¿Separar o combinar las aguas de drenaje urbano? El caso ...
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pág. 1 ¿Separar o combinar las aguas de drenaje urbano? El caso de las ciudades con alto porcentaje de auto construcción. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Facultad de ingeniería Departamento de Ingeniería civil y ambiental. PROYECTO DE GRADO. AUTOR: Simón Tadeo Haydar Mordecai. Código: 201024297 ASESOR: Juan Guillermo Saldarriaga. Bogotá D.C, Noviembre de 2015.
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¿Separar o combinar las aguas de drenaje urbano? El caso de las
ciudades con alto porcentaje de auto construcción.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.
Facultad de ingeniería
Departamento de Ingeniería civil y ambiental.
PROYECTO DE GRADO.
AUTOR: Simón Tadeo Haydar Mordecai.
Código: 201024297
ASESOR: Juan Guillermo Saldarriaga.
Bogotá D.C, Noviembre de 2015.
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Introducción.
En la antigüedad el desarrollo del saneamiento no es como hoy en día,
antiguamente el excremento humano se descargaba en el suelo por medio de
letrinas, de esta manera cuándo se llenaba el hueco de la letrina era necesario
vaciarlo, si el suelo donde se vaciaba tenía una elevada permeabilidad podía
contaminar las aguas subterráneas.
En la revolución industrial, la industria floreció y el consumo diario de agua se
vio en aumento, así se debió abastecer a la población de una mayor cantidad
de agua, cosa que empezó a generar problemas en el manejo de las agua
residuales (Giraldo Gomez, 1999).
Los ingleses fueron los pioneros en utilizar un sistema llamado WC (water
closet) donde se disponía la materia fecal humana diluida en agua, de esta
manera se generó la necesidad de evacuar esos excrementos diluidos fuera de
las ciudades. Si se realizaba la evacuación a cielo abierto existía una mayor
probabilidad de riesgos higiénicos, así fue cómo surgió la necesidad de la
creación de un alcantarillado cerrado.
El alcantarillado cerrado no solo se creó para evacuar las aguas residuales sino
también las aguas de escorrentía de la lluvia, así surgió una difícil pregunta de
responder. ¿Separar o combinar las aguas residuales de las aguas lluvias?
El sistema de alcantarillado se define como el conjunto de estructuras
destinadas a la recolección, conducción y disposición final de las aguas
residuales o de las aguas lluvias (RAS, 2000). Este sistema a su vez se divide
en dos tipos clasificados por el tipo de agua que recolecta. El alcantarillado
combinado y el alcantarillado separado. El alcantarillado separado transporta
de manera independiente las aguas residuales de las aguas lluvias. Mientras
que el alcantarillado combinado se compone de todas las estructuras
destinadas a la recolección y transporte, tanto de las aguas residuales como de
las aguas lluvias.
Capítulo 1
1. Aguas residuales:
Es el tipo de agua que presenta contaminación en base a materia fecal, y orina
especialmente de seres humanos y/o animales, este tipo de agua presenta un
riesgo importante para el medio ambiente y la salud de los seres vivos por lo
que se crean sistemas de tratamiento para separar los componentes nocivos. ,
no todas se componen de las mismas sustancias por lo que se debe hacer un
estudio en la composición de esta para saber el método óptimo de remoción.
Estos líquidos se generan por medio de las actividades diarias en una ciudad.
Ya sean domesticas comerciales, industriales y de servicios. (Cuido el agua,
2009).
Las aguas residuales se pueden clasificar en:
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Municipales: lo residuos líquidos los transporta el alcantarillado de la ciudad y
los trata una planta de tratamiento (PTAR).
Industrial: Las diferentes industrias son las que generan este tipo de agua
contaminada.
Otra manera de clasificarlas es por su contenido de contaminantes así:
Aguas negras: provenientes de inodoros, se caracterizan por tener un color
negro y presentar concentraciones elevadas de coliformes fecales, nitrógeno y
sólidos suspendidos provenientes de excremento y orina de los seres
humanos.
Aguas grises: provenientes de tinas lavamanos y duchas, además se
caracterizan por poseer concentraciones de sólidos suspendidos, fosfatos,
grasas y coliformes fecales.
Aguas negras industriales: proviene de la industria y se caracteriza por variar
en su composición dependiendo del proceso industrial, normalmente genera
efectos nocivos a la salud si no se realiza un control en la descarga.
2. Aguas pluviales:
Este tipo de agua se caracteriza por ser obtenida de la lluvia que genera
escorrentía superficial, su recolección se puede dar en fosos de recarga o
depósitos como tanques, y el proceso para obtenerla en general es de bajo
costo (National Academy of science, (s.f)).
2.1 Tratamiento aguas residuales.
Debido a que las aguas contaminadas provienen ya sea de la industria o de los
municipios, suelen tener un tamaño y composición variada. De esta manera
dependiendo de dónde se ubique el proceso de limpieza se pueden dividir en
tratamiento primario, secundario y avanzado.
2.1.1Tratamiento Primario:
Este tipo de tratamiento “prepara el agua” de partículas con la capacidad de
obstruir los procesos siguientes a este tipo de tratamiento, de esta manera los
tipos de tratamiento primario son:
2.12 Cribado o malla de barrera: El agua antes de ser tratada puede traer
materia flotante, como madera, plásticos, papel entre otras, el problema radica
en el posible taponamiento de tuberías y mecanismos (catarina.udlap). Este
proceso mecánico separa materiales de acuerdo a la diferencia de tamaño, por
medio del movimiento de la sustancia hacia la malla. En el caso del cribado las
partículas de menor tamaño que las aberturas de la malla pasan como finos
mientras que las partículas más grandes se acarrean como residuos (Ramón
Ortiz, 2014).
2.13 Eliminación de aceite y grasas.
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La formación de aceites y grasas además de generarla los seres humanos con
sus actividades diarias, también se generan por la putrefacción de las algas ya
que estas contienen cantidades de aceites almacenados por las células
(Barrera, 2010) Este tipo de sustancia es inmiscible en el agua generando
películas en la superficie del agua generando la aparición de natas y espumas,
este tipo de residuos genera problemas a la hora de tratar química y
físicamente el agua. Los aceites al generar una barrera entre el agua y la
atmosfera no permiten la circulación del oxígeno hacia el agua por difusión ni la
salida de CO2 además de impedir la penetración de la luz solar.
Es esencial la remoción de las grasas y aceites al inicio del proceso, esto se
realiza por medio de trampas de grasa, donde la grasa queda atrapada dentro
de un tanque y se recupera por calefacción. (Topanta Vera, s.f)
2.14 Sedimentación
Este proceso se basa en separar las partículas en suspensión del agua y se
puede hacer por 4 diferentes procesos.
2.141 Sedimentación tipo arenas:
Se caracteriza por la ausencia de las partículas para interactuar, de esta
manera cada uno tiene un movimiento vertical y los choques que se
generan por las diferentes velocidades de las partículas no genera
partículas de mayor tamaño y la velocidad de una partícula permanece
constante por el tiempo.
2.142 Sedimentación Floculante
Las partículas poseen un grado de afinidad entre ellas aumentando su
tamaño y velocidad de sedimentación.
2.143 Sedimentación en Bloque
En este tipo de sedimentación la velocidad de sedimentación es determinada
por la dificultad del agua de pasar a través de las partículas y se genera
cuando la concentración de partículas es tan elevada que genera una
sedimentación en bloque.
2.144 Sedimentación con Compresión.
Los lodos acumulados generan que las partículas presenten contacto
generando que sedimenten y generen presión sobre las capas inferiores
generando pérdidas de agua por compresión de lodos.
2.15 Tratamiento Secundario.
Este tipo de tratamiento llamado comúnmente como biológico se utiliza para la
contaminación orgánica disuelta, de tal manera que se usa para remover del
agua impurezas menores a las que se pueden remover por mallas o
decantación.
