Planificación y Construcción de Redes de Alcantarillado Requerimientos y Soluciones Sostenibles...

CONFERENCIA DEL AGUA 10.06.2009

Planificación y Construcción de Redes deAlcantarillado

Tema

Requerimientos y Soluciones Sostenibles bajoConsideración de Incertidumbres en laPlanificación

Norbert Rönz


Ejemplos (Europa, Africa)

Requerimientos en Europa (y Alemania)

Soluciones Sostenibles

Estructura


Acuerdos sobre las metas y requerimientos se coordinaentre los expertos Europeos, lo cuál resulta en una Normacomún que sirve como base de requerimientos nacionales,

directivas y leyes en la Gestión de Aguas (entre otros)!

operativo en 30 países Europeoscon aprox. 500 Mio. de habitantes y una superficie de aprox. 4,8 Mio km²

Bélgica, Bulgaria, Dinamarca, Alemania, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Islandia, Italia,Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Holanda, Noruega, Austria, Polonia, Portugal, Rumania,

Suecia, Suiza, Eslovaquia, Eslovenia, España, República Checa, Hungría, Reino Unido y Chipre.

(negro=desde 1995, rojo= desde 2008)

Requerimientos


Requerimientos

EuropaRNW

Rhenania de Norte – Westfalia (RNW):18 Mio Hab. (530 Hab./km2)

entre ellos

Colonia: 1 Mio Hab. (2.500 Hab./km2)

Essen: 583.000 Hab. (2.800 Hab./km2)

Düsseldorf: 582.000 Hab. (2.700 Hab./km2)

Región Rin/Ruhr: 10 Mio. Hab. (1.430 Hab./km2)

RNW es la región con una de las más altasdensidades tanto de habitantes como deemplazamientos industriales y comerciales enAlemania y Europa.

Casa Matriz de

Dr. Pecher AGIngenieur- undWirtschaftsberatungsbürofür Umwelt und Infrastruktur


Metas

Salud y Seguridad Pública

Desarrollo Sostenible y Protección del Medio Ambiente

Salud y Seguridad del Personal

Norma Europea 752 Norma Europea 476

Norma Europea773

Norma Europea 1293

Norma Europea14457

Norma Europea13380

Requerimientos Funcionales Requerimientos alRendimiento

Requerimientos


Protección- contra inundaciones- de aguas superficiales- de aguas freáticas

Prevención- de ruidos y trepidaciones- de olores- de humos tóxicos- de humos explosivos- de humos corrosivos

Funcionalidad hasta vidaútil (estado constructivo,hermeticidad hidráulica)

Uso sosteniblede productos ymaterialesAusencia de peligros para

infraestructura y edificiosadyacentesEmisiones de aguas

servidas industriales

Requerimientos

RequerimientosFuncionales


Requerimientos

Manejo Integral de Canales

Requerimientos


Manejo Integral de Canales = Investigación cuidadosode redes de desagüe existentes o previstos y uso de esas

informaciones para la elaboración de estrategias = Sostenibilidad

Investigación

Evaluación

Elaboración de Plan

Implementación

¡Eso significa!

Requerimientos


Licitación, Adjudicación Ejecución Operación

Duración

Influenciabilidad mediante planificación

Impacto de posibles adjudicaciones alternativas

Influenciabilidaddel proyecto en %

Puesta en marchaOptimización operativa

Defensa contracambios

OperaciónAsistencia técnica y económicaOptimizaciónde bases deplanificación

Identificaciónde bases

Fases de ProyectoPreplanificación Planificación de diseño y de aprobación Planificación de implementación y de detalles

Terminación

Sostenibilidad


¿Cuanto tiempo debe durar la instalación?

