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An�lisis comparativo entre la metodolog�a convencional y sin zanja abierta en la construcci�n del sistema de alcantarillado sanitario en el mejoramiento urbano de la ciudad de Jipijapa

 

Comparative analysis between the conventional methodology and without open ditch in the construction of the sanitary sewerage system in the urban improvement of the city of Jipijapa

 

An�lise comparativa entre a metodologia convencional e sem vala aberta na constru��o do sistema de esgotamento sanit�rio na melhoria urbana da cidade de Jipijapa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: mario.demera@unesum.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de febrero de 2023 *Aceptado: 14 de marzo de 2023 * Publicado: 04 de abril de 2023

 

        I.            Ingeniero Civil � Magister en hidr�ulica menci�n en Dise�o de Obras Hidr�ulicas- Docente de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab�, Jipijapa Manab�, Ecuador.

     II.            Ingeniero Civil. Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa, Manab�, Ecuador.

  III.            Mag�ster en Arquitectura menci�n Dise�o Urbano, Arquitecto, Docente de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa � Manab� � Ecuador.

Resumen

El presente art�culo trata la segunda fase del Plan Maestro de Alcantarillado Sanitario de la ciudad de Jipijapa, para ello se abordaron los problemas emergentes en un �rea clave como lo es el centro de la ciudad, ya que al no poder reparar su red de alcantarillado durante el reciente mejoramiento urbano surgi� la necesidad de encontrar m�todos alternativos para instalaci�n de tuber�as, evitando as� ocasionar molestias que traen construir bajo la metodolog�a tradicional con zanja abierta y a su vez afectar una reciente inversi�n que se dio con recursos p�blicos. La presente investigaci�n tuvo como finalidad proponer el redise�o del sistema de alcantarillado bajo la metodolog�a sin zanja abierta. La investigaci�n aplic� como m�todo principal el de abducci�n, as� como tambi�n fueron de respaldo los m�todos estad�sticos, descriptivos y cient�ficos. La informaci�n t�cnica recopilada del proyecto fue fundamental para considerar una buena alternativa constructiva la metodolog�a sin zanja considerando que todos los par�metros necesarios de dise�o fueran aptos. Finalmente, se determin� que para el mejoramiento urbano de la ciudad de Jipijapa construir bajo esta nueva metodolog�a ayudar�a a preservar la inversi�n que se realiz� en el 2021 ya que se considera que los costos son accesibles adem�s de que evitar�an interrumpir la circulaci�n vehicular y peatonal, otro punto a favor es que el tiempo de construcci�n ser�a m�s corto lo cual genera menores costos de mano de obra en comparaci�n con el m�todo tradicional.

Palabras claves: alcantarillado sanitario; mejoramiento; urbano; redise�o; metodolog�a.

 

Abstract

This article deals with the second phase of the Sanitary Sewer Master Plan for the city of Jipijapa, for which the emerging problems were addressed in a key area such as the city center, since not being able to repair its sewerage network during The recent urban improvement arose the need to find alternative methods for the installation of pipes, thus avoiding causing inconveniences that build under the traditional methodology with open ditch and in turn affect a recent investment that was made with public resources. The purpose of this investigation was to propose the redesign of the sewerage system under the open trenchless methodology. The research applied the abduction method as the main method, as well as the statistical, descriptive and scientific methods. The technical information collected from the project was essential to consider the trenchless methodology a good constructive alternative, considering that all the necessary design parameters were suitable. Finally, it was determined that for the urban improvement of the city of Jipijapa, building under this new methodology would help preserve the investment that was made in 2021 since it is considered that the costs are affordable, in addition to avoiding interrupting vehicular and pedestrian circulation. Another point in favor is that the construction time would be shorter, which generates lower labor costs compared to the traditional method.

Keywords: sanitary sewerage, improvement, urban, redesign, methodology.

