proyecto de grado 200522043 - uniandes

Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Proyecto de Grado Ingeniería Civil

Metodologías Para Determinar Cuándo

Renovar/Rehabilitar Vs. Hacer Mantenimiento en Redes de Alcantarillado.

Presentado por:

Andrea P. Ramírez Nieto

Asesor:

Ing. Juan G. Saldarriaga

Bogotá D.C., Enero de 2010

Universidad de los Andes ICIV 20092032

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental Centro de Investigaciones en Acueducto y Alcantarillados

Metodologías Para Determinar Cuándo Renovar/Rehabilitar

Vs. Hacer Mantenimiento en Redes de Alcantarillado.

Andrea Paola Ramírez Nieto Proyecto de Grado en Ingeniería Civil (ICIV 20092032) 2

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN 9

1.1 JUSTIFICACIÓN 12

1.2 OBJETIVOS 13

1.2.1 Objetivo General 13

1.2.2 Objetivos Específicos 13

2. MARCO DE REFERENCIAS 15

2.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE ALCANTARILLADO 15

2.2 TÉCNICAS DE INSPECCIÓN 18

2.2.1 INSPECCIÓN VISUAL 20

2.2.1.1 EXTERNA 20

2.2.1.2 INTERNA 20

2.2.2 INSPECCIÓN POR ILUMINACIÓN CON LÁMPARAS 22

2.2.3 CIRCUITO CERRADO DE TELEVISIÓN (CCTV) 22

2.2.3.1 Sistema Estacionario 22

2.2.3.2 Sistema Móvil 23

2.2.4 SONARES 25

2.2.5 LINEA DE LUZ (LASER) 26

2.2.6 ESCÁNER DE COLECTORES (SSET) 27

2.3 TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO 27

2.3.1 REMOCIÓN HIDRÁULICA 30

2.3.1.1 Máquina de Esferas 30

2.3.1.2 Método de Vaciado 30

2.3.1.3 Chorros a Presión (Jetting) 31

2.3.1.4 Trampa de Lodos , grasas e interceptores de arena y aceite 32

2.3.1.5 Equipos de Succión 33

2.3.2 REMOCIÓN MECÁNICA 33

2.3.2.1 Sondas 33

2.3.2.2 Método de Raspado 34

2.3.2.3 Máquina de Baldes 34

2.3.3 REMOCIÓN EMPLEANDO SUSTANCIAS QUÍMICA 35

2.3.4 CONTROL DE OLORES Y GASES 36

2.3.5 MANTENIMIENTO DE CANALES 37

2.4 TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN 38

2.4.1 REPARACIÓN 40

2.4.1.1 Lechado, sellado y aplicación con rocío 40 2.4.1.2 Reparación mecánica por Mangas (Sleeve) 43

2.4.1.3 Sellado con articulaciones (Link Pipe) 44






2.4.1.4 Reparación con Robots 45

2.4.1.5 Tubería endurecida en el punto de aplicación en tramos cortos 46

2.4.2 RENOVACIÓN 49

2.4.2.1 Tubería curada en sitio 49 2.4.2.2 Doblado y Formado 50 2.4.2.3 Revestimiento Deslizante 51 2.4.2.4 Metodologías de renovación en pozos de Inspección 533

2.4.2.4.1 Recubrimientos cementantes interiores 533

2.4.2.4.2 Revestimientos de fibra de vidrio curada en sitio 544

2.4.2.4.3 Recubrimientos Epóxicos Interiores 544

2.4.2.4.4 Anillos de nivelación 555

2.4.2.4.5 Revestimiento 555

2.4.3 REEMPLAZO 566

2.4.3.1 Con Apertura de Zanja 577

2.4.3.1.1 Zanja Convencional 599

2.4.3.1.2 Zanja Angosta 60

2.4.3.2 Sin Apertura de Zanja 60

2.4.3.2.1 Perforación Rotativa Helicoidal 611

2.4.3.2.2 Rotura de la Tubería (Pipe Bursting) 622

2.4.3.2.3 Microtunelería Rotativa Helicoidal (Topos de Impacto) 655

2.4.3.2.4 Hincado de Tubería 666

2.4.3.2.5 Perforación Horizontal Dirigida 677

2.5 ASPECTOS QUE AFECTAN EL DETERIODO DE UN ALCANTARILLADO 688

2.5.1 FACTORES DE DURABILIDAD 699

2.5.2 PERDIDA DE INTEGRIDAD ESTRUCTURAL 70

2.5.3 FACTORES AMBIENTALES 722

2.5.4 FACTORES HIDRÁULICOS 744

2.5.5 FACTORES OPERACIONALES 744

2.5.6 OTROS FACTORES 755

2.6 COSTOS INDIRECTOS 77

3. METODOLOGÍA 844

3.1 DIAGRAMA DE FLUJO 922

3.2 DISEÑO DE LA METODOLOGÍA 927

3.2.1 FASE 1: CONSTRUCCIÓN DE UNA BASE DE DATOS 977

3.2.2 FASE 2: EVALUACIÓN TÉCNICA 1044

3.2.3 FASE 3: RESULTADOS 1077






4. CASOS DE ESTUDIO 1133

4.1 EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN (EPM) 1133

4.2 PAVCO S.A. 1165

5. BIBLIOGRAFÍA 119






LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Diagrama de Interacciones. 9 Figura 2. Taponamientos en las redes de alcantarillado. 10 Figura 3. Corrosión y sedimentación en el interior de la tubería. 10 Figura 4. Fallas de alcantarillados. 15 Figura 5. Alcantarillado separado y combinado. 16 Figura 6. Estructuras especiales. 18 Figura 7. Personal Ingresando a un pozo de inspección. 21 Figura 8. Personal dentro de la tubería. 21 Figura 9. Circuito Cerrado de Televisión. Sistema estático. 23 Figura 10. Ensamblaje de arrastre de CCTV en la Tubería. 24 Figura 11. Equipo CCTV. 24 Figura 12. Inspección realizada por sonar. 25 Figura 13. Carros de Inspección con tecnología laser. 26 Figura 14. Giroscopio. 27 Figura 15. Equipo de Limpieza por agua a alta Presión. 31 Figura 16. Plano Trampas para lodos y residuos. 32 Figura 17. Trampas para lodos y residuos. 32 Figura 18. Equipo Vactor. 33 Figura 19. Tipos de sondas. 34 Figura 20. Sistema de Limpieza con máquina de Baldes. 35 Figura 21. Ciclo de Vida de un sistema de alcantarillado. 39 Figura 22. Junta Sellada con productos químicos. 41 Figura 23. Proceso de Lechado, sellado y aplicación por Rocío . 42 Figura 24. Sellado químico y manual. 42 Figura 25. Proceso de sellado con ayuda de mandas o anillos. 43 Figura 26. Proceso de sellado por medio de mangas. 44 Figura 27. Reparación con Link Pipe. 44 Figura 28. Equipo utilizado en la reparación con Link Pipe. 45 Figura 29. Reparación de Tuberías con Robots. 46 Figura 30. Proceso de Impregnación de la Felpa. 47 Figura 31. Inversión de la Felpa con aire o agua. 47 Figura 32. Proceso de curado de la Felpa (Con agua o vapor). 48 Figura 33. Proceso de doblado y formado. 50 Figura 34. Proceso de inserción de la tubería. 51 Figura 35. Revestimiento Deslizante. 52 Figura 36. Técnica de Halado en Revestimiento Deslizante. 52 Figura 37. Técnica de Empuje en Revestimiento Deslizante. 53 Figura 38. Aplicación del recubrimiento al pozo de inspección. 54 Figura 39. Revestimiento en fibra de vidrio. Antes y después de aplicar el procedimiento. 54 Figura 40. Rehabilitación de pozos de inspección con epóxicos. 55 Figura 41. Anillos de nivelación. 55 Figura 42. Revestimiento de PVC y Aros de polietileno. 56 Figura 43. Apertura de zanja. 58






Figura 44. Apertura de Zanja Calle 116 en la Ciudad de Bogotá. 60 Figura 45. Perforación Rotativa Helicoidal método soportado y de carrilera. 62 Figura 46. Rotura de la tubería. 63 Figura 47. Esquema de las medidas de la excavación que requiere un proyecto de rotura de la tubería reemplazando con polietileno. 63 Figura 48. Equipo estático de Rotura de la tubería. 64 Figura 49. Equipo neumático de Rotura de la tubería. 64 Figura 50. Equipo hidráulico de Rotura de la tubería. 65 Figura 51. Equipo Topos de Impacto. 66 Figura 52. Pasos de la metodología por Perforación Horizontal Dirigida. 68 Figura 53. Corrosión interna de una tubería. 69 Figura 54. Desgaste de la tubería por abrasión. 70 Figura 55. Juntas separadas en una tubería de alcantarillado. 71 Figura 56. Grietas longitudinales en una tubería de alcantarillado. 72 Figura 57. Grietas transversales en una tubería de alcantarillado. 72 Figura 58. Delaminación de una superficie de concreto. 73 Figura 59. Formación de una eflorescencia en una superficie de concreto. 74 Figura 60. Bloqueo por rices en el interior de una tubería de alcantarillado. 75 Figura 61. Apertura se Zanja Vs. Sin Apertura de Zanja. 82 Figura 62. Distribución de Costos con Apertura de Zanja. 82 Figura 63. Costos con Apertura de Zanja. 83 Figura 64. Vista de la base de datos. 104 Figura 65. Vista de la selección del tipo de problema. 105 Figura 66. Vista del cuestionario interactivo. 105 Figura 67. Parámetros del suelo y detalles de la tubería. 106 Figura 68. Vista aérea de la zona donde se construyó el túnel linner. 113

Figura 69. Fachada del Hospital San Vicente y Universidad de Antioquia. 113

Figura 70. Sección de la vía indicando redes existentes en el sector. 114

Figura 71. Proyecto Calle 183. 116

Figura 72. Inspección por CCTV Proyecto Calle 183. 116

Figura 73. Impregnación de la resina en la línea. 117

Figura 74. Instalación de la resina. 118

Figura 75. Inspección por CCTV Tubería rehabilitada. 118






LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Causas de Inundaciones en sistemas de alcantarillado. 12

Tabla 2. Explicación de los números de las figuras A y B. 16

Tabla 3. Conductos abiertos en un alcantarillado. 17

Tabla 4. Frecuencia de actividades de mantenimiento. 29

Tabla 5. Generación de H2S por medio del factor de Pomeroy. 37

Tabla 6. Actividades a realizar para el mantenimiento de canales. 38

Tabla 7. Aplicaciones de Metodología CIPP. 48 Tabla. 8 Comparación entre los métodos que requieres apertura de zanja y los que no. 57 Tabla. 9. Equipos de excavación. 59 Tabla 10. Formulación de las Categorías de Costos Indirectos. 81 Tabla 11. Conocimiento Básico del sistema de Alcantarillado. 91 Tabla 12. Categorías de suelos. 99 Tabla 13. Símbolos de compatibilidad del suelo. 99 Tabla 14. Categorías de impacto ambiental o costos indirectos. 100 Tabla 15. Variables para la formulación de las categorías de costos indirectos. 102 Tabla 16. Símbolos a asignar por impacto ambiental. 102 Tabla 17. Símbolos a asignar por extensión de la excavación. 102 Tabla 18. Clasificación del Nivel Freático. 103 Tabla 19.Presición del alineamiento y del perfil. 103 Tabla 20. Preguntas del cuestionario, en el caso que se considere rehabilitar la tubería. 107 Tabla 21. Nivel de riesgo categoría 1. 108 Tabla 22. Nivel de riesgo categoría 2. 108 Tabla 23. Puntajes en la categoría 3. 109 Tabla 24. Nivel de riesgo categoría 3. 109 Tabla 25. Nivel de riesgo categoría 4: Impacto ambiental o costo social. 110 Tabla 26. Accesibilidad al sitio de la obra. 110 Tabla 27. Variables para calcular el nivel de riesgo inicial. 111 Tabla 28. Variables para calcular el valor del nivel de riesgo. 111






LISTA DE DIAGRAMAS

Diagrama 1. Categorías de Costos Indirectos. 79

Diagrama 2. Etapas que involucran procesos de mantenimiento y rehabilitación

en redes de alcantarillado. 85

Diagrama 3. Interrelaciones entre los problemas que se pueden presentar

en una red de alcantarillado. 87

Diagrama 4. Marco de trabajo para selección de procesos de Mantenimiento. 89

Diagrama 5. Relaciones provenientes de la inspección de un sistema de Alcantarillado. 90

Diagrama 6. Diagrama guía para las empresas prestadoras del servicio de alcantarillado. 92

Diagrama 7. Fase de Inicio. 93

Diagrama 8. Fase de diagnostico. 94

Diagrama 9. Fase de desarrollo de la solución. 95

Diagrama 10. Fase de implementación y monitoreo. 96






1. INTRODUCCIÓN

Al implementarse sistemas públicos de abastecimiento de agua, se genera de forma directa la necesidad

de una recolección, tratamiento y disposición final de las aguas servidas, conformando así una

infraestructura hidráulica indispensable en toda comunidad. Poblaciones carentes de sistemas de

drenaje de aguas residuales, presentan problemas de contaminación de suelos, aguas superficiales y

freáticas constituyendo focos de propagación de enfermedades. De manera general, una red de

alcantarillado representa un conjunto de conductos cerrados o abiertos, diseñados principalmente con

pendientes positivas considerando así escurrimientos por gravedad, cuya finalidad es recolectar,

evacuar y disponer las aguas residuales y pluviales. El manejo de estas aguas, pretende la reducción de

problemas ocasionados no solo al desarrollo humano si no también al ambiente, por lo cual este sistema

presenta dos interfaces una con el usuario, con el cual se presenta un proceso de transferencia de aguas

servidas, el cual en la mayoría de los casos es olvidado y de poca conciencia y apreciación pública y otra

interfaz relacionada con el manejo de la contaminación al ambiente y las descargas pluviales que este

genera a la red. De manera sintética estas relaciones se presentan en el siguiente diagrama de

interacciones.

Figura 1. Diagrama de Interacciones.

Los sistemas básicos de funcionamiento de un sistema de drenaje se dividen en: un sistema separado el

cual cuenta con un alcantarillado destinado a las aguas servidas y otro a aguas lluvia, de esta manera se

realizan dos procesos totalmente independientes. El siguiente es un sistema combinado, en el cual

ambos procesos de realizan de manera conjunta.

El manejo u operación de un sistema de alcantarillado, requiere de una metodología específica que

permita delimitar las acciones a tomar ante circunstancias que impliquen interrupciones en el servicio.

De esta manera se necesitan detectar las posibles amenazas y sus impactos al sistema para

posteriormente establecer medidas de mitigación que permitan controlar el problema.

La remoción de obstrucciones, es una de las problemáticas de más incidencia y por lo tanto su control

es primordial para el buen funcionamiento del sistema de drenaje. Los taponamientos pueden ser

completos o parciales y se presentan con mayor facilidad en tubos con diámetros pequeños, además se






encuentran asociados con problemas como son juntas desplazadas y cambios bruscos de velocidad del

flujo, lo cual implica pérdida en la capacidad del sistema; las más recurrentes son causados por:

Grasas, aceites, jabones y cera: De manera general estos compuestos orgánicos se denominan

FOG (por las siglas en ingles correspondientes a grasas, aceites y cebos) y al llegar a las redes se

tienden a endurecer y formar progresivamente una película y tacos de sebo con larga

permanencia y promotores de pérdidas de la capacidad hidráulica. Su ocurrencia toma lugar en

tramos de red que presentan una baja pendiente, en tuberías rugosas y en sectores cercanos a

mercados y restaurantes.

Arenas y piedras (Sedimentos): La penetración de estos materiales en redes de alcantarillado se

presenta en zonas con superficies de tierra que se encuentren cercanas a tuberías con roturas.

Además se presenta la formación de sedimentos, los cuales forman depósitos en las

alcantarillas; este fenómeno puede ocasionar un impacto significativo sobre la capacidad por

causa de un aumento significativo en la rugosidad interna. Su extracción es indispensable ya

que al realizar procesos de limpieza el problema se concentra en otros puntos de la red.

Trapos, plásticos y vidrios: La obstrucción por causa de estos materiales, denota un mal uso

delicio de alcantarillado por parte de los usuarios. Su incidencia toma lugar en el sanitario, en

las cámaras de inspección y en los canales pluviales.

Raíces: Los alcantarillados son susceptibles a la obstrucción por raíces en zonas verdes, ya que

estas buscan zonas con condiciones húmedas. Es así como son capaces de penetrar juntas o

fracturar las tuberías. Presentan complicaciones en el retardo del flujo y en obstrucciones con

sólidos.

Figura 2. Taponamientos en las redes. Figura 3. Corrosión y sedimentación en el interior de la tubería. Fuente: (EGARA AQUA-NET)






Dependiendo de la calidad del agua residual que se transporta en las tuberías, además de los

compuestos que se llegan a encontrar en su interior, reaccionan químicamente afectando la integridad

física de las tuberías y originando una disminución en su resistencia y un incremento en las infiltraciones

y exfiltraciones.

Las fisuras en las redes, son causadas principalmente por penetración de raíces, asentamientos,

conexiones defectuosas o cargas excesivas. Esto requiere una pronta atención ya que entre sus efectos

colaterales, se presentan malos olores e insalubridad.

Raíces: A ser estas promotoras de obstrucciones, realizan un proceso de intrusión a las tuberías

que ocasiona una rotura. Estos efectos pueden llegar a ocasionar una completa rehabilitación de

la tubería.

Asentamientos o movimientos del suelo: Ocurren por construcciones aledañas a la red como

reparaciones de avenidas o la construcción de grandes estructuras, o también se pueden

presentar durante un sismo.

Cargas vivas excesivas: Las sobrecargas a las que se encuentre sometida una tubería pueden

afectar el estado físico de estas, en ocasiones en que se presenten cargas y tráficos inesperados

o en la situación en que la tubería presente problemas en su recubrimiento de protección, lo

cual la haga más susceptible a daños por cargas .

Soporte inapropiado del tubo: Donde se apoyen las tuberías, debe ser una superficie lo más

uniforme posible, ya que la presencia de un fondo rocoso y angular genera roturas. Además de

una incorrecta distribución de la carga.

La reducción en la capacidad del sistema se encuentra directamente relacionada con la formación de

depósitos de sedimentos los cuales disminuyen notoriamente el contenido hidráulico. Una situación que

enfatiza esta situación son los bajos caudales. Las lluvias, al tratarse se sistemas de alcantarillado

combinado llegan a alterar la capacidad ya que durante altas precipitaciones se presentan reboses.

Los flujos a través de las alcantarillas generalmente se encuentran a una baja presión, lo que ocasiona

que la tensión en el interior de las tuberías sea poca y por consiguiente no sufran una degradación por

esta causa. De manera general las alcantarillas pueden derrumbarse o estar bloqueadas, pero la

gravedad de las consecuencias que se generen, depende principalmente de que daño colateral se

genera en otras infraestructuras, como son daños en carretas o inundaciones. Bajo este criterio, se

designan las redes del sistema consideradas como críticas y por consiguiente son las que necesitan de

mayor atención. Las inundaciones por fallas en el sistema de alcantarillado son la consecuencia más

peligrosa que se puede presentar para el cliente y el operador del sistema; esta circunstancia puede ser

causada por un colapso o bloqueo en el interior de la red, ocasionados por deterioro o por lluvias

torrenciales que sobrecargan hidráulicamente el sistema, esto conlleva a desbordamiento de aguas

residuales en lugares públicos lo cual ocasiona incidentes de contaminación.






En la siguiente tabla se presentan las causas de las inundaciones causadas por el sistema de

alcantarillado, cabe anotar que estas proporciones pueden variar entre ciudades.

Causas Porcentaje de Incidencias (%)

Sobrecarga Hidráulica (Insuficiente capacidad del alcantarillado) 45

Bloqueos 45

Colapsos 5

Error en el uso de los equipos 5

Tabla 1. Causas de Inundaciones en sistemas de alcantarillado. Fuente: (Ofwat, 2005).

Al tratar de definir una metodología correcta para la operación de una red de alcantarillado, es

necesario tener en cuenta entes externos de una connotación mal intencionada, como es el caso del

vandalismo en las ciudades. Esta circunstancia es de difícil control y se evidencia en el hurto de las tapas

de las cámaras de inspección, la descarga indiscriminada de basuras al sistema entre otros.

Conociendo de forma general los problemas que se pueden presentar en un sistema de alcantarillado

además de sus posibles causas y su frecuencia. Surge un proceso de toma de decisiones sobre cómo

mantener, reparar o reponer cualquiera de sus componentes dentro de un ambiente urbano en el cual

se involucran parámetros tangibles e intangibles. Para facilitar este tipo de decisiones se busca

desarrollar una metodología e implementar un diagrama de flujo que permita desarrollar un software

interactivo, el cual se capaz de evaluar técnicamente cada uno de los métodos existentes y

adicionalmente asigne un nivel de riesgo a cada metodología basada en costos indirectos como son la

interrupción de la movilidad y la contaminación en diferentes fases.

1.1 JUSTIFICACIÓN

La elección de la mejor alternativa de mantenimiento, renovación o rehabilitación de alcantarillado

requiere de un claro entendimiento de cada uno de los factores asociados con las condiciones

específicas de cada proyecto. En el entorno Colombiano, se tiene en cuenta principalmente aspectos

relacionados con costos directos de construcción para comparar entre diferentes alternativas, dejando a

un lado factores indirectos que afectan a la sociedad. Entre estos cabe mencionar la interrupción del

tráfico y de la actividad comercial, generación de ruido, entre otras, las cuales pueden ser incluidas

como criterios de comparación entre varias opciones, evaluando los impactos generados y cuantificando

los costos sociales en que se incurre en cada procedimiento. Actualmente no se encuentra claramente

establecido, en Colombia, un proceso de comparación ni los criterios a tenerse en cuenta para la

cuantificación de estos costos indirectos.






Cabe resaltar la complejidad en la toma de decisiones entre las diferentes alternativas aumenta de

manera exponencial según el número de procedimientos existentes y sus combinaciones; de la misma

manera crece de manera exponencial dependiendo del tipo de daños que se encuentran en el tramo de

conducción a tratar y a esto es necesario agregarles variables externas (tipos de suelos, cargas sobre el

canal, nivel freático, profundidad, usos del suelo etc.). Fuera de lo anterior, en la mayoría de los casos

con la única información que se dispone para la toma de este tipo de decisiones es una inspección visual

del tramo del alcantarillado y no se cuenta con información del grosor de las paredes de la conducción,

no se conoce el tipo del suelo ni la compactación de este, no se conoce la profundidad de la corrosión

interna o externa en el tramo, si se visualizan grietas no es posible estar seguros si son estructurales o

no entre un sin número de incógnitas más.

Bajo esta situación, en el presente proyecto, se busca involucrar criterios para la selección de una

alternativa de mantenimiento, renovación o rehabilitación en un sistema de alcantarillado en un

procedimiento sistemático de toma de decisiones. Suministrando de forma práctica una noción de las

posibilidades y las variables que están i

del tipo de procedimiento a realizar. Es así como se convierte en una herramienta que proporciona una

lista de posibilidades con sus respectivitas implicaciones, lo cual bajo el apoyo de un especialista

permita la determinación de la técnica adecuada a implementar en redes de alcantarillados.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo General

Desarrollo de una metodología que permita identificar por medio de un procedimiento sistemático de

toma de decisiones, las posibles técnicas a implementar, cuando se presentan inconvenientes de

impermeabilidad, obstrucción, deterioro y pérdida de capacidad de las redes de recolección y

disposición de aguas residuales. Por medio de un primer diagnóstico de las condiciones hidráulicas de

funcionamiento, de una continua inspección del sistema y del análisis de las posibles soluciones del

problema que permitan una correcta selección entre las siguientes técnicas: renovación, rehabilitación y

mantenimiento. Evitando así interrupciones del servicio y contribuyendo a una optimización de la

operación del sistema de alcantarillados en zonas urbanas.