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2.151 Percolación:
El proceso de tratamiento de agua apta para el consumo humano tiene varios pasos, uno de estos es la percolación que se puede entender como el paso lento de fluidos por materiales porosos de esta manera se debe hablar de un proceso llamado filtración. Este proceso no es más que permitir que el agua pase a través de un medio poroso. Este proceso es de vital importancia ya que en él se remueve material en suspensión de todo tipo, ya sea bacterias, color natural, pequeñas partículas de material férrico y mangánico y turbiedad. Además de remover los diferentes compuestos en el agua que generan olores y sabores en el agua. Se puede utilizar carbón activado granular, esta sustancia se utiliza para llevar a cabo un proceso llamado adsorción. Este proceso se utiliza para remover una sustancia soluble del agua por medio de un sólido. La superficie interna del carbón activado es muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g) permitiendo que el carbón tenga una adsorción ideal. Este fenómeno es producto de las fuerzas de atracción conocidas como “Fuerzas de Van der Waals”. Esto permite inferir que entre mayor sea el área superficial disponible, la adsorción será mejor. El nivel de actividad del proceso de adsorción depende de la concentración de la sustancia, polaridad y temperatura. Una sustancia soluble en el agua, pobremente puede ser eliminada por el carbón activado mientras que una no polar puede ser eliminada con facilidad. Alcantarillado Combinado y Alcantarillado separado.
Cuando las aguas lluvias y aguas se transportan a través de un mismo sistema
de alcantarillado, el sistema es una red de alcantarillado combinado, mientras
que, sí el alcantarillado transporta de manera separada la red cloacal de aguas
negras y la red de tuberías de aguas lluvias, se conoce como alcantarillado
separado.
Los sistemas de alcantarillado moderno en su mayoría son separados. Solo
ciudades antiguas y densamente pobladas, donde inicialmente se construyó un
sistema de drenaje pluvial debido a que no se necesitaba un sistema de
alcantarillado de aguas residuales son las que poseen alcantarillados
combinados. Estas ciudades a mediados del siglo XIX al ver la necesidad de
descargar las aguas residuales de las casas, conectaron las aguas residuales
al alcantarillado de aguas lluvias.
A medida que las áreas urbanas de desarrollaron. La necesidad básica fue la
de un alcantarillado sanitario. El agua de la escorrentía de lluvia podía
transportarse a cuerpos de agua naturales hasta que el desarrollo del sistema
sanitario fuera óptimo. Debido a que los sistemas de alcantarillado de aguas
lluvias son más largos y más costosos que los sistemas de alcantarillado
sanitario. Su construcción muchas veces se evitaba. En la actualidad los
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sistemas de alcantarillado sanitario se diseñan para evitar las aguas lluvias
mediante velocidades de flujo y presión en la tubería suficientes para evitar la
infiltración de aguas lluvias dentro de dichas tuberías.
Ilustración 1 Sistema de alcantarillado combinado vs Sistema de alcantarillado separado (Agency, 2008).
En la ilustración 1 se evidencia como en un día seco el flujo de agua en un
sistema de alcantarillado combinado, se transporta por completo a la planta de
tratamiento de aguas residuales, mientras que en días de lluvia, el flujo de
lluvia se combina con el de aguas residuales y parte del flujo se transporta a la
PTAR mientras que lo que queda del flujo rebosado se transporta a un rio.
En el caso del sistema de alcantarillado separado en un día seco el
comportamiento del flujo es igual al que presenta el alcantarillado combinado,
la diferencia se evidencia en los días de lluvia donde las aguas residuales se
transportan de manera independiente de las aguas lluvias, estas últimas se
transportan por completo al cauce del rio.
Ventajas y desventajas entre el alcantarillado separado y Combinado
Una de las primeras preguntas para el diseño de un sistema de alcantarillado
es si se debe construir combinado o separado.
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La cantidad de aguas lluvias de una precipitación captada por un sistema de
alcantarillado combinado es mucho mayor que la cantidad de aguas residuales
del mismo distrito debido a que la tubería debe llevar tanto el agua residual
como las aguas lluvias. Consecuentemente se debe suministrar un mayor
tamaño a una tubería de alcantarillado combinado que a una tubería de
alcantarillado separado.
Las tuberías del alcantarillado separado al ser más pequeñas, generan una
mayor velocidad de flujo que el alcantarillado combinado, generando que se
mantengan limpias las tuberías. El problema de las tuberías de alcantarillado
separado es que al ser más pequeñas, dificulta en mayor instancia la remoción
de cualquier obstrucción o sedimento en dicha tubería.
En general es más costoso un sistema de alcantarillado separado que un
sistema de alcantarillado combinado, debido a una mayor extensión y cantidad
de tubería que el combinado. Aunque los costos en excavación en el sistema
separado se reducen debido a que la tubería de aguas lluvias se puede colocar
a una menor profundidad que las tuberías de aguas residuales.
El flujo de agua superficial en sistemas de alcantarillado separado funciona
para distancias más largas que el sistema de alcantarillado combinado. Esto es
una ventaja debido a que se reducen costos de bombeo y de tratamiento de
dichas aguas.
En el alcantarillado separado las tuberías pequeñas remueven de cada casa
las aguas residuales, pero las tuberías de aguas lluvias solo se transportan
donde la remoción de agua superficial es de vital importancia. Las aguas
residuales de las casas se transportan a una planta de tratamiento de aguas
residuales (PTAR), mientras que las aguas lluvias se pueden descargar en
diferentes cuerpos de agua. En el caso de un sistema combinado, la longitud
debe ser mayor al sistema de alcantarillado de aguas lluvias. Además de tener
todas las tuberías conectadas en cada casa, lo que genera mayores costos.
En una casa es más probable que se genere obstrucciones en las tuberías
cuando el sistema es separado debido a las pequeñas tuberías, lo que genera
problemas de ventilación. Aunque la remoción de los gases atrapados en la
tubería se realiza en mayor cantidad en las tuberías pequeñas.
Un argumento esencial a favor del alcantarillado separado es su practicidad en
hogares donde las aguas residuales se deban tratar. Es tan cierto esto que
ciudades con alcantarillado combinado han cambiado por completo dicha red a
un alcantarillado separado. La razón de este cambio es que la verdadera
contaminación de las aguas proviene de la de las casas y no en su mayoría de
las aguas lluvias. Además la presencia de las aguas lluvias mezcladas con las
aguas residuales aumenta la dificultad en el tratamiento de las aguas
residuales. Es cierto que en el primer lavado o “First Flush” puede contener
una elevada carga contaminante, pero esta contaminación no es considerable
respecto flujos de elevado volumen además que el primer lavado tiene tiempo
de ocurrencia muy cortos.
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Ilustración 2 Escorrentía superficial en el primer lavado (Ponce, s.f.)
En la ilustración 2 se evidencia como el agua de escorrentía de lluvia transporta
consigo todo tipo de contaminantes en las calles, lo que genera la
contaminación de las aguas lluvias.
En la siguiente tabla se resume las ventajas y desventajas entre el sistema de
alcantarillado separado y el sistema de alcantarillado combinado.
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Capítulo 2
Manila.
Introducción.
Es la capital de Filipinas, y por número de habitantes la segunda mayor ciudad
del país. Se ubica en la costa oriental de la bahía de Manila y desemboca en el
rio Pasig.
Según el censo de 2013 Manila posee una población total de 1.652 millones de
habitantes. Estos a su vez habitan en un área total de 38.55 metros cuadrados
lo que la hace una de las ciudades con mayor densidad de población en el
mundo. La parte metropolitana de Manila tiene 20.5 millones lo que la
convierte en la parte metropolitana más poblada de Filipinas y la décima del
mundo (population, 2015).
En Filipinas solo el 10% del agua residual es tratada, a su vez el 58% del agua
subterránea es contaminada (Lormelyn, 2015). Solo el 35% de la población
total de Filipinas tiene conexión con la red de alcantarillado mientras que la
gran mayoría utiliza tanques sépticos para depositar las aguas residuales lo
que hace que el agua residual no tenga un tratamiento adecuado, esto se ve
reflejado en 22,000 toneladas de metales pesados, residuos biológicos,
además de 25 millones de metros cúbicos de agua ácida/alcalina. En el caso
de los cuerpos de agua un estudio realizado por el control ambiental de Bureau
(EMB) aseguró que de 127 cuerpos de agua dulce analizados en Filipinas, 47%
tenían una calidad de agua óptima, 40% una calidad de agua aceptable y el
13% restante una baja calidad de agua.