-> Red de alcantarillado (Construcción Nueva) >80 Años

peroConductores a presión 40 AñosDesagüe de terrenos y calles 40 AñosPozos, Reservorios 40 AñosInstalaciones de bombeo y de elevación(construcción) 40 Años Instalaciones de bombeo y de elevación(maquinaria) 5-20 Años

Sostenibilidad


Ejemplos (Europa y África)

Sistema de colector con aliviadero Wuppertal (Alemania)

Sistema de colector de alcantarillado Mönchengladbach (Alemania)

Canal de alcantarillado Emscher (Alemania)

Nueva capital y sistema de desagüe Ziguinchor (Senegal)

Soluciones


Rio Wupper en Wuppertal con planta de tratamiento BuchenhofenCaudal mínimo medio=3,7 m3/s

Caudal medio = 10 m3/s

Planta de tratamiento WuppertalAlimentación hidráulica = 2,5 m3/s

Colector con Aliviadero Wuppertal

En caso de caudal mínimo

2/3 del caudal de rio proviene

de aguas tratadas de la planta

de tratamiento Wuppertal


Wuppertal

Habitantes: 356.420

Densidad: 2.117 Hab./km2

Longitud de la red: 1.430 km

Desagüe de forma separada

Condiciones accidentadas (inclinado)



Problema• Saneamiento urgente del sistema del colector principal de aguas servidas.

(Mantenimiento, inspección y saneamiento del colector principal imposible debido a su vejez demás que 100 años)

• Alta carga de aguas superficiales debido a emisiones de aguas servidas.(Agua contaminada de lluvia proveniente de superficies industriales y comerciales ensucian laWupper)

Meta• Posibilidad de amortiguamiento de aguas servidas considerando baja

capacidad de la planta de tratamiento.(Ampliación de planta de tratamiento imposible debido a razones económicas ytécnicas)

• Posibilidad de desviación temporal de aguas servidas del colectorprincipal para facilitar saneamiento constructivo.



Concepto de Planificación:„Colector con Aliviadero Wupper“

Speicherbecken Stb1 Stb2 Stb3 Stb4 Stb5

Planta detratamiento

Buchenhofen

Estructura demedición y de

retención

HS1(rojo) = Colector principal sujeto a saneamiento

VZW = Ramificación en el ESW

ESW = Colector con aliviadero

Stb = Estructura de embalse



Condiciones Marcos para la Planificación• Edificación estrecha en la cuenca de Wuppertal.• Trazado corre mayormente debajo un eje principal de tráfico.• Geología extremadamente variable: rellenos, arena movediza, arenisca,

suelos calcáreos incluso grandes fisuras geológicas diagonales y pozos ygalerías no registradas.



aprx. 10 km

aprx. 42.000m³ (0,14m3/Hab.)

DN 2000 hasta 2600

2,4 ‰

10 hasta 15 m

Longitud:Volumen:

Ancho Nominal:Inclinación Media:

Profundidad:

Planificación



Canal de embalseen cascada5 estructurasV = 41.682 m³

Longitud: 9,7 km

DN 2000 hasta 2600aprx. 80 estructurasparticulares

Profundidad:10 hasta 15m

STB 5

STB 4

STB 3

STB 2

STB 1


Planificación


Duración de Construcción:

Febrero 1992 hasta Setiembre 2001 (Excavación)

Estructura:

DN 2000 hasta DN 2600, 10 hasta 15m de profundidad,9.700m de longitud

Costos:

Aprox. 175 Mio EUR



Colector de Aguas Combinadas con Aliviador MG

Características Área (MG)Habitantes: 117.500Cuenca: 3.360 haSuperficie pavimentada: 20 – 95 %Sistema de drenaje: en el futuro sistema de redcombinado en toda la zona – algunas áreas consistemas de red separativos sujetos a conversión

Características-Mönchengladbach (MG)Habitantes: 267.770Cuenca: 171 km²Longitud de red: 1.325 km


4 Etapas deRetención

?