1.2.2 Objetivos Específicos

Realizar un estado del arte de normas técnicas y procedimientos implementados a nivel nacional

e internacional.

Desarrollar una metodología que involucre las técnicas investigadas de mantenimiento,

rehabilitación y renovación con los problemas que ocasionan interrupciones del servicio de

alcantarillado.

Describir las técnicas y equipos empleados para la inspección, el mantenimiento, la

rehabilitación y renovación de redes de alcantarillado.






Establecer indicadores que relacionen las técnicas de renovación, rehabilitación y

mantenimiento con su aplicabilidad en la operación de redes de alcantarillado, fundamentados

en criterios ya establecidos nacional e internacionalmente.






2. MARCO DE REFERENCIAS

En el presente capítulo se desarrollan los fundamentos teóricos sobre alcantarillados y cada una de las

técnicas consultadas en la literatura, que se emplean a nivel internacional, para el desarrollo de

procesos de inspección, renovación, rehabilitación y mantenimiento en redes de alcantarillado.

Adicionalmente se presentan los principales costos indirectos, en que incurren este tipo de técnicas.

2.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE ALCANTARILLADO

Los sistemas de alcantarillado, corresponden a las redes cuyo fin es la recolección de aguas residuales y

aguas lluvias, el transporte por medio de tuberías y todos los conductos y obras complementarias desde

el punto de origen hasta el de tratamiento y hasta el punto antes de ser descargadas nuevamente al

medio ambiente. Las aguas residuales domésticas incluyen el agua utilizada en el comercio, en

instalaciones industriales y edificios de oficinas, así como viviendas. Además de las aguas residuales, los

sistemas de alcantarillado también manejan el flujo de agua lluvia proveniente de los techos y las

superficies pavimentadas.

Desde el punto de vista de la salud y el bienestar general de la comunidad, la adecuada eliminación de

los residuos, en todas sus formas, es de vital importancia. Ya que en los centros urbanos como se

conocen en la actualidad, existen en parte al agua potable y al saneamiento básico que se realiza en

redes de acueducto y alcantarilladlo, es así como estos sistemas de suministro y recolección se

convierten en un parámetro delimitante del tamaño de las ciudades. Anteriormente la red de acueducto

siempre ha recibido una mayor atención que la de alcantarillado, puesto que esta última prácticamente

se mantiene sola a pesar de que su construcción es mucho más costosa, normalmente sigue

funcionando aunque su estado de deterioro sea muy avanzado, pero cuando falla sus efectos pueden

ser catastróficos.

Figura 4. Izquierda, falla de alcantarillado ocurrida en Guatemala (Febrero-07). Derecha, Inundación Calle 26 bajo el puente

de la Avenida Caracas (Marzo-08) Bogotá Colombia. Fuente: (Ramírez, 2009).

Las primeras redes de alcantarilladlo construidas, tenían el concepto de transportar lejos del centro de

las urbes las aguas residuales producto de las actividad humana, y las aguas lluvias. Bajo este concepto

surgen los denominados alcantarillados combinados, los cuales cumplen la función de sacar las aguas






residuales y lluvias a un cuerpo receptor, pero sin tener en cuenta los aspectos ambientales.

Posteriormente con la densificación de la población, surge la problemática de la contaminación de las

fuentes hídricas y es por este motivo que comienzan a surgir los tratamiento de las aguas residuales y la

necesidad de separar las aguas residuales de las aguas lluvias, con lo que surge el alcantarilladlo

separado. Bajo esta perspectiva, los centros urbanos que ya contaban con un alcantarillado combinado

expanden sus redes con alcantarillados separados, formando lo que se conoce como alcantarillados

híbridos.

Figura 5. Izquierda, alcantarillado separado. Derecha, alcantarillado combinado. Fuente: (GRUNDFOS).

En la siguiente tabla, se explican cada uno de los números que se encuentran en la figura.

Tabla 2. Explicación de los números de las figuras A y B expuestas anteriormente.






En el caso de Colombia, los alcantarillados con construidos en la segunda parte del siglo XX, bajo un

sistema que podría denominarse Sanitario-Combinado, este término surge ya que fue concebido como

sanitario pero se convirtió en combinado ya que al pavimentarse las vías los sumideros de aguas lluvias

se conectaron al sistema de alcantarillado que ya estaba construido, dando como resultado

inundaciones con aguas combinadas en las épocas de invierno, ya que el sistema es incapaz de

transportar las aguas lluvias (Ramírez, 2009).

De manera general, es posible identificar si un sistema es separado, si existen dos tapas de alcantarillado

por esquina y si solo existe una es un sistema combinado. Además, en el caso de una sola tapa, es

necesario verificar los diámetros de las tuberías con el fin de identificas es el sistema es combinado o

uno sanitario-combinado, en general un sistema combinado al tener que transportar aguas lluvias

tendrá diámetros -combinado

tendrán ).

Los atributos característicos que se encuentran en los sistemas de alcantarillado son:

Los conductos cerrados, constituyen la mayoría dentro de la red, y se construyen con diversas

formas de sección transversal y de diferentes materiales. Las secciones típicas son circulares,

rectangulares o box culvert, ovoides, bóvedas, elipses, herraduras, etc. La selección tanto del

material como de su forma dependerá de la calidad del agua residual, las condiciones

hidráulicas, las condiciones existentes respecto al desarrollo de construcciones y los costos.

Los conductos abiertos: Estos se construyen normalmente para agua pluvial o aguas residuales

clarificadas (aquellas tratas en una planta de aguas residuales). Su sección transversal, no se

puede caracterizar con pocas medidas, debido a su irregularidad. Según sea su tamaño, estos se

conoces como:

Definición Figura.

Canaletas

Se construyen para recolectar el agua pluvial que proviene de las superficies pavimentadas. En las calles, estas deben ser construidas en dirección paralela al tránsito. El agua no deberá sobrepasar una profundidad de 0.10 - 10.12, y un ancho superficial de 1 m,

Acequias

Son pequeños canales que cuentan con un escaso o ningún tipo de revestimiento. Sirven para recolectar el agua lluvia proveniente de las vías rurales o caminos no pavimentados. Normalmente los lados y el fondo se protegen con césped, piedras o concreto dependiendo de la importancia de la vía.

Canales

Son los conductos abiertos por excelencia, los cuales transportan grandes volúmenes de agua residual. El ancho del fondo es de por lo menos 0.4 a 0.6m y la profundidad fluctúa entre 0.6-1.5m. El revestimiento de los lados y el fondo dependerán de la agresividad del agua residual, el tipo de suelo y la velocidad del flujo.

Tabla 3. Conductos abiertos en un alcantarillado.






Las Estructuras especiales: Son elementos con atributos especiales como son los aliviaderos,

sifones invertidos, estaciones de bombeo, estaciones elevadoras y pondajes.

Figura 6. Estructuras especiales. Fuente: (Ramírez, 2009).

2.2 TÉCNICAS DE INSPECCIÓN

Para verificar el estado de las tuberías de alcantarillado debe realizarse un proceso de inspección el cual

permite establecer el estado real de las redes y sus componentes principales como son pozos de

inspección, colectores, conexiones domiciliarias, estaciones de bombeo (en el caso de superficies

planas), estaciones de tratamiento y vertido final , en el caso de sistemas sanitarios. Para alcantarillados

pluviales se agregan cunetas y bocas de tormentas.

Al verificar el estado real de la tubería se deben satisfacer tres criterios: uno constructivo, uno

estructural y finalmente el operativo. De esta manera se analiza de forma integral la condición actual de

la red y se logra evaluar cada una de las problemáticas que han sido expuestas en la introducción del

proyecto.

En primera instancia, la inspección se realiza de forma externa sobre el trazado de la tubería y si es

necesario al interior de estas. Entre las situaciones externas que se deben analizar, se encuentra la

climatología del sitio a examinar, ya que precipitaciones en zonas afluentes de la tubería pueden

producir altos flujos que imposibiliten su buen funcionamiento, además es conveniente una previa

inspección externa que permita detectar posibles daños al interior de esta. En casos en los cuales los

daños al interior del sistema hayan presentado externalidades o por medio de controles de caudal se

detecten filtraciones es conveniente una exhaustiva inspección interna.

Los tipos de inspecciones, que se deben realizar según la situación de la red son:

Inspección periódica: Esta permite evaluar el estado del alcantarillado y proviene de un proceso

de mantenimiento previamente planificado.

Inspección de crisis: Este permite identificar condiciones de emergencia o problemas de alta

frecuencia de ocurrencia.

Inspección para habilitar y determinar la condición estructural de nuevas redes dispuestas para

el sistema.






De manera ideal, las inspecciones deben realizarse bajo condiciones de bajo caudal; la mayoría de los

colectores son inspeccionados utilizando uno de los métodos siguientes: Inspección visual externa e

interna, inspección manual, Circuito Cerrado de Televisión (CCTV), inspección por iluminación con

lámparas, escáner de colectores, sonares e infra rojo.

Las siguientes actividades, son aquellas que se deben realizar previamente a un procedimiento de

inspección, estas han sido desarrolladas bajo los criterios de funcionarios de la Empresa de Acueducto y

Alcantarillado de Bogotá:

Como primera medida, se debe limpiar los objetos de inspección de tal modo que el estado

real pueda determinarse y evaluarse adecuadamente.

Es necesario verificar la climatología del sitio, dado que posibles lluvias en zonas afluentes de la

tubería a inspeccionar, pueden generar altos flujos que ocasionen el arrastre del operador o

equipos en el momento de la inspección.

El personal responsable de la inspección debe tener conocimientos técnicos sobre construcción,

operación y materiales de las redes de alcantarillado, así como disponer de experiencia en este

tipo de labores.

Debe contarse con un sistema apropiado de limpieza, con el fin de ejecutar esta labor cuando

sea necesario.

Revisión de los planos que indiquen el lugar donde se va a trabajar, la situación, tipo, extensión

y características de ordenamiento de la red a inspeccionar y las posibilidades de entrada y salida

de emergencia.

Visita preliminar a los sitios de trabajo para revisar nivel de agua y sedimento, diámetro de la

tubería y corrección de planos de construcción, presencia de gases tóxicos, presencia de

obstrucciones dentro de la tubería.

La limpieza de la tubería y verificación y obstrucciones de la tubería, debe efectuarse en menos

de 72 horas antes de la inspección con cámara de televisión o equipos de alta tecnología para

evitar acumulación de depósitos en el periodo comprendido entre la limpieza y el paso de la

cámara.

Debe indicarse previamente las condiciones especiales como peligro de caída, ambiente del

alcantarillado, composición de las aguas residuales. En caso de detectar la presencia de gases

tóxicos que exijan empleo de equipos de ventilación, se debe proveer el equipo necesario en el

momento en que se vaya a realizar la inspección.

Se debe verificar que los caudales de la tubería sean tan bajos que permitan que la cámara o el

equipo a utilizar aprecie los detalles sin obstrucción de visualización en los focos de proyección.

Se deben destapar los pozos aguas arriba y aguas abajo del lugar, para su ventilación y si es el

caso la instalación del equipo de ventilación. Luego de 5 minutos se debe proceder a la

verificación de la ausencia de gases tóxicos en el lugar.






Cuando sea necesario que la red se encuentre libre de aguas residuales debe preverse la

desviación de las aguas reteniéndolas temporalmente o bombeándolas de acuerdo con las

indicaciones de la normatividad de la respectiva empresa.

Previamente y durante toda la etapa de inspección deben tomarse las medidas de protección y

seguridad industrial necesarias para evitar una atmósfera explosiva en el tubo y todas las demás

consideraciones de acuerdo con las normas de seguridad que especifique la empresa.

2.2.1 INSPECCIÓN VISUAL

Las inspecciones visuales son de gran importancia para tener un conocimiento previo de la condición de

los alcantarillados. Las inspecciones visuales de pozos de inspección y de tuberías incluyen las externar o

de superficie y las internas.

2.2.1.1 EXTERNA

Este procedimiento consiste en el reconocimiento superficial y la revisión ocular de los componentes de

la red de alcantarillado. El recorrido tiene como fin último obtener información cuantitativa y cualitativa

sobre las deficiencias, conexiones erradas, estado de las tapas de inspección, formación de roturas en el

pavimento, hundimiento en el eje de las tuberías, malos olores en los sifones internos de predios en los

colectores, reboses por aumento de caudal y finalmente lugares donde se presenten aguas estancadas.

Además de lo anterior, los inspectores también deben examinar en detalle la condición física de los

cruces de arroyos, las condiciones de los brocales (borde alrededor de las tapas) y de las tapas de los

pozos de inspección o de cualquier superficie expuesta, y finalmente la visibilidad de los pozos y otras

estructuras. El reconocimiento de estas afectaciones debe documentarse por medio de fotografías o

filmaciones y es realizado para estimar el estado de tuberías de cualquier diámetro.

2.2.1.2 INTERNA

En el caso de la inspección interna, solo es posible al contar con colectores de gran tamaño donde es

factible que se realice un recorrido caminando y se presenten situaciones de caudal mínimo. Esta

inspección requiere que el operador entre al pozo de visita, al canal y a la tubería, y examine la

condición del brocal, la tapa y la pared del pozo, así como las paredes de la tubería encima del nivel de

flujo. Cabe mencionar que al ingresar es importante cumplir con las regulaciones actualizadas de de la

Administración de Salud Ocupacional y Seguridad Industrial (Occupational Safety and Health

Administration) para espacios encerrados.

Este método de inspección es realizado únicamente cuando no se ha encontrado otro procedimiento

viable, ya que implica riesgos para el operario. La inspección toma lugar en la boca de la tubería y

continúa por todo su tramo, en incrementos de aproximadamente 1 metro. La detección de

información, se fundamenta en pérdidas de mortero, ladrillos perdidos, fisuras, la forma de la






alcantarilla y chequeo de las conexiones entre otras. La recolección de la información puede ser

reunida en software que sean apropiados, bajo el criterio de la información reportada por el operador.

El progreso de esta metodología es bastante limitado y aproximadamente se logran inspecciona de 200

400 metros/día. Su operación es de alto costo económico y además con un alto grado de peligrosidad.

(Davies, 2000).

En el caso que no se pueda ingresar a un pozo, se pueden utilizar espejos los cuales se colocan

generalmente en dos pozos de inspección adyacentes con el fin de que la luz se refleje al interior de la

tubería.

La limitación de esta metodología se presenta en alcantarillado pequeños ya que son muy pocos los

problemas detectados, puesto que la única parte de la tubería que se puede observar en detalle es la

adyacente al pozo de inspección. Por esto existe una baja probabilidad de obtener información

concluyente referente a grietas o problemas estructurales.

Figura 7. Personal Ingresando a un pozo de inspección Fuente: (Ramírez, 2009).

Figura 8. Personal dentro de la tubería. Fuente: (EGARA AQUA-NET).






2.2.2 INSPECCIÓN POR ILUMINACIÓN CON LÁMPARAS

Esta inspección toma lugar en tubería de poca importancia, las cuales son generalmente tuberías que

tienen menos de 20 años de existencia además de ser utilizada en proyectos con bajos recursos

financieros, ya que la técnica consiste en introducir una cámara dentro del pozo de inspección o

mantenimiento y posteriormente se sitúa en el centro entre la unión del pozo y la tubería. Luego se

obtienen las imágenes visuales de la tubería. Bajo esta técnica, no es posible cubrir grandes tramos de la

red, ya que por el tamaño de las cámaras están deben mantenerse en el pozo. Si este método no logra

satisfacer las necesidades de operación y sostenimiento de la red se debe proceder con técnicas más

eficientes.

2.2.3 CIRCUITO CERRADO DE TELEVISIÓN (CCTV)

La metodología de CCTV fue implementada desde el año de 1970 y desde entonces ha sufrido un

continuo acondicionamiento en el transcurso de tiempo promovido por las nuevas tecnologías. De

manera general, se presenta una pequeña cámara la cual posee una fuente lumínica y luego es

propulsada por la alcantarilla y finalmente las imágenes son transmitidas a la superficie para su

grabación y análisis. Esta técnica es una de las más utilizadas, por su gran eficiencia a largo plazo, su

capacidad de documentación de la condición interna de la tubería, presenta mínimas interrupciones del

proceso, puede ser utilizada en áreas pequeñas y no necesita de zanjas para su desarrollo. Cabe

mencionar que su progreso de inspección dentro de la tubería es bastante alto y es de

aproximadamente 400-800 m/día.

Uno de los inconvenientes que presenta esta técnica, es su ineficacia en tubos de gran diámetro ya que

los requerimientos de iluminación son mayores y esto afecta de manera directa la nitidez o resolución

de la imagen.

Al ser este un método de fácil documentación de las observaciones, cabe mencionar que se deben

reportar los siguientes defectos: Grietas, deformaciones internas de la tubería, juntas abiertas,

conexiones defectuosas, fracturas e impactos físicos y químicos.

2.2.3.1 Sistema Estacionario

Su implementación consiste en introducir la cámara dentro del pozo de inspección y realizar la

inspección dentro de tuberías de cualquier diámetro. Claro está que la observación se encuentra

limitada del alcance de la cámara. Los implementos requeridos para este diagnóstico con cámara con

gran alcance, baterías, brazo alargador, sistema de grabación y lámparas de iluminación. Estos utensilios

son observados en la Figura 4, en la cual se logra apreciar la manipulación de la tecnología por parte del

operario.






Figura 9. Circuito Cerrado de Televisión. Sistema estático. Fuente: (Mojica, 2008).

2.2.3.2 Sistema Móvil

Se emplea en tuberías de alcantarillado de diámetros entre 0.1 a 1.2 metros (4 - 48 pulgadas); para su

desarrollo es necesario cuadrar la cámara con el fin de que el lente se encuentra lo más cerca posible al

punto medio de la tubería. Para tuberías de grandes diámetros, la cámara es acondicionada a una balsa

o flotador el cual va de un pozo a otro. Para facilitar la obtención de los detalles requeridos se brinda la

posibilidad de movimientos horizontales y verticales por parte del lente y la iluminación

En otras ocasiones es posible el uso de la robótica que permite el uso de esta tecnología para que la

cámara pueda trasladarse de forma rápida y eficiente por la tubería.

Este sistema se encuentra regulado en la ciudad de Bogotá (Norma técnica NS-058 EAAB) y se estipula

que la velocidad de trabajo no debe superar los 9 y además se deben realizar pausas en las

conexiones de servicio, en las fallas encontradas y en los momentos que sea necesario identificar en los

que se debe definir entradas de agua ya sea temporal o continua. 1

Al ser esta una metodología móvil, es necesaria la implementación de un portador manejado

electrónicamente, el cual posea ruedas o algún sistema que le permita un movimiento hacia adelante y

hacia atrás y además se le permita cuadrar la velocidad. Además se debe garantizar un soporte diferente

1 (Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, Estado Vigente (22/02/2007)) Norma técnica NS-058.






para la cámara que certifique su estabilidad. La Figura No. 10, (832-F-99-031, 1999) presenta el

ensamblaje realizado en un procedimiento típico de CCTV.

Figura 10. Ensamblaje de arrastre de CCTV en la Tubería. Fuente: Water Pollution Control Federation.

En el mercado se pueden conseguir diferentes ofertas de equipos cuyas variaciones se encuentran en el

alcance del cable, cámara empleada, lámparas y el sistema de moviendo (llantas, oruga etc.). En la

siguiente figura, se observa el modelo de la firma PANATEC denominado de supervisión.

Figura 11. Equipo CCTV. Fuente: (PANATEC).






Este modelo, se compone de un diseño modular que le permite intercambiar los cabezales de las

cámaras, lámparas auxiliares, y ruedas para acomodarse mejor a sus necesidades de inspección. Tiene

también posibilidad de cabestrante, unidad de control y consola portátil.

2.2.4 SONARES

Las tecnologías utilizadas antes de la técnica del sonar se encontraban limitadas por el flujo que se

encontraba dentro de la tubería, el cual debe ser mínimo para lograr una correcta inspección y por lo

tanto era necesario un bombeo adicional. Pero cuando surgió esta metodología se apreció su utilidad al

tratarse de tuberías cóncavas las cuales siempre se encuentran llenas de agua a presión.

Por medio del sonar, es posible conseguir una imagen bastante precisa del perfil de una alcantarilla que

se encuentra con el agua servida o pluvial sin la necesidad de recurrir fuentes que brinden luminosidad.

360 ° en incrementos

discretos. Los datos sacados de la señal acústica pueden ser mostrados sobre un monitor en color y

(Davies, 2000).

Figura 12. Inspección realizada por sonar. Fuente: (CARNEGIE MELLON UNIVERSITY).

Una de las principales desventajas de CCTV es que las imágenes sólo se pueden obtener por encima de

la línea del flujo agua. En el caso que se requiera una visualización en conjunto de la red, la inspección

debe realizarse cuando el flujo sea muy bajo o cuando el caudal sea desviado, lo cual implicaría grandes

costos en la operación. Bajo esta problemática, surgen estas metodologías de ultrasonido. Su

funcionamiento consiste en un sonar el cual transmite señales de ultrasonido, que luego se reflejan en

las diversas superficies y objetos dentro de la red de alcantarillado. Posteriormente las señales

reflejadas son recogidas por el sonar y su trayecto es medido en tiempo, de esta manera es posible

calcular la distancia del objeto al sonar y crear un perfil completo de la tubería.

Las señales irrelevantes como las provenientes de sólidos flotantes, pueden ser filtradas y finalmente la

señal procesada puede visualizarse en un monitor, como una imagen a color, en la cual cada color

representar una reflexión diferente. La implementación de estas tecnologías, puede ahorrar tiempo y

dinero en el bombeo excesivo o de desviación de los flujos, que se debe realizar para aplicar técnicas de

CCTV. Cabe destacar que en la técnica de sonar, la abundancia de agua es un beneficio ya que el líquido






es una condición necesaria como medio de transmisión para la señales. Claro que también se convierte

en una desventaja ya que si no está fluyendo el agua sería imposible realizar la inspección.

Bajo esta perspectiva es posible combinar los beneficios del sonar y del circuito cerrado de televisión, en

un mismo equipo, es así como la información sobre el nivel del agua puede ser gravada por la cámara y

los datos debajo del agua pueden ser registrados por el sonar. Las imágenes de sonar

y las imágenes de CCTV pueden ser examinadas y registradas de forma independiente o simultánea,

utilizando una técnica de superposición.

2.2.5 LINEA DE LUZ (LASER)

La detección y medición de los cambios en la forma de las tuberías, causadas por la deformación,

la sedimentación o la corrosión, son difíciles de realizar cuando se utilizan equipos de CCTV

convencional. Esto se debe a que no existe un punto de referencia a utilizar para calibrar estas

mediciones. Sin embargo, es importante cuantificar la deformación de una alcantarilla, ya que esta

información puede ser necesaria para la supervisión el deterioro de ésta, para determinar que

metodologías implementar para la rehabilitación y para el diseño del revestimiento requerido

dependiendo el caso. El método de la línea de luz laser, puede ser implementado, para evaluar la forma

y medir las dimensiones internas de una tubería. Esto se hace continuamente generando una línea de

luz alrededor de la circunferencia de la tubería, por lo tanto es posible resaltar y perfilar la forma de

esta en cualquier punto, a lo largo de la inspección.