 

Resumo

Este artigo trata da segunda fase do Plano Diretor de Esgotamento Sanit�rio para a cidade de Jipijapa, para o qual os problemas emergentes foram abordados em uma �rea chave como o centro da cidade, uma vez que n�o conseguiu reparar sua rede de esgoto durante a recente melhoria urbana surgiu a necessidade de encontrar m�todos alternativos para a instala��o de tubula��es, evitando assim causar transtornos que constroem sob a metodologia tradicional com vala a c�u aberto e por sua vez prejudicam um investimento recente que foi feito com recursos p�blicos. O objetivo desta investiga��o foi propor o redesenho do sistema de esgoto sob a metodologia aberta sem valas. A pesquisa aplicou o m�todo de abdu��o como m�todo principal, bem como os m�todos estat�sticos, descritivos e cient�ficos. As informa��es t�cnicas coletadas do projeto foram essenciais para considerar a metodologia sem valas uma boa alternativa construtiva, considerando que todos os par�metros de projeto necess�rios estavam adequados. Por fim, determinou-se que para a melhoria urbana da cidade de Jipijapa, construir sob esta nova metodologia ajudaria a preservar o investimento feito em 2021, pois considera-se que os custos s�o acess�veis, al�m de evitar a interrup��o da circula��o de ve�culos e pedestres. Outro ponto a favor � que o tempo de constru��o seria menor, o que gera menor custo de m�o de obra em rela��o ao m�todo tradicional.

Palavras-chave: esgotamento sanit�rio, melhoria, urbanismo, redesenho, metodologia.

 

Introducci�n

El sistema de alcantarillado habitual de las ciudades modernas consiste en las instalaciones de redes de tuber�as conectadas por donde se transporta aguas servidas de las viviendas, f�bricas, etc. hacia las plantas de tratamiento. El procedimiento tradicional de la instalaci�n de las tuber�as es la apertura de zanjas en el centro de la v�a. Por lo general, este proceso de instalaci�n se va dando con el desarrollo o amplificaci�n de nuevas zonas urbanas en las ciudades por lo que el cierre de la v�a no es un problema.

En los pa�ses de Am�rica Latina, en la d�cada de los ochenta y noventa, las empresas constructoras dedicadas a la ejecuci�n de obras de modificaci�n de tuber�as de alcantarillado utilizaron el sistema de fragmentaci�n neum�tica y exteriorizaron del problema las cr�ticas de evaluaci�n y escaso an�lisis de componentes relacionados a factores que se relacionan con el di�metro de tuber�as instalada, los di�metros de la tuber�a a instalar de HDPE.�

El alcantarillado sanitario en el sector c�ntrico de la ciudad Jipijapa que comprende un pol�gono de 17 manzanas que se detalla en la tabla 2, presenta en la actualidad deficiencias o fallas producto de varios factores (vida �til, da�os en c�maras, fisuras en las tuber�as, tuber�as antiguas, desacoples en accesorios etc.) que se van subsanando de� manera provisional por el GAD municipal y la Empresa de aguas (EMAPAGSJJ), ya que dicho sistema cuenta con estudios de evaluaci�n, diagn�sticos y dise�os del sistema de alcantarillado sanitario y pluvial con el aval t�cnico de Senagua y el financiamiento de la primera fase por el Banco de Desarrollo.

El Plan Maestro de Alcantarillado tiene 4 fases, la primera fase contempla a la zona norte de Jipijapa, (fase que ya fue ejecutada por el GAD cantonal) se interconectar� provisionalmente a la segunda fase (centro de Jipijapa). La segunda Fase tiene una antig�edad de 40 a�os, misma que incluir� el colector principal de recolecci�n sobre la calle Alejo Lazcano y deber� interconectarse las aguas servidas de la zona sur de redes existentes y la zona este de la ciudad. La tercera Fase (sur de la Ciudad) incluye el colector principal hasta la planta de tratamiento de aguas servidas. La cuarta fase (sur de la ciudad) es la final y puede seguir funcionando interconectada provisionalmente a la segunda fase, hasta que se construya.

