que las fuerzas realizadas hacia
abajo por los cimientos y soportes de las estructuras cercanas no sean trasmitidas
a los tanques. De manera que el tanque no deberá quedar dentro del área
sombreada dibujada por la línea de 45° desde el pie de la cimentación. Si el
tanque cayera dentro de esta área sombreada se debe realizar alguno de los
siguientes procedimientos para asegurar que el tanque no caiga en esta área:
Mover el tanque lejos del edificio existente.
Mover la cimentación del edificio a ser construido lejos del tanque.
Profundizar el pie de la cimentación planeada del edificio.
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5.5.4 ALTURA DE EXCAVACIÓN
La altura de excavación es determinada por:
Condiciones de agua subterránea
Tráfico en el sitio
Excavación base
Códigos y regulaciones
Las aguas subterráneas deben ser consideradas si el nivel de agua en el suelo
puede subir el fondo del tanque en algún momento durante la vida útil de éste.
Las cargas de tráfico son consideradas en carreteras de vehículos por encima de
H-20 u HS-20 definidas en las especificaciones estándar de la AASHTO.
La excavación debe permitir 12 pulgadas de relleno entre el fondo del tanque y el
fondo de la excavación o la cima de la losa de anclaje, (O cualquier otro material
estabilizante usado). Típicamente una altura de lecho adicional no es requerida
para el uso de un sistema de anclaje.
5.5.5 ALTURA DE CUBIERTA
Es recomendable que cada sitio sea evaluado a fondo por un aumento potencial
en el agua local o agua atrapada, de manera que se tenga un apropiado sistema
de anclaje y sobrecarga para compensar flotabilidad del tanque en esta condición.
De no proporcionarse suficiente sobrecarga o un apropiado sistema de anclaje
puede causar la falla del tanque o resultar en daños para las propiedades
alrededor.
En una instalación donde no se presenten condiciones de carga, se debe asegurar
que el área encima del tanque no está sometida a tráfico u otro tipo de cargas, las
cuales pueden causar daño del mismo.
La altura de cubierta para condiciones de tráfico y no tráfico se muestran en la
siguiente tabla:
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Tabla 5-4 Alturas de cubierta para condiciones tráfico y no tráfico. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
La máxima profundidad para tanques estándar es de 7 pies sobre la cima del
tanque; sin embargo los tanques pueden ser diseñados para estar enterrados más
profundamente.
5.5.6 ESPACIAMIENTO DE TANQUES
Los espaciamientos tienen unos requerimientos especiales, ya que deben permitir
que el muerto sea establecido fuera de la sombra del tanque. Estos deben ser
cambiados de acuerdo a la necesidad de acomodar el muerto o anclaje fuera del
área sombreada.
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Figura 5.27 Espaciamiento de tanques. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
5.5.6.1 Espaciamiento en condiciones de suelo estable “IN SITU”
Como se puede observar en la Figura 5.28, el espacio mínimo entre la pared
lateral del tanque y el lado de la excavación deber ser de 18 pulgadas.
Figura 5.28 Espacio mínimo de separación en condiciones de suelo estable. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
Igualmente si dos o más tanques son instalados en el mismo hueco de excavación
se debe permitir por los menos 18 pulgadas de espaciamiento entre los tanques.
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Por otro lado si dos o más tanques son instalados en el mismo hueco y se utilizan
los muertos de concreto, el espacio entre los tanques deber ser igual o más
grande que 2 veces el ancho del muerto; típicamente este espacio es de 24
pulgadas para tanques de diámetro de 8pies y menores, 36 pulgadas para
tanques de diámetro de 10 pies y 72 pulgadas para tanques de diámetro de 12
pies.
5.5.6.2 Espaciamiento en condiciones de suelo inestable “IN SITU”
Si el suelo tiene menos de 750lbs/sq.ft de cohesión calculada por medio de una
prueba de compresión inconfinada o el suelo tiene una capacidad portante última
de menos de 3,500lbs/sq.ft o donde el suelo no mantendrá un muro vertical, la
excavación debe permitir un espacio mínimo igual a la mitad del diámetro del
tanque entre el muro de excavación y el lado del tanque, así como con la tapa del
extremo del tanque; para mejorar la resistencia lateral.
Figura 5.29 Espacio mínimo de separación en condiciones de suelo inestable. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
Estabilizar materiales como una losa de concreto reforzado puede ser requerida
bajo el tanque como una cimentación adicional a la del lecho de 12 pulgadas en
una excavación donde el fondo es inestable.
El espaciamiento entre los tanques adyacentes debe ser por lo menos de 18
pulgadas y de igual forma que el caso anterior, si se utilizan muertos de concreto
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el espacio entre los tanques deber ser igual o más grande que 2 veces el ancho
del muerto.
5.5.7 INSTALACIÓN DE TANQUES.
En el proceso de instalación de tanques se debe tener bastante precaución para
realizar de manera correcta el procedimiento recomendado. De manera que todo
el volumen excavado debe ser reemplazado con material de relleno aprobado
como se verá más adelante y éste no deberá mezclarse con arena o material “in
situ”, así como tampoco se debe utilizar el material “in situ” como material de
relleno. La instalación se realiza teniendo en cuenta si es en pozo seco o en pozo
húmedo, tal como se explica a continuación:
5.5.7.1 Instalación en pozo seco
Para realizar la instalación en pozo seco se debe localizar y preparar el sitio de
excavación de acuerdo con los requerimientos que ésta exige, y sí dos o más
tanques van a ser instalados en el mismo pozo de excavación, se deben seguir las
instrucciones de espaciamiento de tanques que se explicó en la Sección 5.6. Una
vez se ha preparado el sitio de instalación se debe remover todo el material suelto
producto de la excavación. De ser necesario se puede utilizar material de relleno
primario para subir el nivel del fondo de la excavación, teniendo en cuenta que
debe utilizarse un geotextil para separar el material de relleno primario del material
"in situ" o de otros materiales de relleno. En este punto debe instalarse el muerto
de concreto para el anclaje. Si el muerto de concreto va a ser ubicado por debajo
del nivel del fondo del tanque, éste debe ser ubicado antes de hacer el relleno.
Luego de esto se debe preparar un relleno de 12 pulgadas de espesor con
material primario en el fondo de la excavación.
Si la excavación tiene condiciones de suelo blando o si se presentan dificultades
para controlar la acumulación del agua, se acepta incrementar el espesor del
relleno de fondo a 18 pulgadas y ubicar el anclaje del tanque 6 pulgadas por
debajo del fondo de la excavación (cama de material) o 9 pulgadas para muerto de
tanque de 10 pies de diámetro. En seguida se debe ubicar el tanque o los tanques
sobre la cama de relleno (fondo del relleno). Si se han ubicado los muertos de
concreto, se deben centrar los tanques entre ellos.
Se deben alinear los tanques con los anclajes para determinar apropiadamente la
ubicación de las correas de anclaje. A continuación se deben instalar las correas,
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apretarlas hasta que estén ajustadas sobre las costillas del tanque, sin que cause
deflexión en éste. Todas las correas deben estar apretadas uniformemente; si una
llega a quedar muy corta o si no está ajustada suficientemente en el tensor, el
tanque o el anclaje del tanque deben reubicarse, agregando o removiendo
material de relleno hasta que las correas estén instaladas apropiadamente.
Después de que las correas estén instaladas y apretadas, se debe tomar la
medida del diámetro del tanque para chequear la deflexión.
Se debe ubicar aproximadamente 12 pulgadas de relleno alrededor del fondo del
tanque entre las costillas. Es recomendable utilizar una varilla de apisonamiento
no metálica suficientemente larga para empujar el material bajo el cuerpo del
tanque, tal como se observa en la Figura 5.30.
Figura 5.30 Correcta instalación de relleno alrededor del tanque. (Fuente: XERXES CORPORATION,
2013)
A continuación se debe repetir el anterior procedimiento, con un relleno primario
de 12 pulgadas. Después de realizar este segundo procedimiento, se debe
rellenar hasta la parte superior del tanque, así como también se debe realizar un
relleno uniforme a los dos lados del tanque, de manera que éste no se desplace
durante el procedimiento del relleno.
Se debe compactar el relleno para eliminar todos los vacíos existentes debajo del
tanque, si llega a existir algún vacío debajo del tanque o el tanque se ha
desplazado (y el relleno está por encima de ¼ del diámetro del tanque), es
necesario remover y reinstalar el tanque. Durante el proceso de relleno, es
aconsejable continuar chequeando la deflexión del tanque.
Después de que el relleno se ha realizado hasta la parte superior del tanque, se
debe tomar otra medida del diámetro y así se determinará si la deflexión está
dentro de los límites permitidos, presentados en la Tabla 5-5
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Tabla 5-5 Deflexión permitida en los tanques. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
Si debe realizarse alguna prueba adicional o instalar alguna tubería, desfogue o
sumidero de contención, este es el momento adecuado para realizarlo.
Se debe continuar rellenando hasta la rasante o subrasante si se va a instalar
concreto reforzado o asfalto. Cuando el relleno esté hasta la subrasante se debe
tomar la última medida del diámetro. Haciendo la diferencia entre la primera
medida realizada y ésta se obtiene la deflexión del tanque. A continuación se
instala el concreto reforzado o el asfalto si va a ser utilizado, cumpliendo con el
mínimo especificado en la profundidad de cubierta.
Todo el relleno que no esté compactado, debe compactarse con un vibrador
guiado a mano, con un compactador manual o con un compactador mecánico.
5.5.7.2 Instalación en pozo húmedo
Para la instalación en pozo húmedo se deben seguir las instrucciones de
instalación en pozo seco con las siguientes modificaciones:
Antes de remover todo el material suelto producto de la excavación, se debe
bombear el agua del sitio excavado y continuar bombeando para conservar el nivel
de agua mínimo durante la instalación del tanque, tratando de mantener el nivel
del agua por debajo de la parte superior de los materiales de la cama hasta que el
tanque pueda ser completamente rellenado y balanceado. A continuación se sigue
el proceso de instalación del pozo seco, hasta que sea el momento de instalar el
muerto de concreto para el anclaje, ya que en condiciones de niveles altos de
agua los métodos de anclaje no son posibles. Luego de esto se debe preparar un
relleno de 12 pulgadas de espesor con material primario en el fondo de la
excavación.
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En condiciones de niveles altos de agua, en donde no es posible mantener el nivel
del agua debajo de la parte superior de la cama de material de relleno durante la
instalación, se debe balancear el tanque parcialmente para ubicar firmemente éste
en la cama de material de relleno y para evitar la flotación.
El nivel de balanceo del tanque debe ser menor que el material de relleno o menor
de 12 pulgadas por encima del nivel de agua en el pozo, tal como se muestra en la
Figura 5.31. Es necesario balancear el tanque una vez el relleno está en la parte
superior de este y a continuación se realiza el mismo procedimiento de pozo seco.
Figura 5.31 Nivel de balanceo del tanque. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
5.5.8 MATERIAL DE RELLENO
Los tanques deben ser instalados usando relleno primario hasta al menos el 75%
del diámetro del tanque y relleno secundario encima del relleno primario; usando
piedras redondeadas o aplastadas como material de relleno primario. Si se utiliza
un material de relleno distinto al especificado puede causar una falla o daño en el
tanque.
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Figura 5.32 Ancho de zanja estándar. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
5.5.8.1 Relleno primario
El material debe ser limpio y libre de suciedad, arenas, piedras grandes, raíces,
escombros, materiales orgánicos, hielo y nieve. El material de relleno no debe
estar congelado o contener grumos de hielo en cualquier momento durante la
instalación.
Una característica importante de un buen material de relleno es su dureza o
estabilidad cuando es expuesto al agua o a cargas. Muchos materiales no tienen
problema encontrando la dureza requerida, por esto materiales como calizas
suaves, areniscas, conchas de mar o esquistos no deberán ser utilizados como
material de relleno porque estos pueden romperse con el tiempo.
Las piedras redondeadas que se seleccionan deben guiarse a la especificación de
la ASTM C-33, números de tamaño 6, 67 y 7. Cuando se usan piedras aplastadas,
ellas deben ajustarse a las especificaciones de la ASTM 33, números de tamaño 7
u 8, tal como se muestra en la Figura 5.33.
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Figura 5.33 Tamaños de relleno. (Fuente: XERXES CORPORATION, 2013)
5.5.8.2 Relleno secundario
Al igual que el material de relleno primario este material debe ser limpio y libre de
suciedad, arenas, grandes piedras, raíces, escombros materiales orgánicos, hielo
y nieve. Así como tampoco debe estar congelado o contener grumos de hielo en
cualquier momento durante la instalación.
El material debe ser compactado para lograr un mínimo de densidad del 85% del
proctor estándar, teniendo en cuenta que no se deben usar compactadores tipo-
estiba sobre la parte superior del tanque.
Las especificaciones para el material de relleno secundario y compactación sobre
la tela de filtro se pueden determinar por los requerimientos de la tubería, la losa
de la superficie o la vía.
Algunos ejemplos de material de relleno secundario aceptable son los siguientes:
Relleno nativo limpio.
Arena gruesa o grava.
Un 100% de todo el material de relleno debe pasar a través de un tamiz de 1”.
Igualmente se debe instalar una capa de geotextil en tela de filtro sobre la toda
superficie del material de relleno primario antes de que el material de relleno
secundario sea instalado. Este geotextil debe traslapar el tanque y la superficie
de excavación a un mínimo de 12”.
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5.5.9 TELA GEOTEXTIL
La tela de geotextil permite el paso de agua dentro y fuera de la excavación pero
previene la migración y mezcla de suelo in situ y de material de relleno. El geotextil
ayuda a preservar la integridad del relleno seleccionado que rodea y soporta el
tanque, por lo que es importante determinar si es apropiado utilizar un geotextil o
una técnica alternativa de filtración.
Usar una tela de geotextil es considerado una buena práctica de instalación por lo
que se recomienda utilizarla en cualquier instalación, pero especialmente cuando
el tanque se instala en las siguientes condiciones:
Áreas con condiciones de agua subterránea cambiantes o áreas sujetas a
fluctuaciones.
Suelos inestables.
Condiciones de agua con suelo in situ (limo).
La película de polietileno no es considerada como un material geotextil efectivo
porque se puede rasgar o degradar mientras está en funcionamiento.
Si se utiliza geotextil, el material de la cama de fondo debe quedar ubicado sobre
el geotextil, de manera que se aísle del suelo natural.
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6 EQUIPAMIENTO DE LOS TANQUES DE TORMENTA.
Los tanques de tormenta se instalan con una serie de equipos que optimizan el
funcionamiento de éstos y permiten un control del sistema. Dependiendo de su
aplicación estos equipos se pueden dividir en:
EQUIPOS DE REGULACIÓN DE CAUDAL.
Tipo Vórtice.
Tipo Compuerta.
Tipo Flotador
EQUIPOS DE LIMPIEZA.
Limpiadores basculantes.
Compuertas de limpieza.
Sistemas de Limpieza mediante vacío.
Limpiadores giratorios a chorro.