Colector en Red

Problema y Meta• Parecido al proyecto „Colector con Aliviadero Wupper“

Concepto de Planificación• Colector profundo en cascada

Planta deTratamiento



5ta Etapal = 199 mDN 1600

2da Etapal = 2.130 mDN 3600

3ra Etapal = 1.323 mDN 3600

4ta Etapal = 2.686 mDN 3000

1ra Etapal = 1.493 mDN 3200

• V = 70.000 m³

• L = 8 km

• 3.360 ha

• 4 Estructuras de Retención

• Pendiente del Fondo=2,2‰

• Alimentación mediante„pozos de caída porvértice“ debido al fuertedesnivel del terreno dehasta 27 m



Estructuras · Ensayos de Hidráulica• Rápido – Garganta de cisne

• Pozo de caída con pisos falsos

Fuente: Universidad Técnica de Munich



EstructurasEnsayos de Hidráulica – Universidad Técnica de Munich



Estructura de Alimentación Pozo de Caída por Vértice



Protección Anticorrosivo

- Protección interior medianterevestimiento PE-HD de 5 mm en pozosy tubos

- Uso de tubería de hormigónquimicamente resistente „SistemaDYWIDAG“


150mmHormigón

polimerizado

150mmHormigón

polimerizado

Sentido de presión


Cronograma

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

1. Bauabschnitt

2. Bauabschnitt

3. Bauabschnitt

4. Bauabschnitt

5. Bauabschnitt

l = 1.493 m (DN 3200) 1 SBW

1998

l = 2.130 m (DN 3600) 1 SBW, 3 WFS

l = 1.323 m (DN 3600) 1 SBW, 1 WFS

l = 2.686 m (DN 3000) 1 SBW, 1 WFS, 3 ABW

l = 199 m (DN 1600) 1 ABW

Vortrieb Hauptsammler Zuleitungssystem Bauwerke

2009 und

später

SBW = Estructura de RetenciónWFS = Pozo de Caída por VérticeABW = Estructura de Caída

1ra Etapa

2da Etapa

3ra Etapa

4ta Etapa

5ta Etapa

Excavación ColectorPrincipal Estructuras Sistema de Alimentación

2009 ymás allá



Nueva Capital Senegal

Tarea: Planificación del drenaje de una ciudad nuevade 50km² (zona de urbanización) y 200km² (zonaaledaña) para aprox. 1 Mio de habitantes (5.000Hab./km2) en el futuro; planificación de diseño yejecución para 1,5 km2 (zona central)

Estado actual: Área de bajo poblamiento (aprox. 100Hab./km2), paisaje de dunas con oasis intensivamentecultivados y con desnivel de terreno de aprox. 30 m.

Base de Planificación: Planificación anterior deurbanismo y de la red vial, la cuál considera el relieve ylas altitudes del terreno insatisfactoriamente

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de (2

009)

(200

9)

Nueva CapitalDistancia a Dakar 120 km


Problemas: La temperatura media de aguas servidas (referencia Dakar) de aprox.30°C genera condiciones óptimas para la corrosión biógena del sulfuro de hidrógeno.Lluvias altamente intensas. No obstante de la alta densidad poblacional pronosticada(5.000 Hab./km²), existen suficientes áreas no pavimentadas para la infiltración deaguas pluviales dentro de la ciudad.

Planificación: Elaboración y aplicación de un modelo para la minimización de laformación del sulfuro de hidrógeno en base de experiencias prácticas; selección demateriales juntos con el cliente y productores reputados de tubería (piezas cerámicas,hormigón, plásticos); elaboración y evaluación de los bases con un SIG (p.ej. modelode terreno) --> Concepción de una red de alcantarillado con L = 1.300 km

Nueva Capital Senegal


Tarea: Planificación del diseño del drenaje y deltratamiento de aguas servidas y aguas pluviales del áreaurbano completo hasta 2025; planificación de laejecución para una zona prioritaria.

Estado actual: 200.000 habitantes viven en un área de2.900 ha (= capital de provincia, población pobre);>99% de las viviendas usan sistemas decentralizadas;77% no tiene acceso a instalaciones sanitariasdomésticas; aguas grises no se colectan en 85% de lasviviendas; no hay tratamiento de lodos

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Ziguinchor (Senegal)


1/3 de la población mundial usa sistemas decentralizados.Ventaja: son generalmente mejor adaptados; bajo consumo de agua y costos operativos.----> La población requiere capacitaciones intensivas, caso contrario las sistemas no funcionan.