La presente investigaci�n se centra en la segunda fase de dicho plan maestro del cant�n jipijapa, espec�ficamente en un redise�o constructivo del sistema de alcantarillado sanitario, que se enfocar� dentro de la intervenci�n del pol�gono que se ha mejorado por el municipio de jipijapa.

Existen varios m�todos para el cambio de tuber�as dentro del inmenso mundo de la ingenier�a, el tradicional es el m�todo con Zanja, el mismo que permite realizar un cambio de tuber�a desde la parte superior e ir bajando, el m�todo sin Zanja es un m�todo utilizado para tratar de disminuir el da�o a una estructura que tenemos en la superficie, muy utilizado actualmente. Se analizar� tambi�n la factibilidad al realizar este m�todo en el pol�gono del mejoramiento urbano de la zona central del cant�n, teniendo en cuenta el Costo- Beneficio de dicho dise�o y el gasto realizado en el reciente mejoramiento en la zona central del cant�n.

 

Desarrollo

Sistema de alcantarillado sanitario

Las redes de alcantarillado o los sistemas de alcantarillados tienen como funci�n el retiro o la recolecci�n de las aguas que ya han sido utilizadas en una poblaci�n (aguas residuales) y tambi�n de aguas pluviales (Jim�nez, 2016), mientras que Daniel Arce indica que es consiste en una serie de tuber�as y obras complementarias, necesarias para recibir y evacuar las aguas residuales de la

poblaci�n y la escorrent�a superficial producida por la lluvia.Cabe destacar que toda poblaci�n que se abastezca de agua potable necesita de un sistema de evacuaci�n al cual denominamos alcantarillado, tiene como objetivo recibir, evacuar y conducir las aguas servidas. Se clasifican en sistema de alcantarillado convencionales y no convencionales. (Alcantarillado sanitario, s.f.)

 

Metodolog�as de construcci�n para alcantarillados

M�todo tradicional: El m�todo tradicional para la reposici�n o mantenimiento de las tuber�as en alcantarillados b�sicamente se basa en excavaciones y movimientos de tierra a m�quina o manual donde por medio de una zanja horizontal se procede a la instalaci�n de las tuber�as. (Buitrago, 2021)

M�todo sin zanja: Este m�todo se caracteriza principalmente porque no se necesita abrir grandes zanjas para una instalaci�n o rehabilitaci�n en la tuber�a, basta con romper al inicio y a la salida del tramo de la red. (Fernando, 2018, p. 13)

La instalaci�n de tuber�as sin zanja, es un m�todo de instalaci�n cuya finalidad es sustituir, reparar o construir una nueva tuber�a sin la necesidad de abrir zanjas para su instalaci�n. Normalmente los tubos que se instalan tienen un di�metro no mayor de 3 metros (muy pocas se acercan a los 3 metros). (Nuevoaristegui, 2015, p�rr. 2) La tecnolog�a sin zanjas no solo beneficia a las personas y al medio ambiente porque es menos invasiva, sino que tambi�n es econ�micamente factible debido a los costos directos m�s bajos en comparaci�n con los m�todos tradicionales. (Vidal, 2004)

Dentro de las pol�ticas para la utilizaci�n de tecnolog�as sin zanja se recomienda que antes de entrar a rehabilitar una estructura de servicio p�blico o sistemas de redes de tuber�a, se realice un proceso de limpieza de la red. Hoy en d�a podemos encontrar una gran variedad de equipos eficientes especiales para abordar este tipo de funciones como por ejemplo losequipos sofisticados de succi�n y presi�n, los cuales garantizan la remoci�n de cualquier tipo de material, sedimento o grasa existente que impida mediante robots dotados de c�maras con circuito cerrado, proceder posteriormente a realizar el proceso de inspecci�n de la red. (Daza, 2011)

 

