RENOVACIÓN DE REDES Y ACOMETIDAS DE ALCANTARILLADO SIN ZANJA EN BARRIOS PERIFÉRICOS CON ACCESOS POR ESCALAS: CASO “PICACHO”, MEDELLÍN

De acuerdo con el plan inicial, este proyecto contemplaba la intervención de 4.499 m de la red de alcantarillado, de los cuales 4.004 m estaban previstos a zanja abierta. Aunque el proyecto había previsto el uso de TSZ como Pipe Bursting (fracturación de tubería) para intervenir 355 m de colectores de alcantarillado y CIPP (cured in place pipe) para la renovación de 140m de colectores de alcantarillado, los diseños indicaban la reposición de más de 4.004m de tubería de alcantarillado mediante zanja abierta (89% de la longitud intervenida en alcantarillado).

El alcantarillado existente estaba en concreto simple, usualmente con colectores de DN 200mm, gracias a las altas pendientes del mismo (>6%).

La zona intervenida está ubicada en el noroccidente de Medellín en la Comuna 6, donde predomina el estrato socioeconómico 21 y la densidad de población es de 50.000 habitantes por km2 (la más alta de Medellín) (Wikipedia, 2017). Se trata de una zona residencial con comercio básico, generalmente en viviendas unifamiliares con 6m de fachada, en terreno escarpado (laderas con pendientes del 20% al 60% entre los 1.600 y 1.900m.s.n.m.), con acceso vehicular limitado, complementado por escalas.  

Hacia la década de 1970, el desarrollo de esta zona se dio de forma poco planificada (Wikipedia, 2017), de modo que los moradores ocuparon irregularmente el espacio público y construyeron antejardines en terrazas sobre el espacio que hubiera ocupado la vía. Así, el acceso a los callejones se redujo a escalas en concreto con 0.9-1.5m de ancho. Las redes de alcantarillado quedaron ubicadas bajo estas escalas o bajo los antejardines en terrazas, cada uno de los cuales tiene un acabado diferente en enchape o concreto (ver Figura 3) .

1 La estratificación socioeconómica en Colombia se refiere a la clasificación de los inmuebles residenciales para cobrar de manera diferencial los servicios públicos. Los estratos van del nivel 1 (bajo bajo) al nivel 6 (alto) (Wikipedia, 2017).

Lo anterior se convirtió en un problema técnico y financiero para I&C, que se veía en una imposibilidad para ejecutar el contrato de la forma establecida, exponiendo su personal a altos riesgos de accidente, así como la empresa a pérdidas económicas y sanciones por incumplimiento contractual. La respuesta de las directivas fue la siguiente: I&C se propuso demostrar a la entidad contratante, mediante argumentos técnicos, jurídicos y económicos, que la forma de hacer viable el proyecto consistía en implementar masivamente las TSZ, así:  

1. La reposición de colectores de alcantarillado para instalar tubería de 10” podía hacerse sin zanja empleando la misma línea de tubería existente en 8”, aplicando de manera masiva la técnica de pipe bursting para insertar una tubería de polietileno. Esto evitaría las excavaciones en roca, aumentaría el rendimiento, reduciría los costos y minimizaría el riesgo de afectar las construcciones adyacentes.  

2. Al mantener igual la línea del colector, ya no era necesaria la reposición de las acometidas existentes y su rehabilitación con TSZ era posible instalando un revestimiento mediante CIPP AGUA CALIENTE, siendo necesario primero hacer una excavación puntual sobre el colector en el punto de empalme con la acometida para reconectar la acometida a la tubería de polietileno instalada por pipe bursting.  

En este proyecto estaba previsto instalar 355m de tubería de polietileno por el método de pipe bursting en colectores de alcantarillado. Al revisar los diseños detalladamente, I&C seleccionó tramos de alcantarillado que eran candidatos ideales para el cambio de tecnología. Se seleccionó la tecnología de pipe bursting porque los diseños contemplaban un aumento de diámetro de 8” a 10”.  