TAMICES Y PANTALLAS DEFLECTORAS ANTIFLOTANTES.
CLAPETAS ANTIRETORNO Y ANTIMAREA.
EQUIPOS DE DESODORIZACIÓN.
EQUIPOS DE CONTROL Y CIRCUITOS DE AGUA.
Cada uno de estos equipos debe ser diseñado para las necesidades específicas
de cada tanque, pues dependiendo de la capacidad de almacenamiento y de la
zona de ubicación su dimensionamiento es el adecuado.
6.1 EQUIPOS DE REGULACIÓN DE CAUDAL.
Son elementos utilizados para controlar el caudal de salida de los tanques de
tormenta cuando el vaciado se realiza por gravedad.
La regulación puede realizarse principalmente mediante válvulas vórtice o
compuertas murales, la elección depende del caudal a regular y de la sección libre
que se tenga.
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6.1.1 Válvulas tipo Vórtice
Las características principales de este tipo de válvulas, teniendo en cuenta la
información comercial de la empresa Española Hidrostank experta en diseños de
tanques de tormenta (Hidrostank-1, 2010), son:
Regulación de pequeños caudales con una gran sección de paso libre,
minimizando el riesgo de atasco.
No tiene partes móviles.
No requiere aporte de energía.
Válvula fabricada en acero inoxidable por lo que tiene una máxima
durabilidad bajo condiciones de operación.
Dispone de una brida local para su conexión, un tubo de entrada, el cuerpo
de la válvula, una tapa de metacrilato para su inspección y una salida
modificable para futuras variaciones de caudal.
Figura 6.1 Válvula tipo vórtice (Fuente: Hidrostank-1, 2010)
Existen distintos modelos y dimensiones para abarcar diferentes rangos de
caudales.
Los reguladores de caudal tipo vórtex limitan el caudal en función de la altura de
agua, quiere decir que en la medida en que crezca la profundidad del agua en el
tanque o tubería, la válvula empezará a cumplir su función de sacar el caudal de
forma regulada. Esto quiere decir que en tiempo seco debe dejar pasar toda el
agua residual a través de ella, sin ninguna regulación. Al producirse una tormenta
y aumentar el caudal de agua de llegada, el nivel de agua retenida debe ir
subiendo aguas arriba del regulador, quedando aire atrapado en la parte superior
de éste, allí el aire sufrirá una compresión antes de que por la geometría del
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regulador se provoque un vórtice en el agua que provocará una disminución del
caudal sin reducir la sección de paso (Hidrostank-1, 2010).
La compresión del aire produce un retardo en la creación del torbellino, es decir
retarda el inicio de la regulación.
Al seguir aumentando el caudal de entrada, aumentará el nivel de agua hasta que
se alcance el punto de operación del mismo, punto que se diseña al igualarse el
caudal que entra con el caudal que se deja pasar por el regulador más el caudal
que se alivia.
Al finalizar la entrada de agua, el nivel comienza a descender por el cuerpo de la
válvula hasta el momento que comienza a entrar aire al regulador y el vórtice se
destruye, provocándose un aumento repentino del caudal favoreciendo la limpieza
de las tuberías aguas arriba.
Figura 6.2 Curva característica (Fuente: Hidrostank-1, 2010)
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Figura 6.3 Válvulas tipo vórtex. (Fuente: AMITECH, 2010)
La válvula no requiere de un mantenimiento permanente. Se debe tener en cuenta
que una vez que se instala y que se encuentra en funcionamiento la válvula, se
recomienda inspeccionar durante las primeras tormentas para verificar su correcto
funcionamiento y que no se estén presentando atascos. Luego de esto se puede
distanciar el tiempo de las inspecciones.
6.1.2 Válvula de Control de Flujo Reg-U-Flo
Las válvulas de control Reg-U-Flo son dispositivos que también utilizan la fuerza
generada por el vórtice para provocar un freno hidráulico que permite una
descarga controlada del caudal (Hidropluviales, 2014). Optimiza los costos del
proyecto pluvial ya que gracias a su eficiencia hidráulica, permite reducir el tamaño
del tanque de tormentas hasta en un 40%.
La tecnología de este tipo de válvulas proviene de Hydro International, una
empresa Británica que ha desarrollado una variedad de equipos para el control del
escurrimiento pluvial y en general para el manejo de los sistemas de drenaje
urbano sostenible. Por otra parte Hidropluviales es una empresa Mexicana que ha
utilizado estos equipos en el continente Americano y será la que aportará
conocimiento en el desarrollo de esta tesis.
La válvula de regulación posee espacios internos abiertos para evitar riesgos de
bloqueos, garantizando una operación sin inconveniente y reduciendo la
necesidad de mantenimientos futuros. El excelente desempeño de éstas y la
instalación de más de 25000 válvulas en el mundo demuestran un mínimo riesgo
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en la operación y se convierten en una solución probada para regular el caudal de
los eventos pluviales.
Figura 6.4 Válvula REG-U-FLO (Fuente: Hidropluviales, 2014).
Las válvulas se utilizan para la regulación de caudales y de esta manera evitar
saturaciones en el sistema de drenaje, por medio de una descarga controlada del
caudal, permitiendo entre otras cosas, mitigar las inundaciones es sitios bajos o de
baja pendiente, controlar las descargas de presas o tanques y controlar la
erosión y disipación de energía.
Posee unas ventajas destacables como son la disminución del tamaño del tanque
de retención hasta de un 40%, ahorro en el costo de un proyecto de regulación
hasta de un 50%, auto-activable y sin partes móviles por lo que no requiere de
energía eléctrica. El área de la apertura es 3 a 6 veces más grande que el orificio
equivalente, con lo cual evita obstrucciones, virtualmente libre de mantenimiento.
6.1.2.1 Descripción del funcionamiento
La Válvula de Control Reg-U-Flo opera por medio de principios hidráulicos
simples. El escurrimiento ingresa de forma tangencial en la entrada del equipo, en
condiciones de tiempo seco, la válvula de control trabaja como un orificio grande y
el agua pasa directamente hacia la descarga, tal como se observa en la Figura
6.5.
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Figura 6.5 Funcionamiento de válvula en tiempo seco (Fuente: Hidropluviales, 2014).
Cuando el flujo aumenta y llega al punto de caudal de descarga, las altas
velocidades periféricas inician la acción de estrangulación del flujo. Al
incrementarse la carga, la válvula se aproxima al punto de flujo de frenado y
empieza a formarse el núcleo de aire en la espiral del equipo. Conforme la carga
continua aumentando, el núcleo de aire se estabiliza por completo, generando el
vórtice, y la descarga de la válvula se reduce a la de un orificio de menor tamaño,
tal como se observa en la Figura 6.5.
Figura 6.6 Funcionamiento de válvula en tiempo de lluvias (Hidropluviales, 2014).
La válvula optimiza el control de flujo permitiendo mayores tasas de descarga con
una menor carga comparada con otras soluciones convenciones de regulación.
Las curvas de carga/flujo, que se observan en la Figura 6.7, muestran el
comportamiento de la válvula Reg-U-Flo en comparación con un orificio
tradicional.
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Figura 6.7 Curva de carga Vs flujo (Fuente: Hidropluviales, 2014).
6.1.2.2 Diseño de válvulas
Existen principalmente dos series de válvulas de control, sobre las cuales se
pueden ajustar las aplicaciones y restricciones de diseño, la Tabla 6-1 puede
servir como una guía para la selección de la válvula pero no quiere decir que no
se puedan fabricar en otros tamaños, es más puede fabricarse en cualquier
diámetro especificado.
Tabla 6-1 Tabla de diseño de válvula de control de flujo REG-U-FLO (Fuente: Hidropluviales, 2014)
Algunos accesorios opcionales para las válvulas de control son:
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Compuerta giratoria para By-pass (Figura 6.8): Acceso para mantenimiento en el tubo de descarga
Figura 6.8 Compuerta giratoria para By-pass (Fuente: Hidropluviales, 2014)
Respaldo curvo (Figura 6.9): Para permitir montaje empotrado en la pared de un registro redondo.
Figura 6.9 Respaldo curvo (Fuente: Hidropluviales, 2014)
Palanca supresora de vórtice (Figura 6.10): Elimina el núcleo de aire para crear un By-Pass de emergencia.
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Figura 6.10 Palanca supresora de vórtice (Fuente: Hidropluviales, 2014)
Algunas configuraciones comunes en pozos de inspección son las siguientes (Figura 6.11):
Figura 6.11 Diferentes configuraciones de pozos (Fuente: Hidropluviales, 2014)
6.1.3 Válvulas tipo Flotador
Las características principales de este tipo de válvulas teniendo en cuenta (Ayesa
Iturralde, 2014) son:
Curva de descarga vertical.
Tamaño compacto.
No requiere energía eléctrica.
Caudal constante, independientemente del nivel de agua.
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Los mecanismos de control no se encuentran sumergidos en el agua.
Auto detección y eliminación de atascos.
Instalable en todo tipo de cámaras, mediante un adaptador.
Figura 6.12 Válvula tipo flotador. (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
El funcionamiento de las válvulas tipo flotador es el siguiente:
En tiempo seco la placa de entrada y salida se encuentran completamente
abiertas, permitiendo así el paso de todo el caudal que llega.
Figura 6.13 Placa de entrada (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
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Durante el evento de lluvia o tormenta, el nivel de agua crece, excediendo
un determinado valor y es allí cuando el regulador entra en funcionamiento.
Figura 6.14 Placa de entrada regulando (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
El flotador mueve la placa de control de entrada para mantener un flujo
constante, y al mismo tiempo la placa de control de salida se mueve hacia
su posición normal.
El flotador se mueve constantemente, según el nivel de agua y mueve la
placa de control para mantener el caudal constante a través del equipo.
Si llega a presentarse un atasco en la entrada del sistema, el flotador caerá
y la placa de entrada se abrirá completamente. Esto hace que lo que haya
provocado el atasco sea transportado por la corriente de agua.
Por el contrario, si el atasco se llega a presentar en la placa de salida, el
flotador subirá hasta su posición normal, haciendo que la placa de salida se
abra completamente y el atasco salga.
Si el atasco ocurriera en el cuerpo del regulador, antes de llegar a la placa
de salida, el nivel de agua crecerá en el interior del regulador. Esto haría
que automáticamente el flotador se elevara y se abriera completamente la
placa de salida. Una vez liberado el atasco, el empuje del agua hará que el
equipo vuelva a su posición de regulación.
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Figura 6.15 Caudal en la salida (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
6.1.4 Válvulas de compuertas murales
Estas válvulas se utilizan para caudales de paso mayores que las válvulas de
vórtice, siempre que la sección de paso sea lo suficientemente grande para evitar
atascos.
Están conformadas por un soporte anclado a la pared por el que se desliza la
tajadera que delimita la sección de paso. Entre el soporte y la tajadera se dispone
de una junta que garantiza la estanqueidad a cuatro lados en caso de un cierre
total o a tres lados cuando el cierre no es total. La tajadera sube o baja a través
de un husillo y su accionamiento puede ser manual o motorizado.
Figura 6.16 Ejemplos de compuertas murales (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
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Las compuertas de accionamiento manual se utilizan cuando la regulación no es
en continuo, de esta manera se determina la apertura de la compuerta para
conseguir un caudal a una determinada altura. Si es necesario modificar el caudal
de salida del tanque se procederá a aumentar o disminuir la apertura de paso
según lo que se requiera, aumentar o disminuir el caudal de salida del tanque,
este procedimiento se realiza manualmente.
Por su parte las compuertas motorizadas funcionan a través de un motor eléctrico
y dentro de ellas existen distintos tipos en función del grado de automatización del
sistema.
Sin regulación automática: Están compuestas de un motor que se acciona
cada vez que se quiere variar el caudal a regular, su accionamiento se
realiza in situ o a distancia a través de telecontroles.
Con regulación discontinua: La actuación sobre ellas no es en continuo,
disponen de un posicionador de apertura. Actúan ajustando la apertura en
el momento en el que comienza la tormenta a un valor prefijado y el cual se
puede actualizar en función de los requerimientos futuros.
Con regulación continua: Son las más complejas y su motor está
sobredimensionado respecto a las anteriores, disponen de un posicionador
de apertura en función de la altura de agua existente en el canal central y
su fin es conseguir un caudal constante. Este tipo de compuertas están
conectadas a un equipo de control que procesa la apertura(la sección de
paso), la altura de agua y calcula el caudal.
De acuerdo con (Hidrostank-2, 2014), las compuertas se fabrican para las
siguientes secciones de paso estándar:
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Figura 6.17 Secciones de paso estándar para compuertas murales (Fuente: Hidrostank-2, 2014)
6.2 EQUIPOS DE LIMPIEZA.
Es de gran importancia que se realice un proceso de limpieza del tanque
inmediatamente después del evento de lluvia en el que el agua ha transportado
una gran cantidad de sedimentos sólidos y flotantes, que han quedado retenidos
en el interior del tanque, los cuales pueden producir luego de algún tiempo
solidificación y descomposición, que a su vez puede generar problemas de
mantenimiento para el tanque y el resto de los equipos.
Debido a las altas cargas contaminantes que estos sólidos pueden contener, se
pueden presentar problemas de olores y pérdida de salubridad, que no se pueden
aceptar dentro de las instalaciones del tanque y que resulta necesario eliminarlas.
Estos equipos de limpieza pueden dividirse en dos grupos:
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Equipos de limpieza mediante el arrastre-barrido: Limpian la cámara o tanque
de retención que ha quedado con desechos por medio de la generación de una
ola de agua que arrastra a su paso toda la sedimentación que se ha producido en
el evento de lluvia (Ayesa Iturralde, 2014). Existen tres tipos de equipos de
limpieza por este método:
Limpiadores basculantes
Compuertas de limpieza
Sistema de vacío
Equipos de limpieza mediante aireación: Mantienen en suspensión la materia
susceptible de sedimentar durante la tormenta, hasta su finalización y vaciado
(Ayesa Iturralde, 2014). En general, se recomienda completar este equipo con uno
de limpieza por arrastre. Existen dos tipos:
Aireador giratorio (Jet cleanner)
Aireador fijo
6.2.1 Limpiadores basculantes.
Los limpiadores basculantes son depósitos que tienen una determinada
capacidad, la cual esta dimensionada en función de la geometría de cada tanque y
de una determinada altura a la que se instala el limpiador. En situación normal
están en posición de equilibrio pero una vez se ha desocupado el tanque y el
limpiador o limpiadores se han llenado hasta la capacidad de agua para la que
están dimensionados, el centro de gravedad cambia y los limpiadores basculan,
generando una ola de agua que barre todos los sedimentos hacia la parte más
baja del depósito (Ayesa Iturralde, 2014).
Por medio de estos limpiadores se evita la limpieza manual del tanque, que puede
resultar además de desagradable, peligrosa. Reduciendo de esta forma,
problemas de tiempo y seguridad.