Manila
La población de Manila sobrepasó 6 millones de personas en 1970, el
problema radicó en que los servicios de sanidad no abastecían la alta
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demanda de población. Y más de la mitad de esta no tenía acceso a agua
potable, mucho menos de un sistema de drenaje para las aguas residuales
(bank, 2012)
La capacidad del sistema de aguas residuales para la ciudad soportaba solo el
17% de la población. Por lo que el objetivo principal era ampliar el sistema de
drenaje e invertir en el mantenimiento del existente, de esta manera el banco
de Indonesia financio 63 millones de dólares en extender el sistema de
alcantarillado, implementación de monitoreo de sanidad, y en la construcción
de un sistema de alcantarillado combinado.
Ventajas del alcantarillado combinado en Manila.
Drenaje en los canales de las carreteras.
Canales en áreas de bajos recursos que conducen el agua a tanques
sépticos.
Remoción de aguas residuales alrededor de las casas.
Mejores condiciones de salubridad.
Desventajas del alcantarillado Combinado.
La descarga se realiza en la bahía de Manila generando problemas
ambientales.
No se realiza un adecuado control de las aguas negras.
Hablando del caso de la parte Metropolitana de Manila, solo el 11% del total de
la población tiene conexión directa o indirecta con un sistema de alcantarillado.
85% están conectadas a tanques sépticos mientras que el 4% restante no
poseen siquiera inodoro (Lormelyn, 2015).
En Manila solo el 10% del agua residual dispuesta en los tanques sépticos
presenta un tratamiento en comparación a un 90% se descarga sin ningún tipo
de tratamiento a canales de drenaje
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Ilustración 3 Infraestructura sanitaria en áreas urbanas en Filipinas
En Manila operan 3 plantas de tratamiento de aguas residuales con una
capacidad combinada de 1700 metros cúbicos por día, abasteciendo de esta
manera a 440,000 hogares. No logran abastecer a toda la población. Lo que
generó la creación de un programa en 2004 por mandato de la unidad local de
gobierno (LGUs) que decía:
“El alcantarillado nacional y manejo séptico debe incluir un proyecto de
alcantarillado combinado, basado en la densidad de población y crecimiento,
además de programas para evitar degradación de los recursos Hídricos y
rehabilitación de procesos que faciliten la calidad del agua”.
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Ilustración 2. Planta San mateo, Manila.
Desde 2004 Los LGUs son los encargados de emplear políticas, crear
impuestos y de implementar servicios que logren recaudar lo necesario para la
operación y mantenimiento del alcantarillado de aguas residuales y tanques
sépticos, además de implementar por completo un alcantarillado combinado.
Desde la creación del acta de Manila en 2004, se conectaron todas las líneas
de alcantarillado y subdivisiones de condominios, centros comerciales, hoteles,
centros deportivos y de recreación, hospitales, supermercados, edificios,
complejos industriales y casas (Lormelyn, 2015).
Se implementó un proyecto entre 2004 y 2008 donde un estimado de 3.3
millones de residentes en el este de Manila se abastecieran de tratamiento de
aguas residuales, remoción de residuos en los tanques sépticos y
fortalecimiento institucional. El proyecto realizó investigaciones sobre el río
Wawa como un recurso hídrico para la población además de un mejoramiento
en las redes existentes de acueducto.
Debido a una inversión insuficiente el alcantarillado combinado no se ha
reemplazado por el alcantarillado separado (bank, 2012). Además existen
problemas más importantes como lo es el tratamiento de las aguas residuales
para toda la población y falta de infraestructura insuficiente para colectar las
aguas residuales, por otro lado la dificultas en la adquisición de terrenos para
plantas de tratamiento de aguas residuales y tarifas para la población aptas de
pagar para el tratamiento y correcta disposición de estas aguas no se ha
implementado correctamente (Lormelyn, 2015).
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Singapur.
Introducción.
En el Sudeste del continente asiático, en la península de Malaca se encuentra
en su extremo final (Ecuador terrestre), una isla llamada Singapur, esta a su
vez es conocida en Asia como Pulau Ujong cuyo significado en Malayo es “isla
del final”. Su superficie es de 700 kilómetros cuadrados de los cuales
aproximadamente 100 kilómetros cuadrados fueron recuperados del mar por
medio de extensión de costas. Esta pequeña superficie lo hace un territorio
pequeño. Además, tiene una población de aproximadamente 5 millones de
personas en tan reducida área superficial.
Este territorio es pequeño, además carece de recursos naturales suficientes
para abastecer la población tan numerosa lo que generó una preocupación en
el gobierno.
En Singapur el 100% del agua residual de la ciudad es tratada .el sistema de
alcantarillado en Singapur es separado de manera que las aguas residuales no
se combinen con la escorrentía de la lluvia.
Este sistema funciona de la siguiente manera:
Aguas lluvia: el agua lluvia se colecta de ríos, canales y escorrentías, se
almacena en 14 reservorios. Estos reservorios la conducen nuevamente a los
ríos donde es tratada y se utiliza como agua del grifo.
El sistema de reservorios está unido por tuberías que conducen el agua lluvia
de un reservorio a otro. Lo que genera las siguientes ventajas.
Mejor capacidad de almacenamiento.
Evita la inundación de los reservorios en lluvias torrenciales.
Prohibido realizar actividades contaminantes.
2/3 de la superficie de Singapur son captadoras de agua.
Solo el 5% de Singapur permite actividades que generen contaminación.
La captación de agua en Singapur abastece a la mitad de la población.
Agua en Singapur.
En este país un recurso natural como el agua es un problema. La población
crece cada vez más lo que hace prioritario para el gobierno garantizar el
abastecimiento de este recurso a toda la población. Para esto se capta
prácticamente toda el agua pluvial que cae en la isla y se recicla, se capta de
cuencas hidrográficas locales y se importa agua. Esto no es suficiente para
abastecer a la población, lo que hizo que se implementara la creación de dos
grandes infraestructuras (Blasco, 2012)
.
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La primera infraestructura es una planta de desalinización de agua de mar
ubicada en Tuas, esta aplica el proceso de ósmosis inversa para poder
suministrar 165 Metros cúbicos por día de agua al país (Blasco, 2012)
.
Ilustración 3. Planta de desalinización SingSpring, Singapur (Singapur, s.f)..
Ilustración 4. Agua obtenida de ósmosis inversa (utilizando membranas (Singapur, s.f).
La segunda infraestructura es un sistema de alcantarillado de túnel profundo o
(DTTS) por sus siglas en inglés, el valor de este túnel fue de 3,650 millones de
dólares, y fue diseñado para poder cumplir con la alta demanda en el
transporte de aguas residuales de Singapur.
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Ilustración5. Sistema de alcantarillado profundo en Singapur (Singapur, s.f)..
Su funcionamiento es por medio de dos túneles ubicados a una profundidad
entre 10 y 30 metros, ambos tienen una longitud total de 60 kilómetros, por
medio de la fuerza de gravedad y bombeo el agua fluye hacia dos plantas de
tratamiento de aguas residuales, donde es tratada. Recorren toda la isla para
finalmente llegar a dos plantas de recuperación de agua, que vierten el agua
sobrante al mar por medio de un emisario submarino de 5 kilómetros de
longitud.
Ilustración 6.Red de alcantarillado subterráneo en Singapur (Blasco, 2012)
El agua captada por la planta de recuperación suministra a la planta de
tratamiento de aguas residuales de Kranjí todo el fluido, a su vez esta es capaz
de tratar diariamente 800 metros cúbicos de agua diariamente y se prevé que
pueda tratar 2400 metros cúbicos de agua diariamente (Blasco, 2012)
El agua del grifo de Singapur cumple con todas las exigencias de salubridad
exigidos por la OMS y es apta para el consumo sin tener que recurrir a una
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filtración adicional. Además de tener una de las tasas más pequeñas de
pérdidas de agua con tan solo un 4,5 % (Singapur, s.f).