T�cnicas de instalaci�n de tuber�a sin zanja abierta

Fractura de tuber�as: La fractura de tuber�as (Pipe Bursting) es un procedimiento que consiste en destruir el tubo existente para luego instalar la tuber�a nueva, sin disminuci�n en la secci�n y en algunos casos se puede ampliar la misma, se recomienda par tuber�as entre 80 y 1000 mm, recomendada para redes de acueducto y gas. (Rodr�guez et al., 2021, p. 19)

Es un m�todo de reemplazo en l�nea de tuber�as facturables mediante la aplicaci�n de una fuerza en su interior. Un dispositivo de expansi�n se introduce en a la tuber�a defectuosa, rompi�ndola y facilitando la introducci�n de la nueva tuber�a que viene detr�s (S�nchez Valencia, 2011)

Reentubado: Es un sistema donde se reemplaza la tuber�a nueva por la existente, esta t�cnica est� limitada para tuber�as existentes que puedan disminuir el di�metro, se puede instalar en diferentes di�metros y formas. (S�nchez, 2011)

Revestimiento deslizante continuo: �(Slipplining) se utiliza para tuber�as entre 100 y 1700 mm, para diferentes tipos de servicio y para los casos que permitan reducci�n de la secci�n transversal, la secci�n de polietileno es soldado al inicio y al final y se puede instalar de hasta 700 metros. (Rodr�guez et al., 2021, p. 19)

Tuber�a polimerizada in situ: (Cured in a place pipe) es un encamisado con manga reversible, se puede utilizar en tuber�as principales y secundarias de alcantarillado, son tuber�as flexibles de fibra de poli�ster resistente al acido en dimensiones entre 50 y 2000 mm con un grosor de 3 a 50mm, seg�n los requisitos. �(Buitrago, 2021)

Tuber�as fundidas: (Thermoformen pipe) consiste en ingresar la tuber�a y ampliarla con vapor y aire para anclarla a la tuber�a existente, el espesor final puede ser inferior a 1mm. (Rodr�guez et al., 2021, p. 19) ��Para la rehabilitaci�n de tuber�as de alcantarillado este m�todo es ampliamente utilizado. Su larga duraci�n, naturaleza inerte, y no toxicidad, lo hacen apropiado para su uso con agua potable. Las tuber�as fundidas se utilizan tanto en conducciones que funcionen por acci�n de la gravedad, como aplicaciones en las que el fluido vaya a presi�n.. (Laurido, 2016)

 

Costos en la metodolog�a sin zanja abierta

De acuerdo a las organizaciones promotoras de las metodolog�as sin zanja y su tecnolog�a asociada, as� como estudios realizados en diferentes partes del mundo, indican que se mejoran los tiempos de ejecuci�n y reducen los costos, con la utilizaci�n de metodolog�as sin zanja. Las metodolog�as sin zanja permiten llevar a cabo, con menores costes econ�micos y en tiempo r�cord, todas las actividades relacionadas con los servicios enterrados. Y todo ello sin generar trastorno a los ciudadanos. (Vinagre, 2014)

 

Materiales y m�todos

La presente investigaci�n aplic� como m�todo principal el de abducci�n, as� como tambi�n fueron de respaldo los m�todos estad�sticos, descriptivos y cient�ficos. La metodolog�a aplicada se respalda de investigaci�n bibliogr�fica, as� como el estudio de campo manejando estrictos par�metros de confiabilidad.

M�todo de abducci�n: Mediante el cual con el problema planteado se determin� una alternativa viable aplicando una soluci�n innovadora en el sector de la construcci�n.

�M�todo estad�stico: Se utiliz� para la recolecci�n de datos y posterior an�lisis, present�ndolos como resultados en forma de un estudio costo - beneficio de la metodolog�a constructiva aplicada a la obra en que est� centrado este proyecto.

M�todo descriptivo: Permiti� la aplicaci�n de principios generales a casos particulares, a partir de ciertos enlaces de juicios.

M�todo cient�fico: Respald� la investigaci�n bibliogr�fica de tesis y libros (f�sicos y online), as� como el estudio de campo manejando estrictos par�metros de confiabilidad.