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Figura 6.18 Sistema de limpieza. (Fuente: AMITECH, 2010)
Una vez que se ha realizado el vaciado del tanque se procede a realizar la
limpieza de la cámara de retención y de los canales del mismo, con el objetivo de
evitar una sedimentación acumulada que provoque malos olores y sea más
complicada su limpieza. Los pasos para realizar el correcto procedimiento de
limpieza del tanque de acuerdo con (Hidrostank-3, 2014) son:
1. El agua almacenada provoca la sedimentación en el fondo del tanque; a
través de una sonda de nivel se detecta que éste se ha llenado y es en ese
momento cuando el limpiador se encuentra en su posición de reposo.
Figura 6.19 Posición de reposo del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
2. Una vez que el tanque se ha desocupado la sedimentación se acumula
sobre la solera. El vaciado se detecta por medio de otra sonda de nivel
cuya señal es recogida por el autómata, el cual abre la electro-válvula que
permite el llenado del limpiador auto-basculante.
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Figura 6.20 Llenado del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
3. Una vez lleno el limpiador auto-basculante de agua, el punto de gravedad
del conjunto limpiador–agua se desplaza provocando el desequilibrio del
equipo, y de esta forma se libera todo el volumen de agua
instantáneamente. La ola de agua creada barre los sedimentos depositados
en la solera del tanque, arrastrándolos hasta un canal que los recibe.
Figura 6.21 Vaciado del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
4. Una vez vaciado el contenido del limpiador este vuelve a su posición de
reposo por su propio diseño, accionando el dispositivo que cierra la
electroválvula.
Figura 6.22 Posición final del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
Para realizar el llenado del limpiador se puede utilizar agua de una red externa o
también se puede construir un deposito que acumule el agua residual propiamente
del tanque o agua del nivel freático y con ésta impulsarla hacia el limpiador por
medio de una bomba, tal como se observa en la Figura 6.23 y la Figura 6.24.
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Figura 6.23 Limpiador con agua de red (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
Figura 6.24 Limpiador con agua residual (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
6.2.1.1 Consideraciones de diseño
Para realizar el diseño de los limpiadores se deben tener en cuenta tres
parámetros que determinan su capacidad en litros por metro, estos son la longitud
a limpiar (L), la altura de caída (H) y la pendiente de la solera (%).
El dimensionamiento de cada tanque requiere de un estudio para conseguir una
limpieza eficiente y económica, las capacidades pueden estar entre 200 y 2000 l/m
y son fabricados en longitudes de hasta 10 metros lineales en acero inoxidable
AISI 304 o AISI 316, que evitan la corrosión en ambientes agresivos.
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6.2.1.2 Proceso de instalación
Para que el limpiador tenga un buen funcionamiento la instalación debe tener en
cuenta los siguientes puntos en la obra civil de acuerdo con (Hidrostank-3, 2014)
Debe haber una cuna bajo el limpiador de radio igual al diámetro de éste.
Esta cuna reduce las pérdidas producidas por el choque del agua contra el
hormigón o tubería.
El canal que recibe el agua de limpieza en la parte opuesta del limpiador
debe tener una capacidad que debe ser como mínimo 1,2 veces el volumen
de agua del limpiador. Además este canal debe tener una pendiente del 3%
hacia la salida del mismo y una profundidad mínima de 0,30 m. Tal como se
puede ver en la Figura 6.23 y Figura 6.24.
La solera debe estar pulida para reducir las pérdidas de rozamiento en el
agua de limpieza.
Debe haber una ventana en la losa situada sobre el limpiador de la misma
longitud que éste para poder introducir y sacar el limpiador del tanque.
Se debe colocar una tapa de registro sobre cada sonda de nivel para
permitir su extracción desde el exterior del tanque y facilitar las labores de
mantenimiento.
Cuando el ancho del tanque es mayor de 10 metros se instalan dos o más
limpiadores en paralelo, como es el caso de los tanques de concreto, donde
además es importante dividir el tanque con carriles paralelos que
independicen la acción de las olas, consiguiéndose una mayor eficiencia en
la limpieza. Para el caso de tanques circulares el diámetro de cada tubería
limitará el ancho del tanque, sabiendo que el máximo diámetro que se
puede tener es de 3,0 m, por lo tanto se tendrá un limpiador por cada línea
de tanque que se instale.
Los soportes de los limpiadores también son una parte importante en la instalación
del tanque, estos pueden estar fijados a la pared posterior, a la losa superior o a
los muros laterales, en función del diseño del tanque, tal como se puede observar
en la Figura 6.25.
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Para evitar mantenimiento, el limpiador debe ser colocado sobre el máximo nivel
de agua esperado, es decir, de ser posible, por encima de la máxima cota de
alivio.
Figura 6.25 Diferentes anclajes del limpiador auto-basculante (Fuente: Hidrostank-3, 2014)
6.2.1.3 Elementos complementarios del limpiador auto-basculante
El limpiador debe tener asociado los siguientes elementos complementarios para
su correcto funcionamiento de acuerdo con (Hidrostank-3, 2014):
Circuito de llenado: Este circuito debe estar conformado por:
Conducción de tuberías: Pueden ser de polietileno, acero inoxidable, o del
material especificado por el cliente.
Una electro-válvula: Se recomienda instalarla en una arqueta exterior al
tanque o en la caseta de control para facilitar las labores de mantenimiento.
Una válvula de bola.
También es conveniente colocar un racor con otra válvula de bola para facilitar
la conexión de mangueras.
Circuito de control: Este circuito debe estar conformado por:
Medición del nivel de agua en el tanque por medio de cualquiera de los
siguientes equipos, instalados en el canal de recogida del agua de limpieza,
como se observa en la Figura 6.23 y Figura 6.24.
Dos boyas de nivel.
Tres sondas conductivas.
Una sonda piezométrica.
Un sensor de nivel por ultrasonidos.
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Detector inductivo de proximidad fijado a una pequeña placa en un extremo
del limpiador.
Autómata programable.
También puede formar parte de él, el telecontrol de los equipos.
6.2.1.4 Mantenimiento
Los limpiadores auto-basculates no necesitan mantenimiento, pero con respecto a
los elementos complementarios se deben tener en cuenta los siguientes aspectos
de acuerdo con (Hidrostank-3, 2014):
Con respecto a los rodamientos se debe tener constante vigilancia de su engrase
ya que se pueden quedar atascados debido a la suciedad que existe en el interior
del tanque. Igualmente es importante vigilar los rodamientos con una periodicidad
de 1 a 3 años, en función de la frecuencia con que se llena el tanque. En caso
que los rodamientos queden totalmente sumergidos cuando se llena el tanque, se
debe comprobar su estado tan pronto como sea posible una vez que se ha
vaciado el tanque, ya que el agua puede dañar las juntas de los rodamientos, y
quitar la grasa que estos contienen.
Con respecto a los sensores que van asociados a los limpiadores cuando se
accionan de manera automática, es necesario comprobar de vez en cuando su
correcto funcionamiento.
• Sondas de nivel: Se deben limpiar las sondas con una manguera para
quitarles los restos de suciedad adheridos a ellas.
• Detectores inductivos: Es necesario comprobar el correcto ajuste del mismo
si se detecta algún problema y comprobar que no se haya movido del punto
inicial de ajuste.
• Electroválvulas: Es importante que las electroválvulas cierren
correctamente, por lo tanto es necesario vigilarlas durante el inicio de su
funcionamiento y de ser necesario limpiarlas de los restos de material
particulado que pudo haber quedado en el interior de los tubos del agua
como consecuencia de la obra. En este caso, es necesario soltar la bobina
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y quitar la tapa superior (soltar los 4 tornillos correspondientes), detectar si
en dicha tapa se encuentra alguna pequeña piedra o restos de arena
tapando los orificios que hay dentro de ella, y limpiar bien la junta y la pieza
metálica; volver a montar como estaba. Pero se debe tener cuidado de
cerrar la llave de bola asociada a la electroválvula antes de desmontar ésta.
Es muy importante intentar que todos estos elementos (rodamientos, sondas de
nivel, detectores inductivos y electroválvulas) queden fácilmente accesibles para
facilitar las labores de mantenimiento requeridas. Para ello se instalarán tapas de
acceso encima de los diferentes sensores. En el caso de los rodamientos y
detectores inductivos, es recomendable instalar una tapa por la que pueda
extraerse el limpiador entero. También es recomendable instalar las
electroválvulas en el exterior del tanque, bien sea en una arqueta o en la caseta
de instalaciones
6.2.2 Compuertas de limpieza
Este sistema de limpieza es similar al de los limpiadores auto-basculantes, ya que
por medio del barrido y arrastre de una ola de agua limpian de manera eficiente el
tanque. La diferencia con estos equipos es que las compuertas de limpieza utilizan
el agua propia de la tormenta para limpiar la cámara, de la siguiente forma:
Cuando el tanque se vacía, el medidor de nivel por ultrasonidos envía una
señal al panel de control. Una válvula conecta en ese momento una bomba
y los garfios de sujeción se liberan.
Luego la compuerta se abre bruscamente debido a la presión del agua
existente en la cámara de limpieza, liberando una enérgica ola que limpia la
superficie del tanque de tormentas, arrastrando los sedimentos que
pudieran haber quedado retenidos.
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Figura 6.26 Compuerta en posición abierta (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
Para asegurar que las compuertas no limitan el agua de limpieza, éstas se
cierran solamente pasado un tiempo de retardo prefijado. Esto reduce el
riesgo de que potenciales restos de sólidos queden atascados entre la
compuerta y el marco.
Figura 6.27 Compuerta en posición cerrada (Fuente: Ayesa Iturralde, 2014)
6.2.3 Sistema de limpieza por vacío.
Dentro del conjunto de equipos que ofrece AMITECH se encuentra el sistema de
limpieza por vacío BIOGEST-HIDROSTANK el cual permite la limpieza automática
de la cámara de retención luego de un evento de lluvia, eliminando totalmente la
sedimentación y los problemas asociados de una forma eficaz, por medio de una
cámara anexa que se llena a través de un sistema de vacío, compuesto por una
válvula de diafragma y una bomba de succión.
Dentro de las ventajas que este sistema ofrece se tienen:
1. Aprovecha parte del agua retenida para realizar la limpieza, de manera que
se hace innecesario el aporte de una fuente externa.
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2. El sistema se instala en el exterior del tanque, facilitando las labores de
mantenimiento.
3. Es capaz de limpiar cámaras de longitudes elevadas.
4. Asegura máxima seguridad durante el mantenimiento así como mínimos
costos.
El funcionamiento de este tipo de sistema de limpieza es el siguiente de acuerdo
con (Hidrostank-4, 2014):
1. La tormenta inicia y una combinación de agua residual y de agua lluvia
comienza a llenar la cámara de retención, haciendo crecer el nivel de agua
en la cámara de limpieza (Figura 6.28). Este hecho es detectado por un
sistema de medición de nivel del agua.
Figura 6.28 Aumento del nivel de agua en la cámara de limpieza (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
2. Luego de crecer la válvula de diafragma, la bomba de vacío comienza
automáticamente a succionar aire, haciendo que el agua fluya de la cámara
de retención hacia la cámara de limpieza debido al efecto de vacío (Figura
6.29). Una vez que se alcanza el nivel máximo en la cámara de limpieza, la
bomba de succión se detiene de manera automática.
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Figura 6.29 Cámara de limpieza en el nivel máximo (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
3. Una vez que la tormenta finaliza, la cámara de retención se vacía y en ella
quedan los restos de sólidos y otros tipos de sedimentos como se observa
en la Figura 6.30.
Figura 6.30 Cámara de retención vacía (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
4. Cuando el tanque se ha vaciado, el procedimiento de limpieza continúa
automáticamente. El gran volumen de agua retenido en la cámara de
limpieza sale de la misma generando una ola que arrastra los sedimentos
hacia el canal de recogida como se observa en la Figura 6.31.
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Figura 6.31 Vaciado de la cámara de limpieza (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
El equipo de limpieza por vacío consta básicamente de las siguientes partes las
cuales se pueden observar en la Figura 6.32.
Cámara de limpieza: Aquí se almacena el agua lluvia que posteriormente
será utilizada para la limpieza de la cámara de retención.
Sifón: A través de él se produce el llenado y vaciado de la cámara de
limpieza.
Válvula de diafragma: Es la encargada de aislar la cámara de limpieza para
permitir la creación del vacío en su interior y el llenado de la misma, y de
permitir la reentrada de aire en la cámara de limpieza para su vaciado.
Bomba de succión: Por medio de ésta se extrae el aire de la cámara de
limpieza.
Interruptores de nivel: Se encargan de controlar los niveles de agua tanto
en la cámara de retención como en la cámara de limpieza. Se utilizan para
el control automático del sistema de limpieza.
Canal de recogida del agua. Es el encargado de recoger la ola de limpieza
generada por el sistema, y conducir dicha agua a la salida del tanque.
Panel de control. Desde él se controla el funcionamiento del sistema, tanto
en modo manual como automático.
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Figura 6.32 Elementos de un sistema de limpieza por vacío (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
6.2.3.1 Consideraciones de diseño
El diseño del sistema de limpieza se basa en determinar la capacidad necesaria
del equipo para funcionar correctamente. Esta capacidad está relacionada con las
dimensiones de la cámara de retención, es decir con la longitud, el alto, el ancho y
la pendiente de la solera; con los cuales se puede calcular la capacidad en metros
cúbicos por metro lineal para limpiar la cámara.
En función del ancho de la cámara, se determina si se divide la misma en una o
varias líneas de limpieza, teniendo en cuenta que el ancho máximo de cada línea
de limpieza es de 10 metros. Todos los elementos metálicos se construyen en
acero inoxidable AISI 304.
6.2.3.2 Proceso de instalación
Teniendo en cuenta la información contenida en (Hidrostank-4, 2014), durante el
proceso de instalación del sistema de limpieza por vacío se deben tener en cuenta
las siguientes consideraciones para que su funcionamiento sea el correcto:
Cámara de limpieza: Debe ser totalmente hermética para poder garantizar
hacer el vacío en ella y llenarla de agua, de manera que se convierte en el
elemento más importante.
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Sifón: Se puede construir en dos maneras, siendo la variante 1 la más
adecuada para tanques de nueva construcción, mientras que la variante 2 es
más adecuada para tanques existentes.
Figura 6.33 Sifón cámara de vacío. (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
Canal que recoge el agua: Es importante que este canal tenga como mínimo
1.2 veces la capacidad del sistema con fin de garantizar que toda el agua que
lleva la ola de limpieza sea capaz de entrar en el canal sin formar reflujos,
porque podrían volver a provocar la sedimentación en la superficie del tanque.
Solera de la cámara: Entre más lisa o pulida sea la superficie menos pérdidas
por rozamiento se producirán con el agua de limpieza, así como también
ayudará a que los sedimentos se adhieran menos y la limpieza sea más fácil.
Si el ancho de la cámara de retención es superior a 10 m se tendrán que
formas varías líneas de limpieza. Éstas deberán estar separadas entre sí por
medio de unos muros bajos de concreto, terminados en forma de pico para
evitar que los sólidos se depositen sobre ellos. Los muros de separación
deberán terminar un metro antes de llegar al canal de recogida, para facilitar el
tránsito por el interior de la cámara en caso necesario.