Cambios pequeños, pueden ser fácilmente detectados y con el uso de programas computacionales

adecuados, las distancias entre dos puntos cualesquiera de la línea de luz o laser, pueden medirse con

precisión. Además se puede generar una circunferencia en la pantalla del computador, que representa

el estado óptimo de la tubería y compara las deformaciones medidas con la forma real de la alcantarilla

y así calcular la gravedad de la deformación.

Otro producto de PANATEC, es el carro de inspección con tecnología laser.

Figura 13. Carros de Inspección con tecnología laser (PANATEC).






Esta es una efectiva herramienta capaz de digitalizar y medir todas las secciones de su red de

alcantarillado. Y posteriormente un potente software de posproceso representará los resultados de

estas mediciones.

2.2.6 ESCÁNER DE COLECTORES (SSET)

Por medio de esta tecnología es posible obtener los mismos beneficios que el CCTV, pero presenta

además otras características adicionales que mejoran los resultados obtenidos como son una

exploración continua a 360 grados, de esta manera se asegura un análisis del 100% del interior de la

tubería, además registra su ubicación.

Su velocidad de manejo es constante y no requiere detenerse para observas las fallas encontradas.

Aproximadamente su velocidad promedio de viaje es de 4 . Entre las últimas actualizaciones que

ha recibido este equipo se permite la generación de informes computarizados los cuales son

compatibles con los SIG (Sistemas de información geográficos), servidores y base de datos.

La inspección es realizada empleando escáneres ópticos y giroscopios.

Figura 14. Giroscopio. Fuente: (Mojica, 2008).

2.3 TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO

Las redes de alcantarillado al prestar un servicio a la población, se encuentra sujetas a fallas en su

sistema, las cuales dependen de forma directa del mantenimiento periódico que asegure su correcto

funcionamiento al pasar del tiempo. Este criterio de periodicidad y los procesos de mantenimiento que

se deben dar a un alcantarillado dependen de la complejidad del sistema y de la disposición financiera

que se presente. Es así como se deben realizar muestreos, modelaciones, análisis históricos entre otros,






los cuales permitan detectar las circunstancias problemáticas de mayor recurrencia y su manera de

control.

En redes de alcantarillado, se deben elaborar dos metodologías de mantenimiento que permitan un

manejo óptimo de la red y no solo corrijan las fallas sino que las prevengan. De esta manera se debe

contar un mantenimiento correctivo, el cual toma acción luego de producirse las averías. Un

mantenimiento preventivo, es aquel en que es necesario realizar diversas acciones programadas las

cuales vayan en pro de minimizar los daños del sistema, de esta forma se predicen las imperfecciones y

los puntos del sistema potencialmente críticos, mejorando el servicio y evitando gastos alarmantes al

intentar corregir daños de mayor magnitud. Por último es posible adicionar al mantenimiento

preventivo, un cierto monitoreo de varios parámetros de las instalaciones, con el fin de detectar

problemas anticipadamente. Las metodologías de inspección y limpieza en los alcantarillados, son de

vital importancia para la operación correcta, adecuada y continua del servicio, y es de esta manera como

se constituyen en las herramientas básicas del proceso de mantenimiento.

Los principales motivos que llevan al mantenimiento son: En primer lugar se encuentra la salud pública y

el funcionamiento continuo y eficiente del sistema. De esta manera le sistema se encuentra obligado a

no causar prejuicios o peligros tanto a los usuarios como a sus operadores. En segunda instancia se

encuentra el manejo de los activos bajo tierra, ya que su construcción implicó un alto costo económico

y por consiguiente se deben realizar procesos de mantenimiento que garanticen su integridad física.

Como siguiente pauta, se encuentra el control de la capacidad hidráulica del sistema, ya que esto evita

inundaciones y perjuicios a la salud pública. Finalmente, en el aspecto ambiental; cabe mencionar como

los sistemas combinados realizan periódicamente descargas al ambiente, lo cual es una preocupación

para toda la comunidad, la cual debe ser controlada reduciendo la frecuencia de las descargas y evitar

condiciones en el sistema que generen el desarrollo de agentes contaminante.

Realizar una jerarquización de las operaciones de mantenimiento, puede prevenir incidentes o la

necesidad de implementar metodologías de mayor complejidad, que impliquen un mayor costo. Una

jerarquización simple implementada por La empresa de Acueducto de Bogotá, para el mantenimiento

de alcantarillado podría definirse de la siguiente manera:

Nivel 1 - limpieza de rutina y periódica (mantenimiento preventivo). Si estos procedimientos no

se llevan a cabo puede conllevar al siguiente nivel.

Nivel 2 - desbloqueo de las tuberías (mantenimiento reactivo).

Nivel 3 reparación local y control de la raíces (mantenimiento preventivo con la necesidad de

procesos de inspección de alcantarillado). Si no se hace esto puede llevar al nivel 4.

Nivel 4 - rebosado. La falta de reparación podría conducir al colapso y a la necesidad de

reemplazar totalmente la tubería (nivel 5).

Nivel 5 - sustitución.






Un programa de mantenimiento estratégico, debe tratar de identificar la frecuencia requerida de cada

uno de los niveles de mantenimiento previamente identificados, con el propósito de minimizar los

costes. Cabe mencionar que este será un procedo dependiente de las condiciones locales, y del

conocimiento construido a lo largo del tiempo con respecto al estado del sistema (Read, 2005).

Adicionalmente, es necesario contar con una base de datos, en la que se registre los criterios para

realizar los diferentes procedimientos de mantenimiento y la frecuencia en que se seden realizar.

Un estudio realizado por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (American Society of Civil

Engineers, ASCE) reporta que las actividades de mantenimiento de mayor relevancia son la limpieza y la

inspección. En la siguiente tabla, se muestra la frecuencia promedio de diferentes actividades de

mantenimiento

Actividad Promedio (% del sistema por año)

Limpieza 29.9

Eliminación de raíces

2.9

Inspección de pozos de Inspección

19.8

Inspección de las tuberías

6.8

Pruebas de Humo 7.8

Tabla 4. Frecuencia de actividades de mantenimiento. Fuente: (Agency-EPA, 1999).

Al momento de estructurar un plan de mantenimiento es necesario tener en cuenta los siguientes

factores:

La edad del sistema, puesto que las redes más antiguas poseen un mayor riesgo y una alta

probabilidad al deterioro que las recién construidas.

La frecuencia y las ubicación de los problemas, ya que según la literatura 80% de los problemas

ocurren en un 25% del sistema.

Conocer el material de construcción de las tuberías, ya que las construidas con materiales más

susceptibles a corrosión tienen una mayor potencial de deterioro y de derrumbamiento.

Diámetro de la tubería o volumen transportado, puesto que las tuberías que reciben mayores

volúmenes tienen prioridad sobre las que transportan volúmenes pequeños.

La ubicación, ya que tuberías situadas en áreas con poca inclinación o que tienen una alta

probabilidad de inundación tienen una mayor prioridad.

Tuberías a presión vs. tuberías de flujo por gravedad. Las tuberías a presión tienen una mayor

prioridad que las de flujo por gravedad, considerando una equivalencia en diámetro, dada la

complejidad de su limpieza y rehabilitación.






Condiciones subterráneas, como son la profundidad del nivel freático, la profundidad hasta la

roca firme, las características del suelo (clasificación, resistencia, porosidad, compresibilidad,

susceptibilidad a heladas, erodabilidad y pH).

Potencial de corrosión, el sulfuro de hidrógeno (H2S) es responsable por la corrosión de las

tuberías, las estructuras y los equipos usados en sistemas de alcantarillado. Es necesario hacer

un monitoreo de las condiciones en el interior de las tuberías e implementar tratamientos según

sea necesario para prevenir el crecimiento de película bacteriana y la producción de gases de

2 (Agency-EPA, 1999).

Las variedades de aplicaciones de la tecnología en la hidráulica han permitido el desarrollo de diferentes

tecnologías aplicadas al mantenimiento de los sistemas de alcantarillado, en los siguientes numerales se

expondrán las más utilizadas a nivel regional y mundial.

2.3.1 REMOCIÓN HIDRÁULICA

Los métodos de remoción hidráulicas, se han identificado por ser más rentables al trasladar material de

un punto a otro y es además de un costo inferior, en la mayoría de los casos, en comparación con la

remoción mecánica.

2.3.1.1 Máquina de Esferas

Consiste en una esfera de limpieza de caucho con varias hendiduras; esta es capaz de girar y a su vez

limpiar el interior de la tubería a medida que aumenta el flujo en el sistema. Permite además la

remoción de depósitos de materiales inorgánicos sedimentados y las obstrucciones de grasa. Logra una

eficiencia en tuberías de diámetros desde 13-60 cm (5-24 pulgadas).

Su uso no es recomendado en tuberías que contengas uniones separadas o que sobre salgan ya que esto

afectaría la forma de la esfera.

2.3.1.2 Método de Vaciado

Implica la incorporación de un flujo fuerte de agua desde un pozo de visita; permite remover materiales

flotantes, arenas y gravas. Su implementación debe realizarse con algún método mecánico que optimice

el procedimiento. El método de vaciado no es conveniente en muchas ocasiones ya que solo logra el

desplazamiento temporal de los residuos sólidos entre secciones del sistema de alcantarillado.

Esta técnica de limpieza es también conocida como lavado hidráulico, en la cual por medio de ondas de

agua de corta duración se lava el sedimento en suspensión y se transporta aguas abajo. Generalmente

esta técnica es establecida como una medida correctiva y preventiva ante situaciones como son las

quejas de usuarios o fallas en el sistema. Su efecto es de corta duración y debe realizarse de manera

periódica.






Las ondas de agua u oleadas son producidas principalmente por sifones automáticos, los cuales son

dispositivos destinados a descargar de forma automática un volumen de aguas residuales en intervalos

de tiempos específicos. Otra posibilidad es capturando el agua, como en una especie de presa y

liberarla; esto puede ser realizado por medio de compuertas. Finalmente están los tanques móviles con

agua y el uso de los hidrantes con una manguera.

2.3.1.3 Chorros a Presión (Jetting)

Esta es una de las metodologías más utilizadas por su versatilidad y eficiencia al momento de remover

una amplia gama de materiales que contribuyen a la obstrucción del sistema de alcantarillado. Su

implementación implica el uso de altas presiones (100-350 bar) la cual es utilizada para remover los

materiales de la alcantarilla para luego ser transportados hasta un punto en el cual los sedimentos

puedan ser retirados. Las altas presiones son introducidas al sistema por medio de una manguera y un

inyector que cuenta con motores que permiten dirigir un chorro de agua a altas velocidades a la tubería

desde un pozo de inspección. Los motores, se encargan de propulsar la manguera logrando erosionar o

desgastar los depósitos que obstruyen la tubería. Se implementan además una incorporación de vacío o

desplazamiento de aire el cual es capaz de remover el material.

Este procedimiento remueve la acumulación de residuos sólidos, grasa y en tuberías de diámetros

pequeños es capaz de cortar y remover las raíces. Esta metodología es recomendada como proceso

rutinario de mantenimiento en las redes.

Su funcionamiento es realizado por un camión de gran tamaño el cual destapa y realiza lavados de

arrastre y remoción en tuberías de alcantarillado de gran gama de diámetros y de extensas dimensiones.

Además tiene la ventaja de extraer residuos y simultáneamente arrastrarlos por lo largo del tramo en

limpieza. Como se observa en la imagen, no es necesario un número elevado de operadores y las

continuas horas de trabajo de la maquinaria representan un gran rendimiento y eficiencia en trabajo.

Figura 15. Equipo de Limpieza por agua a alta Presión. Fuente: (EGARA AQUA-NET).






2.3.1.4 Trampa de Lodos , grasas e interceptores de arena y aceite

Esta es una opción de limpieza potencialmente útil, ya que permite interceptar sedimentos que viajan

por las alcantarillas. Estas trampas deben ser colocadas en lugares estratégicos y además ser vaciadas

periódicamente.

En la actualidad estos mecanismos se encuentran reglamentados en códigos locales de construcción, los

cuales exigen este tipo de estructuras en lugares específicos como son; los talleres de automóviles y

restaurantes. La limpieza de estos sistemas varía de acuerdo con la descarga a la que se encuentre

expuesta y puede variar entre cada dos o seis meses. A continuación se presenta un plano típico de este

tipo de trampas.

Figura 16. Plano Trampas para lodos y residuos. Fuente: (AQUATERSUM).

La instalación de estas trampas, evita de manera confiable las obstrucciones

de las tuberías y los problemas de funcionamiento por sólidos no

biodegradables. Su instalación es recomendada en sitios críticos ya que su

uso reduciría el costo del mantenimiento de los sistemas. Para el caso de los

aceites su configuracion es similar.

Figura 17. Trampas para lodos y residuos. Fuente: (AQUATERSUM).






Los separadores de grasas y aceites, son otra posibilidad para la remoción. Para su implementación, se

realizan cálculos del número de comidas preparadas en los restaurantes y se determina cual es la

capacidad del separador que se necesita. Este procedimiento es realizado por medio del fenómeno de

coalescencia y separación por gravedad. En el interior de este mecanismo se encuentran principalmente

placas planas inclinadas que favorecen que las partículas no deseables se junten por medio de un

sistema de calefacción temporizado.

2.3.1.5 Equipos de Succión

Generalmente son camiones, conocidos como Vactor, los cuales utilizan agua a muy altas presiones

para la limpieza del sistema de alcantarillado y además posee un sistema de absorción por medio de la

generación de vacío , que permiten una gran capacidad de succión de residuos que se aglutinan en la

red. Este equipo permite la extracción de los sólidos, su acumulación y transporte.

Figura 18. Equipo Vactor. Fuente: (MOO).

2.3.2 REMOCIÓN MECÁNICA

Métodos que implican el uso de dispositivos físicos con operaciones mecánicas para la realización de la

limpieza.

2.3.2.1 Sondas

Esta maquinaria, consiste en sondas roto dinámicas las cuales tienen la capacidad de llevar las varillas de

acero por medio de una bobina y además poseen un mecanismo que les proporciona fuerza para girar,

empujar y tirar las de las varillas. Esta metodología es eficiente en la limpieza de raíces, grasas y además

permite ir rompiendo o abriendo obstrucciones.






Respecto a depósitos de sólidos como arenas, no es posible su remoción por este método ya que este

mecanismo se encuentra diseñado básicamente para cortar los materiales que se encuentren en las

paredes de las tuberías.

Figura 19. Tipos de sondas. Fuente: (Mojica, 2008).

2.3.2.2 Método de Raspado

El procedimiento implica el uso de un motor y un eje de soporte el cual contiene barras continuas de

raspados. La rotación de estas, provoca que se deshagan los depósitos de grasas, cortan las raíces y

finalmente remueven las basuras. Esta metodología es de principal uso en tuberías de hasta 300 mm

(12 pulgadas).

Como información adicional, esta maquinaria permite la colocación de cables para los cables utilizados

en procesos de inspecciones televisadas y las máquinas de baldes (Agency-EPA, 1999).

2.3.2.3 Máquina de Baldes

Consiste en una máquina de forma cilíndrica la cual se encuentra cerrada en un extremo y posee dos

mandíbulas opuestas de bisagra al otro extremo del aparato. Su funcionamiento consiste básicamente

en un proceso de raspado que toma lugar cuando sus mandíbulas se abren y depositan todo el material

recolectado en un balde.

El procedimiento es realizado con gran lentitud pero es de gran confiabilidad ya que es posible concluir

una condición de la tubería de acuerdo al material evacuado. Como por ejemplo, si este es un color

banco grisáceo, implica que el techo de la alcantarilla contiene grandes fisuras que provocan el colapso

de secciones de la superficie interna de la tubería.






Este procedimiento, permite remover depósitos de gran tamaño de lodos, arenas, gravas entre otros

residuos sólidos. La imagen a continuación ejemplifica el procedimiento.

Figura 20. Sistema de Limpieza con máquina de Balde Fuente: (AIDIS).

La figura presenta dos máquinas de balde que se sitúan en dos cámaras de inspección próximas, de tal

manera que el equipo de arrastre sea capaz de desplazar los sedimentos recolectados.

2.3.3 REMOCIÓN EMPLEANDO SUSTANCIAS QUÍMICAS

La utilización de sustancias químicas en redes de alcantarillado para la remoción de sólidos es de gran

cuidado ya que pueden llegar a afectar el material de la tubería, además de tener repercusiones

ambientales cuando las aguas del alcantarillado son dispuestas. De esta manera es necesario, revisar

cuidadosamente las diferentes hojas de seguridad industrial de materiales y contactar a la autoridad

local para conocer a fondo la legislación referente al químico a utilizar.

Ante raíces, grasas y jabones la implementación de sustancias químicas es bastante rentable, aunque su

efectividad depende directamente de la naturaleza del problema y su punto de desarrollo. La

implementación de estos compuestos no solo permite la remoción de ciertos residuos, sino también

permite el control de olores, corrosión del concreto y de roedores.

Específicamente de las obstrucciones, el control de raíces tiene un efecto de larga duración de

aproximadamente 2 a 5 años, mucho más rentable que los procesos de raspado. Referente a las grasas y

jabones existen diversas sustancias químicas que permiten su control; este es el caso de ácidos

biológicos, enzimas, cultivos de bacterias, catalizadores, materiales cáusticos, hidróxidos y

neutralizantes.






2.3.4 CONTROL DE OLORES Y GASES

Las aguas residuales, recolectadas por el sistema de alcantarillado, al contener cualquier materia

orgánica la cual contenga sulfato y nitrógeno en período de descomposición por causa de bacterias

anaerobias, producen olores degradables y ofensivos. Este cúmulo de sustancias, generan lo que se

conoce como gases inorgánicos y vapores orgánicos, entre los que se encuentran el ácido sulfhídrico

(H2S), amoníaco (NH3), dióxido de carbono (CO2), metano (CH3), nitrógeno (N2), oxígeno (O2), y

finalmente hidrógeno (H2). Por lo general estos compuestos químicos son inodoros por excepción del

ácido sulfhídrico y el amoníaco, y posteriormente se desprenden compuestos orgánicos como son:

mercaptanos, metilsulfitos, aminas, escatoles, fenoles, ácidos, aldehídos y acetonas (Noguera, 1995).

Como factor adicional a estos compuestos, el olor en las tuberías es incentivado por mezclas de gases

inorgánicos y vapores orgánicos junto con solventes volátiles y sustancias de base de aceite mineral las

cuales llegan a la red.

El control de olores, es posible de ser controlado por medio de diseños adecuados, proveyendo

ventilación y alivio de aire o se pueden añadir productos químicos oxidantes, ajustadores de pH o sales

metálicas, o también es posible ocultar los olores con aditivos químicos, con procesos de aireación o

adsorción con carbón activado. La formación de sulfuros, es otro fenómeno que debe ser estudiado en

la composición de las aguas residuales, ya que los sulfatos son reducidos anaeróbicamente por bacterias

a ácido sulfhídrico o puede de ser oxidado por bacterias aerobias a ácido sulfhídrico el cual es un agente

corrosivo de los conductos. La generación de H2S, puede ser estimada por medio del factor de Pomeroy

(Z), el cual es función de la DB05, la temperatura (T), el caudal (Q), la pendiente(S) y la relación

perímetro mojado-profundidad del flujo (P/H):

= ( . ) ( )

Donde:

DB05 (mg/l): Demanda biológica de oxigeno.

T (C): Temperatura.

S (m/m): Pendiente.

Q (l/s): Caudal.

P (m): Perímetro mojado.

H (m): Profundidad de flujo.






De esta manera es posible predecir la producción del acido sulfhídrico:

Tabla 5. Generación de H2S por medio del factor de Pomeroy. Fuente: (Noguera, 1995).

2.3.5 MATENIMIENTO DE CANALES

El mantenimiento de los canales, está relacionado con la limpieza y recuperación de cada uno de los

componentes de los canales revestidos y no revestidos. Dichas partes son:

Rampas de acceso.

Bermas.

Placas.

Zonas verdes.

Zonas de fondo y taludes.

Cada una de las actividades a realizar se muestran en la siguiente tablas; este procedimiento ha sido

tomado de las normas técnicas del Acueducto y Alcantarillado de Bogotá.

Actividades Procedimiento

Etapa de diagnóstico

Incluye la verificación de las acciones a realizar, estableciendo sus alcances y localizando los sectores en los cuales se realizarán. Además se debe realizar una inspección visual que permita detectar la magnitud de las afectaciones

Preparación del área de trabajo

Las zonas de maniobra de la maquinaria y depósito temporal de los lodos extraídos, deben ser sometidas a un proceso inicial de levante de la cobertura vegetal y almacenamiento temporal en zonas aledañas, lo cual permita su reutilización al finalizar cada tramo.






Remoción de material vegetal

La labores de poda, despaste, deshierbe y plateo deben realizarse periódicamente en las zonas de los canales, con un mínimo de tres meses u otro periodo definido por la empresa. El material proveniente de cada actividad se debe recoger y su disposición final no puede exceder 24 horas.

Manejo de aguas

Cuando se requiera el manejo de aguas para el desarrollo de las labores de limpieza, reconstrucción o mantenimiento, se deben colocar ataguías laterales, construidas con bolsas o sacos y llenas de material de composición arcillosa para evitar el acceso de agua a los sitios a mantener o reparar. En el caso de crecientes inesperadas debe preverse acciones de contingencia para romper las ataguías y permitir el flujo libre del agua en toda la sección del canal.

Remoción de lodos basuras y escombros

La recolección de los lodos debe realizarse periódicamente, utilizando los recursos humanos y el equipo acorde con los requerimientos del tipo de canal en que se va a desarrollar esta labor. La remoción de lodos consiste en la excavación del sedimento depositado en el canal. Adicionalmente se debe retirar todo el material sólido visible tal como basuras, escombros, desperdicios o cualquier sólido que impida el normal comportamiento del canal.

Impermeabilización de Juntas

Una vez realizado el despaste y limpieza de juntas debe realizarse el sellado de las juntas de dilatación en los canales revestidos. El sellado de las juntas debe hacerse con un material asfaltico bituminoso el cual debe garantizar una elasticidad permanente, permitiendo que se presenten las dilataciones en las juntas sin que sufran agrietamientos.

Evaluación del canal

Una vez realizadas las labores de mantenimiento del canal se debe proceder con la evaluación de las condiciones del canal; dicha evaluación consiste en la verificación de su estado hidráulico, estructural, geotécnico y ambiental a partir de una inspección y verificación detallada para detectar alteraciones en el mismo. La evaluación no debe solo considerar cada uno de los aspectos de manera independiente sino en forma integral.

Tabla 6. Actividades a realizar para el mantenimiento de canales.

2.4 TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN

Los procesos de rehabilitación en alcantarillados se pueden definir como todas las medidas necesarias

para restaurar o mejorar el funcionamiento de un sistema de redes existente. La rehabilitación de

alcantarillados puede estar acompañada por procesos de reparación, renovación, o reemplazo en el

sistema, los cuales se definen como:






La Reparación es una labor encaminada a corregir un daño localizado en el alcantarillado.

La Renovación es el trabajo para mejorar el funcionamiento de una longitud del alcantarillado

incorporando un alcantarillado nuevo.

Y finalmente el Reemplazo es la construcción de un nuevo sistema de alcantarillado,

incorporando y posiblemente mejorando las funciones del anterior.

La siguiente figura, muestra cada una de las fases o etapas del ciclo de vida de una red de alcantarillado;

como se observa la operación y el mantenimiento del sistema son procesos constantes que incluyen la

reparación, renovación y finalmente un reemplazo de la tubería.

Figura 21. Ciclo de Vida de un sistema de alcantarillado (Davies, 2000).

