Modelo previene colapsos en redes de alcantarillado

La cantidad de gravas, arenas, arcillas y otros residuos orgánicos que arrastran las aguas lluvias en las ciudades hacia los desagües de la red de alcantarillado causa obstrucciones y colapsa la capacidad hidráulica.

No son pocas las poblaciones rurales y urbanas del país que presentan erosión en sus suelos, debido a la proporción de sedimentos que se desprenden con las lluvias intensas y que son arrastrados hacia las redes de alcantarillado.

Esto es consecuencia del alto avance de la urbanización, que al modificar las cuencas urbanas les quita la cobertura vegetal y genera mayor erosión en las partes altas, aumentando los flujos sólidos que constituyen un problema grave para las ciudades. "Si hubiera más vegetación no se producirían estos efectos erosivos", indica la profesora de Ingeniería Civil, Jeannette Zambrano Nájera.

Según datos del Instituto de Estudios Ambientales (IDEA) de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales, el 75 % de la población colombiana está asentada en cuencas urbanas hidrográficas, lo que representa un incremento significativo de los caudales transportados por las redes de alcantarillado.

Debido al proceso de urbanización, el ciclo hidrológico urbano se ha modificado, pues las aguas lluvia no pueden ser infiltradas al suelo impermeabilizado, lo que genera mayores flujos de escorrentía superficial.

A los sedimentos gruesos que llegan hasta las rendijas de las alcantarillas se suman los finos, que pueden contener gran cantidad de contaminantes que aumentan la presión en la red de aguas negras.

Este inconveniente se viene presentando en múltiples poblaciones europeas, especialmente en temporadas de mayor precipitación. En Colombia también ocurre, especialmente en las ciudades más urbanizadas, donde afecta mayoritariamente las zonas céntricas o con alcantarillado más antiguo.

El modelo hidrológico

Para mitigar esta situación, la profesora Jeannette Zambrano Nájera ideó un modelo hidrológico y sedimentológico, con el que es posible predecir cuáles precipitaciones causan mayores volúmenes de escorrentía y sedimentos y las zonas potenciales donde se producirían.

"Aplicándolo en las ciudades, es posible detectar en cuáles puntos se generan las acumulaciones de caudal sólido, para prevenirlas", indica la profesora.

El modelo se compone de dos partes. Primero, desde el punto de vista hidrológico, con la ayuda de los datos de precipitación recogidos en las estaciones meteorológicas, se determinan las lluvias que se introducen en el modelo físico, calculando el balance hídrico y la cantidad de caudal superficial que generan. Así, se determina cuánta lluvia está corriendo por las calles, cuánta sigue su curso hasta entrar por las alcantarillas y cuánta se almacena o se pierde por infiltración.

La segunda parte corresponde al modelo sedimentológico, que controla y predice la producción de sólidos en los caudales. Esta información se recolecta mediante mapas dinámicos que muestran el lugar hacia donde escurre el recurso hídrico y en el que se depositan los sedimentos.

Mediante este modelo y con la información adecuada sobre la cuenca (topografía, mapas de suelos y sus usos), se puede predecir la erosión en diferentes niveles a corto y largo plazo. "Es necesario señalar la zona donde se realizará el estudio, medir el nivel de precipitaciones y utilizar el modelo para calcular qué tanto se va erosionando y a dónde va a parar", advierte la investigadora.

El impacto del modelo radica en que es posible predecir cuáles son aquellas zonas susceptibles a que se produzca la erosión cuando hay lluvias fuertes, además de conocer los sectores más vulnerables al colapso.

Cuando la carga contaminante que llega a las plantas de tratamiento es mayor a la esperada resulta más costosa para la ciudad. La profesora explica que al llegar el caudal en tan poco tiempo, este se desvía. "Algunas ciudades pequeñas lo envían al río, lo que repercute en un problema mayor, ya que dichas aguas no son tratadas previamente.

Predecir para prevenir

Aunque esta investigación no se ha aplicado aún en Colombia, el modelo es totalmente válido y predice con un nivel de ajuste razonable las cantidades de sedimento transportadas en las aguas lluvias, sostiene la investigadora.

Su aplicación regional implicaría escoger un área de la ciudad que cumpla con las condiciones de cuenca urbana, para aplicarle el modelo matemático en el software creado para tal fin, identificando qué tipo de cobertura y suelos tiene.

Al conocerse la proporción, el siguiente paso será prevenir y mitigar los efectos en los suelos y en la red de alcantarillado. Inicialmente, se podrían construir estructuras de retención antes de que los residuos lleguen esta. Existen rejillas especialmente diseñadas para esta situación, aunque solo retienen material de gran tamaño, por lo que igualmente se estarían introduciendo partículas pequeñas.

Adicionalmente, se podría disminuir la cantidad de aguas lluvias que escurren superficialmente, para lo cual se han diseñado múltiples estructuras a nivel internacional entre las que se pueden mencionar: la utilización de pavimentos porosos para incrementar la infiltración, y la construcción de estructuras de retención y almacenamiento temporal, entre otros.

Asimismo, se podrían mitigar los efectos realizando limpiezas más frecuentes o recolecciones manuales para que los sedimentos sean tratados y dispuestos en otro lugar.

"Con estas recomendaciones, las entidades gestoras del recurso hídrico en cada zona urbana podrán tomar decisiones frente a las medidas de prevención", concluye la experta.

En Manizales, el sector rural cuenta con un sistema de tratamiento más pequeño, aunque no menos eficaz. "Esas estructuras usualmente se taponan por basuras y objetos más grandes, pero los sedimentos pequeños no representan ningún problema", explica Daniel Andrés Giraldo Ospina, subdirector de mantenimiento de infraestructura de Aguas de Manizales.

En cuanto a las redes de alcantarillado, existen unas pendientes considerables, a las que constantemente se les hace monitoreo para que no ingrese nada anormal. De igual manera, las plantas de tratamiento están separadas, ya que la entrada de aguas lluvias altera su efectividad.

El proyecto hace parte de la investigación del Doctorado en Ingeniería Civil que llevó a cabo la profesora Jeannette Zambrano Nájera con un grupo de investigación de Ingeniería en Dinámica Fluvial e Ingeniería Hidrológica de la Universidad Politécnica de Cataluña, en Barcelona. En la Sede Manizales, lo implementa con el apoyo del IDEA y del grupo en Ingeniería Hidráulica y Ambiental.