 

Resultados

La zona donde se realiz� el mejoramiento urbano y donde se plantea el redise�o del alcantarillado es en un pol�gono que cuenta con 17 manzanas y con extensi�n de intervenci�n de 9.4 Ha (Contrato de licitaci�n de obra por concepto de construcci�n de aceras adoquinadas, bordillos, mobiliario urbano, se�al�tica horizontal, incluye mejoramiento de calzada en la zona central del cant�n Jipijapa., 2020, p. 4) A continuaci�n, se muestra las manzanas y calles que intervienen en el redise�o del alcantarillado:

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Para este proyecto de titulaci�n se tomaron en cuenta solo las redes de alcantarillado que se encuentran en la zona c�ntrica de la ciudad.

Figura 1

Red de alcantarillado existente en la zona intervenida

En la tabla 1 se mostrar�n los porcentajes en la zona de estudio del tipo de servicio de AASS que tienen los habitantes.

 

 

 

 

 

Tabla� 1

Tipos de conexi�n domiciliaria de aguas servidas en la zona de estudio

 

Figura 2

Zona del proyecto

Par�metros hidr�ulicos en la red de alcantarillado sanitario de la zona de estudio

Tabla� 2

Resultados con condiciones de poblaci�n estado actual en tuber�as.

Etiq.	Nodo Inicial	Nodo Final	Diam (mm)	Elev. Terreno Inicial (m)	Elev. Terreno Final (m)	Invert (Inicio) (m)	Invert (Fin) (m)	Pendiente (m/m)	Tirante (Inicio) (m)	Tirante (Salida) (m)	Tirante Inicial/Diam . (%)	Tirante Final/Diam. (%)	Flujo (L/s)
CO-220	A056	MH-199	200	280,6	279,81	278,91	278,33	0,0074	0,06	0,05	30,00%	25,00%	4,9
CO-221	MH-199	A057	200	279,81	278,41	278,3	275,65	0,0315	0,06	0,03	30,00%	15,00%	4,9
CO-224	MH-202	A057	400	278,07	278,41	275,5	275,3	0,003	0,23	0,34	57,50%	85,00%	104,51
CO-225	A058	A059	200	280	280	278,57	278,15	0,0055	0,03	0,03	15,00%	15,00%	1,65
CO-226	A059	MH-205	200	280	279,19	278,1	277,5	0,009	0,05	0,04	25,00%	20,00%	3,91
CO-227	MH-205	A060	200	279,19	277,65	277,4	275	0,03	0,05	0,03	25,00%	15,00%	3,91
CO-228	A057	MH-207	400	278,41	277,99	275,3	275,13	0,0025	0,25	0,31	62,50%	77,50%	109,88
CO-229	MH-207	A060	400	277,99	277,65	275,1	274,8	0,0039	0,24	0,22	60,00%	55,00%	109,88
CO-247	MH-225	A083	200	277	276	272,6	272,29	0,0037	0,06	0,06	30,00%	30,00%	6
CO-249	A083	A086	200	276	275,68	272,25	272,05	0,0033	0,07	0,07	35,00%	35,00%	6,63
CO-250	A086	MH-229	200	275,68	275,6	272	271,79	0,0034	0,07	0,07	35,00%	35,00%	6,95
CO-251	MH-229	A087	200	275,6	275,06	271,75	271,55	0,0035	0,07	0,07	35,00%	35,00%	6,95
CO-252	A087	A089	200	275,06	274,95	271,5	271,03	0,0058	0,07	0,06	35,00%	30,00%	7,74

 

Tabla� 3

Condiciones hidr�ulicas.