En los proyectos de infraestructura, todos sus elementos cuentan con una vida útil de diseño, dentro de

la cual se requieren procesos de mantenimiento (incluyendo reparación), renovación y por último el

reemplazo. El costo de reemplazar tuberías en los sistemas de alcantarillado es bastante alto, ya que en

la mayoría de los casos se debe se debe interrumpir el servicio e incurrir en costos extras como son los

sociales, entre los que se encuentra interrupción en la movilidad y generación de contaminación. Esto

da lugar al refrán popular en la rehabilitación de alcantarillados que dice que: "el activo más grande es el

(Rodríguez, 2006).

El esquema metodológico más acertado en procesos de rehabilitación, debe retener hasta donde sea

posible el sistema existente y ocasionar la mínima interrupción a la comunidad. Es así como se debe ser

selectivo y concentrarse en áreas b/asicas de acuerdo con una estrategia integral.

Las tecnologías de rehabilitación implementadas, se pueden dividir en la utilización de zanja o la no

utilización de esta y además puede ser nuevamente clasificada en función de una labor de reemplazo o

El proceso de apertura de zanja es considerado reemplazo en sus dos versiones, angosta y

convencional, mientras que las tecnologías sin zanja pueden ser catalogadas como reemplazo o

(Oro, 2008).






2.4.1 REPARACIÓN

Las metodologías de reparación o de estabilización, incluyen la reconstrucción de longitudes cortas ,

pero no de la tubería completa. En el caso de contar con problemas de infiltración, se deben realizar a

manera preventiva procesos de reparación, ya que estos no implican la reconstrucción de la estructura o

una alteración de las dimensiones de la tubería, pero si solucionan la problemática de forma directa.

Los objetivos generales de la reparación, son corregir los defectos y reducir la infiltración en tuberías de

alcantarillado que se encuentra intacta físicamente y solo requiera de procedimientos de baja escala. Es

así como problemas que se detecten visualmente como falta de mortero y en general problemas de

albañilería que se ven representados en fugas e infiltraciones en los empalmes, las cuales pueden ser

solucionadas de forma sencilla.

El principal problema o dificultad con los elementos subterráneos es la localización y el alto potencial de

generación de problemas originados por su ubicación y las condiciones del entorno en que se encuentra.

Antes de implementar una reparación puntual, se debe realizar un análisis previo donde se determine la

localización y la condición de la tubería por medio de una inspección integral. Previamente, es necesario

implementar procedimientos de limpieza, los cuales permitan obtener un perfil más exacto del

problema, así como para proporcionar una superficie limpia para las técnicas de reparación.

Dependiendo del problema y de su magnitud, es posible determinar si la reparación es de carácter

puntual o si se debe implementar un plan más exigente de renovación. Entre las técnicas de reparación

más comunes cabe resaltar:

2.4.1.1 Lechado, sellado y aplicación con rocío

El sellado con productos de origen químico es uno de los métodos, de reparación puntual interna, más

implementados en las juntas que poseen infiltraciones o fugas en las tuberías de alcantarillado y que se

encuentran debajo de la línea de agua subterránea. Claro está que este procedimiento no proporciona

una reparación estructural y es inadecuado para tuberías con grietas longitudinales o circunferenciales y

para roturas totales.






Figura 22. Junta Sellada con productos químicos (CALTRANS).

Para la aplicación de esta técnica se debe procurar sellar los empalmes en que visualmente se observan

problemas físicos o se ha percibió algún tipo de fuga o infiltración. Algunos tipos de lechadas químicas

han fallado en regiones áridas donde se han secado demasiado rápido o han reaccionado químicamente

con el agua de zonas costeras. Algunas experiencias han concluido que la esperanza de vida para las

lechadas químicas no es de más de 15 años; otras referencias indican una vida útil de 20 años, y se sabe

que pueden durar mucho más en túneles y presas.

Para tuberías pequeñas el sellado es acompañado de equipos especiales y de una cámara de televisión

(CCTV). El envase de lechada y la cámara son halados dentro de la tubería por cables. Paso seguido aire

o agua son introducidos dentro de la tubería para probar la eficiencia del proceso (Mojica, 2008).

El procedimiento de estas metodologías puede ser manual o mecánico, las siguientes figuras muestran

la realización del procedimiento en ambas técnicas






.

Figura 23. Proceso de Lechado, sellado y aplicación por Rocío Fuente: (Davies, 2000),

La figura 23, muestra como se realiza un proceso de lechado, sellado y aplicación por rocío.

1. Presión en la línea.

2. .

3. Q .

4. Manga de la línea aérea.

5. Fin de la línea aérea.

6. Manga.

7. Fin de los elementos.

8. Sellado de las almohadillas.

9. Puertos de Inyección de químicos.

10. Sensor de presión.

Figura 24. Sellado químico y manual. Fuente: (CALTRANS).






En tubos de gran diámetro, en los cuales es posible el ingreso de un operario, este realiza un proceso

manual de sellado de las juntas.

Los materiales utilizados como suplementos para el sellado son variados, aunque las resinas principales

son los geles y el poliuretano. La decisión entre tomar una resina u otra se basa en aspectos tales como

suficiencia de penetración, resistencia química y capacidad de soportar ciclos seguidos de secado y

humedad. Generalmente el poliuretano es más caro y difícil de instalar.

Respecto al sellado químico, esta metodología es utilizada para sellar juntas con filtración y grietas

circunferenciales así como pequeños huecos. La lechada química debe inyectarse bajo presión

generalmente con la ayuda de un sistema de tapas después de una evaluación de las juntas o grietas y

una limpieza apropiada. El proceso de limpieza debe realizarse inmediatamente antes del proceso de

aplicación de la lechada y se deben remover del perímetro interior de la tubería la arena u otro tipo de

sedimentos y depósitos.

La utilización de esta técnica requiere también desviar el flujo del agua residual alrededor del segmento

de tubería a ser tratado con lechada, hasta que se cure la misma. La lechada química se puede aplicar

también para llenar los vacíos en el relleno exterior de las paredes del colector o tubería para mitigar el

movimiento hacia afuera de las tuberías debido a la presencia del vacío en el relleno. La aplicación de

lechada química no es una solución viable para grietas longitudinales o para tuberías de colectores

deterioradas severamente o dañadas estructuralmente (Gutiérrez 2006).

2.4.1.2 Reparación mecánica por Mangas (Sleeve)

Esta técnica es complementaria al sellado de las juntas, ya que surge como un mecanismo de ayuda que

realizar un mejor sellado.

Figura 25. Proceso de sellado con ayuda de mandas o anillos Fuente: (Mojica, 2008).






Otra manera de ingresar los anillos o mangas, en tuberías de diámetros pequeño, es por medio de un

equipo especializado que permite ingresar la manga y sellarla a la tubería por medio de productos

químicos o de sellado por rocío. En la Figura 26, es posible observar en detalle como ocurre el

procedimiento y el resultado final.

Figura 26. Proceso de sellado por medio de mangas Fuente: (DBI, 2006).

Cabe resaltar que este procedimiento puede ser interno o externo, y se utiliza principalmente para

reparaciones de tipo estructural, de infiltración y cuando la tubería presenta pérdidas de tramos. Estas

mangas, proveen un ajuste preciso a la tubería receptora cuando se expande.

2.4.1.3 Sellado con articulaciones (Link Pipe)

Es una técnica relativamente simple la cual es utilizada en alcantarillados con deformaciones para

restaurar la sección circular; este procedimiento implica un cubrimiento de la zona dañada con una

manga de PVC o acero. Dado que estas mangas de reparación pueden ser instalado a través de una

cámara de acceso (pozos de registro) no se requiere excavación.

Inicialmente se comienza con un proceso de limpieza, donde todos los pedazos colapsados del tubo

anterior son retirados. Luego de la limpieza se coloca la pieza de Link Pipe en el punto requerido.

Posteriormente se usa una prensa neumática para colocar la pieza tocando la corona del tubo huésped.

Finalmente se utiliza otro gato para completar la forma de anillo de la pieza y terminar de cubrir

completamente la sección de la tubería.

Figura 27. Reparación con Link Pipe Fuente: (DBI, 2006).






Seguido a esto empieza el proceso de sellado del espacio anular para el cual se utiliza algún tipo de

resina o mortero.

El equipo básico consiste en:

Gato horizontal con adaptaciones a la tubería.

Gato vertical con adaptaciones a la tubería.

Suficiente longitud de manguera para utilizar los equipos.

Bomba hidráulica para accionar los gatos.

Figura 28. Equipo utilizado en la reparación con Link Pipe Fuente: (DBI, 2006).

2.4.1.4 Reparación con Robots

Es una metodología de reparación puntual interna; los robots móviles son adecuados para situaciones

en que no es posible la entrada de un operario ya sea por espacio, por falta de oxígeno o problemas de

gases tóxicos dentro de las condiciones del ambiente.

Estas son tecnologías implementadas y desarrolladas en Europa y años después en Norte América, y su

principal usos es la inspección, pero gracias a los avances tecnológicos se les han agregado

herramientas con el fin de realizar procedimientos de reparación puntual. La principal técnica que

utilizan los robots para reparar alcantarillados es la inyección de resinas. La robótica ha desarrollado

máquinas que pueden reducir obstrucciones y en segunda fase realizar algún tipo de reparación.

Entre estos vehículos mecanizados o robots, se encuentra el fresador el cual es una nueva técnica

destinada a diferentes funciones adaptándose así mismo a cualquier tipo de tuberías y/o colector

procediendo a la inspección de la misma y a su posterior rehabilitación sin necesidad de aperturas de

zanjas y eliminando los diferentes obstáculos que se encuentran dentro de la canalización y que podrían

frenar y reducir la capacidad hidráulica de la red. Estos sistemas permiten una información única como






la recogida y actualización de datos, posibilitando el conocimiento del estado de las canalizaciones en

todo momento (AQUA-NET).

Figura 29. Reparación de Tuberías con Robots. Fuente: (AQUA-NET).

2.4.1.5 Tubería endurecida en el punto de aplicación en tramos cortos

Durante el proceso de rehabilitación de un colector por endurecimiento de la tubería en el punto de

aplicación (cured-in-place pipe, CIPP), dentro de la tubería existente se inserta un tubo flexible de

revestimiento, cubierto con una resina fraguada térmicamente, la cual se endurece para formar la nueva

tubería. Normalmente el tubo de revestimiento es insertado en la tubería existente. El tubo flexible de

revestimiento sostiene la resina en posición hasta cuando el tubo es insertado dentro de la tubería

existente y a través de los pozos de inspección o de acceso hasta que esté listo para el endurecimiento.

Las resinas más comunes que se fabrican incluyen el poliéster no saturado, son el ester de vinilo, y la

resina epóxica, cada una de las cuales tiene diferentes resistencias químicas a las aguas residuales

domésticas (EPA, 1999).

Los materiales que se utilizan, normalmente son:

Felpa:

Felpa de poliéster con capa de poliuretano.

Espesor designado para cumplir requerimientos estructurales.

Contenedor para la resina.

Sistema de resina:

Resina de poliéster, eter-vinilo o epoxi.

Catalizador para acelerar el proceso de curado.

Adición de Color para asegurar saturación de la resina y mejorar inspección por CCTV.

El procedimiento a realizar es el siguiente:

Limpiar e inspeccionar antes de la instalación.






Producir felpa a la medida e impregnarla.

Figura 30. Proceso de Impregnación de la Felpa. Fuente: (PAVCO, 2009).

Instalar Felpa con proceso de inversión

Figura 31. Inversión de la Felpa con aire o agua. Fuente: (PAVCO, 2009).






Curar la felpa o encamisado (Con agua o vapor)

Figura 32. Proceso de curado de la Felpa (Con agua o vapor). Fuente: (PAVCO, 2009).

Cortar sobrantes y domiciliarias

Inspección final y reporte con

Las principales aplicaciones de esta metodología se muestran en la Tabla número 7.

Tabla 7. Aplicaciones de Metodología CIPP Fuente: (PAVCO, 2009).






Esta metodología puede ser implementada para rehabilitar colectores que presenten problemas como

grietas, uniones desfasadas, y segmentos estructuralmente deficientes. Ya que el material de la resina

ya fraguada se incorpora con los materiales de la tubería existente para formar una especie de sellado

de mayor impermeabilidad en comparación de otras técnicas. Los dos métodos CIPP principales son el

de monta carga fijo, y el de inversión en el punto de construcción. Estos métodos son implementados

durante la instalación para movilizar el tubo de revestimiento a lo largo de la tubería existente.

Las principales limitaciones de esta metodología son es el requerimiento de desvío del caudal, en

algunas ocasiones el endurecimiento de la tubería puede resultar difícil en segmentos largos, una

deficiente instalación puede ser imposible o difícil de corregir, la resina puede llegar a coagularse en el

fondo de la tubería y finalmente se reduce el diámetro de la tunería.

2.4.2 RENOVACIÓN

Cuando un sistema de alcantarillado deja de cumplir su función de transportar el agua residual o el agua

lluvia hasta su disposición final. Es necesario la implementación de un conjunto de actividades que

permitan conocer su situación actual, cuál es su caudal y posteriormente bajo un criterio establecido

tomar la decisión de renovarlo o rehabilitarlo.

La renovación es utilizada en los casos en que el grado de deterioro de la tubería amerita su reemplazo o

sea indispensable el incremento de la sección. Además es utilizada cuando la frecuente reparación de las

tuberías resulta de gran costo económico y se requiere el levantamiento o la destrucción de la tubería.

Entre las indicaciones que manifiestan la necesidad de una renovación en las redes de alcantarillado se

encuentran las siguientes: colapsos parciales, inundaciones de vías y propiedades, incremento en la

contaminación de los cursos de aguas, obstrucciones y altas tasas de infiltración. De manera general, es

un procedimiento que permite mejorar el funcionamiento de una longitud de red de alcantarillado

incorporando una nueva tubería que permita una mejora en el manejo del sistema desde la perspectiva

de mantener las capacidades hidráulicas del la línea existente. Cabe resaltar que la diferencia de estos

métodos en comparación con los explicados anteriormente en el ítem de reparación, es la magnitud de

la obras.

Respecto al costo social y económico de este procedimiento es bastante alto ya que implica la

interrupción del servicio, del tráfico y hasta de otros servicios, lo cual generaría mayores costos

económicos en la parte social y menos en el constructivo. Esto implica la realización de una

metodología que permita evaluar el costo beneficio de este procedimiento.

2.4.2.1 Tubería curada en sitio

Esta metodología, fue explicada dentro de los procesos de reparación, pero bajo el ítem de renovación

se considera la rehabilitación de tramos largos curados en sitio, entre puntos de inspección. Como se






había mencionado, esta técnica consiste en la inserción de una membrana flexible, en forma de tubo,

saturada con resina dentro de la tubería existente. Este procedimiento de instalación, se realiza fijando

uno de los extremos del tubo al comienzo de la tubería receptora, por medio de un anillo y el

revestimiento se coloca de forma invertida. Posteriormente mediante el uso de agua o aire a presión el

tubo se invierte de tal forma que el lado interior del revestimiento quede en contacto con el lado

interior de la tubería receptora y se adapte a su forma. Luego se cura el revestimiento con vapor o aire

caliente. La naturaleza elástica del fieltro saturado con la resina antes de curar, permite la instalación

alrededor de curvas y se extiende sobre imperfecciones y maniobra a través de los defectos de la

tubería. En los procesos de curado e instalación, el fieltro se cura y forma una nueva tubería con

ligeramente menor área superficial así como sin juntas o uniones y un coeficiente de fricción mucho más

bajo, el cual mejora la capacidad del flujo a pesar de la reducción del diámetro de la tubería.

2.4.2.2 Doblado y Formado

El revestimiento de Doblado y Formado utiliza una tubería de Polietileno termoplástico o PVC doblada y

deformada, la cual se hala y se coloca dentro de una tubería receptora existente y luego se infla y se

impregna para restablecer el diámetro interno de la tubería receptora utilizando alta presión (Kramer et

al.1992).

Los revestimientos son piezas manufacturadas en fábrica y vienen en longitudes y diámetros

predeterminados. A la terminación de la instalación, se debe reinstalar la conexión de los servicios

laterales. Cabe resaltar, que según la literatura, la utilización de este método puede ser limitada en caso

de excesivo asentamiento, o el no alineamiento de la tubería receptora, o desplazamiento de juntas. En

otras palabras el perfil de instalación de la tubería receptora no puede ajustarse, por los defectos

anteriormente mencionados, lo cual impide la implementación de esta técnica. Entre las ventajas se

presenta una mejora en el comportamiento hidráulico y estructural de la tubería receptora y eliminan la

infiltración por aguas subterráneas y la filtración por escorrentía superficial.

Figura 33. Proceso de doblado y formado. Fuente: (Gutíerrez, 2006).






A continuación, se presenta el procedimiento de doblado y formado, implementado por la compañía

SUBTERRA en el Reino Unido. Su metodología consiste en insertar una tubería doblada, claro está que

esta no se adecua con facilidad a las maniobras que se puedan presentar en la res.

El procedimiento a implementar consiste en:

El tubo de polietileno es empujado por un molde para doblarlo en forma de corazón y sostenido

por medio de bandas. La sección de esta tubería es usualmente un 40% menor que la de la red a

rehabilitar lo cual facilita la instalación.

Para insertar la tubería es necesario que la red a rehabilitar se encuentre limpia.

La tubería es insertada dentro de la red existente en forma continua hasta longitudes de 1000 m

dependiendo del diámetro y las condiciones del terreno.

Una vez insertada la tubería esta es tapada y llenada con agua para ser presurizada; en este

proceso se rompen las bandas y la tubería recobra su forma redonda original, adhiriéndose a la

red a rehabilitar sin necesidad de aplicar ningún material (Mojica, 2008).

Figura 34. Proceso de inserción de la tubería. Fuente: (SUBTERRA).

2.4.2.3 Revestimiento Deslizante

La técnica de revestimiento deslizante, es una técnica implementa con poca o nula excavación, en la cual

un nuevo revestimiento de menor diámetro se coloca dentro de la tubería existente o receptora, por

medio de halar o por un mecanismo de empuje. Posteriormente el espacio intermedio entre ambas

tuberías es rellenado a presión con algún cemento o material epóxica. En los casos en que el

revestimiento nuevo no es rellenado interiormente éste no se considera estructural. En muchos casos

de inserción de revestimiento, los registros sanitarios no pueden funcionar como puntos de acceso

apropiados para realizar la actividad; por esta razón la inserción de revestimiento no constituye una

técnica completamente sin zanja; sin embargo la excavación requerida es considerablemente menor a

las técnicas de excavación y reemplazo (EPA, 2002). Adicionalmente, este procedimiento de puede

realizar de forma continua o discontinua.






La reducción en la capacidad hidráulica, causada por la disminución en el área transversal se puede

balancear con la disminución en la fricción superficial en las paredes interiores de la tubería, lo que se ve

reflejado en una reducción de la rugosidad y de las pérdidas. Algunas de las ventajas de este método son

el tiempo corto de instalación y la larga longitud que se puede instalar. El revestimiento deslizante

restablece la integridad estructural, puede mejorar la capacidad hidráulica y elimina la infiltración.

Figura 35. Revestimiento Deslizante. Fuente: (Gutíerrez, 2006).

Técnica de Halado

Es implementado en tuberías de polietileno con uniones fundidas. Consiste en halar la nueva tubería

empleando un cable de acero y un cabrestante; el cable debe atarse a una cabeza especial o a un acople

situado en la tubería de polietileno. Finalmente el cable es tensionado y la tubería se desliza dentro de la

existente. Este procedimiento se representa en la siguiente figura.

Figura 36. Técnica de Halado en Revestimiento Deslizante. Fuente: (UNEP).






Técnica de empuje

Esta técnica es utilizada cuando se trata de tuberías de PVC rígidas o tuberías de polietileno de

diámetros y paredes grandes. En el empuje se utiliza una retroexcavadora que introduce la nueva

tubería y la desliza dentro de la antigua como se observa en la Figura 37.

Figura 37. Técnica de Empuje en Revestimiento Deslizante. Fuente: (Mojica, 2008).

El proceso convencional de deslizamiento de tubería, para efectos prácticos, se basa en siete pasos

básicos. Estos son:

i. Inspección de la tubería existente.

ii. Limpieza de la línea.

iii. Preparación de la nueva tubería: Unión de los tramos de la tubería de polietileno y preparación

de tuberías rígidas.

iv. Acceso a la tubería original deslizando o empujando la nueva tubería.

v. Acople de las líneas de servicio.

vi. Acople de conexiones laterales.

vii. Rehabilitación del espacio y puesta final del servicio.

2.4.2.4 Metodologías de renovación en pozos de Inspección.

Los pozos de inspección se definen como cámaras verticales que permiten el acceso a los colectores

facilitando así el ingreso a estos para su inspección y mantenimiento. Como parte de la red de

alcantarillado, es vital conocer las técnicas de rehabilitación existentes para la renovación de estas

estructuras de acceso. A continuación se listan algunas metodologías encontradas en la literatura.

2.4.2.4.1 Recubrimientos cementantes interiores.

Estos recubrimientos son aplicados con un palustre, rociados o vaciados, y se utiliza con el propósito de

sellar las grietas en el interior del pozo. Estos recubrimiento contienen principalmente una mezcla de






cemento y material granular. Los recubrimientos, se pueden rociar de forma directa en el muro, sobre

una malla de alambre, o vaciarse en una formaleta con refuerzo.

Estos recubrimientos, contienen con frecuencia aluminato cálcico como aditivo, el cual brinda una

resistencia adicional a la posible corrosión del concreto.

Figura 38. Aplicación del recubrimiento al pozo de inspección Fuente: (MADEWELL).

2.4.2.4.2 Revestimientos de fibra de vidrio curada en sitio

Se emplean para revestir todo o parte de la superficie interior del pozo de inspección, los revestimientos

consisten de una capa de tela saturada con una resina liquida. La capa se coloca dentro del pozo, se infla

y luego se cura. La tela consiste típicamente de capas de fibras de vidrio tejidas y adheridas a una

membrana no porosa. La resina es epóxica y el método de curado es mediante vapor. Durante la

instalación se remueven las barras de las escaleras y pueden o no reinstalarse.

Figura 39. Revestimiento en fibra de vidrio. Antes y después de aplicar el procedimiento. Fuente: (POLY-TRIPLEX, 2006).

2.4.2.4.3 Recubrimientos Epóxicos Interiores

Los recubrimientos epóxicos se aplican con un rociador y son utilizados con el objetico de cubrir

completamente el interior del pozo de inspección y formar una barrera contra el agua y el vapor. Este






recubrimiento es epóxico de dos componentes, típicamente 100% de sólidos por volumen. Los

recubrimientos requieren abrasión a presión o agua a alta presión para limpiar y preparar la superficie.

Figura 40. Rehabilitación de pozos de inspección con epóxicos. Fuente: (PERMAFORM, 2005).

2.4.2.4.4 Anillos de nivelación

En los casos que se requiera reacomodar la estructura la cual se ha movido horizontalmente y/o elevar

la tapa sobre el nivel con el propósito de prevenir la infiltración por escorrentía, principalmente en áreas

no pavimentadas, o con depresiones en las que se puede producir un empozamiento del agua. Es

recomendable la instalación de anillos de nivelación que permitan elevar la cima de la estructura sobre

el nivel.

Adicionalmente, estos anillos sirven para sellar el interior del pozo, ya que se encuentran fabricados en

un caucho pesado el cual se mantienen en el sitio mediante anillos de acero inoxidable los cuales se

expanden.

Figura 41. Anillos de nivelación. Fuente: (Gutíerrez, 2006).