Tras ser aceptada la propuesta para hacer reposición de los colectores existentes en 8”, sin zanja, mediante pipe bursting, se instalaron no 355m, sino 1.700m de tubería de polietileno para alcantarillado por dicho método, donde la cantidad excedente correspondió a tramos diseñados inicialmente a zanja abierta. En lugar de cambiar el trazado de los colectores e instalar tubería PVC de 10” bajo las escalas, se instaló tubería de polietileno de 10” conservando el alineamiento de la antigua tubería, usualmente bajo los antejardines. Este alineamiento es visible en las dos fotografías de Figura 3, donde los colectores están bajo los antejardines del costado derecho y son visibles las tapas de las cámaras de inspección. Como resultado, las conexiones domiciliarias del alcantarillado tienen longitudes diferentes a ambos costados en la imagen: aquellas del costado derecho son cortas (longitud menor a 2m), y aquellas del costado izquierdo son largas (longitud de hasta 14m).  

Para la ejecución de los trabajos, con longitudes promedio de 20m por tramo, se emplearon dos máquinas de pipe bursting estático: una máquina de barras y otra de cable, con fuerzas de halado de 80Ton y 90Ton métricas, respectivamente. Debido a la dificultad de acceso por escalas, fue necesario desarrollar un carro mecánico de rueda triple para ser halado por winche y cable para desplazar la máquina de pipe bursting hasta cada pozo (Ver Figura 5, arriba). El cambio de la máquina de barras por la máquina de cable se efectuó con el fin de aligerar la carga para los transportes por escalas y por su versatilidad.  

La pendiente natural del terreno y las terrazas se aprovecharon para suprimir la construcción de los pozos de lanzado en algunos tramos (Ver Figura 5, abajo). 

Para el caso del proyecto mencionado, se empleó una resina poliéster y el curado fue acelerado con agua caliente. La manga, impregnada en sitio en un tráiler especial (ver Figura 6, abajo), fue invertida desde la caja de registro, con un solo punto de acceso. El proceso se llevó con equipos livianos (peso < 80kg) y con un mínimo impacto socio-ambiental al evitarse por completo las excavaciones (ver Figura 6, arriba). Usando esta técnica fueron rehabilitados 656m de tubería, correspondientes a 137 acometidas domiciliarias de alcantarillado de 150mm de diámetro.  

• ASCE. (2009). Trenchless Renewal of Culverts and Storm Sewers. (L. Osborn, Ed.) Reston, Virginia, Estados Unidos.  

• Boulos, P. F. (2017). Optimal Scheduling of Pipe Replacement. Journal AWWA (109:1), 42-46.  

• Bueno, S. M. (10 de Febrero de 2011). Trenchless Technology: CIPP Turns 40. Obtenido de Trenchless Technology

• Empresas Públicas de Medellín E.S.P. (27 de Diciembre de 2002). Decreto 1266 de 2002. Medellín, Antioquia, Colombia.  

• Empresas Públicas de Medellín E.S.P. (Julio de 2014). Pliego EP-2014-001055. Construcción, reposición y modernización de las redes y acometidas de acueducto y alcantarillado y obras accesorias; en las cuencas La Seca y el sector Doce de Octubre y en los circuitos Picacho y Popular . Medellín, Antioquia, Colombia.  

• Premio ICTIS

• Teleantioquia Noticias. (26 de Mayo de 2015). Por extorsión, contratistas de EPM suspenden obras de alcantarillado en el 12 de Octubre. Medellín, Antioquia, Colombia.  

• The international Pipe Bursting Association. (Enero de 2012). Guideline for Pipe Bursting. Owing Mills, Maryland, Estado Unidos.  

• Wikipedia. (21 de Junio de 2017). Doce de Octubre (Medellín). Obtenido de Wikipedia, la enciclopedia libre

• Wikipedia. (21 de Junio de 2017). Estratificación socioeconómica en Colombia. Obtenido de Wikipedia, la enciclopedia libre

Aunque algunos tramos se encontraban sobre la vía y pudieron ejecutarse según el diseño inicial, la construcción de los tramos de alcantarillado bajo escalas, en direcciones como la ilustrada en la Figura 3, se vieron afectados por las siguientes razones: 

• Problemas de seguridad: al inicio del contrato, las obras se suspendieron por la presencia de bandas criminales que pretendían extorsionar al contratista (Teleantioquia Noticias, 2015). El asunto fue hecho público y se logró retomar gracias a un acercamiento con la comunidad a través de las Junta de Acción Comunal. Este asunto no está relacionado directamente con los diseños, pero resalta la importancia de mantener buenas relaciones con la comunidad, las cuales pueden verse afectada por los impactos de las obras.  

• Necesidad de excavación manual: los accesos peatonales con escalas impedían el uso de maquinaria, por lo cual las demoliciones, excavaciones y transporte de materiales en escala eran manuales.  