Para el caso de tanques circulares el diámetro de cada tubería limitará el
ancho del tanque, sabiendo que el máximo diámetro que se puede tener es de
3,0 m, por lo tanto se tendrá una cámara de limpieza por cada línea de tanque
que se instale.
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Con respecto a la válvula de diafragma existen dos posibilidades de ubicación. La
primera, en el interior de una arqueta enterrada y la segunda en la superficie, tal
como se observa en la Figura 6.34.
Figura 6.34 Ubicaciones de la válvula de diafragma (Fuente: Hidrostank-4, 2014).
6.2.4 Limpiadores giratorios a chorro
Estos dispositivos de limpieza conocidos también como jet cleaner, son eficaces
en la limpieza automática de tanques de tormenta y más aún si se combinan con
equipos de limpieza auto-basculantes.
Fotografía 6.1 Dispositivo giratorio en funcionamiento.
6.2.4.1 Principio de funcionamiento
Básicamente el Jet Cleaner consiste en una bomba centrífuga sumergible para
agua residual, con una lanza de mezcla (Hidrostank-5, 2014). Primero, el aire es
ENTERRADA SUPERFICIE
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introducido al chorro de agua y esta mezcla de aire y agua es expulsada a una
elevada velocidad horizontalmente sobre el fondo del tanque, como se observa en
la Figura 6.35.
Figura 6.35 Limpiador giratorio a chorro. (Fuente: Hidrostank-5, 2014)
Como consecuencia de esta combinación de agua y aire que provoca una alta
velocidad, los sólidos en suspensión y los que se han sedimentado se mezclan
nuevamente y son eliminados del tanque. Cabe resaltar que en tanques
relativamente largos con malos diseños de solera o con poca pendiente en sus
dos direcciones, la limpieza puede ser complicada porque el chorro podría no
alcanzar todos los lugares del fondo de una manera óptima. Razón por la cual, en
estos lugares aparecerá sedimentación de manera permanente e irá aumentando
en la medida en que se presente un evento de lluvia. En estos casos se requiere
de una limpieza adicional.
Limpiador giratorio a chorro
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Figura 6.36 Funcionamiento del limpiador giratorio a chorro (Fuente: Hidrostank-5, 2014)
Su proceso de funcionamiento se basa en mantener retenida el agua en el equipo
de limpieza, hasta que comience el vaciado del tanque, específicamente cuando
se comienza a ver su fondo. Allí empieza a girar automáticamente la tubería de
una forma lenta de derecha a izquierda o viceversa, alcanzando ángulos de giros
hasta de 200°. De esta forma se garantiza que en la última fase del vaciado del
tanque sean limpiadas todas las zonas del fondo del tanque.
De llegarse a presentarse falta de agua durante el giro, existe una técnica especial
que permite una desconexión temporal y automática de la válvula de salida del
tanque, o una interrupción temporal de las bombas de vaciado de manera que se
retenga el agua necesaria para regar el tanque.
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6.2.4.2 Consideraciones de diseño del limpiador giratorio a chorro.
El agua que utilizará el dispositivo será extraída de un pozo o del propio canal
de salida del tanque.
El elemento que acciona el dispositivo no debe estar sumergido, para ello
deberá ser instalado en la parte superior del tanque, en un pozo de registro
como se muestra en la Figura 6.37, o utilizar un dispositivo especial en forma
de campana que lo protege contra la inmersión, como se observa en la Figura
6.38.
Igualmente es recomendable ubicar una tapa de registro sobre el equipo para
facilitar las labores de manteniendo y de extracción del equipo o la bomba en
caso de ser necesario.
Figura 6.37 Diseño de un dispositivo de limpieza giratorio a chorro (Fuente: Hidrostank-5, 2014)
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Figura 6.38 Diseño dispositivo giratorio con accionamiento sumergido. (Fuente: Hidrostank-5, 2014)
6.3 TAMICES Y PANTALLAS DEFLECTORAS ANTIFLOTANTES
La contaminación que puede ocasionar el agua residual que es vertida
directamente a los cuerpos receptores como consecuencia de haberse superado
la capacidad máxima del tanque de tormentas, puede evitarse mediante el uso de
tamices y pantallas deflectoras.
Figura 6.39 Tamiz de aliviadero de limpieza automática tipo PAS (Fuente: Hidrostank-6, 2010).
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6.3.1 Tamiz de Aliviadero Tipo PAS
Por medio de la instalación de estos tamices, se puede lograr que todos los
objetos sólidos de tamaño superior al diámetro de paso del tamiz queden
retenidos y no sean enviados al cuerpo receptor. Además, cuentan con un
sistema de limpieza mediante bomba sumergible, que elimina los sólidos
atrapados en él y los envía de nuevo a la red de alcantarillado, por lo que
constituyen un complemento perfecto para las pantallas deflectoras de flotantes.
Las partes de la que consta un dispositivo de tamiz de acuerdo con (Hidrostank-6,
2010) son:
Pantalla deflectora.
Rejilla.
Bomba sumergible.
Eyector.
Sensor de nivel.
Cuadro de control.
Figura 6.40 Partes del dispositivo de tamiz (Fuente: Hidrostank-6, 2010).
6.3.1.1 Principios de funcionamiento.
De acuerdo con (Hidrostank-6, 2010), se deben tener en cuenta los siguientes
principios de funcionamiento para el correcto funcionamiento del equipo:
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Las partes del dispositivo deben instalarse en la cámara central, la única parte
que queda en el exterior es el cuadro de control.
El chorro de agua que limpia el tamiz, deberá, en la medida de lo posible,
tener la misma dirección que la corriente de agua.
Los niveles de agua se miden en continuo mediante un sensor de nivel por
ultrasonidos, radar o presión.
En tiempo seco, el agua residual se dirige a la planta de tratamiento y el
sistema está en reposo.
En eventos de lluvia, si el fenómeno es bastante fuerte y se logra colmar la
capacidad del tanque, el agua combinada rebosará hacia el cuerpo receptor,
por lo tanto alcanzará el nivel del tamiz. En este momento el agua pasará a
través de la rejilla, reteniendo en ésta los elementos en suspensión que
arrastran consigo el agua residual y de lluvia. Ya liberada de los elementos en
suspensión, pasa por la cresta del vertedero del alivio hacia el medio receptor.
Simultáneamente, el agua que alcanza el nivel de la rejilla acciona la bomba
de limpieza. Esta bomba permite mantener limpio el tamiz para evitar que se
atasque, propulsando durante el alivio un potente chorro de agua y aire sobre
la rejilla en sentido longitudinal a la misma.
Figura 6.41 Tamiz en reposo y en funcionamiento (Fuente: Hidrostank-6, 2010).
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Los datos necesarios para calcular el tamiz son los siguientes:
Altura del muro de alivio (H).
Longitud del labio de vertido (L).
Longitud máxima disponible para la instalación del equipo.
Nivel de descarga.
Caudal máximo de agua a través del tamiz.
Con estos datos, Hidrostank dimensiona el equipo necesario, ofreciendo los
siguientes parámetros:
Diámetro de la rejilla, sección de paso y potencia eléctrica.
Altura de agua en condiciones normales de funcionamiento del tamiz (N).
Altura máxima de agua en condiciones de alivio de emergencia (M).
Figura 6.42 Dimensiones del tamiz (Fuente: Hidrostank-6, 2010).
6.3.2 Pantalla deflectora de flotantes.
Las pantallas deflectoras de flotantes actúan como una barrera que impide que los
elementos flotantes sobrepasen el muro del alivio que evacua las aguas
combinadas directamente a un cuerpo receptor (Figura 6.43), cuando se rebosa la
capacidad del tanque de tormentas (Hidrostank-7, 2010). Están fabricadas en
acero inoxidable de polipropileno reforzado, resistente a la corrosión.
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Figura 6.43 Pantalla deflectora de flotantes (Fuente: Hidrostank-7, 2010)
La pantalla deflectora se debe instalar paralela y por delante del muro de alivio
que está ubicado entre la cámara de retención y la cámara de alivio, de tal forma
que deje pasar el agua por su parte inferior hacia la cámara de alivio. Impidiendo
así que los flotantes que lleva el agua combinada pase a ésta cámara y queden
retenidos en ella.
La distancia a la pared está más o menos entre los 30 y 50 cm, y la distancia entre
la parte inferior de la deflectora y el alivio también es de 30-50 cm.
Figura 6.44 Pantalla en lámina de poliéster reforzado con fibra de vidrio (Fuente: Hidrostank-7, 2010)
Techo de la
cámara de
retención.
Pantalla
deflectora
Muro de
alivio
Soportes
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6.4 CLAPETAS ANTIRRETORNO Y ANTIMAREA
Las clapetas antirretorno (Figura 6.45) tienen como función impedir el paso de
agua desde la cámara central hacia la cámara de retención, mientras no sea
sobrepasada la capacidad de la cámara central del tanque, permitiendo el paso en
el sentido contrario (Hidrostank-8, 2010).
Este equipo es fundamental para que la cámara de retención no se llene de agua
ante pequeños eventos de lluvia, de manera que se evita la limpieza del tanque
cada vez que éstos se produzcan, reduciendo las operaciones de mantenimiento
del tanque.
Figura 6.45 Clapeta antirretorno (Fuente: Hidrostank-8, 2010)
La clapeta se sitúa dentro de la cámara central en la parte inferior del muro que
comunica con la cámara de retención, justo en la salida del canal de recogida de
agua del sistema de limpieza del tanque, para permitir el vaciado por gravedad.
El cuerpo de las clapetas está fabricado en acero inoxidable y la lengüeta de cierre
en neopreno, por lo tanto existen variedad de clapetas dependiendo de su
construcción:
Clapeta anclada al muro, Figura 6.46:
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Figura 6.46 Clapeta anclada al muro (Fuente: Hidrostank-8, 2010).
Clapeta con pasamuros para empotrar, Figura 6.47:
Figura 6.47 Clapeta con pasamuros para empotrar (Fuente: Hidrostank-8, 2010).
Clapeta embriada, Figura 6.48:
Figura 6.48 Clapeta embriada (Fuente: Hidrostank-8, 2010).
Igualmente existen clapetas para muros curvos, Figura 6.49:
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Figura 6.49 Clapeta para muros curvos (Fuente: Hidrostank-8, 2010).
Las clapetas se fabrican para las siguientes secciones de paso estándar, Figura
6.50:
Figura 6.50 Secciones de paso estándar (Fuente: Hidrostank-8, 2010).
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Tabla 6-2 Dimensiones para clapetas de paso estándar (Fuente: Hidrostank-8, 2010).
Las clapetas de sección de paso superior a 500mm debe reforzar la goma de
cierre, según la altura de columna de agua que deba soportar la clapeta.
Las clapetas antimarea por su parte conectan la cámara central y la cámara de
alivio, impidiendo la introducción de las mareas en la cámara central y
posibilitando el alivio a la cámara central a través de ellas.
Por su parte las clapetas antimareas se fijan dentro de la cámara de alivio en la
pared que la comunica con la cámara central, alineada con el muro de alivio.
6.5 EQUIPO DE DESODORIZACIÓN
Uno de los sistemas de desodorización es el TERMINODOUR, desodorización por
ionización del aire que usa una tecnología patentada de ionización mediante
corriente alterna la cual produce iones positivos y negativos, manteniendo una
carga neutra que logra de un modo eficaz que las partículas estén suspendidas en
el aire (Hidrostank-9, 2010). El aire altamente ionizado oxida una gran cantidad de
diferentes olores orgánicos y permite su descarga a la atmósfera.
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Figura 6.51 Sistema de desodorización (Fuente: Hidrostank-9, 2010).
6.5.1 Opciones del TERMINODOUR
Existen dos opciones de funcionamiento del sistema
Tratamiento del olor dentro del mismo tanque donde el olor es generado.
Los sistemas Terminodour de ionización-presión positiva ionizan el aire
proveniente de la atmosfera y lo introducen dentro del sitio a desodorizar. La
entrada del aire ionizado produce una eficaz eliminación del olor en la
estructura a desodorizar asegurando una descarga inodora a la atmósfera,
con el beneficio adicional de producir en el interior del tanque un aire de
máxima calidad, la cual reduce la corrosión y proporciona un ambiente más
sano para el personal que trabaja en el interior.
Tratamiento del olor fuera del tanque donde se genera.
Estos sistemas Terminodour de ionización-lavado tratan el aire cargado de olor
que se extrae de los tanques para su posterior descarga a la atmósfera.
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6.5.2 Proceso de funcionamiento
En los sistemas Terminodour de ionización-presión positiva el aire proveniente de
la atmósfera es filtrado y conducido a una cámara o unidad de ionización, donde
las moléculas de oxígeno se ionizan de manera que adquieren una carga. Una vez
que el aire es ionizado se distribuye dentro del tanque a desodorizar, por medio de
una red de conductos; luego tienen lugar largas cadenas de reacciones de
oxidación, ya que los iones de oxígeno cargados negativamente, que son los que
más predominan, reaccionan con las moléculas de olor, cargadas positivamente.
En la Figura 6.52 se puede observar el procedimiento descrito anteriormente.
Figura 6.52 Procedimiento de ionización-presión positiva (Fuente: Hidrostank-9, 2010).
En los sistemas Terminodour de ionización-lavado o Terminodour S, el aire
contaminado se extrae del tanque y se conduce a una cámara de reacción donde
se mezcla con el aire ionizado para conseguir la oxidación del olor. Este sistema
se usa cuando para el sistema de presión positiva el tiempo de contacto es
insuficiente para conseguir el nivel de oxidación requerido y, por tanto, el sistema
no puede lograr el porcentaje de reducción de olor deseado.
Equipo ionizador Salida de aire
tratado
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Figura 6.53 Terminodour de ionización-lavado (Fuente: Hidrostank-9, 2010).
6.5.3 Descripción de la reacción
La reacción se produce porque se pueden encontrar moléculas de aire en la
atmosfera que están en estado neutro y los tubos de ionización lo que hacen es
cargar esas moléculas como por ejemplo las moléculas de oxigeno o nitrógeno.
Estos tubos de ionización son usados por los módulos ionizadores Terminodour
con corriente alterna para generar iones positivos y negativos, los cuales pueden
oxidar diferentes tipos de compuestos gaseosos una vez que aire ha quedado
altamente ionizado. De esta forma teniendo el aire polarizado se da lugar a un
proceso de oxidación que trasforma el contaminante químico en su forma más
simple.
Este sistema ha demostrado efectividad contra una gran variedad de compuestos
odoríferos como por ejemplo el ácido sulfhídrico (H2S), aminas, amoníacos, entre
otros; los cuales se pueden expulsar sin ningún problema a la atmósfera ya que
son benignos.
6.6 EQUIPOS DE CONTROL Y CIRCUITO DE AGUA
6.6.1 Circuito de agua para el llenado de los limpiadores
Este circuito tiene la función de permitir el llenado del limpiador autobasculante, a
través de una señal que se envía al autómata para que abra la electro-válvula.