Chicago
Introducción.
Chicago es la tercera ciudad más grande de los Estados Unidos, con una
población aproximada de 3 millones de personas, 237 millas cuadradas de
tierra, y un estimado de 2, 695,598 de residentes (Chicago, 2010). Es el área
urbana más amplia de la región de los grandes lagos, se encuentra en el
costado Sur del lago Michigan, el segundo más grande de los grandes lagos.
El sistema de alcantarillado combinado de Chicago fue uno de los primeros en
ser construidos en Estados unidos (1850), esta red de alcantarillado no fue fácil
de implementar debido a que Chicago en su mayoría es de topografía plana. Lo
que hacía poco favorable la ciudad para la construcción de un alcantarillado, lo
que ocasionó que se generara un aumento en la altura del terreno para poder
construir el alcantarillado.
En el inicio de los 90’s la construcción de plantas de tratamiento de aguas
residuales se implementó en la ciudad, estas plantas fueron diseñadas para
tratar 2 billones de galones de aguas residuales cada día, pero múltiples veces
su capacidad era sobrepasada por fuertes lluvias, que generaban hasta 5
billones de galones, por este motivo se generaban inundaciones de aguas
residuales y esto a su vez acarreaba todo tipo de problemas de salubridad en
la ciudad, lo que ocasionó en 1970 que se implementara una solución que diera
fin a esta problemática. La creación de un plan de reserva en un túnel
subterráneo(TARP) se implementó en 1985 y consistía en captar toda el agua
residual de lluvia desbordada por medio de 109 millas de túnel subterráneo y
conducirla a reservorios de almacenamiento, en el momento que la tormenta
cesara se disponía el agua almacenada a una planta de tratamiento de aguas
residuales donde era tratada (Rand, s.f).
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Ilustración 4 Túnel en Chicago (CHICAGO, 2010)
Alcantarillado.
En Chicago se implementa el alcantarillado separado desde finales de la
segunda guerra mundial. Esta ciudad al tener problemas en el tratamiento de
aguas residuales optó por reemplazar los sistemas anteriormente instalados de
alcantarillado por este nuevo sistema.
Ilustración 7. Sistema de alcantarillado separado (Hansmann, 2014)
Chicago presentaba desbordamientos debido a las fuertes precipitaciones lo
que ocasionó la construcción de la TARP, su principal objetivo era preservar la
integridad del lago Michigan y poder captar el agua desbordada para evitar
inundaciones en la ciudad que a su vez causaban epidemias.
Este sistema se divide en dos fases:
Fase 1:
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Túnel profundo, capaz de capturar el 85% de las aguas combinadas, este túnel
esta en operación desde 2006 está incrustado en la roca, contiene 3
estaciones de bombeo, 600 estructuras de conexión con la superficie y de
control de flujo. En la actualidad ha captado más de 950 billones de galones de
agua residual, tratando más de 900 billones de libras de demanda bioquímica
de oxígeno y 1,700 millones de sólidos que de otra manera hubiesen
desembocado en los cuerpos de agua circundantes (Landis, s.f).
Ilustración 8 Estación de bombeo ubicada a 350 ft de la superficie. (CHICAGO, 2010)
Fase 2:
La segunda fase involucra 3 reservorios. El reservorio O ‘Hare, Thornton y
McCook, creados para controlar el desbordamiento y apoyar a la fase 1 en el
control de las aguas residuales y captación masiva de 15.2 billones de galones
(Landis, s.f).
O´Hare: Este reservorio fue diseñado por la United states army corps of
engineers. USACE y su construcción finalizó en 1998, desde ese entonces el
distrito opera O’Hare, y desde ese entonces hasta la actualidad se ha reducido
en 116 millones los daños por desbordamiento en las comunidades aledañas al
reservorio (Landis, s.f).
Thornton: Este reservorio se construyó en dos fases. La primera fase consistía
en un reservorio transicional natural capaz de retener 3.1 billones de galones
de agua, se completó en 2003 y hasta la fecha ha retenido 10.9 billones de
galones en desbordamiento debido a 20 eventos de lluvia. La segunda fase es
un reservorio llamado reservorio compuesto de Thornton, este es permanente y
es capaz de retener 7.9 billones de galones de agua combinada (Landis, s.f).
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Ilustración 9 Reservorio transicional Thornton luego de una tormenta (CHICAGO, 2010).
McCook: Este reservorio se encuentra en construcción y se prevé que genere
90 millones de dólares por año en beneficios a 3.1 millones de personas en 37
comunidades (Landis, s.f).
Ilustración 10 Reserva McCook en construcción (CHICAGO, 2010)
La construcción del plan de reserva del túnel subterráneo (TARP) no se ha
finalizado por completo, Indistinto a esto Chicago ha experimentado uno de los
mayores cambios en la calidad del agua a través del tiempo, los ríos
nuevamente tienen especies acuáticas abundantes y un desarrollo que va cada
vez más en aumento, por otro lado el sistema de alcantarillado separado es
favorable en esta ciudad por su alto índice de desarrollo. Pero el proceso ha
demandado una alta demanda de excavación para instalar las tuberías
secundarias de drenaje, además de infraestructura capaz de retener el
desbordamiento para no combinar las aguas que se traduce en una elevada
cantidad de dinero e inversión.
Capítulo 3 (Autoconstrucción)
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Santa Fe de BOGOTA, D.C. es la capital de la República de Colombia. Se
encuentra al norte de Sur América, geográficamente en el centro del país, justo
en el borde oriental de la sabana de Bogotá, en la altiplanicie más alta de los
Andes Colombianos.
Bogotá es el centro geográfico, político, económico, cultural e industrial de
Colombia (Alcaldia Mayor De Bogotá, 2012).
Se encuentra a una altura de 2630 metros sobre el nivel del mar, presenta un
área superficial de 1587 kilómetros cuadrados, y se considera como la ciudad
más extensa de Colombia.
Bogotá a finales de la década de 1940 presentó una fuerte violencia
bipartidista, que se evidenció en el escenario rural por medio de fuertes
oleadas migratorias. Estas oleadas generaron la aparición de barrios ilegales
donde la creciente demanda de vivienda generó una fuerte búsqueda de suelo
para construir. A mediados de la década de 1973 los efectos ambientales de
estas viviendas ilegales presentaron un efecto negativo sobre el entorno y el
espacio urbano. La indigencia de más de 900,000 personas que viven en
extrema pobreza produjo una continua degradación ambiental en el territorio
debido a un desmesurado crecimiento.
La actividad de construcción en Bogotá presentó dos etapas en la década de
1980. La primera, un auge en el área total aprobada para la edificación (4,
065,154 metros cuadrados) como el área dedicada a la vivienda (343,789
metros cuadrados), presentando aumentos anuales del 11.3% y 11.6 %
respetivamente hasta el año 1987. La segunda etapa se caracterizó por una
profunda recesión arrojando una caída del 14.5% en el área total aprobada y
17% en el área dedicada a la vivienda. Aunque la recesión afectó en gran
medida el aumento evidenciado en la etapa del auge, en 1980 se dedicó 1,
588,687 metros cuadrados para el área total de la vivienda mientras que en
1989 se dedicó 2, 745,495 metros cuadrados lo que presentó un crecimiento
anual del 6.3% que en comparación con el crecimiento anual del país de 4.4%
se tradujo a que en Bogotá se construye más de la mitad de la vivienda del
país.
El déficit de vivienda en Bogotá originó la conformación de zonas marginales
llamadas “cinturones de miseria” en las afueras de las ciudades. En estas
zonas la apropiación de terreno se hace por medio de invasiones o
urbanizaciones piratas. Estos tipos de apropiación son los causantes de la
vivienda ilegal donde la autoconstrucción es la manera por excelencia para
construirla, en estas zonas donde las sumas de dinero invertidas para los lotes
son muy bajas, las familias al habitar por un número de años la vivienda
pueden tomar posesión legal del terreno.