2.4.2.4.5 Revestimiento.

Los revestimientos de PVC, se emplean para recubrir parcial o totalmente la superficie interior de un

pozo de inspección. Están constituidos por hojas de PVC las cuales se conectan mecánicamente o son

adheridas a la superficie. La conexión mecánicas se puede realizar por medio de dos sistemas; el primer






sistema son formas que sobresalen del material de PVC las cuales se embeben en lechada que se aplica

en el interior del pozo, o mediante el ensamble al pozo de anclajes de acero inoxidable con una punta de

PVC soldada en la parte superior del anclaje.

La conexión por adherencia se realiza mediante la aplicación de un polímero al concreto del pozo de

inspección, al cual se le pega luego el PVC por medio de un activador (Gutíerrez, 2006).

Los recubrimientos en polietileno de alta densidad y fibra de vidrio, son rígidos y se fabrican en planta

para ajustarse al tamaño interior del pozo. Se emplean para recubrir el pozo por tramos y se instalan

mediante excavación.

Figura 42. Revestimiento de PVC y Aros de polietileno. Fuente: (Gutíerrez, 2006).

2.4.3 REEMPLAZO

El reemplazo, es una forma de rehabilitar una tubería existente por medio de la instalación de una línea

nueva, sin tener en cuenta alguna función de la tubería existente. Este procedimiento, consiste en

implementar un nuevo proceso constructivo y permite por lo tanto mantener o aumentar la capacidad

de la tubería. En la mayoría de los casos esta alternativa es aplicada a tuberías o colectores que ya han

cumplido su vida útil.

Este tipo de metodologías solo deben ser implementadas como última opción ya que implican un gran

costo económico.

De manera general, estos procedimientos tienen dos tendencias de realización; la primera consiste en

las metodologías que implican apertura de zanja y las que no. A continuación se listan las ventajas o

desventabas bajo esta partición de los procedimiento de reemplazo.






Con apertura de Zanja Sin apertura de Zanja -Alto costo de operación en la apertura de la zanja, sobre todo si hay niveles freáticos altos. -Es aplicable a todos los casos de renovación o rehabilitación de tuberías. -Solo se pueden realizar cuando existen cambios significativos en la pendiente o la alineación de la tubería existente. -Se interrumpen las actividades de los residentes de la zona y de las condiciones habituales mientras se realiza la obra. -Se pueden afectar otras redes durante la obra. -El tiempo de ejecución varía de acuerdo con el estado del clima entre otras variables. - Las tecnologías y los materiales para realizar este tipo de trabajos están disponibles en el medio. -Genera una gran cantidad de materiales de desecho y altos costos de transporte y disposición de los mismos. -Las licencias de excavación en las ciudades son cada día más exigentes.

-Ahorros en costo de instalación hasta en un 70%. -No requiere excesivas excavaciones, rellenos y reparaciones. -Disminución de perturbaciones urbanas, siendo posible mantener las condiciones del ambiente. -No altera otras líneas de servicio para lo cual es necesario contar con el mapeo adecuado. -La maquinaria en esta metodología es muy especializada y necesita operarios hábiles que logre mantener una tensión de halado y temperaturas ideales en las máquinas para que el proceso de instalación se realice satisfactoriamente.

Tabla. 8 Comparación entre los métodos que requieres apertura de zanja y los que no. Fuente: (Oro, 2008).

2.4.3.1 Con Apertura de Zanja

Este procedimiento, consiste en la excavación vertical a lo largo de la línea de alcantarillado con el

propósito de formar una zanja, retirando la tubería existente y colocando nuevos tubos en la zanja y

consiguiendo una recuperación total o parcial de las capas de relleno alrededor de la instalación y la

superficie de la excavación. En la mayoría de las ocasiones se requiere un número elevado de personal y

maquinaria para realizar el procedimiento y de esto depende que tan productivo y efectivo sea.

Esta metodología puede ser aplicada en una amplia gama de tuberías y profundidades y además es uno

de los métodos más empleados en proyectos de media y baja escala. De manera general, consiste en

excavar una zanja y remover la tubería existente, preparar el material que servirá como base para la

nueva tubería, instalar la nueva tubería y finalmente rellenar la zanja alrededor del tubo con material

proveniente del sitio o con material previamente compactado. En el caso en que exista pavimento en el

sitio, es necesario repararlo a un espesor prudente para proteger la tubería en la zanja. El costo de esta

técnica, depende de forma directa de la profundidad de la instalación, la existencia de nivel freático en

la excavación y las condiciones de la superficie del terreno.






A continuación se presenta una imagen de este tipo de procedimiento:

Figura 43. Apertura de zanja. Fuente: (ACUACAR),

La excavación con zanja denominada angosta, requiere una excavación de achos entre 50 a 100 mm

mayores al diámetro exterior de la tubería a instalar y además no requiere de la entrada de operarios al

sistema. La zanja convencional es el método más tradicional en el cual se involucra una excavación

manual o mecánica o una combinación de ambas, posteriormente se prepara el terreno y se instala la

tubería. Esta técnica generalmente requiere elementos de seguridad debido a la gran profundidad de de

la excavación.

En países sub-desarrollados estas metodologías son aplicadas con gran regularidad ya que existe gran

cantidad de mano de obra barata, lo que conlleva a menores costos directos pero sin tener en cuenta

implicaciones adicionales como costos sociales. A continuación se listan los equipos de excavación

requeridos:

Equipos de excavación

Definición Imagen

Retroexcavadora

Son excavadoras diseñadas principalmente para excavar a corte abierto debajo de la superficie natural del terreno sobre la cual yace la máquina. La retroexcavadora consiste en una superestructura montada sobre ruedas o sobre orugas a la cual se le fija un brazo y un cucharón. Los cilindros hidráulicos que controlan la operación del brazo y del cucharón dan la fuerza de penetración requerida para excavar el material.






Tabla. 9. Equipos de excavación. Fuente: (Gutíerrez, 2006).

2.4.3.1.1 Zanja Convencional

Es la metodología tradicional para la excavación de una zanja para colocar una tubería y rellenar una

superficie. Se puede realizar de forma manual, a máquina o una combinación de ambas técnicas, para

proseguir a una preparación del terreno de base, después se debe retirar la tubería deteriorada y al

final se realiza la instalación de la tubería, recuperando la cimentación. Posteriormente se hace relleno

con el material proveniente de la excavación, el cual se compacta según las indicaciones. La

implementación de elementos se seguridad y de entibado, depende directamente de la profundidad de

la zanja y de las condiciones del terreno.

Para un adecuado reemplazo de la tubería, adicionalmente se debe realizar una señalización a lo largo

de toda la excavación, además de desviar el tráfico en las calles involucradas, demoler y reconstruir los

andenes y vías, bloquear el acceso a los negocios, limitar la entrada vehicular de los residentes del

sector y finalmente ocupar espacios en las calles para el tránsito de los peatones.

Trincheradora

Es una máquina tipo rueda cortadora y tipo cucharón que es capaz de controlar el ancho y la profundidad de una zanja. Se encuentran especialmente diseñadas para la apertura rápida de zanjas continuas. De manera general, estas excavadoras arrancan la tierra de forma regular por debajo del plano de apoyo de la unidad operadora por medio de un brazo inclinado o disco. La máquina se opera bajando la rueda rotante a la profundidad deseada mientras que la unidad se moviliza lentamente hacia adelante. La tierra se recoge por medio de los cucharones y se deposita en una banda transportadora que la descarga a un lado de la zanja.

Herramienta menor

Se emplea en volúmenes de menor cuantía, que no se puedan ejecutar por medios mecánicos.






Este tipo de tecnologías, implica grandes costos económicos y sociales, como son el cambio mismo de la

tubería, la gran cantidad de mano de obra necesitada, las horas de maquinaria y molestias a la

comunidad.

A continuación se presenta una fotografía de una obra con apertura de zanja en la ciudad de Bogotá.

Como se observa existe un gran impacto en las condiciones normales del sector.

Figura 44. Apertura de Zanja Calle 116 en la Ciudad de Bogotá. Fuente: (El Espectador, 2009).

2.4.3.1.2 Zanja Angosta

Este tipo de excavaciones se realiza cuando no se quiere el ingreso de operarios a la excavación.

Típicamente se requieren excavar anchos entre 50 a 100mm, mayores al diámetro exterior de la tubería

a instalar. En algunas ocasiones se puede llegar a ampliar hasta 600 mm el diámetro requerido. (Mojica,

2008). Entre las limitaciones que presenta están las bajas velocidades de progreso de la excavación

cuando se presentan muchas conexiones secundarias, acceso limitado para procesos de compactación

entre otras.

2.4.3.2 Sin Apertura de zanja

Hace 30 años en zonas industrializadas con gran densidad de población se dieron los primeros pasos en

el desarrollo de la tecnología sin zanja, para realizar entre otros trabajos; instalaciones, inspección,

mantenimientos, localización, rehabilitaciones y sustituciones, referentes a canales y tuberías

enterradas de todos los servicio. De manera general, consiste en un conjunto de métodos y máquinas

determinadas que permitan realizar trabajos subterráneos sin la necesidad de crear zanjas.

Las técnicas que abarca esta tecnología son:

Técnicas para la Instalación de Conducciones de todo tipo, entre ellas: Perforación Dirigida,

Entubados, Hinca de tubos, Empuje de Tubos, etc.

Técnicas para la inspección de Conducciones mediante métodos avanzados de robotización.






Técnicas para el Sellado y la Reparación de Conducciones, que ofrecen una amplia y evolutiva

gama de diferentes soluciones generales y a medida, para cada caso específico.

Técnicas para la Localización de Conducciones ya Existentes (IBSTT, 2009).

Adicionalmente esta tecnología es capaz de minimizar las interrupciones en los servicio, como en

infraestructuras, ya que toma lugar subterráneamente, reduciendo así las molestias que puedan causar

los trabajos de obras a vecinos y usuarios. Permite además, disminuir los impactos ambientales y

reducir evidentemente las afectaciones económicas e institucionales en el área de influencia del

proyecto.

Para poder implementar este tipo de tecnologías, es necesario tener en cuenta que se deben realizar los

siguientes estudios:

Análisis de las condiciones específicas del sitio.

Evaluar el método correspondiente, su factibilidad, cada uno de los efectos que puede generar.

Realizar la debida planeación de la obra.

Revisar la infraestructura: deterioro de la infraestructura, grietas, fugas, derrumbes, invasión de

aguas pluviales, etc.

Las siguientes metodologías a explicar, hacen parte de la tecnología sin zanja:

2.4.3.2.1 Perforación Rotativa Helicoidal

Es una metodología que consiste en perforar y empujar simultáneamente un revestimiento de acero a

través del suelo entre dos puntos específicos. Al eje del tornillo sinfín se le ensambla una cabeza

cortadora en el punto de avance, la cual al ir avanzando va rotando y consigue así excavar el suelo de tal

manera que todo el material excavado se remueve dentro del revestimiento a través de las

incrustaciones rotativas helicoidales, las cuales se encuentran instalas en toda la longitud del

revestimiento. Finalmente todo el material excavado es expulsado hacia el pozo de perforación. Cabe

mencionar que el tornillo sinfín se debe montan dentro del encamisado antes de la instalación del

revestimiento. Este sistema se puede subdividir en dos métodos, el de carrilera o pista y el soportado o

hincado.

En el método soportado, la máquina perforadora y el sistema de revestimiento se mantienen

suspendidos a cierta elevación por medio de maquinaria de construcción al paso que se va ejecutando la

operación. Como se aprecia no es necesario contar con una estructura de empuje, pero si es necesario

instalar una estructura de hincado, que permita que la máquina se hale ella misma y logre así instalar el

revestimiento hacia adelante. Algunas de las ventajas de esta primera técnica es que el revestimiento

completo de perforación, puede soldarse e instalarse en una pieza completa, y no es necesario que se

detenga y volver a perforar nuevamente; por lo tanto se requiere menos preparación del pozo de

perforación. Las desventajas son que la precisión es limitada, y además se necesita un área de trabajo






más grande (Gutíerrez, 2006). La longitud mínima del pozo que se necesita es de unos 8 metros sobre la

línea de la perforación y la máxima longitud es de 17 metros.

Figura 45. Perforación Rotativa Helicoidal método soportado y de carrilera. Fuente: (NASSCO, 2009).

El método de carrilera, emplea un empuje hidráulico para lograr empujar el revestimiento en sitio.

Principalmente consiste de un sistema de carrilera, la máquina perforadora, el revestimiento, la cabeza

del tornillo sinfín, el tornillo sinfín y un bloque para empujar o muro de reacción. El procedimiento se

realiza de forma cíclica y progresivamente se van adicionando tramos de revestimiento con el eje y las

respectivas incrustaciones rotativas helicoidales en el interior. Algunos de los beneficios de la máquina

perforadora con carrilera son: perforación instalada de mayor longitud, mejor precisión, se necesitan

menores requisitos para el área de trabajo, se pueden instalar revestimientos de diámetros más

grandes. Este método se utiliza en todo tipo de instalaciones sin apertura de zanjas de servicios. La

longitud mínima del pozo que se necesita es de unos 8 metros sobre la línea de la perforación y la

máxima longitud es de 17 pies.

2.4.3.2.2 Rotura de la Tubería (Pipe Bursting)

Remoción de la tubería existente al mismo tiempo que se instala una nueva línea en su lugar por medio

de destrucción neumática, expansión hidráulica o halado estático; este en un método utilizado

principalmente para tuberías que se encuentran en un alto estado de deterioro. Es eficaz bajo

circunstancias en las que hay pocas conexiones laterales, la tubería es de gran antigüedad, se encuentra

deteriorada estructuralmente y además no requiere de capacidad hidráulica adicional. Principalmente

consiste en la fractura de la tubería antigua, la cual queda en la parte exterior mientras la nueva tubería

es arrastrada en reemplazo de la anterior. Para implementar este procedimiento, es necesario tener en

cuenta:

Diámetro de la tubería existente.

Diámetro de la tubería a instalar.

Profundidad del servicio instalado.






Tipo y características del suelo ( arcillas, arenas, grava de diferentes granulometrías y

concentración).

Al compararse con el resto de tecnologías si zanjas, esta metodología presenta ventajas cuando se

requiere aumentar el diámetro nominal de la tubería antigua, ya que permite un aumento del 150%.

Figura 46. Rotura de la tubería. Fuente: (HammerHead, 2009).

Figura 47. Esquema de las medidas de la excavación que requiere un proyecto de rotura de la tubería

reemplazando con polietileno Fuente: (ASCE, 2006).

De manera detallada en la figura, se observa como la cabeza del equipo fractura la tubería vieja y va

ubicando los fragmentos en el espacio circundante, de manera continua una nueva tubería es tirada o

empujada. Cabe mencionar que la cabeza del equipo es de mayor magnitud que el diámetro interno de

la tubería existente lo que ocasiona la ruptura, adicionalmente es un poco más grande que el diámetro

externo de la nueva tubería con el propósito de reducir la fricción en la nueva tubería y conservar el

espacio de maniobra de la tubería.

Actualmente este método

ser estallada. El límite depende de la efectividad del costo comparada al reemplazo convencional, en las

condiciones locales. El estallido de la tubería se lleva a cabo típicamente longitudes de 91 a 120 metros

que corresponden a una distancia típica entre pozos de inspección de las redes de alcantarillado.

Este procedimiento se puede realizar de tres maneras:






Rotura estática de tubería

La rotura estática de tubería emplea fuerza bruta de la máquina rompedora o hala la cabeza rompedora

a través de la tubería receptora. La cabeza se hala por medio de un ensamblaje de una varilla jaladora o

por medio de un cable conectado a un cabrestante; dicho cable se introduce dentro de la tubería

existente y se conecta al frente de la cabeza rompedora. La fuerza a tensión que se aplica a la cabeza

rompedora es significativa. La cabeza rompedora en forma de cono transfiere la fuerza horizontal de

halado en fuerza radial, la cual rompe la tubería receptora y abre espacio para la nueva tubería

(NASSCO, 2009).

Figura 48. Equipo estático de Rotura de la tubería. Fuente: (NASSCO, 2009).

Rotura neumática de tubería

La rotura neumática o dinámica de tubería utiliza un expansor que se conecta al frente o cerca a la

parte trasera del martillo neumático de desplazamiento de suelo. Este ensamblaje expansor se lanza en

el interior de la tubería receptora utilizando un pozo de inserción. El instrumento se conecta a una

tensión constante a un cabrestante doble colocado en el sitio del próximo pozo de inspección. La

tensión constante del cabrestante mantiene al ensamblaje expansor presionado contra la pared de la

tubería receptora y cuando se combina con la energía a percusión del martillo ayuda a mantener el

alineamiento y la pendiente. Una vez se ha iniciado, la rotura continúa hasta el pozo de recepción donde

el ensamblaje expansor se recupera. Se encuentran disponibles en el mercado instrumentos reversibles

que permiten que el martillo se devuelva por si mismo fuera de la tubería economizando así los gastos

de un pozo de salida (NASSCO, 2009).

Figura 49. Equipo neumático de Rotura de la tubería. Fuente: (NASSCO, 2009).






Rotura hidráulica de tubería

La rotura hidráulica de tubería avanza desde el pozo de inserción hasta el pozo de recepción en

secuencias, las cuales se repiten hasta que la longitud completa de la tubería existente se reemplace. En

cada secuencia, un segmento de la tubería, el cual coincide con la longitud de la cabeza rompedora, se

rompe en dos etapas. Primero se jala la cabeza rompedora dentro de la tubería receptora en la longitud

del segmento y luego se expande la cabeza lateralmente para romper la tubería. La cabeza rompedora

se hala hacia adelante con un cabrestante, el cual se inserta dentro de la tubería receptora desde el

pozo de recepción y se conecta con el frente de la cabeza rompedora. La parte posterior de la cabeza

rompedora se conecta con la nueva tubería y las líneas de suministro hidráulico se conectan también a

través del interior de la tubería. La cabeza rompedora consiste de cuatro o más segmentos conectados

entre sí, los cuales se unen flexiblemente en las partes finales y en las mitades. Un pistón hidráulico

soportado axialmente ejecuta la expansión y contracción lateral de la cabeza.

Figura 50. Equipo hidráulico de Rotura de la tubería. Fuente: (NASSCO, 2009).

2.4.3.2.3 Microtunelería Rotativa Helicoidal (Topos de Impacto)

Consiste en un procedo de empuje de tuberías guiado por un sistema láser y controlado remotamente,

el cual suministras presión en forma continua a la cara de la excavación para balancear las presiones del

agua subterránea y del suelo (ASCE 1999). De las primeras máquinas microtuneladoras, se encuentran

los topos de impacto.

Las máquinas tuneladoras son guiadas por sistema láser y mientras el trabajo se ejecuta se puede

realizar un monitoreo preciso y ajustar el alineamiento y pendiente. La tubería se instala entre dos pozos

verticales, denominados pozo de entrada y pozo de salida y el proceso implica empujar la tubería con el

corte simultáneo del suelo en la cara de la cabeza perforadora y la remoción continua de suelo hacia el

pozo de entrada y luego hacia la superficie. Se mantiene el balance de presión en la cara del túnel para

evitar colapsos o desprendimientos. El direccionamiento se alcanza por medio de una cabeza articulada






capaz de deflectarse en todas las direcciones por medio de cilindros hidráulicos. El sistema de

Microtunelería puede dividirse en dos categorías principales basadas en la técnica que se utilice para

transportar el material excavado desde la cara del túnel. El sistema MRH utiliza un tornillo sinfín

continuo para remover lo excavado.

Figura 51. Equipo Topos de Impacto. Fuente: (NASSCO, 2009).

2.4.3.2.4 Hincado de Tubería

Este es un método de excavación implementado para la instalación de tuberías de acero en distancias

hasta de 30 metros de largo y de 1500 mm de diámetro, aunque es posible de implementar en

instalaciones más largas y de mayor diámetro. La mayoría de las instalaciones son horizontales, aunque

el método puede ser aplicado para las instalaciones verticales. Principalmente se utiliza maquinaria

neumática como sistema de perforación el cual funciona por medio de golpes originados por un martillo

y transporta la tubería desde un pozo de entrada hasta uno de salida.

Cuando una sección de tubería se ha instalado, se remueve el martillo y un nuevo tramo de tubería se

coloca sobre los rieles guía y se suelda a la tubería ya instalada. El proceso se repite hasta que la tubería

líder llega al pozo de salida o recepción. En ese punto el cilindro de suelo dentro de la tubería se

remueve mediante la utilización de aire a propulsión o aire comprimido. Se puede aplicar lubricación en

la superficie de la tubería para reducir la fricción externa durante el proceso de instalación. Cruces de

carreteras y ferroviales son las instalaciones comunes ejecutadas por este método. El Hincado de

Tubería se presenta como una alternativa económica para la instalación de encamisados de tamaño

medio cuando se tienen unas tolerancias flexibles de pendiente y alineamiento.

Es una de las técnicas más utilizadas en la perforación debido a:

Sencillez de operación y requerimientos técnicos.

Gran eficacia en terrenos de perforación muy complicada con otros sistemas (gravas y rocas).

Su desviación es reducida en tramos cortos (<50 m).






Los diámetros a hincar pueden llegar a Ø 1.600, incluso a Ø 2000 (según terrenos) con costos

contenidos.

Altos rendimientos.

2.4.3.2.5 Perforación Horizontal Dirigida

Esta tecnología, es una adaptación de las técnicas de perforación petrolíferas, la cual se ha desarrollado

para la instalación de todo tipo de servicios: líneas de telecomunicaciones, gas, electricidad, agua, etc.

sin la necesidad de realizar zanjas y como en la hincada de tubería solo es necesario un pequeño espacio

para un pozo de entrada y otro de salida.

Esta técnica, permite instalar un ducto por debajo de un obstáculo, como un río o carretera, sin

perturbar el entorno. Al contrario de la técnica de perforación horizontal, la trayectoria curva de una

perforación horizontal dirigida permite hacer pasar el ducto por debajo de obstáculos desde la

superficie, de manera que no se requiere efectuar ninguna excavación importante, garantizando así una

minina perturbación medioambiental.

Los pasos que se deben realizar para implementar este procedimiento son:

Paso 1. Perforación Piloto:

El proceso, comienza por la perforación piloto desde la superficie, es así como la ruta de perforación de

nivela y sigue el camino guiado. Por consiguiente, es necesario definir la trayectoria de la perforación a

realizar, la cual consiste en una poligonal formada por arcos de circunferencia y tramo rectos, esta se

debe diseñar teniendo en cuanta el perfil topográfico.

El sistema de perforación al ser guiado, consiste en un transmisor adaptado al cabezal perforador y que

envía una señal a un receptor situado en la superficie donde se interpreta la información. La información

es básicamente, la inclinación, profundidad y orientación del cabezal.

Paso 2. Escariado o Ensanchado:

Luego de realizar la perforación piloto, se desmonta el cabezal de perforación y se montan los conos

escariadores los cuales permiten aumentar el diámetro del túnel de la perforación. Este procedimiento

se hace en sentido contrario a la perforación piloto.

Paso 3. El Tiro:

Finalmente de une la tubería previamente soldada con termofusión en toda su longitud, luego se

conecta a un cono escariador o ensanchador por medio de una pieza de giro libre de manera que esta se

vaya instalando en el túnel.






En comparación con los sistemas convencionales, las ventajas de esta técnica son: es un sistema de

perforación rápido ( uno de los mas rápidos del mercado), no daña el medio ambiente y no interfiere en

las actividades de la superficie.

Figura 52. Pasos de la metodología por Perforación Horizontal Dirigida. Fuente: (DBI, 2006).