Problemas: Escasa base de datos (planos catastrales incompletos, no hay plan deurbanismo, modelo digital de terreno impreciso, no hay datos sobre densidadpoblacional y pavimentación superficial, mediciones de precipitación y de caudal soloen forma de totales diarios, …), falta de desarrollo urbanístico ordenado, ingresosbajos, clima tropical, temperaturas medias 24°C (Enero) hasta 28°C (Mayo, Junio);estación lluviosa de 5 meses, medio total de precipitación 1.300 mm/a en altasintensidades.Planificación:- Drenaje de lluvias mediante sistema de arroyos a lo largo de la edificación paraimpedir y/o mitigar inundaciones.- Tratamiento decentralizado de aguas servidas con separación de orina etc.



Procedimiento

En ello: Participación de la población y de actores comunales

RegistrarRegistrarcondicionescondiciones,,diagnosticardiagnosticarproblemasproblemas

DeterminarDeterminarestrategiaestrategia

InvestigarInvestigaralternativasalternativas,,

planificarplanificar disediseññoo,,estimarestimar costoscostos

PlanificaciónPlanificación de deejecuciónejecución de de

zonazona prioritariaprioritaria

TallerTaller iniciáticoiniciático;;encuestaencuesta de depresupuestopresupuesto::

identificaridentificarproblemasproblemas y y

deseosdeseos

TallerTaller de deasesoramientoasesoramiento::sugerirsugerir técnicastécnicas

TallerTaller de de cierrecierre::coordinarcoordinar

planificaciónplanificación

SensibilizaciónSensibilización mediantemediante instalacionesinstalaciones de de demostracióndemostración



Canal de Aguas Servidas Emscher

Planta deTratam. II

Planta deTratam. I

Estación deBombeo

Estación deBombeo

Cuenca canalizada = 431 km2

Habitantes = aprox. 2 Mio.Densidad poblacional = aprox. 4.600 Hab./km2

Volumen de aguas servidas = aprox. 210 l/d/Hab. (incl.aguas industriales)

Cuenca hidráulica del rio Emscher

Cuenca de alimentación pl. tratam. I

Cuenca de alimentación pl. tratam. II

Etapa de planificación

Elemento del sistema (vea secciónvertical)

Estación deBombeo

Fuen

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nter

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n zu

m A

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f Pla

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emäß

§17

0 LW

G (E

msc

herg

enos

sens

chaf

t, 20

06)


Pl. Tratam. I (Q=8,5 m3/s)

Desmonte, arena, limo

Marga (Roca)

Pendiente

Perfil (mm)Longitud (km)

Pl. Tratam. II (Q=21,5 m3/s)

Est .

Bom

beo

Est.

Bom

beo

EA30+40 (25 km)EA20 (10 km)EA10 (17 km)

Que

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06)

Canal de Aguas Servidas EmscherEs

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Horizonte deMarga


Autopista

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§17

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msc

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sens

chaf

t, 20

06)

Seccióntransversal

sector del EA40(Pr.=apr. 10 m)

Palos existentes

Canal de retenciónprevisto DN 2600

Canal de alcantarilladoEmscher DN 1400

Via de acceso

10.5

m

11 m

Seccióntransversal

sector del EA30(Pr.=apr. 24 m)

24 m



Concepto de planificación è Parámetros fundamentales

• Dimensionamiento, profundidad y fundamento de construcción(Excavación horizontal controlada, diámetro min. del perfil DN1400)

• Ausencia de deposiciones en el canal y los pozos de acceso(Deposiciones que ocurren con caudales pequeños sujetos a remobilización)

• Resistencia contra corrosión(Medidas de protección activas y pasivas)

• Concepto para condiciones operativos normales(Inspección, mantenimiento, registro de estado)

• Concepto para condiciones operativos extraordinarios(Disfunción operativa, reparación, saneamiento)



Concepto de planifiación è Protección contra Corrosión

Fuente der Bilder: UNITRACC, Mediengalerie in 2009 (www.unitracc.de, knowledge Factory GmbH-Geschäftsführer: Dr.-Ing. Robert Stein)

- Protección activa contra corrosión interior: Impedimiento de sulfuros mediante sostenimiento y conservación de ambiente aeróbico atraves de dosificación de agentes oxidativos, precipitativos y/o alcalinizantes.