• Rutas limitadas de acceso: la estrechez de las escalas limitaba las rutas de transporte de materiales de excavación y llenos, así como otros suministros de materiales de obra. Además, se limitaba el número de trabajadores que podían trabajar en un frente de obra simultáneamente. Ver Figura 4.  

• Presencia de roca sin posibilidad de usar métodos explosivos: se encontró roca bajo las escalas en niveles del 12% en promedio, y múltiples puntos con mucha mayor presencia de roca (>50%), lo cual reducía el rendimiento del trabajo de redes en escalas. Por otra parte, los mayores volúmenes de excavación en roca se convertían en un mayor costo de las obras para la entidad contratante, que había previsto un porcentaje de roca promedio del <1% en las excavaciones.  

• La excavación en roca debía hacerse por métodos químicos para no afectar la estabilidad de los muros y las casas, proceso que por su lentitud generaba un alto stand-by en el personal, ya que la norma colombiana NEGC-1300 limita las longitudes excavadas en zanja. A pesar de tener un precio alto para la excavación roca, la actividad de excavación no resultaba rentable por las largas esperas del personal.  

• Imposibilidad de cumplir con los estándares de construcción y senderos peatonales de EPM (Empresas Públicas de Medellín E.S.P., 2002) por la estrechez de las escalas: de acuerdo con la norma, durante la instalación de tuberías a zanja abierta “Para excavaciones hasta 2 m de profundidad, a cada lado de la zanja se deberá dejar una faja mínima de 0,60 m de ancho libre de tierra excavada, escombros, tubos u otros materiales. Para profundidades mayores de 2 m esta faja deberá ser mínimo de 1 m de ancho”.  

• Diferentes acabados superficiales: la reconstrucción de acabados superficiales diferentes en cada antejardín, algunos de los cuales eran enchapes de referencias descontinuadas en el mercado, retardaba las labores de reconstrucción de las zonas afectadas.  

En este proyecto estaba previsto instalar 355m de tubería de polietileno por el método de pipe bursting en colectores de alcantarillado. Al revisar los diseños detalladamente, I&C seleccionó tramos de alcantarillado que eran candidatos ideales para el cambio de tecnología. Se seleccionó la tecnología de pipe bursting porque los diseños contemplaban un aumento de diámetro de 8” a 10”.  

Tras ser aceptada la propuesta para hacer reposición de los colectores existentes en 8”, sin zanja, mediante pipe bursting, se instalaron no 355m, sino 1.700m de tubería de polietileno para alcantarillado por dicho método, donde la cantidad excedente correspondió a tramos diseñados inicialmente a zanja abierta. En lugar de cambiar el trazado de los colectores e instalar tubería PVC de 10” bajo las escalas, se instaló tubería de polietileno de 10” conservando el alineamiento de la antigua tubería, usualmente bajo los antejardines. Este alineamiento es visible en las dos fotografías de Figura 3, donde los colectores están bajo los antejardines del costado derecho y son visibles las tapas de las cámaras de inspección. Como resultado, las conexiones domiciliarias del alcantarillado tienen longitudes diferentes a ambos costados en la imagen: aquellas del costado derecho son cortas (longitud menor a 2m), y aquellas del costado izquierdo son largas (longitud de hasta 14m).  

Para la ejecución de los trabajos, con longitudes promedio de 20m por tramo, se emplearon dos máquinas de pipe bursting estático: una máquina de barras y otra de cable, con fuerzas de halado de 80Ton y 90Ton métricas, respectivamente. Debido a la dificultad de acceso por escalas, fue necesario desarrollar un carro mecánico de rueda triple para ser halado por winche y cable para desplazar la máquina de pipe bursting hasta cada pozo (Ver Figura 5, arriba). El cambio de la máquina de barras por la máquina de cable se efectuó con el fin de aligerar la carga para los transportes por escalas y por su versatilidad.  

La pendiente natural del terreno y las terrazas se aprovecharon para suprimir la construcción de los pozos de lanzado en algunos tramos (Ver Figura 5, abajo).

Los resultados de la ejecución final se resumen en la Tabla 2, donde se comparan con la programación inicial de la obra o línea base del proyecto.

Para analizar si este balance es positivo, es importante compararlo con otros contratos similares que se ejecutaron simultáneamente en el mismo sector, donde se experimentaron problemáticas análogas con la zanja abierta pero no hubo cambio de tecnología: en ambos casos, los contratistas tuvieron grandes problemas.