2.5 ASPECTOS QUE AFECTAN EL DETERIODO DE UN ALCANTARILLADO

El desempeño de un sistema de alcantarillado se encuentra proporcionalmente relacionado con el resto

de la vida útil de diseño de la red, el cual se define como el período de servicio en el cual no se

necesitan realizar grandes reparaciones. Cabe destacar que esto depende del material en que estas se

encuentran fabricadas, es así como en el caso de las tuberías metálicas este periodo comprende entre la

instalación de esta hasta un punto de deterioro en la cual la tubería tenga alguna perforación o se haya

perdido un porcentaje del material. Respecto a las tuberías de concreto, este periodo comienza desde

su instalación hasta el punto en que se presentan roturas o el acero de refuerzo de encuentra expuesto;

finalmente en el caso de contar con tuberías plásticas los aspectos que se consideran delimitante para

su buen desempeño son la aparición de roturas y la deflexión de la tubería entre otros.

Las redes de alcantarillado requieren de un constante mantenimiento ya que su deterioro puede ser

ocasionado por una gran variedad de factores, es así como es imposible determinar una razón de

deterioro de la red ya que este fenómeno se encuentra influenciado por eventos aleatorios, entre los






que se encuentran una carga inesperada, una tormenta o una excavación cercana. El impacto que

puede ocasionar el deterioro de una tubería, depender del tamaño, complejidad, topografía del terreno

y tipo de servicio de la tubería. A continuación se listan aquellos factores que afectan el desempeño o

servicio de una red de alcantarillado:

2.5.1 FACTORES DE DURABILIDAD

La durabilidad hace referencia a la propiedad de las tuberías de resistir la erosión, la degradación del

material y la continua pérdida de capacidad de servicio ocasionada por agentes ambientales o

condiciones del servicio. Los principales problemas que se presentan con la abrasión y la corrosión los

cuales deben tenerse en cuenta desde el diseño de la red, inspeccionando tuberías aledañas.

Corrosión:

Implica cualquier proceso en el que se presente el deterioro o degradación de los componentes

metálicos. Este se presenta en alcantarillas fabricadas con metales o en concreto reforzado, las cuales

se corroen ante el contacto con líquidos con bajo PH, ácidos, bases, sales, aceites y productos químicos

que actúen como un electrolito (Salem, 2008). La corrosión ocurre, ya que el metal tiene la capacidad

de actuar como un ánodo, cátodo y conductor, lo que permite que los electrones se muevan desde el

ánodo al cátodo y se liberen lo iones metálicos; cabe resaltar que la tubería puede actuar en ambos

trayectos para los iones. Procesos similares pueden tomar lugar en las tuberías de concreto, si estás se

encuentran en suelos altamente alcalinos. De manera general es importante mencionar que la reacción

a la corrosión es dependiente del material de fabricación de la red.

La corrosión es una de las principales causas de falla en las tuberías, la cual genera múltiples

consecuencias como son pérdida de fluido, daños a instalaciones, peligro de perforaciones y posibles

incidentes de contaminación.

Figura 53. Corrosión interna de una tubería Fuente: (Salem, 2008).






Abrasión:

Es un desgaste que se produce por rozamiento, por impacto o por la acción de la turbulencia en el

interior de las tuberías. El desgaste por rozamiento, se considera el principal mecanismo de erosión, y

se produce por el empuje directo entre las partículas contra la superficie. Respecto al desgaste por

impacto, este depende de la energía cinética, del material y del ángulo de impacto de las partículas.

Finalmente le desgaste por turbulencia es provocado por irregularidades en las paredes internas del

tubo, como son juntas o superficies no lisas (E.Sorta, 1996).

Este tipo de desgaste interno, es proporcional a la velocidad y cantidad del flujo y al tamaño y forma de

las partículas transportadas. A continuación se presenta una figura representado este deterioro.

Figura 54. Desgaste de la tubería por abrasión. Fuente: (Salem, 2008).

Erosión:

La erosión en el interior de las tuberías, exactamente en los extremos de esta, ocurre por una

insuficiente disipación de energía, una mala alineación entre tuberías, alto nivel freático (por encima de

la tubería de alcantarillado), una gran y frecuente sobrecarga hidráulica y el tipo de suelo (limos, arenas

finas limosas y arenas finas).

Cuando se presenta una pérdida del material de sostenimiento de la sección de la tubería, se disminuye

la capacidad de soporte de carga de esta, lo que conlleva a movimientos hacia el exterior cuando esta se

carga verticalmente y finalmente se reduce una deformación de la sección hasta que ocurre el colapso

de esta. Para prevenir este tipo de problemas, es recomendable una buena compactación del material

de relleno durante la construcción de la red.

2.5.2 PÉRDIDA DE INTEGRIDAD ESTRUCTURAL

La pérdida de la integridad estructural de una tubería se debe principalmente a defectos de fabricación

de la tubería, inadecuadas técnicas de construcción o por los daños causados por una tormenta

inesperada. Cabe destacar que este deterioro se va dando con el transcurrir del tiempo y se encuentra

directamente relacionado con la tubería en sí y con los siguientes factores de sitio como son el






movimiento del suelo, socavaciones, infiltraciones y pérdidas del suelo de relleno. Es así como cada

uno de estos factores, reduce gradualmente la capacidad de carga y fuerza de la tubería volviéndola

susceptible a eventos catastróficos como son los colapsos o las inundaciones. Ante estas inesperadas

situaciones, es necesario que se cuente con un programa rutinario de inspección interna y externa de la

red con el fin de prevenir estas situaciones.

Los defectos que se encuentran con mayor regularidad son:

Separación de Juntas:

La principal función de las juntas, es proporcionar conexiones entre los segmentos de tuberías

fortificando su impermeabilidad, durabilidad y resistencia. Las separaciones entre las juntas pueden ser

admitidas dependiendo de las articulaciones que se utilicen, pero entre menos pronunciadas sean se

fortalece la integridad estructural de la tubería. Estas son ocasionadas principalmente por problemas de

construcción o por fuerzas naturales las cuales llevan a una inadecuada superposición de las tuberías.

Figura 55. Juntas separadas en una tubería de alcantarillado. Fuente: (Salem, 2008).

Desalineación:

Los mismos problemas que causan la separación de las juntan, conllevan a una mala alineación de las

tuberías. Desviaciones menores entre segmentos de tuberías no son de gran problema ya que desde el

diseño este tipo de inconvenientes es previsto, claro está que entre más continua sea la tubería se

evitan este tipo de inconvenientes.

Defectos externos:

Los defectos externos, son el resultado de una baja calidad en la fabricación de la tubería una mala

manipulación de los elementos que componen la red. Típicamente este tipo de defectos se detectan

durante la instalación de la red, por lo hace indispensable una inspección minuciosa durante la fase de

construcción.






Grietas longitudinales:

El concreto es resistente a la compresión pero débil ante la tensión, por consiguiente es necesario

colocar acero de refuerzo a las estructuras de concreto que permita sobrellevar las tensiones de

tracción. Las grietas longitudinales en una tubería indican que el acero ha recibido parte de la carga.

Cabe resaltar que cuando están son de 0.1 pulgadas de ancho indican además una sobrecarga o una

inestabilidad en el suelo que las sustenta, ya que este puede presentar una gran rigidez o el material de

relleno no se encuentra correctamente compactado, lo cual conlleva a que las cargas se concentren en

la parte inferior de la tubería y se puedan presentar grietas ocasionadas por flexión o cortante.

Figura 56. Grietas longitudinales en una tubería de alcantarillado. Fuente: (Salem, 2008).

Grietas transversales:

Como se muestra en la figura este tipo de grietas transversales o circunferenciales, son originadas por

camas de sustentación débiles causabas por vagas practicas de instalación por parte de los

constructores.

Figura 57. Grietas transversales en una tubería de alcantarillado. Fuente: (Salem, 2008).

2.5.3 FACTORES AMBIENTALES

Delaminación:

Es el fenómeno en el cual la parte expuesta de las tuberías de concreto comienzan a separarse en

capas. Esto ocurre por la corrosión y expansión interna. En la mayoría de los casos la existencia de este






tipo de deterioro es desconocida hasta que emerge la delaminación en forma de descascaramiento del

concreto.

Una superficie delaminada se torna más densa y se separa del resto de la estructura mediante una capa

fina de aire o agua. Estas separaciones pueden variar desde alnos centímetros cuadros hasta grandes

magnitudes que abarquen áreas de metros cuadrados, la forma de detectarlas es golpeando la

superficie y si se produce un sonido hueco es porque está ocurriendo este fenómeno.

Figura 58. Delaminación de una superficie de concreto. Fuente: (Salem, 2008).

Desprendimiento

El desprendimiento es una depresión en el concreto, la cual es causada por una separación de concreto

en la superficie, el cual se observaría como un agrietamiento pronunciado en la superficie. Esto es

causado por débil capa de concreto en la superficie, exceso de carga en la superficie, exceso de agua y el

deshielo.

Eflorescencia

La eflorescencia es un deposito polvoso blanco que se forma en la superficie del concreto, cuando la

humedad disuelve las sales en el concreto, provenientes por la combinación de carbonato de calcio y

aguas lixiviadas; éstas, por medio de la acción capilar, son transportadas a la superficie. Es así que

cuando se evapora la humedad, esta deja atrás un depósito mineral. Aunque este no es un problema

estructural, puede ser estéticamente objetable.

Como se observa este fenómeno es totalmente dependiente de la humedad, ya que en presencia de

baja humedad el agua puede evaporarse antes de que llegue a la superficie, lo que conllevaría a que la

mancha quede inmersa en el concreto inferior y no se vería en el exterior. En el caso de una alta

humedad el agua se evapora más lentamente y permite que aparezca la eflorescencia.






Figura 59. Formación de una eflorescencia en una superficie de concreto. Fuente: (Salem, 2008).

2.5.4 FACTORES HIDRÁULICOS

Cuando se reduce el nivel de servicio en una red de alcantarillado por factores hidráulicos, muchos

agentes se ven afectados como son: el medio ambiente, seguridad de los transeúntes y la condición

económica de la empresa prestadora del servicio. Las principales afectaciones son las inundaciones de

las propiedades adyacentes al daño o zonas que se encuentren aguas debajo de la fuga. Adicionalmente

este tipo de problemas llega a afectar el suelo de sostenimiento y la alcantarilla en si por causa de la

erosión. A continuación se presentan algunos factores que deterioran el funcionamiento hidráulico de

las redes de alcantarillado.

Insuficiencia de la capacidad e inundaciones

Las inundaciones por aguas residuales pueden ocasionar un rebose de las calzadas y en casos extremos

pueden hacer fallar todo el sistema y las carreteras. Adicionalmente pueden afectar las propiedades

adyacentes a la estructura así como también las que se encuentren aguas arriba o abajo de la red de

alcantarillado, ocasionando grades costos económicos a todos los involucrados.

Las inundaciones, ya sean en zonas urbanas o rurales, pueden ser causadas por la insuficiente capacidad

hidráulica del sistema, la cual es consecuencia de diseños con una baja concesión y planeación o por

bloqueos ocasionados por desechos.

2.5.5 FACTORES OPERACIONALES

Las fallas operaciones de una red de alcantarillado, se deben principalmente por un aumento en la

demanda del servicio o una disminución en la capacidad del servicio. Respecto a la demanda la

representan, las infiltraciones y los afluentes. Las infiltraciones aumentan la demanda, ya que cuando

estas se amplían en número aumentan a la vez los defectos estructurales y respecto a los afluentes,

estos representan la demanda en si del sistema la cual es el producto de las conexiones al servicio, de

las aguas lluvias o de ambos.






Una disminución en la capacidad es el resultado de una disminución en el diámetro efectivo de la

tubería y un aumento en el coeficiente de rugosidad. Ya que el diámetro es reducido por defectos

estructurales como son las juntas separadas, secciones de tubería rota, las raíces, la grasa entres otros

tipos de bloqueos.

Bloqueo por escombros:

Los desechos arrastrados por las aguas lluvias, son elementos destructivos para las redes de

alcantarillado, ya que estos obstruyen las tuberías y de forma inmediata causan daños de erosión en las

redes.

Figura 60. Bloqueo por rices en el interior de una tubería de alcantarillado. Fuente: (Salem, 2008).

2.5.6 OTROS FACTORES

Otros factores que influyen en el desempeño del servicio de una tubería de alcantarillado son:

Tamaño de la sección de alcantarillado:

Algunos estudios han investigado la relación entre el tamaño de la tubería y su estabilidad estructural,

estos indican que existe una menor probabilidad de falla si el diámetro de las tuberías es mayor; esto se

debe además a que existe la tendencia de fabricar un mayor espesor de las paredes de la tubería si el

diámetro es mayor. Por consiguientes estas dos características proporcionan a la tubería una mejor

estructura muchos más resistentes a falla.

Gradiente de la sección de alcantarillado:

En los sistemas de alcantarillado que funcionan por gravedad, la pendiente es un factor delimitante en

la condición en que se encuentren las tuberías. Es así como tuberías colocadas en sitios con grandes

pendientes tienen una mayor probabilidad de sufrir deterioro, ya que esto ocasiona unas altas tasas de

velocidad en el flujo lo cual conlleva a problemas de abrasión, erosión y desgaste de la superficie interna

de las paredes de la tubería, de las juntas o de los diferentes segmentos de tuberías. Adicionalmente la






generación de los gases o el movimiento de los desechos pueden aumentar considerablemente las tasas

de deterioro.

Profundidad de la sección de alcantarillado:

Estudios han demostrado que la tasa de deterioro en tuberías de alcantarillado permanece constante

hasta una profundidad de aproximadamente 5 metros y medio, y luego de este punto la tasa de

deterioro aumenta progresivamente. La principal razón por lo que esto ocurre es la disminución de las

presiones de superficie como son el tráfico, los ductos de los otros sistemas de servicio o la actividad de

mantenimiento de la superficie. Otra razón es el efecto de la variación entre estaciones lo cual afecta la

humedad del suelo circundante a las tuberías.

Un estudio realizado por Anderson y Cullen en el año de 1982, a unas 4400 tuberías de alcantarillado

que presentaban algún tipo de falla, ha demostrado que el 65% de los incidentes tuvieron lugar a una

profundidad menor a los 5 metros y el 25% restante tuvo lugar desde los 6 hasta los 13 metros de

profundidad.

Levantamiento por heladas:

Levantamiento por helada se define como la expansión vertical del suelo causada por la congelación del

agua contenida en el suelo. Ante esta situación todas las estructuras subterráneas requieren de una

inspección rigurosa, ya que este tipo de situaciones puede originar un desplazamiento no uniforme de

las secciones de la red.

Tipo de suelo:

El tipo de suelo es uno de los factores con mayor influencia en el deterioro de las tuberías, ya que

guarda relación con los anteriores factores mencionados. Como son la corrosión exterior, el contenido

de humedad, la cama de sustentación y las heladas. Como se observa este es un facto de sitio

delimitante que condiciona el entorno de la tubería.

Nivel freático y contenido de humedad:

El contenido de agua en el suelo es un factor relevante en el deterioro de los sistemas de alcantarillados,

ya que como se mencionó anteriormente el levantamiento de las tuberías por causa de las heladas se

encuentra controlado por el agua libre en el suelo. Adicionalmente influye a la corrosión externa de la

tubería, ya que los suelos con un contenido de humedad superior al 20% son corrosivos.

Cloruros:

El deterioro que ocasionan los cloruros es la corrosión del metal en las tuberías, cabe mencionar que

suelo y las aguas que rodean una red de alcantarillado contienen sales disueltas, las cuales presentan






iones de cloruro. En las zonas costeras y en fuentes de agua salobre es en donde se presenta la mayor

problemática debido a este factor.

Adicionalmente cabe destacar que las sales disueltas contribuyen a la durabilidad de las tuberías si su

presencia disminuye la solubilidad del oxigeno, pero aun así el potencial de corrosión aumenta a medida

que el ion cloruro negativo disminuye la resistividad del suelo.

Sulfatos:

Estos se pueden producir de forma natural, por actividad humana o actividad biológica. En el caso de

los alcantarillados, la forma más común de sulfatos es el sulfuro de hidrógeno, el cual es producto de la

actividad biológica; este se combina con el oxígeno y el agua y posteriormente forman ácido sulfúrico.

Esta reacción permite disminuir el pH lo cual favorece a las tuberías metálicas pero deteriora a las

fabricadas en concreto.

Los sulfatos de sodio, magnesio y calcio, presentes en el suelo y en el agua subterránea, o en los

efluentes, pueden ser agresivos al concreto, si se absorben y se concentran en este. Es así como la

reacción de sulfatos con algunos constituyentes del concreto, da como resultado productos expansivos

que pueden romperlo.

Efluentes Industriales:

Los efluentes industriales, típicamente contienen compuestos extremadamente destructivos para las

tuberías. Pero en la actualidad estos efluentes se encuentran regulados por las normas ambientales de

cada país lo que permite un control. Sin embargo, los efluentes provenientes operaciones mineras y

ganaderas, y las conexiones ilegales pueden ser una potencial fuente de acidez.

Otros factores que deben ser tenidos en cuenta en el deterioro de las tuberías con la presión de carga, la

temperatura, la precipitación, la concentración de iones hidrógeno (pH) y finalmente la resistividad del

suelo.

2.6 COSTOS INDIRECTOS

Las tecnologías sin zanja son un conjunto de métodos de construcción, materiales y equipos que pueden

ser utilizados con el propósito de instalar o rehabilitar un sistema de redes subterráneo, con una

mínima interrupción de las actividades de la zona en que se realice la obra. En contraste, aparecen los

métodos a corte abierto o con zanja los cuales generalmente ocasionan interrupciones en el tráfico

tanto de vehículos como de peatones, baja la actividad comercial y adicionalmente ocasionan daños al

ambiente. Es así como los costos monetarios equivalente a estos efectos negativos se conocen como

(Pucker, Allouche, & Sterling, 2006).






Indudablemente las tecnologías sin zanja presentan un gran potencial para mitigar estos costos

indirectos. Sin embargo los ingenieros y gerentes de proyectos, no tienen en cuenta durante la

ejecución de un proyecto este tipo de costos, por la simple razón que no se pueden cuantificar por

medio de métodos de estimación, en la actualidad han surgido diversas metodologías que tratan de

predecir y asociar diferentes costos indirectos a proyectos de construcción, de los cuales se han

recopilado las siguientes categorías:

Demoras de viaje: Obras de construcción de servicios públicos pueden ocasionar demoras

significativas en el tráfico, por causa del cierre parcial o total de vías de acceso. Esta situación

también se presenta para los peatones, los cuales deben experimentar un cambio de ruta del

servicio de transporte público y el cierre andenes y carreteras.

Costos en la operación del vehículo: Recorrer mayores distancias y experimentar una congestión

en la cual el vehículo arranca y se detiene un sin número de veces puede representar mayores

gastos al momento de operar un vehículo. Ya que este se desgate al recorrer largas distancias y

por causa de frenar continuamente aumentan los gastos de combustible.

Disminución de los ingresos en el sector comercial: Donde se encuentran las zonas de

construcción de obras, decrece significativamente el acceso a las zonas comerciales, por causa

del tráfico congestionado, pérdida de espacio para parqueo y la presencia de barreras asociadas

con las actividades de construcción. Por un lado, las empresas pierden clientes, los cuales

prefieren ir a sitios con un entorno menos congestionado; además en el caso de empresas que

dependen de entregas se verán afectadas de forma directa por la obstrucción de vías lo cual

afectaría su rendimiento y finalmente la situación es aún peor para operaciones de

manufactura.

Pérdida de espacios de parqueo: La pérdida de espacios de parqueo conduce a una disminución

en los ingresos por metros de parqueo además de una reducción de multas a cancelar al

municipio, que se originan por parqueo.

Costos causados por el control de polvo: Las excavaciones originan una gran cantidad de polvillo

a sus alrededores. Es así como surge el gasto y la necesidad de realizar una continua limpieza en

las residencias y avenidas circundantes. Adicionalmente, la producción de polvo empeora la

calidad de vida las personas que residen alrededor de la obra.

Costos por contaminación auditiva: El uso de equipo pesado de construcción, implica una

exposición a mayores niveles de ruido en las vecindades del área de trabajo. Además la

congestión vehicular, originada por el cierre parcial o total de vías de acceso, contribuye a la

contaminación por ruido por causa del cambio en las condiciones de tráfico. De manera

general es importante mencionar que el incremento de 1dBA conduce en una reducción en el

valor de la vivienda de aproximadamente un 4% ( Board 1996). Adicionalmente el aumento en

los niveles de ruidos también afecta el comportamiento social y la salud mental y física de las

personas.






Seguridad de los operarios: Los procedimientos que requieren de la apertura de zanja

representan un mayor riesgo en la seguridad de los trabajadores y peatones en comparación

con los métodos sin zanja.

De manera sintética en el siguiente diagrama es posible detallar las categorías de costos indirectos

previamente detalladas.

Diagrama 1. Categorías de Costos Indirectos. (Matthews, Allouche, & Zhenyang, 2006).

Para evaluar cada una de estas categorías existe la siguiente formulación matemática, que ajusta cada

variable a un monto monetario.






Categorías Formulación Matemática Variables Definición Unidad

Demoras de viaje (Tráfico)

CDVt=VT*Nv*ITV*Dh

CDVt Costo por demoras en el viaje (Tráfico Vehicular) $

VT Valor del tiempo $/h

Nv Número de vehículos Vehículo/ h

ITV Incremento en el tiempo de Viaje h/vehículo

Dh Duración del Proyecto h

Demoras de viaje (Peatones)

CDVp=VT*No*ITV*Dh

CDVp Costo por demoras en el viaje (Peatones) $

VT Valor del tiempo $/h

Np Número de peatones persona/ h

ITV Incremento en el tiempo de Viaje h/persona


Costos en la operación del

vehículo: COV=ICV*COA*Nv*Dh

COV Costo de Operación de Vehículo $

IDV Incremento en la distancia de Viaje km

COA Costo de Operación Asignado $/(km Vehículo)

Nv Número de vehículos Vehículo/ h


Disminución de los ingresos en el

sector comercial DIC=FI*TS*Ds

DIC Disminución de los ingresos en el sector comercial $

FI Factor de Impacto (0-1)

TS Número de Transacciones por semana $/semana

Ds Duración del Proyecto semana

Pérdida de ingresos por espacios de

parqueo PEP=NEP*TP*O*Dh

PEP Pérdida de Ingresos por espacio de parqueo $

NEP Número de espacios de parqueo perdidos en la zona #

TP Tasa de cobro por parqueo $/h

O % de ocupación %


Pérdida de ingresos por multas de

parqueo PMP=M*FM*Dh

PMP Pérdida de Ingresos por multas de parqueo $

M Costo multas $/Multa

FM Frecuencia de multas Multas/h







Costos causados por el control de polvo (1)

CCP=TAL*TS*DS

CCP Costo de control de polvo $

TAL Tiempo adicional de limpieza h/semana

TS Tasa de salario $/h

Ds Duración del Proyecto semana

Costos causados por el control de

polvo (2) CCP=2*Le**Ae*VC*FC*Cl

CCP Costo de control de polvo $

Le Longitud de los edificios próximos a la zona de la obra m

Ae Altura de los edificios próximos a la zona de la obra m

VC Ventanas compartidas %

FC Factor de corrección (0-1)

CL Costo de limpieza $/m2

Costos por contaminación

auditiva CCA=Np*Dd*(CO-CP)

CCA Costos por contaminación auditiva $

Np Número de habitantes perturbados #

Dd Duración del proyecto día

CO Costo del ruido por la obra $/dia

CP Costo de ruido por la pre construcción de la obra $/dia

Seguridad de los operarios

CPA= PS*N*MC*Nw*HT*Dd

CPA Costo por aumento en la posibilidad de accidente de los operarios $

PS Prima por seguro $/$ de la nomina

N Nómina $/h

MC Multiplicador por daños colaterales (0-1)

Nw Número de trabajadores #

HT Horas de trabajo por día h/dia

Dd Duración del proyecto día

Tabla 10. Formulación de las Categorías de Costos Indirectos Fuente: (Pucker, Allouche, & Sterling, 2006).