Un circuito de llenado consta de:
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Conducción de tuberías: De polietileno, acero inoxidable u otro.
Electro-válvula: Se debe instalar en un depósito exterior al tanque o en la
caseta de control para facilitar las labores de mantenimiento.
Válvula de bola.
Figura 6.54 Circuito de llenado. 8
6.6.2 Circuito de control
El objetivo de los circuitos de control, es precisamente controlar todos los equipos
que hacen parte de un tanque de tormentas, como por ejemplo los sistemas de
limpieza, válvulas motorizadas, equipos de desodorización, rejas, etc. Consta
principalmente de:
Medición del nivel de agua en el tanque por medio de equipos instalados en el
canal de recogida del agua de limpieza (boyas de nivel, sondas conductivas,
sonda piezométrica, sensor de nivel por ultrasonidos…)
Detector inductivo de proximidad fijado a una pequeña placa en un extremo
del limpiador.
Autómata programable.
Posible unidad de telecontrol de los equipos.
8 Imagen extraída de la red en Noviembre de 2014. Disponible en línea en:
http://www.hidrostank.com/hidrostank/circuitos-de-control/
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Figura 6.55 Circuito de control. 9
9 Imagen extraída de la red en Noviembre de 2014. Disponible en línea en:
http://www.hidrostank.com/hidrostank/circuitos-de-control/
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7 METODOLOGÍA DESARROLLADA
La ciudad de Bogotá drena las aguas lluvias y aguas residuales hacia tres ríos
principales que son afluentes del río Bogotá y estos son el río Fucha, Salitre y
Tunjuelo, los cuales recolectan las aguas a lo largo de la ciudad para finalmente
entregarlas al río Bogotá. Por lo que es de gran importancia mitigar el impacto en
cuanto a cantidad y calidad que estas aguas causan a los ríos.
Teniendo en cuenta la investigación realizada por Ivonn Navarro en el año 2007,
en la que también trabajo con sistemas de almacenamiento temporal subterráneos
aplicados a tanques de concreto, módulos en arena y módulos en finos, se
definirán tres casos de estudio de los que ella planteo para realizar el análisis de
costos en el caso de tanques de GRP, teniendo en cuenta que los tanques
tendrán las mismas características en cada sitio de ubicación.
El caso de estudio seleccionado por Navarro de diez casos posibles, corresponde
a una zona ubicada en Fucha y que fue escogida luego de realizar una matriz de
calificación donde tenía en cuenta cuatro criterios de selección:
Tipo de suelo.
Usos del suelo.
Cercanía a zonas de inundación.
Relevancia hidráulica en la cuenca de drenaje.
En el caso del tipo de suelo se tuvo en cuenta la microzonificación sísmica de
Bogotá, la cual varía entre terrazas y conos, Lacustre A, Lacustre B y
potencialmente licuables, dándole a cada uno una calificación de 0 a 2, de
acuerdo a la posibilidad de licuación siendo este un problema no deseado en
cualquier tipo estructura. Para terrazas y conos la calificación fue de 2, para
Lacustres de 1 y para suelos potencialmente licuables de 0.
En el caso del uso del suelo se le asignó la calificación teniendo en cuenta tres
criterios: Para las zonas de comercio e industria un valor de 0 ya que se pueden
realizar construcciones a futuro destinadas en parte a parqueaderos, para grandes
superficies comerciales se le asignó un valor de 2, mientras que para zonas de
equipamientos deportivos y recreativos se les asignó una calificación de 3.
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La relevancia hidráulica hace referencia a la cantidad de agua drenada en cada
subcuenca que pasa por la tubería a la cual se conectaría el sistema de
almacenamiento temporal; para poder realizar esto fue necesario delimitar las
cuencas de drenaje de alcantarillado pluvial de los ríos Fucha y Salitre como se
observa en la Figura 7.1. Teniendo en cuenta esto, la calificación se realizó
dependiendo el área de la subcuenca de drenaje, cuando su valor variaba entre 1
Ha y 50 Ha la calificación era de 1, entre 50 Ha y 100 Ha de 2, entre 100 Ha y 150
Ha de 3, y entre 150 Ha y 200 Ha de 4.
Figura 7.1 Cuencas de drenaje del Fucha y Salitre. (Navarro Pérez, 2007)
La cercanía a zonas de inundación se definió utilizando el mapa de riesgos de
inundación generado por la Dirección de Prevención y Atención de Emergencias
de Bogotá, el cual se puede observar en la Figura 7.2, de manera que la
calificación fue de 1 cuando el riesgo es bajo, 2 cuando es medio y 3 cuando es
alto. Cuando se le asignaba un valor de 0 es porque no existían tuberías de
alcantarillado pluvial en la zona o porque no existía riesgo de inundación.
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Figura 7.2 Mapa de riesgos de inundación de Bogotá. 10
Teniendo en cuenta estos criterios de selección en la Tabla 7-1 se presenta una
matriz de calificación obtenida por (Navarro Pérez, 2007) para diez posibles casos
de estudio donde se podría ubicar un tanque de almacenamiento en la ciudad de
Bogotá.
Tabla 7-1 Matriz de calificación. (Navarro Pérez, 2007)
10
Imagen extraída de la red. Disponible en línea en:
http//urbanismosostenible.blogspot.com/2011/12/la-ciudad-y-la-lluvia.html
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Adriana Londoño Guateque Tesis de maestría 110
Teniendo en cuenta la matriz anterior, para el siguiente trabajo se seleccionará el
mejor caso tanto para la cuenca del río Fucha como para la del Salitre y se incluirá
un caso más, ubicado en el Norte de la ciudad.
En la Figura 7.3 se observa la ubicación general de cada una de estas zonas en la
ciudad de Bogotá.
Figura 7.3 Localización de zonas de estudio. - Google earth
Figura 7.4 Localización de zona en Fucha.
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Figura 7.5 Localización de zona en Salitre
Figura 7.6 Localización de zona en el Norte.
De acuerdo con las siguientes localizaciones, se plantearan dos posibles
escenarios que estarán diferenciados por la localización en zanja de los tanques.
El primer escenario contempla una configuración de un solo tanque lineal
de 60 ml, con una capacidad de almacenamiento de 420 .
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El segundo escenario contempla una configuración de tres tanques en
paralelo cada uno de 60ml, con una capacidad de almacenamiento de 1260
.
Tabla 7-2 Distancia cantera y botadero de cada zona de ubicación.
ZONA DISTANCIA
A CANTERA
DISTANCIA A
BOTADERO
(km) (km)
FUCHA 15 11
SALITRE 20 17
NORTE 30 28
Luego de haber planteado estas dos opciones de configuración de tanque y haber
sacado las conclusiones respectivas, se procedió a profundizar más en la
localización del tanque ubicado en la zona del salitre, de manera que se pudiera
realizar una cotización de las estructuras asociadas al tanque que requieren unos
datos precisos para poder realizar su diseño y con este estimar su costo.
De esta forma, el tanque se localizó en el parqueadero sur del Estadio el Campín
(Figura 7.7), ubicado en la calle 53B con carrera 30, perteneciente a la subcuenca
Galerías la cual tiene un área aportante de 872 Ha y un sistema de alcantarillado
combinado. Por su parte el área donde se ubicó el tanque es de 6798
aproximadamente y allí confluyen los tubos interceptores que recolectan las aguas
combinadas de toda la subcuenca.
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Figura 7.7 Localización tanque de tormentas- Barrio Galerías.
Por su parte el caudal aportante en el sitio de localización del tanque para un
periodo de retorno de 10 años, correspondiente a una tormenta de 25 minutos con
un tiempo de concentración de 2 horas es de 9,3 ⁄ En la Gráfica 7-1 se
puede observar el hidrograma de entrada al tanque de almacenamiento.
Instalación de tanque
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Gráfica 7-1 Hidrograma de entrada al tanque de tormentas.
Como parte de los equipos complementarios del tanque de tormentas se
colocarán válvulas de regulación REG-U-FLO diseñadas por la empresa Mexicana
Hidropluviales y cuya tecnología proviene de Inglaterra como se explicó en el
Capítulo 6.1; éstas válvulas permitirán un caudal máximo de salida de 2.3m3/s,
permitiendo éste caudal a diferentes cargas hidráulicas.
Realizando una comparación del caudal de salida por un orificio contra el caudal
de salida por una válvula de regulación se obtiene los siguientes hidrogramas de
salida (Gráfica 7-2), lo cual permitirá hacer un estimativo del volumen de
almacenamiento.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4 5
Cau
dal
m3
/s
Tiempo (hr)
HIDROGRAMA DE ENTRADA AL TANQUE DE ALMACENAMIENTO
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Gráfica 7-2 Hidrogramas de entrada y salida del almacenamiento propuesto.
Como podemos observar de la Gráfica 7-2, el caudal de salida por una válvula de
regulación comienza a salir en menor tiempo y a una mayor tasa comparado con
un orificio; esto permite confirmar que el volumen de almacenamiento se reduce
un cierto porcentaje con respecto a un orifico como se aprecia en la Gráfica 7-3, la
cual muestra el comportamiento del volumen de almacenamiento necesario para
cada mecanismo de regulación de caudal.
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Gráfica 7-3 Volumen de almacenamiento
Como se observa en la Gráfica 7-3 el volumen de almacenamiento con una
válvula REG-U-FLO es 10% (3,604.5m3) menor al volumen de almacenamiento
con un orificio común, lo que optimiza el tamaño del tanque de retención.
Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones de diseño el tanque de
tormentas tendría un volumen de 33,107.7 de almacenamiento en un área de
6798 aproximadamente.
Figura 7.8 Área disponible para tanque de tormentas.
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Al realizar un análisis para conocer las dimensiones del tanque que se va a
instalar, podemos observar que en los 45 m de ancho del área disponible cabrían
11 tanques de 3m de diámetro con una separación entre ellos de 0,9 m.
Al despejar la longitud de la Ecuación 7-1, se encuentra la longitud que tendría un
solo tanque con el volumen calculado.
Ecuación 7-1
Al dividir esta distancia total en los 11 tanques se obtiene una longitud de 425 m
para cada uno de los tanques, lo cual nos permite concluir que estos tanques no
cabrían en los 155m de largo que tiene el área disponible.
Independientemente de este hecho y asumiendo que se tuviera el área disponible
necesaria para instalar un tanque de tormentas de este volumen y éstas
dimensiones, se calculará el costo que tendría instalarlo y se realizará una
comparación con un tanque de tormentas construido en concreto.
En razón al alto caudal que se está presentando en la zona de confluencia de la
red de alcantarillado de la subcuenca Galerías y del gran volumen de
almacenamiento que se genera, se plantearon tres alternativas más en diferentes
puntos de la misma subcuenca con el objetivo de regular desde aguas arriba el
caudal aportante de la red. En la Figura 7.9 se pueden observar las ubicaciones
planteadas de forma general en la subcuenca y en la Figura 7.10, las ubicaciones
con su respectiva área y caudal de manera detallada.
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Figura 7.9 Localización de tres alternativas en la subcuenca Galerías.
Área disponible: 1720
Caudal: 3,06
Área disponible: 598
Caudal: 4,56
LOCALIZACIÓNDESCRIPCIÓN
Área disponible: 960
Caudal: 3,28
⁄
⁄
⁄
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Figura 7.10 Localización detallada de las alternativas.
El hidrograma de entrada para cada uno de los puntos de almacenamiento se
presenta en la Gráfica 7-4, para todos los casos se considerará un flujo de salida
de aproximadamente el 25% del caudal máximo de entrada.
Área disponible: 1720
Caudal: 3,06
Área disponible: 598
Caudal: 4,56
LOCALIZACIÓNDESCRIPCIÓN
Área disponible: 960
Caudal: 3,28
⁄
⁄
⁄
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Gráfica 7-4 Hidrogramas de entrada para las tres alternativas.
Una vez obtenidos los hidrogramas de entrada se calcula el volumen de
almacenamiento de cada tanque en la ubicación establecida; para esto se contó
con la ayuda de la empresa Hidropluviales y su software especializado para
calcular el volumen de almacenamiento utilizando una válvula de regulación REG-
U-FLO.
Gráfica 7-5 Volumen de almacenamiento necesario para alternativa 1. (Fuente: Hidropluviales, 2014)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 1 2 3 4 5 6
Cau
dal
(m
3/s
)
Tiempo (hr)
HIDROGRAMAS DE ENTRADA
Hidrogramade entradaalternativa 1
Hidrogramade entradaalternativa 2
Hidrogramade entradaalternativa 3
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Gráfica 7-6 Volumen de almacenamiento necesario para alternativa 2. (Fuente: Hidropluviales, 2014)
Gráfica 7-7 Volumen de almacenamiento necesario para alternativa 3. (Fuente: Hidropluviales, 2014)
Realizando el mismo análisis que se hizo para la alternativa del tanque de
tormentas en el parqueadero sur del estadio el Campín y conocer las dimensiones
del tanque se tiene que:
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Alternativa 1:
En los 23 m de ancho del área disponible cabrían 5 tanques de 3 m de diámetro
con una separación entre ellos de 0,9 m.
Al despejar la longitud de la Ecuación 7-1, se encuentra que la longitud que
tendría un solo tanque con el volumen calculado es de
. Al dividir esta distancia total en los 5 tanques se obtiene una
longitud de 354 m para cada uno de los tanques, lo cual nos permite concluir que
estos tanques no cabrían en los 26 m de largo que tiene el área disponible.
Alternativa 2:
En los 20 m de ancho del área disponible también cabrían 5 tanques de 3 m de
diámetro con una separación entre ellos de 0,9 m.
Al despejar la longitud de la Ecuación 7-1, se encuentra que la longitud que
tendría un solo tanque con el volumen calculado es de
. Al dividir esta distancia total en los 5 tanques se obtiene una longitud
de 186 m para cada uno de los tanques, lo cual nos permite concluir que estos
tanques no cabrían en los 43 m de largo que tiene el área disponible.
Alternativa 3:
En los 40 m de ancho del área disponible cabrían 11 tanques de 3 m de diámetro
con una separación entre ellos de 0,9 m.
Al despejar la longitud de la Ecuación 7-1, se encuentra que la longitud que
tendría un solo tanque con el volumen calculado es de
. Al dividir esta distancia total en los 11 tanques se obtiene una
longitud de 80 m para cada uno de los tanques, lo cual nos permite concluir que
estos tanques sí cabrían en los 92 m de largo que tiene el área disponible.
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8 COSTOS INVOLUCRADOS EN LA INSTALACIÓN DE TANQUES EN GRP
Este trabajo busca determinar la viabilidad de un sistema de almacenamiento
temporal de aguas lluvias de tanques en GRP bajo tierra, para ofrecer una
solución al drenaje urbano de la ciudad de Bogotá, como consecuencia del
aumento de la población de la ciudad y una forma de garantizar un óptimo uso del
espacio que permita aliviar el sistema de drenaje y mejorar aspectos ambientales
y sociales.
Los costos que están asociados con la construcción de tanques en GRP son los
de excavación, relleno y el tanque en sí.
