Cárcamos de rebombeo de aguas residuales en Quintana Roo
Cárcamos de rebombeo de aguas residuales en Quintana Roo
Por: : Ing. José Manuel Torres Muñoz
Colegio de Ingenieros Civiles de Cancún, A.C.
El Estado de Quintana Roo se ubica al oriente de la Península de Yucatán, colindando con el mar caribe. Esta península se caracteriza por tener un suelo Cárstico, con una superficie carente de elevaciones importantes y prácticamente plana. Esta situación representa un reto para la construcción de las redes de drenaje sanitario, las cuales funcionan a gravedad y representa un reto importante en el control de las pendientes longitudinales con las cuales se diseñan y construyen estas redes.
Adicionalmente, en las zonas costeras, donde se ubican ciudades como Cancún, Playa del Carmen, Puerto Morelos o Tulúm, presentan un nivel freático que se ubica, generalmente, entre los 3.0 m y los 6.0 m de profundidad. Esta circunstancia también restringe la profundidad de los sistemas de drenaje sanitario, obligando a desarrollar sistemas de rebombeo que permitan volver a elevar los flujos de aguas residuales cuando se alcanza el nivel freático y conducirlos a nuevos colectores o a plantas de tratamiento de aguas residuales.
Estos sistemas de rebombeo se componen de una estructura de concreto reforzado para recibir las aguas residuales, construidas en forma cilíndrica a profundidades que han llegado hasta los 10.0 metros por debajo del nivel natural del terreno y hasta 7.0 m bajo el nivel freático.
El diseño de estas estructuras se realizan con base en lo dispuesto en la normatividad para estructuras que contienen líquidos, como la del American Concrete Institute (ACI), la de la Portland Cement Association (PCA), así como en las recomendaciones de los Manuales de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de la CONAGUA.
Para su dimensionamiento se debe considerar el análisis de los gastos máximos extraordinarios, así como de los gastos mínimos del proyecto. Así mismo, se debe realizar una revisión del comportamiento de los equipos de bombeo considerando el sistema bomba-emisor-punto de descarga, a fin de determinar las pérdidas de carga del sistema y los niveles mínimos de operación que los equipos de bombeo requieren.
Dentro de esta revisión se determinan las profundidades mínimas requeridas para garantizar la seguridad de los equipos de bombeo, así como el nivel máximo requerido en función del gasto máximo extraordinario. Cabe aclarar que estas estructuras se diseñan para funcionar como un traspaleo de las aguas residuales, no como estructuras de almacenamiento.
Con estos datos, se determinan el volumen de operación de los cárcamos que, en conjunto con la profundidad del colector de llegada, determina las dimensiones de la estructura: diámetro interior y altura o profundidad total.
Considerando este dimensionamiento, se realiza el cálculo estructural, tomando en cuenta el comportamiento de la estructura en condiciones de contener en su interior líquido, hasta cierto porcentaje de su altura total, las condiciones cuando la estructura está vacía y se ha realizado el relleno perimetral y las condiciones cuando la estructura está terminada con su losa tapa.
El diseño estructural es el primer reto para contar con una estructura de rebombeo de aguas residuales en un sistema de colectores de aguas residuales. El segundo reto, es la construcción de la estructura.
Hace 30 años, en las primeras construcciones de estas estructuras, se consideraba el colado de la primera etapa de la estructura a nivel de terreno natural, llevando a cabo un análisis para determinar la altura máxima del colado de muros, a fin de que la estructura flotara y que su peso pudiera ser manejado por las grúas que realizaban el traslado de esta estructura hacia la excavación, donde se acomodaría dejándola flotar sobre el nivel freático.
Dado que el movimiento de esta estructura, utilizando grúas de gran capacidad, se volvió demasiado costoso, se modificaron los esquemas de construcción, diseñando cimbras metálicas flotantes, las cuales se depositan sobre el nivel freático y dentro de ellas se van instalando los armados estructurales y en seguida se realizan los colados de piso y muros. En este procedimiento se debe tener cuidado en los colados para evitar que el peso del concreto se concentre en un solo punto de la cimbra, ya que esto provoca que parte de la cimbra se hunda demasiado en el nivel freático, generando esfuerzos de torsión en la misma, que deforman la cimbra y pueden provocar su hundimiento. El tipo de concreto a utilizar es, al menos, con un f’c=300 kg/cm2, con impermeabilizante integral y un revenimiento controlado.
Dentro del análisis estructural, un punto importante es el análisis de los empujes verticales que la estructura sufrirá debido al nivel freático y a la profundidad de desplante que se tenga. Por lo general, el empuje es superior al peso de la estructura, por lo cual se requiere revisar si la estructura requiere peso adicional para contrarrestar el empuje vertical.
En Quintana Roo, la experiencia de los últimos 25 años ha permitido contar con procedimientos probados y corregidos para construir este tipo de estructuras que permiten conducir las aguas residuales hasta las plantas de tratamiento correspondientes.