En la urbanización pirata, el urbanizador compra un terreno a los alrededores
de la ciudad, a precio de tierra rural, lo lotea y lo vende a precio de tierra
urbana. Las personas con escasos recursos compran muchas veces estos
lotes por medio de créditos, donde la única garantía es una promesa de
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compraventa. Debido a que los lotes no son escriturados. Por medio de la
autoconstrucción estos barrios crecen sin poseer ningún tipo de urbanismo,
poca infraestructura vial, carencia de equipamientos de salud, educación y
seguridad. Los servicios públicos son limitados y las casas construidas sin
ningún tipo de normatividad. Generando un alto riesgo de estabilidad de las
casas ya que múltiples veces el suelo donde se construyen es escarpado y la
topografía poco uniforme. Para estas personas siempre existe riesgo de una
catástrofe ya sea por un deslizamiento de tierra en invierno o por cualquier otro
fenómeno climatológico.
Autoconstrucción y sus características.
Condiciones económicas deplorables y falta de vivienda de bajo costo en
Colombia, ha ocasionado la limitación de viviendas capaces de ofrecer los
requerimientos mínimos técnicos para un gran número de población lo que ha
ocasionado la construcción de viviendas ilegales.
¿Cómo hace la población que no tiene recursos para obtener vivienda?
1. Adquisición de un lote para poder construir la casa.
2. Planeación del proyecto.
3. Conseguir de cualquier manera los recursos para la construcción.
4. Construir por sus propios medios la viviendo controlando cada una de
las etapas.
Este proceso lleva el nombre de Autoconstrucción. Y se divide en dos tipos
dependiendo del tipo de mano de obra.
1. Autoconstrucción pura: La mano de obra solo sale del propietario y la
familia, es de manera artesanal como se construye utilizando los
conocimientos y recursos que tiene el propietario, en este tipo de
autoconstrucción muchas veces las vigas, placas de concreto y
columnas no están diseñadas acorde al dimensionamiento
(sobredimensionadas) y el material para construir las viviendas puede
ser de madera, lata y cartón.
2. Autoconstrucción por gestión: El propietario consigue por su propia
cuenta los recursos para la construcción de la vivienda, pero en el
momento de construir contrata mano de obra calificada como maestros
de construcción capaces de realizar la vivienda.
Se pueden mencionar cinco formas de autoconstruir.
Gestión comunitaria.
Es la forma de autoconstrucción más organizada y en la cual participa una gran
parte de la comunidad. Los asociados al proceso consultan permanentemente
cada etapa de construcción. Se cumple con todos los requisitos legales y hay
una constante búsqueda de reducción de costos finales por medio de
prefabricación de insumos para la obra.
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Desde la adquisición del terreno, esquema organizacional, diseños,
financiación de la obra y ejecución de la obra se toma en cuenta la decisión de
la comunidad, ya que así se fomenta el espíritu democrático. La activa
participación de la comunidad incentiva a que el conocimiento que poseen los
habitantes sean útiles en los diferentes aspectos para la construcción, debido a
que en la mayoría de veces es limitada esta información y permite por medio
de asesoría técnica fortalecer el proceso de construcción. Debido a que el
conocimiento de la comunidad no es equivalente para todos los habitantes,
estos se dividen en grupos asignados por la comunidad que se escogen
dependiendo de las diferentes áreas funcionales.
Los requisitos legales establecidos por el estado se siguen al pie de la letra
obteniendo la personería jurídica, permiso de la Superintendencia bancaria y la
aprobación del proyecto por parte de planeación. Estos requisitos son similares
al de los constructores formales, pero se diferencian en que los inconvenientes
por ser autoconstrucción atrasan la obra. Gastando mucho tiempo en trámites y
autorizaciones lo que perjudica a la comunidad que urgentemente necesita una
vivienda.
En materia de reducción de costos para la producción de la vivienda, se
prefabrican insumos como tubos, bloques, tejas etcétera proporcionados por
personal de la comunidad que posee algún tipo de conocimiento en la
producción de estos materiales, los cuales además de reducir costos generan
una fuente de ingreso a estas personas.
Este esquema no es el utilizado en Bogotá por la falta de conocimiento y
difusión.
Autoconstrucción asociativa
Existe una definición jurídica y orgánica. Menor grado de participación de la
comunidad, se presenta una visión parcial del proceso, que no se articula con
los objetivos generales, además no existe correspondencia entre los tipos de
control y los diferentes organismos que hacen parte del proceso.
Se presenta una definición clara de estructura organizacional como
asociaciones, cooperativas o juntas de acción comunal que presentan un
reconocimiento legal pero que no se ajustan a las características de una
organización que se encarga de construir. Esta estructura organizacional
realiza acciones que colaboran con la construcción de la vivienda pero no
cubren con todas las áreas y necesidades que demanda el proceso
constructivo.
Las decisiones a medida que se realiza la construcción se toman de manera
espontánea, además no se tiene conocimiento de varias alternativas que
puedan solucionar con mayor eficiencia el proyecto y que mejoren los
procedimientos aplicados. La comunidad tiene una participación limitada
debido a que depende del grado de organización que se tenga. Además, las
organizaciones no están diseñadas para procesos de construcción.
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La organización del proceso no presenta una visión global, la planeación es
muy poca y no hay un camino con objetivos y metas definidas lo que se ve
reflejado en la dispersión del proceso constructivo. El objetivo del proyecto es
de construir la vivienda pero no se tiene en cuenta la integración de la
comunidad, generación de espacio público y la obtención de equipamientos.
Como el tiempo de construcción es muy poco debido a la urgencia en la
construcción de vivienda, al finalizar el proceso se dan por terminadas las
organizaciones impuestas para el proceso.
No se presenta una división del trabajo en las actividades realizadas y el
control sobre el dinero, herramientas, materiales, tiempo y calidad son
indefinidos y se realizan por medio de informes esporádicos debido a que no
existe un esquema planificado para este fin. Estos controles no poseen ningún
tipo de asesoría técnica y los participantes del proyecto utilizan las
herramientas y conocimientos escasos que poseen.
Autoconstrucción comunal
Se presenta un bajo nivel de participación y organización, las decisiones se
toman espontáneamente y se presenta un bajo nivel técnico. El proceso de
construcción es más individual y las decisiones se toman con baja participación
de la comunidad, además la participación de personas que no pertenecen a la
comunidad es amplia.
Debido a que se presenta un bajo nivel de organización, la planificación es
espontanea las etapas se generan a medida que se realiza el proyecto lo que
genera una alta improvisación técnica, lo que causa múltiples veces la
construcción de estructuras sobredimensionadas reflejado en mayores costos.
La visión global del proyecto es casi nula, la persona que realiza la
autoconstrucción se preocupa en reforzar estructuralmente la vivienda,
destinando el dinero en esta medida mientras descuida la distribución del
espacio y la obra blanca.
Todos los miembros de la comunidad necesitan orientación técnica para
realizar el trabajo, pero en el momento de construir lo importante es la actividad
individual, además el núcleo familiar es el encargado de construir, conseguir los
recursos y materiales lo que genera una reducción en el tiempo de
construcción.
Cada persona soluciona los inconvenientes de la vivienda como mejor le
parezca por lo que muchas veces se presentan fallas en la vivienda, además
se presentan múltiples tipos de vivienda con diferencias de calidad, costos y
comodidad debido a que la comunidad solo se limita a asuntos de carácter
global mientras que las decisiones particulares son tomadas por los
involucrados directos de la vivienda.
Los promotores políticos tienen una participación activa en este tipo de
autoconstrucción, colaborando por medio de créditos en la construcción de la
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vivienda, además colaboran en aspectos como la obtención de licencias y
problemas de tipo legal jurídico que presente la autoconstrucción.
Autoconstrucción dirigida
Este tipo de autoconstrucción se caracteriza por la colaboración de
instituciones gubernamentales, tales como el Instituto de crédito territorial (ICT)
o el INURBE para la realización de los proyectos. Aunque el sector privado
también colabora.
El promotor es quien establece las condiciones para desarrollar el proyecto.
Dejando a un lado las necesidad de la comunidad. En el caso de la adquisición
del terreno, la entidad estatal o privada es la que se hace cargo. Al igual que la
elección del diseño urbano, arquitectónico, selección del proceso para la
construcción y la sección de materiales y financiamiento.