A continuación se explica cómo determinar estos costos.
8.1 COSTO DE EXCAVACIÓN
De acuerdo con la Figura 8.1 el costo de excavación se calcula teniendo en cuenta
el ancho de zanja, en el caso de existir más de un tanque paralelo a otro, se debe
tener en cuenta una separación mínima entre ellos, tal como se explicó en la
Sección 5.4.2.
Figura 8.1 Sección transversal de Excavación.
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Ecuación 8.1
(
) Ecuación 8.2
Si la excavación se realiza en un ancho de zanja mayor en razón a que existe más
de un tubo (Figura 8.2), el volumen y el costo de excavación está determinado por
las siguientes ecuaciones.
Figura 8.2 Sección transversal para más de un tubo.
Siendo n = El número de tanques en el área de excavación.
C = La separación entre los tanques.
DN = El diámetro nominal de cada tanque.
Ecuación 8.3
(
) Ecuación 8.4
8.2 COSTOS DE RELLENO
Los costos del relleno están asociados con la misma sección transversal y
longitudinal del costo de excavación, así que de acuerdo con la Figura 7-1 el costo
del relleno es:
( ) ⁄
c
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⁄
Ecuación 8.5
Ecuación 8.6
Cuando se va a realizar el relleno para más de un tanque, las ecuaciones del
volumen y costo del relleno son:
( ) ⁄ Ecuación 8.7
( ) ⁄ Ecuación 8.8
8.3 COSTO DEL TANQUE EN GRP
Es importante tener en cuenta que todos los tanques de tormentas que se fabrican
son diferentes en su diseño, no existe una forma de estandarizarlos porque cada
uno satisface diferentes necesidades de un sistema de drenaje, el cual está sujeto
a parámetros variables como el caudal, la profundidad de la lámina de agua, la
profundidad de red de alcantarillado, entre otras.
Uno de los elementos del tanque de tormentas que si podría calcularse de forma
estándar, es el módulo tubería ya que como se explicó en la Sección 5.4.1.4 este
corresponde a la unión de varias tuberías del mismo diámetro, de manera que
estos precios si se encuentran estandarizados en el mercado. Para calcular el
costo del tanque en GRP, más específicamente del módulo tubería, fue necesario
realizar una cotización en PAVCO, para tuberías de gran diámetro y con diferente
rigidez y de esta forma tener una base de datos para calcular el costo del tanque
de almacenamiento.
En la Tabla 8-1 se pueden observar los precios cotizados en PAVCO, para las
tuberías en GRP de diámetros 2.2 m, 2.4 m y 3.0 m. En la Tabla 8-2 el precio de
las uniones con las mismas dimensiones y en la Tabla 8-3 el precio de las tapas
de los tanques en forma semi-elipsoidal o plana.
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Tabla 8-1 Precio de tubería por ml. (Fuente: PAVCO, 2014)
Tabla 8-2 Precio de Uniones (Fuente: PAVCO, 2014)
DIÁMETRO
(mm)PN(Bar) SN(Pa)
VOLUMEN
(M3)UNIDAD
VALOR
UNITARIO
2.500 ML $ 2.095.210
5.000 ML $ 2.545.692
10.000 ML $ 3.132.391
12.500 ML $ 3.304.520
2.500 ML $ 2.477.110
5.000 ML $ 3.014.871
10.000 ML $ 3.715.567
12.500 ML $ 3.914.478
2.500 ML $ 3.824.135
5.000 ML $ 4.665.097
10.000 ML $ 5.756.758
12.500 ML $ 6.064.694
4
5
7
2.200
2.400
3.000
1
1
1
CANTIDADDIÁMETRO
(mm)PN(Bar) SN(Pa) UNIDAD
VALOR
UNITARIO
2.500 Und $ 1.409.040
5.000 Und $ 1.409.003
10.000 Und $ 1.408.953
12.500 Und $ 1.408.950
2.500 Und $ 1.657.535
5.000 Und $ 1.657.495
10.000 Und $ 1.657.439
12.500 Und $ 1.657.436
2.500 Und $ 3.462.231
5.000 Und $ 3.462.174
10.000 Und $ 3.462.097
12.500 Und $ 3.462.092
2.200
2.400
3.000
1
1
1
1
1
1
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Tabla 8-3 Precio de tapas de los tanques. (Fuente: PAVCO, 2014)
Teniendo en cuenta que los equipos del tanque de tormentas son diseñados
especialmente para unos datos puntuales y no existen precios estándar en el
comercio, se realizaron cotizaciones en Hidropluviales e Hidrostank para la
alternativa del tanque de almacenamiento en el parqueadero sur del estadio El
Campín, obteniendo los resultados de las Tabla 8-4 y Tabla 8-5 .
El valor del Euro se tomó como referencia a la fecha del 30 de Noviembre de 2014
en 2735,76 pesos colombianos11 y el dólar a 2293,43.
Tabla 8-4 Precios sistema de limpieza (Fuente: Hidrostank, 2014)
11
Tomado de la red el 30/11/2014, disponible en: http://es.exchangerates.org.uk/convertirse/EUR-COP.html
Diámetro Semi-
elipsoidalPlana
DN 2200 $ 2.078.916 2904865
DN 2400 $ 2.661.013 3718227
DN 3000 $ 4.151.180 5800434
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Tabla 8-5 Precios de las válvulas de regulación (Fuente: Hidropluviales, 2014)
8.4 RESULTADOS DE COSTOS
Una vez definidas las ecuaciones del costo de excavación y relleno, y teniendo los
precios del tanque y los equipos que lo acompañan, se procede al cálculo de
resultados, los cuales se realizarán mediante el cálculo del presupuesto de
ejecución de cada tanque.
Para llevar a cabo este procedimiento se hicieron los análisis de precios unitarios
(APU’s) para tres actividades definidas en el presupuesto las cuales son:
Excavación, relleno e instalación del tanque. Estos APU’s son análisis de la
descomposición de los precios unitarios realizados con el fin de calcular el valor
por unidad de los ítems que componen un presupuesto. De esta manera, se
determina el precio de ejecutar una unidad del ítem analizado y así, al multiplicar
este precio por las cantidades de obra se obtiene el costo total de la actividad.
Para realizar cada uno de los APU’s se hizo un análisis de los siguientes cuatro
elementos:
Equipo: Se refiere a todos los equipos, maquinarias y herramientas que se
necesitan para la ejecución de la actividad. Para cada uno de éstos se
hizo un análisis del rendimiento por hora, con el fin de definir la cantidad
de trabajo que es capaz de realizar cada equipo en condiciones normales.
Materiales: Se refiere a los insumos necesarios para ejecutar una unidad
de trabajo.
Transportes: Se refiere a los trasportes de insumos necesarios para
desarrollar la actividad.
DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDADPRECIO
(USD)PRECIO ($)
Surtido de válvula vortex REG-U-FLO en
acero inoxidable de 987 mm 1 Pieza $ 67.100,00 $ 153.891.837,00
Surtido de válvula vortex REG-U-FLO en
acero inoxidable de 698 mm 1,00 Pieza $ 47.670,00 $ 109.329.714,90
Asesoría técnica para supervisión de la
instalación y capacitación de la
operación.
1,00 Lote $ 7.300,00 $ 16.742.331,00
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Mano de obra: Se refiere al capital humano necesario para ejecutar la
actividad. Para cada uno se hizo un análisis de rendimiento por día con el
fin de calcular la cantidad de trabajo que es capaz de realizar.
A continuación se muestran los resultados obtenidos de estos análisis unitarios.
8.4.1 Análisis de precios unitarios y presupuestos para las alternativas de
ubicación en Fucha, Salitre y norte de la ciudad.
Análisis de precios unitarios para la excavación
Para obtener los resultados del análisis de precios unitarios mostrados en la Tabla
8-6 para el ítem de la excavación, se tuvieron en cuenta las siguientes
consideraciones:
Equipo.
Para ejecutar la excavación del área en la cual se instalará el tanque se ha
determinado utilizar una retroexcavadora Caterpillar 320, la cual de acuerdo a las
investigaciones realizadas tiene una tarifa por hora de $100.000. Igualmente, de
acuerdo a tasas de productividad históricas del equipo y al tipo de excavación
necesaria, se definió un rendimiento de 10 ⁄ .
De acuerdo a lo anterior, en la Ecuación 8.9 se presenta el cálculo del valor
unitario para la retroexcavadora.
Ecuación 8.9
De igual forma para la ejecución de la excavación se incluyó el uso de herramienta
menor, la cual por experiencia en trabajos similares se determinó como el 10% del
valor de la mano de obra.
Materiales
Para la actividad de excavación no se requieren materiales.
Transporte
Debido a que el material excavado no es apto para el relleno y no se va a utilizar
para ninguna otra actividad, éste debe ser transportado a un botadero certificado.
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Para el proyecto se identificó el botadero La fiscala, el cual está ubicado para el
caso de Fucha a 11 km del sitio de obra. Esta distancia será la que va a variar en
los APU’s de acuerdo a la ubicación del tanque.
Igualmente el volumen de material a transportar se incrementó un 30% debido al
coeficiente de expansión del tipo de material existente en el área del proyecto.
Con respecto a la tarifa de transporte ofrecida en el mercado, el valor es de $800
por ⁄ .
De acuerdo a lo anterior, en la Ecuación 8.10 se presenta el cálculo del valor
unitario para el transporte.
Ecuación 8.10
Mano de obra
Para la ejecución de la excavación se ha determinado que el capital humano este
conformado por un oficial y dos obreros. Al oficial se le ha asignado un jornal de
$55.500 y a cada obrero de $37.000, incluyendo las prestaciones.
Por otra parte debido a que la retroexcavadora es la que lleva el ritmo de los ciclos
de trabajo, se estima que el rendimiento es 10 ⁄ , lo que corresponde a 80
⁄ , teniendo en cuenta que la jornada laboral es de 8 horas.
En la Ecuación 8.11 y Ecuación 8.12 se presenta el cálculo del valor unitario para
la mano de obra.
Ecuación 8.11
Ecuación 8.12
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Tabla 8-6 APU de Excavación para ubicación en zona Fucha.
Análisis de precios unitarios para la instalación del tanque.
A continuación se presenta la explicación del análisis de precios unitarios
realizado para el ítem de la instalación del tanque (Tabla 8-7), el cual se analizó
por .
Equipo
De acuerdo con las especificaciones de instalación del tanque, para llevar a cabo
la actividad de manipulación del mismo, es necesario utilizar una retroexcavadora
para levantar y mover el tanque de su posición inicial hasta donde finalmente será
instalado. Al igual que en el ítem de excavación, para la instalación del tanque se
ITEM: EXCAVACIÓN UNIDAD : m3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora Rendimiento Valor-Unit.
100.000,00$ 10,00 10.000,00
161,88
Sub-Total 10.161,88
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
Sub-Total 0,00
III. TRANSPORTES
Vol. Peso ó Cant. Distancia m 3-Km Tarifa Valor-Unit.
1,3 11 14,3 800 11.440,00
Sub-Total 11.440,00
IV. MANO DE OBRA
Jornal Prestaciones Jornal Total Rendimiento Valor-Unit.
30.000,00$ 185% 55.500,00$ 80 693,75$
$ 40.000,00 185% 74.000,00$ 80 925,00$
Sub-Total 1.618,75
Total Costo Directo 23.220,63
OBRERO (2)
OFICIAL
Trabajador
MATERIALES DE EXCAVACIÓN
Descripción
Retroexcavadora
HERRAMIENTA MENOR (10% M.O)
Descripción
Material
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ha definido utilizar una retroexcavadora Caterpillar 320, la cual tiene una tarifa de
$100.000 por hora.
Igualmente se debe utilizar una estación y equipo de topografía con el fin de
verificar los niveles para la instalación del tanque. Según las investigaciones la
estación tiene una tarifa de $15.000 por hora y el equipo de topografía de $12.000
por hora.
Con respecto al rendimiento de los equipos, debido a las características del
tanque y de la zanja se ha estimado que la retroexcavadora podría instalar 8
metros lineales de tanque, lo que corresponde a 56.55 de almacenamiento.
Los equipos de topografía tienen el mismo rendimiento, ya que la retroexcavadora
es la que lleva el ritmo de los ciclos de trabajo.
De acuerdo a lo anterior, en la Ecuación 8.13, Ecuación 8.14 y Ecuación 8.15 se
presenta el cálculo del valor unitario para el compactador manual.
Ecuación 8.13
Ecuación 8.14
Ecuación 8.15
De la misma manera para la instalación del tanque se incluyó el uso de
herramienta menor, la cual por experiencia en trabajos similares se determinó
como el 10% del valor de la mano de obra.
Materiales
Los materiales necesarios para llevar a cabo la instalación del sistema son los
componentes del tanque ya que este es prefabricado. Teniendo en cuenta lo
anterior a continuación se presentan algunos de los materiales más importantes
que componen el tanque:
Tubería SN2500 (Diámetro 3 m): Se necesita una tubería con capacidad de
almacenamiento de 1 para el cálculo del análisis unitario, debido a que la
unidad de análisis es
Ecuación 8.16
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Tapas: Para calcular la cantidad de tapas por que se necesitan
en un tanque, se debe tener en cuenta la longitud de éste, por lo tanto la
cantidad de tapas cambiará cada vez que la longitud del tanque varíe. Para el
caso que se explica, debido a que el tanque tiene una longitud de 60 metros,
se utilizarán dos tapas, que equivalen a 0.33 tapas/ml. De acuerdo a lo
anterior y teniendo en cuenta que el volumen de almacenamiento de 1 ml de
tanque es 7.07 la cantidad de tapas requeridas por de almacenamiento
es de 0.0047 tapas.
Ecuación 8.17
Uniones: Para calcular la cantidad de uniones por que se
necesitan en un tanque, se debe tener en cuenta la separación a la que se van
a instalar, la cual se ha definido de 6 m, pues por facilidad de transporte las
tuberías se fabrican hasta este tamaño. Para el caso que se explica, en los 60
m se instalan 9 uniones, lo que equivale a 0,15 uniones/ml. De acuerdo a lo
anterior y teniendo en cuenta que el volumen de almacenamiento de 1 ml de
tanque es 7.07 la cantidad de uniones requeridas por de
almacenamiento es de 0.0212 uniones.
Ecuación 8.18
Pozo de inspección: Para calcular la cantidad de pozos por que
se necesitan en un tanque, se debe tener en cuenta la separación a la que se
van a instalar. Para el caso que se explica, en los 60 m se instalan 3 pozos, lo
que equivale a 0,05 pozos/ml. De acuerdo a lo anterior y teniendo en cuenta
que el volumen de almacenamiento de 1 ml de tanque es 7.07 la cantidad
de pozos requeridos por de almacenamiento es de 0.007 pozos.
Ecuación 8.19
Escalera: Para calcular la cantidad de escaleras por que se necesitan
en un tanque, se puede tener como referencia los pozos a instalar, pues cada
uno de ellos debe tener una escalera de acceso. Para el caso que se explica,
en los 60 m se instalan 3 escaleras, lo que equivale a 0,05 escaleras/ml. De
acuerdo a lo anterior y teniendo en cuenta que el volumen de almacenamiento
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de 1 ml de tanque es 7.07 la cantidad de escaleras requeridas por de
almacenamiento es de 0.007 escaleras.