L�nea de Grad. Hidr�ulico (Ent) (m)	L�nea de Grad. Hidr�ulico (Sal) (m)	L�nea de Energ�a (Ent) (m)	L�nea de Energ�a (Sal) (m)	Long (m)	Velocidad M�xima (m/s)	Cobertura promedio (m)	Descripcion Perfil	Numero de Froude	Esfuerzo Autolimpia nte (Pa)	L�nea de Energ�a > Terreno?	L�nea de Grad. > Terreno?	L�nea de Energ�a > Corona Tubo?	L�nea de Grad. > Corona Tubo?	Condicion
278,97	278,38	278,99	278,42	78,6	0,87	1,4	S2	1,531	2,006	NO	NO	NO	NO	nuevo
278,36	275,68	278,38	275,79	84,1	1,46	1,9	S2	3,095	6,215	NO	NO	NO	NO	nuevo
275,73	275,64	275,83	275,68	67	1,39	2,4	S1	S����������� 1,012	3,189	NO	NO	NO	NO	nuevo
278,6	278,18	278,62	278,2	76,4	0,57	1,4	S2	1,281	0,985	NO	NO	NO	NO	nuevo
278,15	277,54	278,17	277,58	66,9	0,88	1,6	S2	1,677	2,116	NO	NO	NO	NO	nuevo
277,45	275,03	277,47	275,12	80	1,34	2	S2	2,993	5,414	NO	NO	NO	NO	nuevo
275,55	275,44	275,64	275,5	67,4	1,31	2,6	M1	0,899	2,814	NO	NO	NO	NO	nuevo
275,34	275,02	275,44	275,14	76,1	1,56	2,5	S2	1,185	4,085	NO	NO	NO	NO	nuevo
272,66	272,35	272,69	272,38	83,1	0,73	3,9	S2	1,097	1,281	NO	NO	NO	NO	nuevo
272,32	272,12	272,34	272,14	60,8	0,71	3,5	S2	1,031	1,208	NO	NO	NO	NO	nuevo
272,07	271,86	272,1	271,89	61,8	0,73	3,5	S2	1,043	1,267	NO	NO	NO	NO	nuevo
271,82	271,62	271,85	271,65	57,7	0,74	3,5	S2	1,054	1,287	NO	NO	NO	NO	nuevo
271,57	271,09	271,6	271,14	81,1	0,91	3,5	S2	1,366	2,02	NO	NO	NO	NO	nuevo

 

A continuaci�n, se muestra la modelaci�n realizada en el programa Sewercad de la red de alcantarillado sanitario a redise�ar.

La tabla 4 demuestra el costo total de tuber�a instaladas por cada m�todo, teniendo como m�s econ�mico el m�todo sin zanja, sin embargo, como el proyecto busca minimizar el da�o a una reciente inversi�n se considera que la metodolog�a sin zanja es una opci�n viable que permite reducir molestias en la ciudadan�a adem�s que el tiempo de instalaci�n es mucho menor.

Tabla� 4

 

Resumen costo estimado usando cada uno de los m�todos.

 

 

 

 

Conclusiones

La necesidad de instalar, renovar y rehabilitar redes ubicadas en sectores poblados con espacios superficiales reducidos pueden reflejar mayores costos directos con la metodolog�a sin zanja, que el proceso convencional, sin embargo, en un enfoque global, considerando costos indirectos, el impacto social y ambientales que se generan, �se evidencia un costo conveniente bajo mediante la �metodolog�a sin zanja ya que ayudar� a preservar la inversi�n �de obras anteriores y evitar ocasionar molestias en la poblaci�n de la zona de estudio.

La metodolog�a tradicional con zanja es la m�s conveniente para realizar una renovaci�n de tuber�a existente, en un and�n de una zona urbana habitada, si se mira en t�rminos econ�micos, ya que sus costos directos son inferiores. Pero si lo que se busca es reducir tiempos de ejecuci�n, disminuir la posibilidad de reprocesos, minimizar el impacto social y ambiental en t�rminos de afectaciones a la movilidad y de emisiones de ruido y material particulado, la metodolog�a m�s apropiada para la intervenci�n es la de sin zanja abierta, pese al costo del presupuesto.

 

Referencias ������������������������������������������������������������������������������������

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� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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