Una ventaja de este tipo de autoconstrucción es que el tiempo que tarda en ser
construida la vivienda se ve reducido debido a la pronta obtención de licencias
y autorizaciones necesarias. Además de tecnologías eficientes y seguras para
la construcción de la vivienda.
La comunidad participa en la ejecución de la obra al igual que en labores de
control, se organizan grupos de trabajo previamente definidos dependido del
conocimiento y capacidad de las personas para así tener la mejor
productividad. Pero no se tiene realmente en cuenta las capacidades
constructivas de los integrantes subvalorando el trabajo que podría
aprovecharse para disminuir los costos finales de vivienda.
Los promotores no le asignan oficios conformes a las capacidades de los
inquilinos y la responsabilidad que se les da es baja y de poca dificultad, lo que
no genera una reducción considerable del aporte económico que tienen que
dar estas personas. Estos proyectos no satisfacen las necesidades de la
población de manera adecuado ya que no son ideados para la necesidad
comunitaria sino más bien para el interés del gobierno o por el sector privado.
Servicios públicos.
En la construcción de viviendas ilegales, lo que normalmente es la
autoconstrucción pura existe un déficit en los servicios públicos.
En el caso de la obtención de luz se realizan conexiones ilegales a los postes
de luz, que además de generar un peligro para el que las conecta es un delito,
ya que se roba el servicio al alumbrado público, o a viviendas aledañas.
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En el caso del agua, utilizan mangueras que transportan el fluido desde
cuerpos de agua como ríos, quebradas y riachuelos hasta la vivienda o en el
mayor de los casos la consiguen por medio de pozos o carro tanques del
estado. El principal problema es que en la mayoría de casos el agua no ha sido
tratada de manera que no es apta para el consumo humano.
Autoconstrucción en Bogotá
A pesar de la crisis en la construcción en la década de 1980, la vivienda nueva
presentó una gran demanda entre 1980 y 1998 lo que ocasionó el uso de 4790
hectáreas de terreno nuevo para cumplir con los planes de vivienda. El
problema de esta expansión en la vivienda es la carencia de tierra urbanizable
y el alto costo de esta. Lo que generó el auge en los asentamientos
subnormales en especial en las localidades de Bosa, Suba, Usme y Ciudad
Bolívar con un total de 620 asentamientos (4390 Hectáreas) en 1993.
La tierra apta para urbanizar en Bogotá es escasa y tiene un alto costo. La
manera más viable para construir vivienda es en las zonas planas lo que hace
a estas zonas hasta 100 veces más costosas que la tierra destinada a la
agricultura. Lo que hace de las zonas destinadas a la agricultura más
económica para construir vivienda. En Colombia la vivienda se caracteriza por
ser de interés social cuando es destinada a los sectores más pobres, donde los
ingresos mensuales del hogar son menores a 4 salarios mínimos lo que hace la
intervención del estado necesaria para la construcción directa o el
financiamiento de esta por medio de subsidios. El segundo tipo de vivienda es
la destinada a los demás estratos de población diferentes a los sectores más
pobres. En este tipo de vivienda el estado solo fija ciertas normas de
financiación pero la intervención no suele ir más allá de la regulación.
En la tabla 1 se observa que existe un déficit de 577,000 viviendas para
personas con capacidad de ser beneficiadas por medio de subsidios para la
construcción de viviendas de interés social. En Bosa se presenta hacinamiento
en la población lo que genera una calidad de vida inferior, la búsqueda de
terreno para la construcción de las viviendas de interés social es cada vez más
complicado debido a que las zonas aptas para construcción también son
solicitadas por el urbanizador privado. Por este motivo la vivienda ilegal y legal
aumenta dinámicamente en Bogotá. La vivienda ilegal no cumple con normas
mínimas de seguridad de suelos. Déficit en los servicios públicos y zonas
precarias (Beltrán, 2008)
Autoconstrucción Individual.
Cuando el inquilino busca y compra un lote en general pirata, y construye su
vivienda, en ocasiones la construcción se lleva a cabo en un terreno de
invasión. En el proceso provisional de construcción de la nueva vivienda el
inquilino vive en refugios elaborados de lata, madera y sobrantes de obra.
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En la etapa frontal de vivienda se realizan modificaciones para generar
seguridad a la casa, se construyen muchas veces estructuras sobre diseñadas
y el capital para la construcción de la casa proviene de ahorros de la familia o
alguna entrada ocasional de dinero.
El estado no tiene participación en este tipo de autoconstrucción lo que hace
completamente responsable de esta al propietario. Es la más utilizada en el
país y la que menos garantía ofrece en cuanto a calidad, seguridad y
comodidad.
Ilustración 5 Situación de la Tenencia de Vivienda por Hogares según Localidad. (Beltrán, 2008).
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Ilustración 6 Crecimiento promedio anual de vivienda por localidad en Bogotá (Beltrán, 2008).
La Ilustración 2 refleja un crecimiento en la demanda de vivienda de interés
social en Bogotá , los espacios interiores de vivienda, no son adecuados para
el desarrollo de una familia lo que se refleja en grandes poblaciones habitando
espacios pequeños e insuficientes, lo que genera malas condiciones de
sanidad, servicios públicos e infraestructura insuficiente. Estos factores son
propicios para que las personas busquen alternativas de mejor calidad de vida
sin importar la manera o el riesgo que haya que tomar. Así surgen las llamadas
autoconstrucciones ilegales. Este tipo de construcción se construyen muchas
veces en zonas de alto riesgo que no cumplen con la normatividad mínima. Lo
que genera un riesgo directo para las familias que ocupan estas viviendas.
El Departamento Administrativo de Planeación Distrital (DAPD) estableció que
en 2002, 7109 hectáreas de casco urbano en Bogotá (23% del total del suelo
urbano para vivienda) habían sido destinadas para la autoconstrucción.
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Ilustración 7 Distribución áreas de origen ilegal en Bogotá (Beltrán, 2008).
En 1994 el 10% de la población se ubicaba en más de 300 barrios ilegales,
para 2002 esta población aumentó a 1528 y ha seguido aumentando hasta la
actualidad. Este aumento de zonas ilegales hizo que los servicios públicos
domiciliarios no fueran aptos para el número de personas que habitaban estos
barrios, la ilegalidad basada en la necesidad de población desplazada
forzosamente y la elevada pobreza del país se enfrentó a la parte del país que
posee el capital financiero suficiente para el desarrollo de nuevos
asentamientos. En la tabla 3, se evidencia la distribución de una porción de
871 Hectáreas en Bogotá de origen ilegal ubicadas por localidades. La tabla
evidencia como el área de origen ilegal no está distribuida equitativamente en
las localidades presentando altos porcentajes de área de origen ilegal en
Usaquén (30,9%), Usme (19,2%), San Cristóbal (13,6%), Chapinero (11,8%), y
Santa Fe (7,8%) mientras que en ciudad Bolívar el porcentaje de área de
origen ilegal es mucho menor (1.8%) al igual que en Fontibón (0,7%), Engativá
(0,5%) y Tunjuelito (0,1%).
Alcantarillado
Autoconstrucción pura: El alcantarillado consta de letrinas y pozos sépticos
que son generadores directos de enfermedades e infecciones. No existe de
esta manera un alcantarillado en sí.
Autoconstrucción por gestión: En este tipo de construcción el alcantarillado
de la vivienda tiene dos redes separadas: la de aguas residuales y la de aguas
lluvias. La construcción de esta red se hace simultáneamente con la
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cimentación ya que es común que las brechas de ambas se encuentren al
mismo nivel.
El alcantarillado interno de aguas residuales desaloja el agua de sifones,
baños, lavadero etc. Además el trazado de los desagües se debe hacer desde
la salida del agua servida hasta la tubería principal. La que a su vez conduce el
agua a la caja de empalme. Esta conecta con la acometida y se dirige el agua
finalmente al alcantarillado público (Zapata & Villegas, 2003).
En el caso de Bogotá el alcantarillado es combinado de manera que el agua
lluvia no es separada de la residual. Además el agua que escurre de patios y
techos termina en el alcantarillado público.
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Capítulo 4.