Ecuación 8.20
Transporte
El presente análisis no incluye transporte ya que en los precios de los materiales
ya está incluido.
Mano de obra
Para la instalación del tanque se ha determinado que el capital humano lo
compongan un oficial, dos obreros, un topógrafo y un cadenero.
Con respecto al rendimiento, debido a que el ritmo de los ciclos de trabajo lo lleva
la retroexcavadora, se ha determinado que el rendimiento de la mano de obra es
el mismo del equipo, lo que corresponde a 452.4 .
El jornal para el topógrafo es de $92.500 incluyendo prestaciones y para el
cadenero es de $55.500.
En la Ecuación 8.21, Ecuación 8.22, Ecuación 8.23 y Ecuación 8.24 se presenta el
cálculo del valor unitario para la mano de obra.
Ecuación 8.21
Ecuación 8.22
Ecuación 8.23
Ecuación 8.24
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Tabla 8-7 APU de instalación del tanque para ubicación en zona Fucha.
Análisis de precios unitarios para el relleno.
Para obtener los resultados del análisis de precios unitarios mostrados en la Tabla
8-8 para el ítem del relleno, analizados por , se tuvieron en cuenta las
siguientes consideraciones:
Equipo
Para realizar el relleno del área excavada luego de la instalación del tanque se ha
determinado utilizar un compactador manual, el cual de acuerdo a investigaciones
realizadas tiene una tarifa por hora de $9.200 y un rendimiento de 2.5 ⁄ .
De acuerdo a lo anterior, en la Ecuación 8.25 se presenta el cálculo del valor
unitario para el compactador manual.
ITEM: INSTALACIÓN TANQUE UNIDAD : m3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora Rendimiento Valor-Unit.
100.000,00$ 56,55 1.768,35
61,34
12.000,00$ 56,55 212,20
15.000,00$ 56,55 265,25
Sub-Total 2.307,14
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
m3540.896,00$ 1,00 540.896,00
UN 4.151.180,00$ 0,0047 19.568,66
UN 3.462.174,00$ 0,0212 73.398,09
UN 626.000,00$ 0,007 4.382,00
UN 3.722.922,00$ 0,007 26.060,45
Sub-Total 664.305,21
III. TRANSPORTES
Material Vol. Peso ó Cant.Distancia m^3-Km Tarifa Valor-Unit.
0,00
Sub-Total 0,00
IV. MANO DE OBRA
Trabajador Jornal Prestaciones Jornal Total Rendimiento Valor-Unit.
Oficial 30.000,00$ 185% 55.500,00$ 452,40 122,68$
Obrero (2) $ 40.000,00 185% 74.000,00$ 452,40 163,57$
Topógrafo $ 50.000,00 185% 92.500,00$ 452,40 204,47$
Cadenero 30.000,00$ 185% 55.500,00$ 452,40 122,68$
Sub-Total 613,40
Total Costo Directo 667.225,74
Descripción
Retroexcavadora
Equipo de topografía
Estación
HERRAMIENTA MENOR (10% M.O)
Descripción
Tubería (D=3m ; SN2500)
Tapas
Uniones
Escalera
Pozo de inspección
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⁄ Ecuación 8.25
De igual forma para la ejecución del relleno se incluyó el uso de herramienta
menor, la cual por experiencia en trabajos similares se determinó como el 10% del
valor de la mano de obra.
Materiales
El material de relleno seleccionado fue un recebo B-200, teniendo en cuenta las
recomendaciones de instalación vistas en la Sección 5.4.2.3. De acuerdo a las
cotizaciones realizadas en la cantera el material tiene un costo de $11.000 por .
Con respecto a la cantidad de material necesaria, se estimó en 1.3 asumiendo
un porcentaje de desperdicio de 30%.
Igualmente, para llevar a cabo el relleno se necesitará agua, la cual tiene un valor
estimado de $100 por litro.
En la Ecuación 8.26 y Ecuación 8.27 se presenta el cálculo del valor unitario para
los materiales.
Ecuación 8.26
Ecuación 8.27
Transporte
Debido a que el costo del recebo no incluye el transporte hasta la obra, se realizó
el cálculo del valor de transportar un metro cúbico de material, teniendo en cuenta
que la cantera seleccionada está ubicada en Soacha. Para el caso del tanque
ubicado en la zona de Fucha la distancia es de 15 km hasta el sitio del proyecto.
Esta distancia se modificará en la medida en que la ubicación del tanque cambie.
De acuerdo a lo anterior, en la Ecuación 8.28 se presenta el cálculo del valor
unitario para el transporte.
Ecuación 8.28
Mano de obra
Para la ejecución del relleno se ha determinado que el capital humano este
conformado por un oficial y un obrero.
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Con respecto al rendimiento, debido a que el ritmo de los ciclos de trabajo lo
domina el compactador manual, se ha determinado que el rendimiento de la mano
de obra es el mismo del equipo, lo que corresponde a 20 .
En la Ecuación 8.29 y Ecuación 8.30 se presenta el cálculo del valor unitario para
la mano de obra.
Ecuación 8.29
Ecuación 8.30
Tabla 8-8 APU de relleno para ubicación en zona Fucha.
Teniendo en cuenta las descripciones anteriormente realizadas para cada uno de
los APU’s, se realiza el mismo procedimiento con la ubicación del tanque en la
zona del Salitre y del Norte de la ciudad.
ITEM: RELLENO UNIDAD : m3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora Rendimiento Valor-Unit.
9.200,00$ 2,50 3.680,00$
462,50$
Sub-Total 4.142,50
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
MATERIAL SELECCIONADO PARA RELLENO (RECEBO B-200) m311.000 1,30 14.300,00
AGUA LT 100 30,0 3.000,00
Sub-Total 17.300,00
III. TRANSPORTES
Material Vol. Peso ó Cant. Distancia (km) m 3-Km Tarifa Valor-Unit.
1,30 15,0 19,5 800,00$ 15.600,00$
Sub-Total 15.600,00
IV. MANO DE OBRA
Jornal Prestaciones Jornal Total Rendimiento Valor-Unit.
$ 20.000,00 185% 37.000,00$ 20,00 1.850,00$
$ 30.000,00 185% 55.500,00$ 20,00 2.775,00$
Sub-Total 4.625,00
Total Costo Directo 41.667,50
OFICIAL
MATERIALES SELECCIONADOS DE RELLENO
Trabajador
OBRERO
Descripción
Descripción
COMPACTADOR MANUAL (SALTARIN)
HERRAMIENTA MENOR (10%MO)
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En la Tabla 8-9 se presenta el resumen de los APU’s para las tres zonas de
ubicación, donde se observa que el valor por de excavación y relleno se ve
afectado por la distancia al botadero y la cantera respectivamente, tal y como se
explicó en la descripción de cada APU.
Tabla 8-9 Resumen APU para las tres zonas de ubicación.
Es importante aclarar que para estas tres ubicaciones, no se tuvo en cuenta el
costo de los equipos del tanque en razón a que correspondía a un análisis
preliminar y no se tenían datos concretos para diseñar los equipos.
Presupuestos
Para calcular los presupuestos se tienen en cuenta los APU calculados
anteriormente y las cantidades calculadas para cada caso con las ecuaciones de
los Numerales 8.1 y 8.2.
Tabla 8-10 Presupuesto para un tanque de GRP –zona Fucha.
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 1117,80 $ 23.220,63 $ 25.956.014,63
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3 48,6 $ 42.685,00 $ 2.074.491,00
1.3 INSTALACION TANQUE 420 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3 420,00 $ 667.225,74 $ 280.234.810,80
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 645,08 $ 42.685,00 $ 27.535.239,80
TOTAL CAPITULO $ 335.800.556,23
FUCHA-UN TANQUE
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Tabla 8-11 Presupuesto para un tanque de GRP – zona Salitre.
Tabla 8-12 Presupuesto para un tanque de GRP – zona Norte.
Tabla 8-13 Resumen de presupuesto para cada localización.
Tabla 8-14 Presupuesto para tres tanques paralelos –zona Fucha.
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1 EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL MATERIAL m3 1117,80 $ 29.460,63 $ 32.931.086,63
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3 48,6 $ 47.885,00 $ 2.327.211,00
1.3 INSTALACION TANQUE 420 m3, INCLUYE RETROEXCAVADORA m3 420,00 $ 667.225,74 $ 280.234.810,80
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 645,08 $ 47.885,00 $ 30.889.655,80
TOTAL CAPITULO $ 346.382.764,23
SALITRE-UN TANQUE
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1 EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL MATERIAL m3 1117,80 $ 40.900,63 $ 45.718.718,63
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3 48,6 $ 58.285,00 $ 2.832.651,00
1.3 INSTALACION TANQUE 420 m3, INCLUYE RETROEXCAVADORA m3 420,00 $ 667.225,74 $ 280.234.810,80
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 645,08 $ 58.285,00 $ 37.598.487,80
TOTAL CAPITULO $ 366.384.668,23
NORTE-UN TANQUE
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 2732,40 $ 23.220,63 $ 63.448.035,75
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3 118,8 $ 23.220,63 $ 2.758.610,25
1.3 INSTALACION TANQUE 1270 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3 1270,00 $ 667.225,74 $ 847.376.689,80
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 1341,25 $ 42.685,00 $ 57.251.256,25
TOTAL CAPITULO $ 970.834.592,05
FUCHA- TRES TANQUES
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Tabla 8-15 Presupuesto para tres tanques paralelos – zona Salitre.
Tabla 8-16 Presupuesto para tres tanques paralelos – zona Norte.
Tabla 8-17 Resumen de presupuesto para tres tanques paralelos.
PRESUPUESTOS
FUCHA $ 970.834.592,05
SALITRE $ 995.600.580,05
NORTE $ 1.042.167.308,05
Para estas tres primeras alternativas de localización del tanque, se puede
observar de los análisis de precios unitarios, que las actividades de excavación y
de relleno se ven influenciadas por la ubicación que fue definida para cada tanque.
Esto se debe a que tanto el botadero como la cantera identificados como la
Fiscala y Usme respectivamente, los cuales son debidamente certificados, están
localizados al sur de la ciudad, esto implica que a medida que la instalación se
realice más hacia el norte de la ciudad, la distancia aumenta y por lo tanto el costo
de transportar materiales granulares y materiales de desecho es mayor.
Para realizar un comparativo con un tanque de concreto fue necesario calcular el
costo de construcción de éste teniendo en cuenta las mismas actividades y la
ubicación del tanque en la cuenca del Salitre.
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1 EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL MATERIAL m3 2732,40 $ 29.460,63 $ 80.498.211,75
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3 118,8 $ 29.460,63 $ 3.499.922,25
1.3 INSTALACION TANQUE 1270 m3, INCLUYE RETROEXCAVADORA m3 1270,00 $ 667.225,74 $ 847.376.689,80
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 1341,25 $ 47.885,00 $ 64.225.756,25
TOTAL CAPITULO $ 995.600.580,05
SALITRE-TRES TANQUES
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1 EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL MATERIAL m3 2732,40 $ 40.900,63 $ 111.756.867,75
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3 118,8 $ 40.900,63 $ 4.858.994,25
1.3 INSTALACION TANQUE 1270 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3 1270,00 $ 667.225,74 $ 847.376.689,80
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 1341,25 $ 58.285,00 $ 78.174.756,25
TOTAL CAPITULO $ 1.042.167.308,05
NORTE-TRES TANQUES
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Las dimensiones del tanque fueron calculadas a partir de un volumen de
almacenamiento similar al del tanque de GRP. De esta manera las dimensiones
calculadas para el tanque de concreto son las siguientes:
Longitud: 60 m.
Ancho interno: 2,66 m.
Altura interna: 2.66 m.
En cuanto al diseño de las paredes y la placa del tanque se tomó como referencia
las propuestas por (Navarro Pérez, 2007) en su trabajo de grado, las cuales
contemplan 0,3 m de espesor para ambas partes.
Teniendo en cuenta que los APU de excavación y de relleno son iguales, el único
APU que se calculó para el tanque de concreto fue el de construcción, tomando
como referencia únicamente la zona ubicada en la cuenca del Salitre.
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Tabla 8-18 Análisis de Precios Unitario s para la construcción de un tanque de concreto.
ITEM: INSTALACIÓN TANQUE UNIDAD : M3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora Rendimiento Valor-Unit.
7.367,93
Sub-Total 7.367,93
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
m3 495.000,00$ 1,10 544.500,00
Kg 1.972,00$ 100,00 197.200,00
ML 34.000,00$ 0,3800 12.920,00
UN 10.614,00$ 8,33 88.414,62
UN 1.643.310,00$ 0,014 23.006,34
Sub-Total 866.040,96
III. TRANSPORTES
Material Vol. Peso ó Cant. Distancia M3-Km Tarifa Valor-Unit.
0,00
Sub-Total 0,00
IV. MANO DE OBRA
Jornal Prestaciones Jornal Total Rendimiento Valor-Unit.
30.000,00$ 185% 55.500,00$ 3,00 18.500,00$
$ 40.000,00 185% 74.000,00$ 3,00 24.666,67$
$ 49.480,00 185% 91.538,00$ 3,00 30.512,67$
Sub-Total 73.679,33
Total Costo Directo 947.088,23
Descripción
HERRAMIENTA MENOR (10% M.O)
Descripción
Concreto de 4000pi de baja permeabilidad
Acero de Refuerzo 60000Psi
Cinta PVC
Formaleta (Tabla Chapa)
Pozo prefabricado Titán
Trabajador
Oficial
Obrero (2)
Maestro
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Tabla 8-19 Presupuesto de un tanque de concreto-zona Salitre
Como se puede observar el costo construcción de un tanque de concreto es más
económico que el costo de un tanque en GRP; sin embargo es importante realizar
un análisis de costo-beneficio que permita identificar las distintas fortalezas y
debilidades de utilizar cada sistema, con el fin de seleccionar la mejor alterativa
para cada proyecto.
Igualmente es importante resaltar que los APU para la instalación de ambos
tanques (concreto y GRP) no contemplan estructuras de entrada y salida, las
cuales requieren de unos diseños especiales, que serán tenidos en cuenta en la
alternativa de ubicación del tanque en el parqueadero sur del estadio el Campín. .
8.4.2 Análisis de precios unitarios y presupuesto para ubicación en el
parqueadero sur del estadio el Campín.
Teniendo en cuenta la metodología desarrollada en el Capítulo 7 del presente
documento, para la ubicación del tanque de tormentas en el estadio el Campín, a
continuación se mostrarán los análisis de precios unitarios para cada uno de los
ítems contemplados en el presupuesto y de esta forma calcular el costo de instalar
un tanque con una capacidad de almacenamiento de 33.107,1 .
Los APU’s fueron calculados por siguiendo la metodología explicada en el
Capítulo 8.4.1.