A continuación se presenta unas gráficas, a manera de resumen, de estudios realizados en otros países

donde se logra apreciar con claridad la magnitud de los costos indirectos en los que se incurre al aplicar

tecnologías que requieran apertura de zanja.

Los casos analizados son:

(1) Reemplazo de tubería de aguas lluvias, CA Boyce, Bried (1994).

(2) Rehabilitación de alcantarillado, Austria Kolator (1998).

(3) Rehabilitación de gasoducto, Italia Lonardo et al. (1999).

(4) Reemplazo de alcantarillado, Bélgica Michielsen (2005).






Figura 61. Apertura se Zanja Vs. Sin Apertura de Zanja. Fuente: (Pucker, Allouche, & Sterling, 2006).

Esta figura muestra como en cada uno de los casos los costos directos e indirectos o sociales en los que

se incurrieron en cada proyecto. En todos los casos la apertura de zanja implicó un mayor costo social, y

al comprar ambas técnicas y apreciar el precio global del proyecto, incluyendo los cotos directos e

indirectos, se observa como en 3 casos de 4 es mas restable económicamente la no apertura de zanjas.

Figura 62. Distribución de Costos con Apertura de Zanja. Fuente: (Pucker, Allouche, & Sterling, 2006).






Como se observa lo que se ve más afectado al momento de realizar obras con apertura de zanja, es el

sector de la movilidad, lo que incluye retrasos en los tiempos de viaje y mayores costos de operación

vehicular. Estas variables, además de ser las más relevante, son las más difíciles de cuantificar, por

causa de la subjetividad que existe al momento de cuantificar monetariamente el valor del tiempo de

las personas.

Figura 63. Costos con Apertura de Zanja. Fuente: (Pucker, Allouche, & Sterling, 2006).

Nuevamente se observa como los costos por impacto en movilidad representan aproximadamente el

55% de total de los costos sociales o indirectos.






3. METODOLOGÍA

Los sistemas de alcantarillado necesitan ser sometidos a procesos de mantenimiento o limpieza en algún

momento de su vida útil. Para determinar que tramo de tubería del sistema dese ser sometido a este

procedimiento, se necesita hacer una previa recolección de información y posteriormente analizarla.

Con la información, procedente de una previa inspección, el problema puede ser diagnosticado y se

pueden establecer los requerimientos para el mantenimiento o los procesos de renovación

rehabilitación a los cuales debe ser sometido.

El conocimiento y las decisiones fundamentadas en un contexto teórico, son los principales

componentes de un proceso de selección, con el cual se busca analizar la actual infraestructura

hidráulica de un sistema de alcantarillado y determinar qué tipo de metodología debe ser utilizada para

perfeccionar su funcionamiento ante circunstancias varias como son: impermeabilidad, obstrucción,

deterioro y pérdida de capacidad. Estas herramientas pueden ser sistematizadas bajo modelos

optimizados, los cuales requieren información de inspección como entrada y proporcionan como

información de salida la selección de una técnica. La metodología expuesta, reúne información sobre el

deterioro estructural, los defectos, las condiciones técnicas tanto internas como externas y la historia de

servicio del sistema de alcantarillado. Previas metodologías que se encuentran en la literatura se

enfocan principalmente en la rehabilitación antes que en procesos de inspección y mantenimiento. Un

ejemplo de estos esfuerzos pueden ser encontrado en los manuales de rehabilitación de alcantarilladlo,

del centro de investigación de UK (WRC-Water Research Center), el cual ha sido utilizado a nivel

mundial.

La metodología de selección de una técnica de renovación, rehabilitación y mantenimiento en redes de

alcantarillado, se fundamenta en un proceso secuencial, en el cual se identifican los problemas

relacionados para una línea o tramo de un sistema de alcantarilladlo, como son los problemas

estructurales que se encuentran relacionados con el deterioro de los materiales, los problemas

ambientales los cuales corresponden a fallas en el sistema que son externalizadas en la contaminación

de cuerpos de agua o hidráulicos los cuales se relacionan con la disminución de la capacidad residual la

cual es ocasionada por aumentos en el caudal o por el aumento de la rugosidad por causa de

obstrucciones. La siguiente figura, muestra un proceso secuencial utilizada por el manual Sewerage

Rehabilitation Manual (SRM) del Reino Unido (Butler, 2004); este proceso secuencial busca establecer

de manera sistemática los problemas que se generan y desarrollar soluciones integrales y factibles

económicamente.






Diagrama 2. Etapas que involucran procesos de mantenimiento y rehabilitación en redes de alcantarillado. De acuerdo con

el Sewerage Manual (Adaptado del Water Research Center, 2001).






El anterior diagrama usa una metodología en la cual los proyectos se separan en 4 etapas

fundamentales como son:

Etapa de inspección: Considera la existencia de una base de datos por parte de la empresa

prestadora del servicio, en la cual se actualiza constantemente la inspección realizada a la red.

Partiendo de esta información se realiza una evaluación de la condición en que se encuentra

bajo tres puntos de vista como son el hidráulico, el ambiental y finalmente el estructural.

Etapa de evaluación: Se realiza una previa calificación de la condición en que se encuentran los

diferentes tramos de la red, tomando una decisión de cuáles son los tramos que requieren

mayor atención y estos son considerados prioritarios para una posterior evaluación de

soluciones a realizar que delimitaran su condición futura. Finalmente se identifican las posibles

causas que dieron lugar a este problema operacional.

Etapa de desarrollo de solución: Se estudian las diferentes alternativas de solución en conjunto

con su viabilidad técnica y económica con el fin de seleccionar la alternativa adecuada.

Etapa de implementación y monitoreo: Se ejecuta la solución seleccionada y se actualiza la

condición de los tramos de la red en la base de datos.

Bajo este criterio secuencial para una toma de decisión, es necesario conocer las interrelaciones que

existen entre los problemas que se pueden presentan en una red de alcantarillado como son los

hidráulicos, ambientales y operacionales, los cuales se presenta a continuación con el fin de comprender

a fondo las implicaciones de cada uno y la manera en que se pueden relacionar, con el fin de obtener

soluciones conjuntas ante su incidencia.

De manera general y para una mayor compresión del Diagrama 3, es necesario definir los indicadores de

rendimiento, los cuales se utilizan para medir factores como son los atributos del sistema, niveles de

actividad, condición y rendimiento que presentan los activos y finalmente el nivel de servicio que

presenta al usuario y al ambiente. Cada uno de estos se encuentra ilustrado en el siguiente diagrama,

además de las interrelaciones que toman lugar entre los diferentes tipos de problema que se puede

presentar.






Diagrama 3. Interrelaciones entre los problemas que se pueden presentar en una red de alcantarillado. (Adaptado del Water

Research Center, 2002).






Para comenzar el desarrollo de la metodología, se debe partir un proceso de inspección, el cual no solo

permite conocer la situación actual del sistema, si no también optimizar los procedimientos que se

pueden efectuar al sistema de alcantarillo en pro de su buen funcionamiento. Entre la información que

se necesita recolectar, se encuentran:

Las quejas de los usuarios: La información recolectada por los usuarios es determinante para la

decisión de dónde y cuándo realizar procesos de inspección en zonas estratégicas de la red

dependiendo de la naturaleza del problema.

Datos hidráulicos: Al analizar hidráulicamente el sistema es posible determinar valores de flujos

esperados los cuales al no ser satisfechos implican taponamientos o fisuras, las cuales debes ser

atendidas.

Operación del sistema hidráulico.

Inspecciones previas: Procedimientos realizados con anterioridad a la red permiten identificar

puntos sensibles o puntos en donde el procedimiento realizado no ha tenido ningún tipo de

efecto.

El siguiente diagrama, parte de un monitoreo continuo del sistema, el cual es llevado a cabo por

procesos de inspección los cuales pueden ser realizados de forma interna y externa y motivados por

factores como son las quejas y la operación hidráulica. Posteriormente se diagnostica el problema

mediante pruebas de caracterización del agua residual o pluvial, o por modelación en computador.

Finalmente se selecciona un método de mantenimiento, el cual es la primera solución con que se cuenta

y es básicamente un proceso de limpieza; se toman además consideraciones económicas y del estado

actual en que se encuentra el tramo de red para posteriormente definir si es necesaria la ejecución de

otra técnica.






Diagrama 4. Marco de trabajo para selección de procesos de Mantenimiento. Modificado de Fuente: (AWWA, 2003).

De forma conjunta a las labores de inspección, es fundamental realizar de manera rutinaria

procedimiento de limpieza o mantenimiento que permitan identificar el estado o condición actual de las

redes. Cada uno de los factores que afectan la toma de decisión con respecto al mantenimiento

necesitan de un previo entendimiento, que orienten su finalidad de permitir conocer las condiciones

iníciales en que se encuentra la red.

En la actualidad, la realización de proyectos se fundamenta en la realización de metodologías que

permitan reunir el conocimiento sobre un tema específico, en este caso es la condición en que se

encuentran las redes de alcantarillado. Con el fin de crear una herramienta de apoyo que fundamente

las decisiones a tomar bajo un contexto ingenieril y de conocimiento básico. La inferencia ingenieril

define algoritmos matemáticos por los cuales es posible tomar una decisión y el conocimiento es la

base de la cual se parte, los demás componentes son diagramas de flujo que permiten la realización de

un procedimiento lógico compuesto por un tren de decisiones, el cual puede ser aplicada en

herramientas computacionales. El diagrama presentado a continuación, detalla como al partir de una

necesidad, como es la inspección de las tuberías, es posible llegar a una toma de decisión bastante

acertada sobre la situación general en que se encuentran diferentes tramos de la red.






Diagrama 5. Relaciones provenientes de la inspección de un sistema de Alcantarillado. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, &

Lukas, 2002).

El anterior diagrama de flujo se encuentra detallado por la tabla de conocimiento básico de sistemas de

alcantarillado, que permite conocer a fondo cada unos de factores que se encuentran inmersos o

introducidos en los diferentes ítems del diagrama. Esta información básica de la red, permitiría

continuar desplegando opciones que mejoren la metodología y permitan al operario tomar decisiones

acertadas, referente a la priorización de los puntos críticos del alcantarillado que requieren de un

posterior estudio para asignarle un procedimiento que mejore u optimice su funcionamiento.






Tabla 11. Conocimiento Básico del sistema de Alcantarillado. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).

La decisión de que metodología se debe implementar en un sistema de alcantarillado, localizado en un

ambiente urbano, como una respuesta al inevitable deterioro que esta estructura presenta en el tiempo

por su propia naturaleza o por condiciones ambientales previamente mencionada, es un proceso el cual

involucra parámetros tangibles e intangibles. Es por este motivo que surgen las herramientas

computacionales como una respuesta ante este complejo proceso de decisiones.

Una de las herramientas computacionales creadas con este propósito, fue la elaborada por el comité

The National Utility Contractors Association (NUCA) en colaboración con The Trenchless Technology

Center de Louisiana Tech Universityn en los Estados Unidos, quienes han venido desarrollando un

software interactivo con el fin de evaluar los diferentes métodos de construcción que se puedan

implementar para la instalación o reemplazo de tuberías en sistemas de alcantarillado. El programa ha

sido titulado TAG (Trenchless Assessment Guide), el cual fue diseñado para como un software que ayude

a los ingenieros de las empresas municipales y de servicios públicos en la evaluación de la factibilidad

técnica de diferentes metodologías que se pueden implementar ante problemas típicos de las redes de

alcantarillado. La metodología presentada a continuación se encuentra cimentada en los principios de

este programa buscando adaptarlo a las condiciones latinoamericanas y optimizando algunas falencias

encontradas en la influencia de los aspectos sociales al momento de seleccionar una metodología.






3.1 DIAGRAMA DE FLUJO

El desarrollo de este diagrama de flujo surge como una guía que oriente a las empresas prestadoras del

servicio de alcantarillado a realizar procedimientos de evaluación de su desempeño actual y futuro y a

priorizar sus procedimientos de inspección, mantenimiento, renovación y rehabilitación en sus redes. El

siguiente diagrama, representa de forma global las fases de Inicio, diagnóstico, desarrollo de la solución

e implementación y monitoreo.

Diagrama 6. Diagrama guía para las empresas prestadoras del servicio de alcantarillado (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).






El primer paso a realizar, es una planeación inicial en la cual se busca conocer la situación actual del

sistema de alcantarillado para establecer las metas que se desean alcanzar. En esta etapa además se

desarrollar estándares o indicadores que permitan evaluar la situación actual de la red y definir si se

necesita o no tomar alguna acción. El diagrama presentado a continuación mencionada de forma

detallada los pasos que se deben seguir.

Diagrama 7. Fase de Inicio. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).

Partiendo del hecho de que existe un problema en la red, la información obtenida en la fase inicial es

aun preliminar, por lo que surge la necesidad de obtener suficiente y detallada información tanto de la

red en conjunto como del problema que se busca solucionar. La efectividad de la información

recolectada en esta fase de diagnóstico será vital al momento de tomar decisiones sobre las posibles

técnicas a aplicar en el sistema. Como parte vital de esta etapa se recomienda revisar información de

inspecciones anteriores y actualizar la información.

Adicionalmente se deben analizar detalladamente tres factores vitales en el funcionamiento de una red

de alcantarillado como son la parte hidráulica, la estructural y la ambiental. Cada una debe ser

estudiada de manera separada y posteriormente de forma conjunta, para establecer así soluciones

individuales o conjuntas.






Qué tipo de estudio se

necesita desarrollar?Estudio Abreviado

Evaluación de la información

existente

Existe suficiente

información para

desarrollar el estudio?

Actualizar la información con

datos especificos y detallados

N

Información ambientalInformación hidráulica Información estructural

Realizar mediciones del

flujo

Construir modelo

hidráulico

Verificar modelo hidráulico

Revisar los efluentes y las

descargas

Realizar inpsecciones de

las condiciones del entorno

Evaluar el impacto

ambiental

Preparar un programa de

inspección

Realizar investigaciones

Evaluar condición

estructural

Y

Comparar el desempeño

hidráulico, ambiental y

estructural contra los

indicadores de servicio

Identificar deficiencias

ambientales


estructurales


hidráulicas

El nivel de servicio del

sistema, satisface los

requerimientos

deseados ?

No se requiere nigun

procedimiento

Identificar las causas de las

deficiencias en el servicio

Y

N

Evaluar el desempeño

hidráulico del sistema

Diagrama 8. Fase de diagnostico. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).






La tercera fase consiste en el desarrollo de la solución, en este punto ya se debe contar con la

información correspondiente de los problemas que se presentan y las técnicas viables a desarrollar. Es

así como en el siguiente diagrama se propone un análisis que evalúe cada metodología desde diferentes

enfoques como son el de costos directos e indirectos, el futuro desempeño de la red entre otros.

Diagrama 9. Fase de desarrollo de la solución. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).






Implementación y monitoreo es la última fase de la metodología en la cual se presenta una guía de las

necesidad que se tienen en obra y de procesos a desarrollar para asegurar resultados que satisfagan las

necesidades del prestador del servicio. Es así como se recomiendan buenas prácticas de trabajo como

son la seguridad industrial y la organización de espacios entre otros.

Respecto al monitoreo se presentan diversas pruebas y mediciones durante el desarrollo de la obra, que

permitan garantizar el buen desempeño del constructor.

Diagrama 10. Fase de implementación y monitoreo. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).






3.2 DISEÑO DE LA METODOLOGÍA

A continuación de presentan las 3 fases conceptuales con las que se ha desarrollo el proceso de

decisión, para la selección de una técnica adecuada para realizar mantenimiento o rehabilitar sistemas

de alcantarillado.

La metodología consta de 3 fases.

Fase 1. Construcción de una Base de Datos: En la cual se presenten datos relacionados e

información detallada acerca de cada uno de las técnicas explicadas anteriormente, las cuales se

encuentren clasificadas entre procedimiento de inspección, mantenimiento y rehabilitación. De

forma detallada se contará con información técnica relevante y factores de impactos sociales.

Fase 2. Evaluación técnica: Esta se encuentra dividida en dos procedimientos; el primero es la

evaluación del método y el segundo es un análisis de riesgo. El método de evaluación, comienza

con una extracción de información técnica relevante la cual será utilizada como input de la

siguiente manera.

Selección del problema

Selección del tipo de estructura

Tipo de problema

Información de entrada

Parámetros de construcción

Parámetros del suelo

Detalles de la instalación de la tubería

Análisis de riesgo

Disponibilidad

Experiencia en la implementación de la metodología

Revisión de las garantías que ofrece cada metodología

Acceso a la obra

Factor de riesgo, peso y ajuste.

Fase 3. Resultados: Se presentan las tecnologías viables a aplicar, con un puntaje que representa

un factor de riesgo para el proyecto. Esto ayuda al ingeniero a tomar una decisión de la técnica

a implementar en el proyecto.

3.2.1 FASE 1. CONSTRUCCIÓN DE UNA BASE DE DATOS

Se plantea la creación de una base de datos, en la cual se asocien los métodos de renovación,

rehabilitación y mantenimiento que se pueden implementar a las redes de alcantarillado. Es así como se

debe incluir la categoría a la cual pertenece el método, una descripción detallada, información técnica

sobre su aplicación y una foto representativa. Adicionalmente cabe destacar que esta información






puede ser actualizada o ampliada continuamente por el usuario. Esta posibilidad permite agregar

nuevos métodos, materiales de tuberías y actualizar las capacidades técnicas de los métodos.

A continuación se definen algunos parámetros empleados en la base de datos, los cuales permiten

reconocer la capacidad y aplicabilidad del método. Los parámetros a definir son: compatibilidad del

suelo, impacto ambiental, extensión de la excavación, clasificación del nivel freático, precisión del

alineamiento y precisión del perfil.

Compatibilidad del suelo:

Bajo este parámetro se contiene información sobre las metodologías que implican un procedimiento

constructivo y la compatibilidad que existe con el suelo del terreno en el cual se va a desarrollar las

labores. Es así como se considera la información de diez categorías de condiciones geológicas,

posteriormente cada tipo de suelo es cuantificado en términos de golpes por pie, según la norma ASTM

1452.

Estos valores permiten reconocer los resultados obtenidos en el ensayo de penetración estándar o SPT,

el cual se emplea para ensayar los terrenos en los cuales se quiere realizar un reconocimiento

geotécnico. Este tipo de actividades son fundamentales para conocer las características del terreno

involucrado cuando se pretende realizar algún proyecto de construcción. Entre la información que se

buscar determinar es el volumen, localización y tipo de material que será excavado, además de la

maquinaria que se requiere. Adicionalmente se detecta la profundidad del nivel freático, los riesgos de

infiltraciones, arrastres entre otros y finalmente la influencia del agua en la estabilidad y asiento de la

estructura.

El resultado que arroja este ensayo se encuentra representado por el término N, el cual representa la

resistencia a la penetración dinámica por punta y se correlaciona con los parámetros geomecánicos. Los

resultados posibles son un número entero adimensional igual a la cantidad de golpes necesario para que

el saca muestras penetre en el terreno una profundidad de 30 cm o se obtienen un resultado

denominado rechazo, el cual implica más de 50 golpes para penetrar una profundidad de 15 cm o más

de 100 golpes o 10 golpes sin ningún avance.






Los suelos tenidos en consideración se listan a continuación:

Suelos N (Golpes por pie)

Suelos cohesivos blandos N<5

Suelos cohesivos firmes 5<N<15

Suelos cohesivos duros rígidos N>15

Suelos sin cohesión sueltos N<10

Suelos sin cohesión medios 10<N<30

Suelos sin cohesión densos N>30

Grava -

Cantos rodados -

Arenisca -

Lecho Rocoso -

Tabla 12. Categorías de suelos. Fuente: (NASSCO, 2009).

Finalmente la compatibilidad de cada método con las 10 categorías de tipo de suelo se designa con los

siguientes símbolos:

Compatibilidad Símbolo

Completamente Compatible S

Posiblemente Compatible P

Incompatible N

Tabla 13. Símbolos de compatibilidad del suelo. Fuente: (NASSCO, 2009).

Impacto ambiental o costo social:

Los valores de impacto ambiental se presentan en un rango de 1-5 y hacen referencia a diversos

factores como son: el tráfico, el ambiente, la economía y la seguridad. En la Tabla No. 10 cada uno de

estos factores se encuentra detallado y con una formulación matemática que permite calcular los

costos económicos en que se incurre por cada tipo de impacto. A continuación se listan las categorías a

tener en cuenta:






Categorías


Demoras de viaje (Peatones)

Costos en la operación del vehículo:

Disminución de los ingresos en el sector comercial

Pérdida de ingresos por espacios de parqueo

Pérdida de ingresos por multas de parqueo

Costos causados por el control de polvo

Costos por contaminación auditiva


Tabla 14. Categorías de impacto ambiental o costos indirectos. Fuente: (NASSCO, 2009).

A cada una de estas categorías se les calcula un costo al cual se incurre en el transcurso de la obra, es así

como se debe contar con un cuestionario en el cual se pregunten cada una de las variables en cuestión.

Categorías Variables Definición


CDVt Costo por demoras en el viaje (Tráfico Vehicular)

VT Valor del tiempo

Nv Número de vehículos

ITV Incremento en el tiempo de Viaje

Dh Duración del proyecto

Demoras de viaje

(Peatones)

CDVp Costo por demoras en el viaje (Peatones)

VT Valor del tiempo

Np Número de peatones

ITV Incremento en el tiempo de Viaje


Costos en la operación del

vehículo:

COV Costo de operación de vehículo

IDV Incremento en la distancia de Viaje

COA Costo de operación asignado

Nv Número de vehículos







Disminución de los ingresos

en el sector comercial

DIC Disminución de los ingresos en el sector comercial

FI Factor de impacto

TS Numero de transacciones por semana

Ds Duración del proyecto

Pérdida de ingresos por espacios de

parqueo

PEP Pérdida de Ingresos por espacio de parqueo

NEP Numero de espacios de parqueo perdidos en la zona

TP Tasa de Cobro por parqueo

O % de ocupación


Pérdida de ingresos por multas de parqueo

PMP Pérdida de ingresos por multas de parqueo

M Costo multas

FM Frecuencia de multas


Costos causados por el control de polvo (1)

CCP Costo de control de polvo

TAL Tiempo adicional de Limpieza

TS Tasa de salario

Ds Duración del proyecto

Costos causados por el control de

polvo (2)

CCP Costo de control de polvo

Le Longitud de los edificios próximos a la zona de la obra

Ae Altura de los edificios próximos a la zona de la obra

VC Ventanas compartidas

FC Factor de corrección

CL Costo de limpieza

Costos por contaminación

auditiva

CCA Costos por contaminación auditiva

Np Número de habitantes perturbados

Dd Duración del proyecto

CO Costo del ruido por la obra

CP Costo de ruido por la pre construcción de la obra







CPA Costo por aumento en la posibilidad de accidente de los operarios

PS Prima por seguro

N Nomina

MC Multiplicador por daños colaterales

Nw Número de trabajadores

HT Horas de trabajo por día

Dd Duración del proyecto

Tabla 15. Variables para la formulación de las categorías de costos indirectos. Fuente: (Hahn, Palmer, Merril, & Lukas, 2002).