Primer lavado o “first flush”
Bogotá es una ciudad que utiliza principalmente un sistema de alcantarillado
combinado para el transporte de aguas lluvias y aguas residuales, en eventos
de precipitación de alta magnitud múltiples veces la capacidad de éstas
estructuras de alcantarillado se ven superadas. De esta manera se deben
construir aliviaderos que permitan evacuar este exceso de agua, pero a su vez
que disminuyan el impacto ambiental sobre los cuerpos receptores de agua.
Debido a que las aguas que transportan estas tuberías pueden estar
contaminadas con diferentes patógenos y contaminantes es indispensable
realizar un estudia de estos contaminantes sobre la salud pública, además
analizar el aumento de dichos contaminantes en el primer lavado o “First
Flush”. La importancia de éste fenómeno en los sistemas de alcantarillado
combinado, es la de estudiar la carga de contaminantes en dichas tuberías y
que se depositan en cuerpos receptores de agua por medio de las estructuras
de alivio.
First Flush:
Se genera en los primeros instantes de ocurrencia de una precipitación,
además en estos eventos de lluvia, la carga contaminante presente en las
aguas lluvias al hacer contacto con el suelo se caracteriza por una elevada
concentración de patógenos. La contaminación varía dependiendo de fuentes
internas o externas y esta variación de carga contaminante es importante
debido a que se debe conocer el impacto ambiental que puede generar,
además determinar el volumen de aguas con los mayores índices de
contaminación y el tiempo necesario para que la máxima concentración de
contaminante se diluya.
La progresión en la concentración contaminante de una precipitación elevada
consta de 3 pasos (Batroney, Wadzuk, & Traver, 2010).
1. Concentración elevada de contaminantes en el primer lavado al inicio de
la precipitación.
2. Rápida disminución progresiva en la escorrentía de contaminantes, una
vez que la carga inicial de la concentración contaminante en el primer
lavado se ha agotado, desde el área de drenaje.
3. Concentración constante y relativamente baja en la escorrentía de
contaminantes en el tiempo restante del evento de tormenta.
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Para un cálculo certero en el cambio de concentración de los contaminantes en
el primer lavado, los tiempo de concentración para el análisis deben ser
menores a 30 minutos (Moffa, 1997) ya qué se presentan los mayores valores
de concentración necesarios para el estudio de la calidad del agua en estos
intervalos.
Tabla 8. Concentración flujo contaminante vertido a lo largo del tiempo.
En la tabla 1 se evidencia como el consumo de oxígeno disuelto, demanda
bioquímica de oxígeno disuelto, Nitrógeno total y sólidos suspendidos,
disminuye a medida que pasa el tiempo de precipitación, con este ejemplo se
ilustra los tres pasos en la progresión de carga contaminante en el primer
lavado. Al igual que se evidencia en la tabla 2. Como a medida que las
precipitaciones se tornan constantes la carga contaminante disminuye debido
al lavado constante de las calles.
Tabla 9.Comportamiento de la Carga contaminante a medida que aumentan las precipitaciones.
El primer lavado o “first flush” es un fenómeno en donde los sólidos difícilmente
se mantienen suspendidos generando que se depositen en la tubería.
Debido a un aumento en la urbanización. El flujo y volumen de escorrentía ha
presentado un aumento significativo debido a la creciente pavimentación de
suelos. Debido a que los suelos pierden la capacidad de absorción de las
aguas lluvias, éstas al generar un aumento en el caudal, producen
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desbordamientos e inundaciones en cuerpos de agua, al superar su máxima
capacidad. Lo que a su vez genera inundaciones en el drenaje urbano y
erosión en las tuberías debido a las altas velocidades de flujo.
Ilustración 1. Desbordamiento alcantarillado debido a múltiples precipitaciones.
Las bajas profundidades en los tiempos de sequía vienen acompañados de
bajas velocidades causando que estos sólidos se acumulen en el fondo de la
tubería y la carga contaminante aumente debido a que el caudal en los tiempos
de elevadas precipitaciones crece, generando un aumento en la velocidad lo
que ocasiona un arrastre de los sólidos acumulados (Ilustración 2).
Ilustración 2. Sedimentos en flujo bajo(a) y flujo alto (b).
El First Flush en el sistema de alcantarillado depende de cuatro factores
(Adams & Papa, 2000).
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Características de la Cuenca: gradientes y condiciones superficiales
influyen en el control y entrega de contaminantes hacia el sistema. Las
áreas permeables reciben una carga contaminante distinta a la de las
áreas impermeables.
Características de las lluvias: El First Flush se puede generar por un
evento de lluvia de gran intensidad, además factores como intensidad de
lluvia y volumen son los generadores del crecimiento del flujo.
Características del sistema de drenaje: El sistema de drenaje puede
acelerar o prevenir el First Flush, si presenta un sistema con una
capacidad efectiva de transporte puede favorecer la circulación de los
contaminantes.
Características de los contaminantes: No todos los contaminantes
circulan con la misma facilidad. La movilidad y circulación de los
contaminantes varía dependiendo del tipo de sustancia.
Para que ocurra este fenómeno (First Flush) múltiples fuentes pueden influir.
Arrastre de contaminantes de la cuenca: Resultados de las primeras
lluvias que lavan los contaminantes en la superficie que compone la
cuenca.
Sólidos orgánicos: Altas concentraciones de estos compuestos que se
transportan entre capas de distintas densidades generando así
turbulencia y mezclado ente los sólidos y las aguas lluvias.
Sedimentación en las alcantarillas: En un evento de tormenta el
incremento en el flujo del agua debido a las precipitaciones, causa re
suspensión de sólidos depositados en el sistema de alcantarillado,
erosionando los materiales de éste.
Flujo de aguas residuales: se presenta mezcla entre las aguas
residuales y las aguas lluvia. Debido a que las ondas producidas por las
aguas lluvias se mueven más rápido que las ondas de las aguas
residuales, presentes en la tubería antes de la precipitación.
Aumentando el volumen de flujo que no se diluye con las aguas que
entran al sistema.
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Tipos de contaminantes comunes presentes en la escorrentía luego de la
precipitación.
Sólidos suspendidos.
Es el tipo de contaminación más común que se encuentra en eventos de
tormenta. Se caracteriza por la presencia de material en suspensión generado
por erosión del flujo de agua hacia el pavimento entre otras superficies. Los
sólidos suspendidos incrementan la turbiedad del agua, de manera que la
penetración de la luz disminuye, lo que genera una menor actividad y
capacidad de crecimiento de organismos fotosintéticos.
Las inundaciones de aguas residuales de alcantarillados combinados
presentan por lo general altas concentraciones de sólidos suspendidos. La
acumulación de dichos contaminantes plantea una amenaza a largo plazo
importante para los cuerpos de agua debido a la demanda de oxígeno que
requieren y la gradual acumulación de sustancias tóxicas.
La manera de eliminar los sólidos suspendidos de manera eficaz es mediante
la sedimentación, entre otros medios físicos.
Demanda de Oxígeno.
Para mantener la vida acuática, crecimiento y actividad reproductiva además
de mantener la condición aeróbica del cuerpo de agua, es necesario niveles de
oxígeno disuelto elevados.
En el primer lavado, se arrastra materia orgánica mediante escorrentía, ésta a
su vez requiere de cierta demanda de oxígeno para poder oxidarse. La
introducción de estas aguas pluviales a cuerpos de agua, genera un deterioro
en la calidad del agua debido a que reduce el oxígeno disuelto del agua,
acabando con múltiples formas de vida.
En el drenaje de aguas pluviales entran bacterias provenientes del lavado de
terrenos que contienen animales, normalmente las bacterias se encuentran en
heces de animales y materia orgánica que se encuentra en la superficie de
captación. En ocasiones las bacterias entran al sistema de drenaje a través de
conexiones sanitarias residenciales laterales y desagües industriales o
comerciales.
Las bacterias patógenas presentes en las aguas pluviales y las inundaciones
de aguas residuales, representan una amenaza para la salud humana. Lo que
genera el cierre de numerosas playas anualmente. Lo que genera que se
realice un control sobre las concentraciones en las descargas de bacterias en
las aguas pluviales. Los métodos para eliminar las bacterias patógenas se
realizan a través de un proceso químico de descomposición biológica y química
llamado descomposición.