ITEM DESCRIPCION UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE
RETIRO DEL MATERIALM3 1186,65 $ 29.460,63 $ 34.959.450,66
1.2 INSTALACION TANQUE DE CONCRETO M3 213,20 $ 799.365,29 $ 170.424.679,03
1.3 RELLENO EN RECEBO B-200 M3 548,99 $ 47.885,00 $ 26.288.386,15
TOTAL CAPITULO $ 231.672.515,83
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Tabla 8-20 APU de excavación para ubicación del tanque en parqueadero sur del estadio el Campín.
ITEM: EXCAVACIÓN UNIDAD : m3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora RendimientoValor-Unit.
100,000.00$ 10.00 10,000.00
161.88
Sub-Total 10,161.88
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
Sub-Total 0.00
III. TRANSPORTES
Vol. Peso ó Cant.Distancia m3-Km Tarifa Valor-Unit.
1.3 17 22.1 800 17,680.00
Sub-Total 17,680.00
IV. MANO DE OBRA
Jornal Prestaciones Jornal Total RendimientoValor-Unit.
30,000.00$ 185% 55,500.00$ 80 693.75$
$ 40,000.00 185% 74,000.00$ 80 925.00$
Sub-Total 1,618.75
Total Costo Directo 29,460.63
OBRERO (2)
OFICIAL
Trabajador
MATERIALES DE EXCAVACIÓN
Descripción
Retroexcavadora
HERRAMIENTA MENOR (10% M.O)
Descripción
Material
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Tabla 8-21 APU de instalación para ubicación del tanque en parqueadero sur del estadio el Campín.
ITEM: INSTALACIÓN TANQUE UNIDAD : m3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora Rendimiento Valor-Unit.
100.000,00$ 56,55 1.768,35
61,34
12.000,00$ 56,55 212,20
15.000,00$ 56,55 265,25
Sub-Total 2.307,14
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
m3540.896,00$ 1,00 540.896,00
UN 4.151.180,00$ 0,0007 2.764,69
UN 3.462.174,00$ 0,0213 73.744,31
UN 626.000,00$ 0,0073 4.569,80
UN 3.722.922,00$ 0,0073 27.177,33
UN 170.628.960,00$ 0,00003 5.118,87
UN 25.175.585,18$ 0,0003 8.358,29
UN 17.095.025,58$ 0,0001 1.897,55
UN 50.872.277,93$ 0,0001 5.646,82
Sub-Total 670.173,66
III. TRANSPORTES
Vol. Peso ó Cant.Distancia M3-Km Tarifa Valor-Unit.
0,00
Sub-Total 0,00
IV. MANO DE OBRA
Jornal Prestaciones Jornal Total Rendimiento Valor-Unit.
30.000,00$ 185% 55.500,00$ 452,40 122,68$
$ 40.000,00 185% 74.000,00$ 452,40 163,57$
$ 50.000,00 185% 92.500,00$ 452,40 204,47$
30.000,00$ 185% 55.500,00$ 452,40 122,68$
Sub-Total 613,40
Total Costo Directo 673.094,19
Circuito de control para limpiadores
Tubería (D=3m ; SN2500)
Tapas
Uniones
Escalera
Pozo de inspección
Limpiador L=3,0m . AISI 316
Circuito de llenado para limpiador
Válvula vortex REG-U-FLO
Retroexcavadora
HERRAMIENTA MENOR (10% M.O)
Equipo de topografía
Estación
Descripción
Obrero (2)
Topógrafo
Cadenero
Descripción
Material
Trabajador
Oficial
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Adriana Londoño Guateque Tesis de maestría 146
Tabla 8-22 APU de relleno para ubicación del tanque en parqueadero sur del estadio el Campín.
Tabla 8-23 Presupuesto para ubicación del tanque en parqueadero sur del estadio el Campín.
Una vez obtenido el presupuesto para el tanque de retención de aguas lluvias
propuesto en el parqueadero sur del estadio el Campín, se puede realizar una
comparación con el tanque de retención construido en la cuenca del Tunjuelo,
específicamente al final del interceptor Tunjuelo Medio, lo que permite tener un
orden de magnitud de los costos estimados.
ITEM: RELLENO UNIDAD : m3
I. EQUIPO
Tipo Tarifa/Hora Rendimiento Valor-Unit.
9,200.00$ 2.50 3,680.00$
462.50$
Sub-Total 4,142.50
II. MATERIALES
Unidad Precio-Unit. Cantidad Valor-Unit.
m311,000 1.30 14,300.00
lt 100 30.0 3,000.00
Sub-Total 17,300.00
III. TRANSPORTES
Vol. Peso ó Cant. Distancia m3-Km Tarifa Valor-Unit.
MATERIALES SELECCIONADOS DE RELLENO1.30 20.0 26.0 800.00$ 20,800.00$
Sub-Total 20,800.00
IV. MANO DE OBRA
Jornal Prestaciones Jornal Total Rendimiento Valor-Unit.
$ 20,000.00 185% 37,000.00$ 20.00 1,850.00$
$ 30,000.00 185% 55,500.00$ 20.00 2,775.00$
Sub-Total 4,625.00
Total Costo Directo 46,867.50
Material
AGUA
MATERIAL SELECCIONADO PARA RELLENO (RECEBO B-200)
OFICIAL
OBRERO
Trabajador
Descripción
Descripción
COMPACTADOR MANUAL (SALTARIN)
HERRAMIENTA MENOR (10%MO)
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 65101,50 $ 29.460,63 $ 1.917.930.878,44
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m32830,5 $ 46.867,50 $ 132.658.458,75
1.3 INSTALACION TANQUE 33.107 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3
33107,1 $ 673.094,19 $ 22.284.196.703,25
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 29225,37 $ 46.867,50 $ 1.369.720.135,10
TOTAL CAPÍTULO $ 25.704.506.175,53
TANQUE DE TORMENTAS PARQUEADERO SUR DEL ESTADIO EL CAMPÍN
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El tanque de retención del Tunjuelo Medio se encuentra enterrado (Figura 8.3) y
tiene la función de amortiguar los picos de caudal generados en el Interceptor
Tunjuelo Medio por las conexiones erradas de aguas lluvias en la cuenca alta y
media del Tunjuelo, para luego evacuarlas hacia el interceptor Tunjuelo Bajo una
vez haya pasado el pico de caudal.
Figura 8.3 Localización tanque de retención del Tunjuelo Medio (Fuente: Google earth)
La estructura del tanque tiene una forma cilíndrica de 85 m de diámetro y 8,5 m de
altura libre interior, tiene una capacidad de almacenamiento de aproximadamente
50.000 y el costo de construcción de este tanque fue de $ 37.019.977.286,00
Figura 8.4 Vista superficial del tanque de retención del Tunjuelo Medio (Fuente: Google earth)
TANQUE DE RETENCIÓN
DEL TUNJUELO MEDIO
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Esto quiere decir que el costo de instalación de un tanque de GRP con una
capacidad de almacenamiento de 33.000 tiene un orden de magnitud similar al
de un tanque de concreto de 50.000 . El tanque de GRP tiene un valor de $
25.704.506.175,53 y el de concreto de $ 37.019.977.286,00 lo que permite
concluir que los datos calculados de volumen y costo del tanque de GRP están
dentro de la realidad.
Si en el sitio del parqueadero se instalará un tanque con las dimensiones
necesarias para el espacio disponible, es decir 11 tanques de 150 m de longitud y
3 m de diámetro, se tendría un valor de $ 9.015.060.688,98 tal como se observa
en el presupuesto de la Tabla 8-24.
Tabla 8-24 Presupuesto del tanque ajustado a espacio disponible.
8.4.3 Análisis de precios unitarios y presupuestos para las tres alternativas en
la subcuenca Galerías.
Otra de las alternativas propuestas en la subcuenca Galerías que se planteó en
razón a que la alternativa de ubicación del tanque de tormentas en el parqueadero
del Campín no tenía suficiente espacio para almacenar el volumen de agua
calculado, fue instalar en tres puntos diferentes de la misma subcuenca tres
tanques de almacenamiento, que permitieran regular el caudal desde aguas
arriba. Aun así, después del análisis realizado en el Capítulo 7 para estas nuevas
tres alternativas, se puedo observar que solo uno de los espacios disponibles
permitiría la construcción actualmente de los tanques con el tamaño requerido, las
otras alternativas por el contrario no tendrían el espacio suficiente para construir
un tanque de retención que almacenará el caudal que pasa por cada sitio.
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 22977,00 $ 29.460,63 $ 676.916.780,63
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3999,0 $ 46.867,50 $ 46.820.632,50
1.3 INSTALACION TANQUE 11.600 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3
11600,0 $ 673.094,19 $ 7.807.892.619,94
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 10314,84 $ 46.867,50 $ 483.430.635,92
TOTAL CAPÍTULO $ 9.015.060.668,98
TANQUE DE TORMENTAS PARQUEADERO SUR DEL ESTADIO EL CAMPÍN
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Tabla 8-25 Resumen de APU para las tres alternativas de la subcuenca Galerías.
ALTERNATIVA VALOR m3 DE EXCAVACIÓN
VALOR m3 DE INSTALACIÓN DE TANQUE
VALOR m3 DE RELLENO
($/m3) ($/m3) ($/m3)
ALTERNATIVA 1 30.916,63 680.839,25 48.531,50
ALTERNATIVA 2 29.252,63 711.874,92 46.659,50
ALTERNATIVA 3 28.940,63 764.288,45 46.347,50
Tabla 8-26 Presupuesto para ubicación del tanque en alternativa 1.
Tabla 8-27 Presupuesto para ubicación del tanque en alternativa 2.
Tabla 8-28 Presupuesto para ubicación del tanque en alternativa 3.
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 25647,30 $ 30.916,63 $ 792.927.956,36
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m31115,1 $ 48.531,50 $ 54.117.475,65
1.3 INSTALACION TANQUE 12.529 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3
12529 $ 680.839,25 $ 8.530.234.906,78
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 12020,81 $ 48.531,50 $ 583.387.807,40
TOTAL CAPÍTULO $ 9.960.668.146,19
TANQUE DE TORMENTAS ALTERNATIVA 1
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 13475,70 $ 29.252,63 $ 394.199.598,71
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3
585,9 $ 46.659,50 $ 27.337.801,05
1.3 INSTALACION TANQUE 6599 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3
6599 $ 711.874,92 $ 4.697.662.588,10
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 6316,02 $ 46.659,50 $ 294.702.212,59
TOTAL CAPÍTULO $ 5.413.902.200,45
TANQUE DE TORMENTAS ALTERNATIVA 2
ITEM DESCRIPCIÓN UN CANT UNITARIO TOTAL
1.1EXCAVACION MECANICA DE RELLENO EXISTENTE, INCLUYE RETIRO DEL
MATERIALm3 12254,40 $ 28.940,63 $ 354.649.995,00
1.2 COLOCACION CAMA DE MATERIAL TRITURADO E=15 CM m3532,8 $ 46.347,50 $ 24.693.948,00
1.3 INSTALACION TANQUE 6282 m3 , INCLUYE RETROEXCAVADORA m3
6282 $ 764.288,45 $ 4.801.260.024,27
1.4 RELLENO EN RECEBO B-200 m3 5501,25 $ 46.347,50 $ 254.969.024,29
TOTAL CAPÍTULO $ 5.435.572.991,56
TANQUE DE TORMENTAS ALTERNATIVA 3
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Al analizar los presupuestos obtenidos para las regulaciones planteadas aguas
arriba del estadio el Campín, que permitieran cortar el pico de caudal antes de la
llegada a este sitio se puede decir que:
El volumen total que estarían almacenando las tres propuestas de
regulación sería de 25.410 m3, que comparado con la regulación del
parqueadero (33.107 ) corresponde a un 25% menos de
almacenamiento.
Comparando estos datos en términos de costos, las tres alternativas tienen
un costo de $ 20.810.143.338,2 mientras que la regulación del
parqueadero tiene un costo de $ 25.704.506.175,53 es decir una diferencia
de $ 4.894.362.837,33.
La excavación y el relleno influyen significativamente en el costo total, pero
comparado con la instalación del tanque realmente éste es quien aporta un
mayor costo al presupuesto total.
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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Al realizar la búsqueda bibliográfica de tanques de almacenamiento de
aguas lluvias en GRP, se pudo observar que una gran cantidad de
empresas fabricantes de este material han desarrollado tecnologías en
búsqueda del mejoramiento de las condiciones urbanas de las ciudades
que permitan dar una mejor calidad de vida.
El proceso de instalación de los tanques de almacenamiento subterráneos
debe cumplir con los requerimientos típicos de instalación de una tubería de
GRP, para poder garantizar las propiedades que este material ofrece.
Una de las grandes ventajas de los tanques en GRP radica en el tiempo de
instalación ya que mientras un tanque de concreto se puede construir e
instalar en 20 o 30 días aproximadamente, éste se instala en 3 o 4 días.
Otra ventaja importante es la resistencia a la corrosión, lo que lo hace
duradero y con una vida útil de 50 años, que no requiere costos de
manteamiento como si lo puede generar un tanque de concreto, en razón a
las infiltraciones y grietas que puede presentar durante su vida útil.
La facilidad de trasportar los módulos debido a su bajo peso en
comparación con un tanque de concreto (90% menos) hace que la
construcción sea sencilla y manipulada fácilmente por el personal operativo.
Una de las grandes limitaciones que tienen los tanques de tormenta
circulares en GRP, radica en el diámetro del tubo de almacenamiento, pues
el máximo diámetro de tubería que se tiene es de 3,0 m, esto hace que el
área del terreno donde se van a almacenar grandes volúmenes de agua
sea lo suficientemente larga respecto al ancho para que se puedan
almacenar magnitudes grandes de caudal. Siendo este el caso que se
presentó para las alternativas propuestas en la subcuenca Galerías, donde
el área disponible no era suficiente para instalar un tanque del volumen de
almacenamiento requerido.
Una de las recomendaciones para el caso de estudio del parqueadero de la
zona sur del estadio el Campín, es almacenar la mayor cantidad de caudal
que se pueda en el área disponible y la restante verterla por medio de un
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alivio hacia el canal Salitre; de lo contrario sería necesario construir un
tanque de concreto con las dimensiones necesarias para que pueda
también ser ubicado en esta zona. Esto resulta como consecuencia de la
limitación del diámetro del tubo de almacenamiento que se mencionó
anteriormente.
Es importante tener en cuenta que cada tanque de tormentas es diferente,
por tal motivo no hay posibilidad de estandarizar su precio, los equipos de
control del tanque son diseñados específicamente para las condiciones de
operación del tanque. El módulo tubería es aquel que podría estandarizar
su precio por corresponder a la unión de varias tuberías de GRP de gran
diámetro, las cuales están disponibles en el comercio.
Los equipos complementarios del tanque de tormentas fueron cotizados en
México y España, porque en Colombia no se fabrican estos elementos.
Esto tiene el valor agregado de tener que incluir el costo de transporte en
los APU y por lo tanto hace que la instalación del tanque sea más costosa.
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