- Protección pasiva contra corrosión interior .

- Protección contra corrosiónexterior:Requerido p.ej. con altas concentraciones decloro en aguas freáticas. En sitios con cargasantiguas ocurren peligros potencialmenteelevados.

Uso de hormigón de alta resistencia contradeterioro de sulfatos evtlm. con coeficiente dedifusión de cloro debajo 0,5.10-12 m2/s.

Zona decoronación

Zona de cambio

Zona permanente-mente sumergida

Gasraum



Concepto de Planificación è Concepto para condicionesoperativos normales

• Mantenimiento regular e inspección mediante sistemas automáticasrodantes o flotantes de inspección y de limpieza (Fraunhofer-Institut IFF,Magdeburg por orden de Emschergenossenschaft)

Condiciones operativasnormales

Inspeccón con caudal mínimo

Cámara deexpansión

Zonahúmeda

Nivel decaudal mínimo

Que

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06)



Sistema de Detección de Daños - SEK

Sistema „Flotador“ en niveles sobre 45 cm

Sistema „Carro“ en niveles debajo 45 cm

detecta

- Grietas,- Corrosión- Fugas- Desplazamientos de ejes

- Desgaste mecánico- Deposiciones- Obstáculos

Velocidad = 15 cm/s

Cámara deexpansión

Zona húmeda „„„FlotadorFlotadorFlotador“““

„„„CarroCarroCarro“““


Que

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§17

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msc

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sens

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06)



Sistema de limpieza(Sistema de soporte igual alsistema „Carro“ del SVM)

Sistema de levantamiento de daños -SVM(para registro detallado del estado)

„„„FlotadorFlotadorFlotador“““


1 = Hauptträger

2 = Radaufhängung

3 = Schwenkkinematik mit Düsenbalken

4 = Rotationsdüsensystem

5 = Ejektrodüsen

6 = Elektronikschrank

7 = Schutzdach

Que

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§17

0 LW

G (E

msc

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sens

chaf

t, 20

06)

1 = Drehantrieb

2 = Rotationsdüse



Concepto de Planificación è Concepto paracondiciones operativas extraordinarias(reparación)

• Etapa 1: Longitud =25 kmSistema de conductor único con seguro de un trazado sustituto en caso de daño total: en caso de reparaciones el agotamiento delcanal en reparación se realiza mediante el bombeo de las aguas de un pozo al siguiente a traves de conductores a presiónprovisionales y estaciones de bombeo con caudal debajo 3 m3/s.

Q< 3 m3/s

Q< 3 m3/s

Trozo de canal libre de aguas para reparación (apr. 600 m hasta próximo pozo de acceso)

Pozo,abajo

Pozo,arribaTrazado

sustituto

Trazado previsto delcanal de alcantarillado

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06)

Conductor a presión



Concepto de Planificación è Concepto para condicionesoperativas extraordinarias (reparación)

• Etapa 2: Longitud =27 kmSistema de conductor doble: en caso de reparaciones el agotamiento del canal enreparación se realiza mediante la desviación de las aguas al canal paralelo (2doconductor).

Pozo,abajo

Pozo,arribaTrazado del canal de

alcantarillado en sistemade conductor doble

Que

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emäß

§17

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06)



Otras soluciones investigadas:• Conductor segmentado (1) o• Canal de infraestructura (2)

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Quelle der Bilder: UNITRACC, Mediengalerie in 2009 (www.unitracc.de, knowledge Factory GmbH-Geschäftsführer: Dr.-Ing. Robert Stein)



Solicitud de permiso de planificación el 01.12.2006

Planificación de ejecución entre 2006 y 2009

Aprobación de construcción de las instalaciones el 21.03.2009

Terminación de instalaciones previsto para 2015

Est. de bombeo GelsenkirchenVolumen = apr. 7,4 / 6,8 m3/s

Elevación = apr. 10m / 17 m


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