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Nitrógeno y Fósforo.
Estos nutrientes estimulan el crecimiento de plantas (bioestimulantes). Además
promueven el crecimiento de protistas tales como algas. Uno de los principales
problemas del Nitrógeno y del Fósforo es que promueven la Eutrofización de
los cuerpos de agua.
Estos nutrientes provienen normalmente de la escorrentía de terrenos rurales
donde se practica la agricultura ya qué son esenciales para el óptimo
crecimiento de los cultivos. Para el caso de las ciudades, provienen de aguas
residuales municipales, captadas por el alcantarillado combinado y provienen
en su mayoría de detergentes utilizados para el lavado de prendas entre otras
fuentes.
Los nutrientes pueden ser removidos de las aguas pluviales antes de la descarga a través de tanques capaces de captar la carga biológica. En los sistemas de alcantarillado combinados, las aguas residuales que se transmite por el interceptor, alcantarillado a la planta de tratamiento centralizado puede recibir alguna eliminación de nutrientes sin embargo, las inundaciones de aguas residuales en el alcantarillado combinado normalmente se dejan sin tratar.
Metales pesados y otros constituyentes tóxicos.
Uno de los contaminantes tóxico con mayor prevalencia en la escorrentía de aguas lluvias. Comúnmente se encuentran metales pesados como el Zinc, Plomo y Cobre. Otros constituyentes tóxicos que se encuentran en las aguas lluvias incluyen el ésteres de ftalato (Compuestos plastificantes), fenoles y creosols (conservantes de madera), pesticidas y herbicidas; aceites y grasas y poli cíclicos hidrocarburos aromáticos entre otros.
Primer caso de estudio.
Influencia de las características de la precipitación sobre contaminantes de lavado de calles para zonas de captación de tráfico en la ciudad de Shanghái. Metodología. Se seleccionaron tres zonas de captación (carreteras) situadas en una zona altamente urbanizada de Shanghái. Cada área de captación contenía 210 metros cuadrados, con variaciones de pendiente entre 0.015 y 0.020. Las zonas impermeables para estas cuencas estaban cerca del 100%. Las tres zonas de captación A, B y C eran contiguas y se ubicó un pluviómetro para monitorear la lluvia. El estudio se realizó para entender cómo se comportaba el proceso de lavado de contaminantes en cuencas de pequeña escala.
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Las muestras de escorrentía tomadas en las tres carreteras se realizaron de manera manual desde Abril hasta Septiembre de 2012. 27 eventos de lluvia fueron controlados durante este periodo. Los principales parámetros en las muestras de escorrentía fueron sólidos suspendidos totales (SST) , demanda química de oxígeno ( DQO ) , nitrógeno total (NT ) y fósforo total ( TP) utilizando métodos estándar. Se utilizó un análisis seccional para investigar la relación entre el contaminante del primer lavado y los diferentes sectores del hidrograma de escorrentía y Hietograma de precipitación. Las secciones del primer lavado se determinaron utilizando el incremento porcentual de la carga contaminante para un porcentaje de volumen de escorrentía. Parámetros seccionales para las características de las precipitaciones están representados por las características de la precipitación durante un cierto incremento de la precipitación efectiva. Por ejemplo, AvgI1020 representa la intensidad media de lluvia para 10 % a 20 % de la profundidad precipitación efectiva
Muestras de escorrentía fueron probadas para los sólidos suspendidos totales (SST), demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno total (NT), y fósforo total (PT). Los análisis preliminares se llevaron a cabo para la SST, DQO, TN y TP para caracterizar el proceso de lavado con contaminantes. Las variaciones en estos parámetros para 27 eventos de precipitación se muestran en la ilustración 3. El cuadro define los ± 25 % límites de la población de partículas, la línea horizontal demarca la mediana, mientras que los bigotes representan los valores máximos y mínimos, salvo que existan valores atípicos (Wei Zhang & Meihiong, 2015).
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Ilustración 10 Carga contaminante vs porcentaje de primer lavado.
Como se muestra en la ilustración 3, la carga contaminante del primer lavado por el 10% inicial del hidrográma de escorrentía fue superior a la de todas las demás secciones. Los valores medios de los parámetros de SST, DQO, TN y TP para este intervalo (P0010) fueron 28%, 25%, 21% y 22% respectivamente. Esto significa la aparición de una primera oleada de SST, DQO, TN y TP. Comúnmente que las cuencas de captación de pequeña escala conducen a un primer lavado significativo, también muestra que con el aumento de incrementos en la escorrentía, las cargas contaminantes disminuyen gradualmente de SST, DQO, TN y TP. Una marcada diferencia en carga contaminante para diferentes secciones del Hidrográma se confirmó en este estudio.
Segundo caso de estudio.
Primer lavado en un lote de estacionamiento.
La zona de drenaje utilizada para este caso tiene un área superficial de 0.2
hectáreas. Esta superficie es completamente impermeable y se encuentra en la
universidad de Villanova (Philadelphia). Esta universidad se ubica en Mil Creek,
una zona que es afectada directamente por la escorrentía del primer lavado. Lo
que generó que se estudiara el aumento de carga contaminante en eventos de
tormenta.
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Metodología.
Las precipitaciones se midieron mediante un pluviómetro de cubo modelo
Sigma, situado en el área de drenaje. Todas las mediciones de calidad de agua
y el flujo se tomaron aguas abajo. Además El flujo se midió utilizando un
transductor de presión y un vertedero V-notch ASTM. Para el caso de las
mediciones de flujo se tomaron en intervalos de 1 minuto, mientras que las
muestras de calidad de agua se recogieron de manera automática durante los
eventos de tormenta mediante el uso de una Sigma 900. El muestreador de
escorrentía capturó entre 400 y 500 ml de muestra compuesta por cada 6,4
milímetros de lluvia (Batroney, Wadzuk, & Traver , Parking Deck’s First Flush,
2010).
El número de muestras compuestas obtenidas fue de doce, además se analizó
la calidad del agua en 6,4 milímetros de precipitación. La primera botella
presento una muestra a una profundidad de 12.5 milímetros, la segunda de
25,4 milímetros, el tercer y cuarto mayores a 25,4 milímetros.
Por medio del uso de un espectrofotómetro se analizó la calidad del agua en
las muestras, de TSS, TDS, TN, TP, nitratos, nitritos, Fosfatos, Cloruros,
Plomo y Cadmio.
El caso de estudio se realizó por medio de 20 eventos de tormenta, para
determinar si el primer lavado o “First Flush” se presentaba en lotes de
establecimiento impermeable. Los resultados arrojaron una propagación en la
concentración de la carga contaminante en la escorrentía para todos los
eventos de tormenta.
Ilustración 11
Los contaminantes que, en promedio, presentaban un descenso en su concentración al aumentar la profundidad precipitaciones son TSS, TDS, nitrato, fosfato, cloruro, y el cobre. Los contaminantes que, en promedio, pueden haber aumentado su concentración, pero al final tuvieron una menor concentración a medida que la tormenta se prolongaba son TN, TP, cadmio y cromo. El contaminante que, en promedio, aumentó su concentración con el aumento de la tormenta fue el Nitrito. El plomo no se encontró de manera contundente e la escorrentía de tormenta.
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Los resultados obtenidos en el estacionamiento fueron en general iguales o
menores que otros estudios reportados, excepto por el nitrógeno total, las
concentraciones de contaminantes eran menores o iguales al límite admisible
en los estándares de la calidad del agua en Pensilvania.
Ilustración 12
El primer lavado se presenta en algunos contaminantes SS, nitrato, cloruro, cobre y cadmio, pero no en otros TDS, TN, TP, fosfato, nitrito, y cromo.El nitrato puede estar presente debido a la deposición atmosférica, los metales provienen del escape del vehículo, frenos forros, y los neumáticos y el desgaste del motor, los sólidos provienen de una variedad de Fuentes, incluyendo el pavimento y la interacción de los neumáticos.
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