Finalmente se asigna un valor económico máximo al cual el constructor está dispuesto a incurrir por

todos estos costos indirectos y finalmente se le asigna un símbolo en la base de datos, la cual está dada

por la siguiente tabla:

Impacto ambiental % del valor económico límite Símbolo en la base de datos

Muy Bajo 0-20 1

Bajo 20-40 2

Medio 40-60 3

Alto 60-80 4

Muy alto 80-100 5

Tabla 16. Símbolos a asignar por impacto ambiental. Fuente: (NASSCO, 2009).

Es así que dependiendo del porcentaje con el cual el constructor esté dispuesto a incurrir se le asigna un

valor entre 1-5, lo cual denota su incidencia ambiental.

Extensión de la excavación:

A continuación se listan los símbolos a asignar según el tipo de zanja a realizar durante el proceso de

excavación.

Extensión de la Excavación Símbolo en la base de datos Métodos

Excavación continua 1 Pueden utilizarse todos los métodos

Excavación Limitada 2 Excluye la excavación con retroexcavadora

Solo pozo de inspección 3 Excluye todos los métodos a zanja abierta

Tabla 17. Símbolos a asignar por extensión de la excavación. Fuente: (NASSCO, 2009).






Clasificación del nivel freático:

Este parámetro es de gran importancia para las metodologías sin zanja, ya que estas se encuentran

totalmente condicionadas por la altura de las cabeza hidrostática que actúa en la estructura, en otras

palabras esto significa, la reacción que existe entre la elevación de la alineación propuesta y la elevación

del nivel freático (NASSCO, 2009).

La fórmula para obtener el valor de la altura hidrostática es:

á

= ó á

( á )

A continuación se presenta la tabla de la clasificación del nivel freático con su respectivo símbolo.

Clasificación del Nivel Freático Símbolo en la base de datos

Puede manejar por lo menos 3 metros de cabeza hidrostática C1

Puede manejar hasta 3 metros de cabeza hidrostática C2

Puede manejar hasta 1 metro de cabeza hidrostática C3

Tabla 18. Clasificación del Nivel Freático. Fuente: (NASSCO, 2009).

Precisión del alineamiento y del perfil:

Este parámetro hace referencia a la precisión que se necesitará durante la construcción e

implementación de cada método.

Precisión Símbolo en la base de datos Descripción

Muy baja 1 Sin capacidades de direccionamiento

Baja 2 Limitada capacidad de direccionamiento

Media 3 Cuenta con la capacidad para seguimiento y direccionamiento

Alta 4 Desviación máxima de ± 4 pulgadas

Muy Alta 5 Desviación máxima de ± 2 pulgadas Tabla 19.Presición del alineamiento y del perfil. Fuente: (NASSCO, 2009).






Finalmente se presenta una vista de cómo debe aparecer la información de todos los métodos presentes

en la base de datos. Como se observa primero se debe escoger la categoría del método el cual varía en

renovación, rehabilitación y mantenimiento.

Figura 64. Vista de la base de datos. Fuente: (NASSCO, 2009).

3.2.2 FASE 2. EVALUACIÓN TÉCNICA

La valuación técnica comienza al definir el tipo de problema al cual el usuario se enfrenta; es así como se

presentan una serie de preguntas interactivas al usuario, el cual debe estar en la capacidad de

responderlas. De esta manera se va depurando la información en la base de datos, hasta determinar que

metodologías pueden ser aplicadas. En primera instancia se selecciona el tipo de estructura a tratar, las

opciones abarcan dos estructuras los pozos de inspección y la red de alcantarillado entre los que se

encuentran alcantarillado sanitario con flujo a presión o por gravedad, alcantarillado pluvial y

alcantarillado combinado.

Posteriormente se selecciona el tipo de problema que se presenta en la estructura; en la siguiente figura

se observa una vista del cuestionario interactivo.






Figura 65. Vista de la selección del tipo de problema. Fuente: (NASSCO, 2009).

El siguiente paso es comenzar a introducir la

información sobre los diferentes parámetros de

la construcción. En el caso de seleccionar un

problema de capacidad este es el cuestionario:

Figura 66. Vista del cuestionario interactivo. Fuente:

(NASSCO, 2009).

Siguiendo con este tipo de problema, el cuestionario continuo haciendo preguntas sobre el tipo de

suelo, adicionalmente se da la opción de colocar otros suelos que se encuentren presentes en el terreno

y especificar en qué porcentaje se encuentra cada uno.






Figura 67. Parámetros del suelo y detalles de la tubería. Fuente: (NASSCO, 2009).

Adicionalmente y dependiendo del tipo de problema que se seleccione es necesario ingresar las

respuestas de otro tipo de preguntas como son:

Pregunta en el caso que rehabilitar sea una posibilidad

Descripción

¿Cuál es el grado de deterioro de la tubería actual?

En esta opción se debe escoger entre:

Parcialmente deteriorada; este es un daño no estructural, en el cual la

tubería actual puede soportar la carga del suelo y la carga de diseño de la

nueva tubería. Adicionalmente el suelo adyacente a la tubería debe proveer

de un adecuado soporte. Finalmente únicamente se permiten un deterioro

con grietas longitudinales que hayan afectado solo un 10% del diámetro.

Totalmente deteriorada; este es un daño estructural, en el cual la tubería

original no cuenta con una estructura sólida y por consiguiente no puede

soportar la carga del suelo ni las cargas vivas y por consiguiente no es apta

para soportar las cargas de la nueva tubería.






¿Cuál es la presión con la que opera el sistema?

Este valor debe ser dado en kPAS

¿En el caso de un proceso de

renovación en cuanto se puede

reducir la sección transversal de

la tubería?

En esta pregunta se puede escoger entre tres opciones:

-Mínimo: en esta opción no se permite ningún tipo de espacio entre la tubería

original y el nuevo sistema de revestimiento.

-Moderado: se acepta una reducción del diámetro de la tubería pero se debe

usar lechada para cubrir el espacio entre ambas tuberías.

-Significativo: Se inserta una pequeña tubería en el tubo original.

¿Qué tipo de acceso se

encuentra disponible para la

aplicación de alguna

metodología?

Las opciones son el pozo de inspección o la realización de una pequeña

excavación.

¿ La tubería actual presenta

discontinuidad lineal en los

trayectos? (curvas)

Se debe seleccionar, en el caso de que tenga discontinuidades el grado de la curvatura.

¿Cuál es la sección transversal de la tubería actual?

Circular o cuadrada

¿En la tubería actual se presenta algún tipo de discontinuidad en

la sección transversal? Si o no

Tabla 20. Preguntas del cuestionario, en el caso que se considere rehabilitar la tubería. Fuente: (NASSCO, 2009).

Como se observa esta fase se centra exclusivamente en la recolección de la información sobre el

problema que se presenta en la red.

3.2.3 FASE 3. RESULTADOS

Luego de terminar la evaluación técnica y suministrar las respuestas del cuestionario interactivo, se

presentan cada una de las metodologías técnicamente viables a aplicar en el proyecto. En esta fase de

resultados, se busca evaluar un nivel de riesgo para cada una de las opciones presentadas. Es así como

se cuenta con 4 categorías de riesgo que deben ser calificadas y finalmente la evaluación del riesgo se

considera como la media ponderada entre estos factores.

Categoría de riesgo 1.

La primera categoría hace referencia a parámetros de construcción de la obra, los cuales reflejan el nivel

de comodidad que el constructor tiene con el proyecto, entre estos se encuentra la longitud de la

perforación, el diámetro de la tubería, y la profundidad de la cobertura. Es así como se calculará un






nivel de riesgo para estos parámetros, comprando la capacidad de los métodos viables, con los datos del

proyecto. Según la siguiente tabla:

Nivel de riesgo Rango en %

Muy bajo 0-40

Bajo 41-60

Medio 61-75

Alto 76-90

Muy alto 91-100

Tabla 21. Nivel de riesgo categoría 1. Fuente: (NASSCO, 2009).

Como se había mencionado el programa realiza una valoración de estos parámetros de comodidad

comparando los límites de estos factores en cada método y los datos ingresados en el proyecto. Por

consiguiente si el diámetro máximo permitido por un método es de 900 mm y en el proyecto se busca

trabajar con un diámetro de 300mm, se tendría un porcentaje de riesgo del 33% el cual representaría un

nivel de riesgo muy bajo. Este procedimiento se realiza para cada uno de los ítems mencionados

anteriormente.


Hace referencia a las condiciones geológicas del terreno, las cuales fueron previamente explicadas y se

encuentran resumidas en la Tabla 12. En esta categoría se compara la compatibilidad del tipo de suelo

presente en el terreno de la obra con los suelos en que se pueden aplicar los métodos seleccionados.

Claro está que se deben tener en cuenta algunas condiciones: Si uno de los suelos dominantes en el

terreno no es compatible con la técnica se considera incompatible, si todos los tipos de suelos son

compatibles con la técnica propuesta se considera permitido y el riesgo es muy bajo; otra opción es que

los suelos sean posiblemente compatibles con el método lo cual implicaría que se permite la

implementación de la técnica pero con un alto nivel de riesgo y finalmente si existe una combinación

entre suelos compatibles y posiblemente compatibles es necesario aplicar un nivel de riesgo asociado,

según la siguiente tabla (Matthews, Allouche, & Zhenyang, 2006).

Nivel de riesgo % de posibles suelos

compatibles

Muy bajo 0-10

Bajo 11-40

Medio 41-70

Alto 71-90

Muy alto 91-100








Esta categoría se denomina Disposición del constructor y tiene en cuenta la experiencia del usuario con

el método según su criterio y el tiempo en que lo ha venido desarrollando y la disponibilidad de

especificaciones. En la siguiente tabla se especifican los rangos para cada factor (Matthews, Allouche, &

Zhenyang, 2006).

Puntaje Experiencia del usuario aplicando el método

1 Ninguna

2 Alguna

3 Considerable

Puntaje Tiempo desarrollando el método

1 Menos de 2 años

2 de 2 - 5 años

3 más de 5 años

Puntaje Disponibilidad de especificaciones

1 Ninguna

2 Especificaciones Locales

3 Especificaciones Internacionales

Tabla 23. Puntajes en la categoría 3. Fuente: (NASSCO, 2009).

Finalmente el nivel de riesgo se calcula sumando los puntajes de estos tres factores, es asi como los

niveles de riesgo asociados se encuentran en la siguiente tabla.

Nivel de riesgo

Suma de los puntajes en la disposición del

constructor

Muy bajo 9

Bajo 7-8

Medio 5-6

Alto 4

Muy alto 3



En esta categoría se tienen dos factores, el acceso al sitio donde se desarrollaría la obra y el impacto

ambiental o costo social cada uno de estos tiene un valor de riesgo asociado, en el caso del costo social






este ha sido previamente calculado y se encuentra en la base de datos del sistema. Este ítem ha sido

previamente desarrollado en el Numeral 8.1 en la sección de Impacto Ambiental o Costo Social; este ha

sido obtenido mediante una formulación matemática del valor económico en que se incurriría al aplicar

cada método.

Impacto ambiental % del valor económico límite

Muy Bajo 0-20

Bajo 20-40

Medio 40-60

Alto 60-80

Muy alto 80-100

Tabla 25. Nivel de riesgo categoría 4: Impacto ambiental o costo social. Fuente: (NASSCO, 2009).

El acceso al sitio de desarrollo de la obra ha sido categorizado de la siguiente manera:

Accesibilidad al sitio de obra

Descripción Factor

Alta El terreno donde se va a realizar la obra no presenta ningún tipo de obstáculo en todo el tramo de alineamiento de las tuberías.

-1

Media alta

El terreno donde se va a realizar la obra presenta pocos obstáculos en el tramo de alineamiento de las tuberías. Cabe destacar que estas obstrucciones son de fácil remoción.

0

Media Se presenta algún tipo de dificulta en el acceso al terreno donde se realizará la obra.

1

Limitada El acceso al terreno es limitado en un gran número de secciones. Un caso típico de este caso es un área ubicada en el centro de la ciudad.

2

No acceso

Toda el área donde se instalará la red de alcantarillado no presenta condiciones aptas de acceso. Un ejemplo es si el área se encuentra ubicada en la pista de un aeropuerto o en el cruce de un río.

3

Tabla 26. Accesibilidad al sitio de la obra. Fuente: (NASSCO, 2009).

Como punto final, está en manos del usuario otorgar un pero a cada uno de los factores anteriormente

mencionados, a acepción del facto de acceso a la obra, este peso será un valor entre 0-100%.






Con toda la información recolectada sobre los niveles e riesgo, se procede a realizar el siguiente cálculo:

= + + + + +

Variable Descripción

NRI Nivel de riesgo inicial

LP Clasificación de riesgo por longitud de la perforación

DT Clasificación de riesgo por diámetro de la tubería

PC Clasificación de riesgo por profundidad de la cobertura

CS Clasificación de riesgo por compatibilidad de tipo de suelo

DC Clasificación de riesgo por disposición del constructor

IA Clasificación de riesgo por impacto ambiental

WLP Peso por longitud de la perforación

WDT Peso por diámetro de la tubería

WPC Peso por profundidad de la cobertura

WCS Peso por compatibilidad del tipo de suelo

WDC Peso por disposición del constructor

WIA Peso por impacto ambiental

Tabla 27. Variables para calcular el nivel de riesgo inicial. Fuente: (NASSCO, 2009).

Luego de calcular el nivel de riesgo inicial se realiza un ajuste por

en la Tabla 26, para esta categoría. Esta formulación matemática para e calculo final del nivel de riesgo

para cada método ha sido tomada de la fuente (Matthews, Allouche, & Zhenyang, 2006).

Para completar el análisis de riesgo:

Variable Descripción

NRI Nivel de riesgo inicial

VNR Valor del nivel de riesgo

Valor obtenido en la tabla 26

Y VNR/4

Tabla 28. Variables para calcular el valor del nivel de riesgo. Fuente: (NASSCO, 2009).

Para obtener el valor del nivel de riesgo se aplica la siguiente formulación.

= 5(1 )

(1 )






Con este cálculo se obtienen finalmente el valor del nivel de riesgo para cada método técnicamente

viable a ejecutar en la obra. Como último paso quedan en criterio del usuario tomar una decisión sobre

que técnica es la más adecuada para el proyecto que desea realizar.






4. CASOS DE ESTUDIO

A continuación se presentaran dos casos de estudios con los cuales se pretende aplicar la metodología

propuesta y compara los resultados obtenidos con la metodología aplicada en el proyecto. La

información ha sido obtenida de la base de datos de EPM y PAVCO y es utilizada con fines académicos.

4.1 EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN (EPM)

El nombre del proyecto es Prado Centro, este fue ejecutado en la ciudad de Medellín, Colombia y

consistió en la construcción de 5,285 metros de de redes, de los cuales, 170 metros requirieron de la

aplicación de tecnologías sin zanja con el fin de viabilizar su construcción sin perturbar su entorno. El

costo de la obra fue de $4.740 millones aproximadamente (US D 2.6 millones) a diciembre de 2006, de

los cuales fueron invertidos en la construcción de los 170 metros mediante túnel linner, $752 millones

(US D 418.000), equivalentes al 16% del costo total del proyecto. En el proyecto se construyeron redes

entre 250 mm y 1.500 mm de diámetro, empleando diversos materiales como PVC, concreto y glass

reinforced pipe (GRP), para transportar un caudal total de 5.8 3 3. Cabe destacar que las obras

construidas en el sector hacen parte de los 4.400 Km. de redes de alcantarillado que poseen y operan las

Empresas Públicas de Medellín E.S.P., EEPPM (Figueroa, 2006).

Figura 68. Vista aérea de la zona donde se construyó el túnel linner. Fuente: (Figueroa, 2006).

Figura 69. Fachada del Hospital San Vicente y Universidad de Antioquia. Fuente: (Figueroa, 2006).

Barrio Prado Centro






Como se observa en la Figura 68, la situación crítica que se presentaba en la instalación de estos 170

metros (con diámetro externo de 1650 mm y profundidad promedia de 5 m), es que en este tramo del

proyecto se encontraba colindante al Hospital San Vicente de Paúl y a la Facultad de Medicina de la

Universidad de Antioquia, las cuales son dos establecimientos importantes por hacer parte del campo

de la salud y además son considerados patrimonio arquitectónico de la ciudad. Por estas razones se

debía garantizar su funcionamiento durante la ejecución de las obras. Las principales condiciones que se

debían satisfacer se listan a continuación:

Control de emisión de ruido, material particulado y vibraciones de equipos pesados.

Mantener en servicio una conducción de acueducto de 600 mm.

Conservar alineamiento de la red teniendo poco espacio para maniobrar equipos.

Mantener abierto las 24 horas el tránsito vehicular (ambulancias, servicio público y particular) y

peatonal.

Para el desarrollo del proyecto se realizaron algunas actividades previas de análisis de campo, que

permitieron conocer las características del área tanto en aspectos directos como indirectos. Las

actividades realizadas fueron:

Se encontró la presencia de otras redes de servicios públicos, como son telecomunicaciones,

gas, energía y acueducto. La más crítica fue la de acueducto ya que era una tubería de 600 mm

de diámetro ubicado a 3 m de la línea del proyecto. Esta situación se puede observa en la

siguiente figura.

Figura 70. Sección de la vía indicando redes existentes en el sector. Fuente: (Figueroa, 2006).

Presencia de instituciones frente la línea del proyecto, como se había mencionado el Hospital

San Vicente de Paúl y la Facultad de Medicina de la Universidad de Antioquia.

Se encontraron 3 tipos de suelos; se encontró una capa de arcilla, de alta plasticidad, con

humedad superior al 50% y con un contenido de origen aluvial lacustre y con una resistencia a la

compresión simple de 0.5 Kg. /cm2; debajo de este material se encontró otra capa de arcilla






menos plástica que presentó bolsas de material granular con una resistencia variable, bajando

hasta un valor de 0.1 Kg. /cm2. Estos materiales están apoyados sobre un depósito aluvial

relativamente competente. El nivel freático se localizó aproximadamente a 2.5 m de

profundidad (Figueroa, 2006).

Las tecnologías viables a aplicar en el proyecto, tanto por su viabilidad técnica como la experiencia en su

aplicación fueron: zanja abierta, pipe jaking, túnel manual, túnel liner con excavación manual y rotura de

la tubería. A continuación se realizará un análisis de cada una.

El método de zanja abierta, presenta un costo directo muy bueno pero el problema surge al analizar los

costos sociales, ya que se emitiría material particulado en una zona donde priman centros de salud,

además de contaminación auditiva por la maquinaria empleada. Adicionalmente no se permitiría una

continuidad del tráfico lo cual afectaría el funcionamiento tanto de la Universidad como del hospital.

Otras metodologías como son el pipe jaking y la rotura de la tubería las cuales no requiere de mucha

excavación, lo cual evitaría parte de los costos sociales. Pero lastimosamente no se cuenta con una

longitud lo suficientemente representativa para aplicar estas técnicas.

El túnel manual y el túnel linner con excavación manual, son dos opciones que se acomodan al caso de

estudio ya que en ninguna se necesita trabajar a zanja abierta ya que utilizan los pozos de inspección,

además permiten la continuidad en el tránsito vehicular y peatonal. Las diferencias surgen en las

emisiones de ruido y en el costo económico de cada técnica. En el caso del túnel manual es necesario

utilizar grúas para manipular la tubería lo cual produciría contaminación auditiva en cambio en la otra

técnica no existe este inconveniente, respecto al costo el túnel linner con excavación manual representa

un mayor valor en comparación al otro. Bajo esta perspectiva es necesario cuantificar los costos sociales

y determinar cuál sería realmente el costo directo e indirecto de cada metodología.

Bajo este criterio el túnel manual posee un riesgo moderado y el túnel liner un mínimo riesgo, lo que lo

convierte en la técnica más favorable a implementar.

En el 2006 el proyecto fue realizado con esta metodología y aunque solo represento un 3.2% de la

longitud total del proyecto se incurrió en un costo del 16% del costo directo del proyecto. Cabe

mencionar que esta decisión fue tomada a criterios de Responsabilidad Social Empresarial que tiene la

empresa, esperando que con la implementación de este método constructivo el impacto ambiental,

social, económico e institucional fuera el mínimo.






4.2 PAVCO S.A.

Este caso de estudio hace referencia a un alcantarillado pluvial ubicado en la Calle 183 en la ciudad de

Bogotá, Colombia. En la figura se observa el tramo en cuestión, el cual pertenece a una zona residencial

y comercial de la ciudad.

Figura 71. Proyecto Calle 183. (PAVCO, 2009).

La estructura actual es de concreto, con un diámetro de 700 mm y una longitud de 157 metros. En la

siguiente figura se presenta la inspección por CCTV realizada a la tubería actual.

Figura 72. Inspección por CCTV Proyecto Calle 183. Fuente: (PAVCO, 2009).

De la inspección fue posible detectar que se presentaban desplazamientos de juntas, infiltraciones y ex

filtración. Lo que se clasificaría como un problema parcialmente estructural, en el cual se necesitaría

implementar alguna metodología de rehabilitación, ya que la estructura no se ha debilitado de manera

alarmante. Adicionalmente cabe destacar que el área en la cual se va a realizar el proyecto es una zona

de actividad comercial y residencial en la cual se debe tratar no afectar en lo posible el entorno de los

residentes.






La metodología de rehabilitación apropiada y con la que se cuenta para este tipo de problemas es la

CIPP o curado en sitio de la tubería; ésta busca recuperar o rehabilitar tuberías sin la necesidad de hacer

excavaciones, sin perturbar el ambiente de los sectores colindantes y con rendimientos superiores. Lo

cual la categoriza como una metodología con una bajo nivel de riesgo. El procedimiento que se realiza

está compuesto por 4 pasos: inspección y diagnóstico, limpieza especializada, impregnación de la línea y

curado y puesta en servicio.

La inspección de la tubería permite conocer la condición interna de la tubería y permite determinar la

capacidad estructural de la tubería existente, fisuras, fugas, estado del material y vida remanente. La

empresa PAVCO realiza este procedimiento con cámaras de última tecnología las cuales permiten

detectar con precisión la situación interna de la tubería. Posteriormente se realiza una limpieza de la

tubería que permita una correcta aplicación de la resina, mediante este procedimiento se remueven

incrustaciones, biopelicula y sedimentos.

El tercer paso consiste en la impregnación de la línea textil; es esta fase se comienza vertiendo la resina

epóxica dentro de la línea textil, luego se impregnan las capas interiores de la línea, por medio de una de

una máquina de impregnación. Con este procedimiento es posible garantizar la homogenización de la

resina en todo el proceso.

Figura 73. Impregnación de la resina en la línea. Fuente: (PAVCO, 2009).






Finalmente se realiza la instalación, curado y puesta en servicio. Luego de tener la línea impregnada con

la resina se procede a introducir la línea dentro de la unidad de inversión y curado, la cual se encarga de

producir el aire comprimido que permitirá la instalación de la línea dentro de la tubería existente y el

vapor de agua que permitirá el curado de la resina.

Figura 74. Instalación de la resina. Fuente: (PAVCO, 2009).

Las ventajas que se obtienen al implementar este tipo de metodologías son de tipo ambiental ya que

este es considerado un procedimiento amigable con el ambiente, además de que se emplean resinas no

tóxicas. Otra ventaja es la en el aspecto económico ya que las obras no se ven afectadas por efectos del

invierno.

En la Figura 73 se aprecia el resultado final obtenido luego de aplica la metodología CIPP en este

proyecto.

Figura 75. Inspección por CCTV Tubería rehabilitada. Fuente: (PAVCO, 2009).






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