United States
Environmental Protection
Agency
Office of Water
Washington, D.C.
EPA 832-F-99-039
Septiembre de 1999
c/EPA
DESCRIPCION
Folleto informativo de O/M del
desborde de drenajes
combinados
Metodos apropiados de operacion y
mantenimiento (O/M)
Los sistemas combinados de drenaje (SCD), tal
como se muestra en la Figura 1, son drenajes de
colectores individuales que conducen a las
instalaciones de tratamiento tanto las aguas
residuales (domesticas, comerciales e
industriales) como el drenaje pluvial. Sin
embargo, durante periodos de lluvias intensas,
la combination de las aguas residuales y
pluviales puede desbordarse del sistema de
recoleccion y producir descargas directas a
cuerpos de agua superficial. Este fenomeno se
conoce como los desbordes de drenajes
combinados (DDC).
DESCARGADE
EXCESODE
CAUDALTRATADO
Fuente: U.S. EPA, 1989.
FIGURA 1 SISTEMA COMBINADO
Los DDC pueden contener altos niveles de
solidos suspendidos, demanda bioquimica de
oxigeno, grasas y aceites, materiales flotantes,
contaminantes toxicos, organismos patogenos y
otros contaminantes. Estos contaminantes
pueden exceder los estandares de calidad del
agua, y representar un riesgo a la salud humana,
poner en peligro los organismos acuaticos y
dafiar los cursos de agua.
Debido al potencial de contamination de los
DDC, en abril 19 de 1994 la EPA emitio una
Regulacion de Control de los DDC (Combined
Sewer Overflow Control Policy). Esta
regulacion establece que los solicitantes de
permisos para sistemas combinados de drenaje
que presenten DDC deben demostrar la
capacidad de proporcionar, cuando sea
necesario, al menos tratamiento primario y
desinfeccion para el 85 por ciento del volumen
recolectado de los DDC con base en el
promedio anual. La regulacion tambien
establece nueve requisites minimos de control
que deben incluirse en los permisos de descarga
de los DDC. Uno de esos controles minimos lo
constituyen los programas rutinarios de
operacion y mantenimiento (O/M) para los
alcantarillados que presenten DDC.
-------
COMPONENTES CLAVE DEL
PROGRAMA
El programa de O/M de un si sterna combinado
de drenaje con desbordes no difiere
significativamente del de los alcantarillados
sanitarios, ya que los dos tienen como objetivo
el mantener un caudal maximo hacia la planta
de tratamiento y el maximizar bien sea la
capacidad de almacenamiento en los colectores,
o la retention aguas arriba de los puntos de
entrada al si sterna. Existen varios componentes
claves de un programa de O/M que una
municipalidad o autoridad deben proporcionar
para asegurar una operation y mantenimiento
adecuados y para cumplir con los requisites de
control minimos. Estos componentes del
programa incluyen:
• El programar inspecciones rutinarias y
mantenimiento y limpieza de los SCD, las
unidades de regulation y los puntos de
descarga.
• El desarrollar sistemas de reporte y archivo
de datos de O/M que contengan los
procedimientos de mantenimiento y los
informes de inspection.
• El proveer entrenamiento de O/M al
personal.
• La evaluation periodica del programa de
O/M para su actualization y revision de los
procedimientos segun sea necesario.
Estos procedimientos se describen en mayor
detalle a continuation.
Evaluation operacional
Con anterioridad al desarrollo de un programa
de O/M, la municipalidad debe realizar una
evaluation operacional de su sistema para
completar un inventario de las instalaciones
existentes y documentar las condiciones de
operation y los procedimientos de
mantenimiento. La municipalidad debe tener un
piano completo del sistema de recoleccion en
donde se sefialen todas las tuberias y la
ubicacion de los puntos de descarga y de DDC.
Este piano debe presentar como referenda las
vias y otras estructuras que le permitan a las
cuadrillas de mantenimiento localizar
rapidamente las estructuras y los puntos de
DDC. Este piano tambien ayudaria en la
planificacion y la programacion de las
inspecciones y el mantenimiento del SCD y los
desbordes. For ejemplo, los sectores o zonas que
son susceptibles a inundation o desbordes
prematuros deben ser los primeros
inspeccionados despues de una tormenta.
Entre los nueve requisites minimos de control
de los DDC, se encuentra el realizar una
caracterizacion de los DDC. Esta
caracterizacion debe incluir la documentation
de los eventos de desborde y su correlation con
los patrones de precipitation pluvial (tales como
el volumen, la intensidad, la duration). Los
resultados de la caracterizacion son criticos para
el disefio de un programa de O/M que sea
efectivo para optimizar la operation del sistema.
Como parte de estos estudios, es importante
aforar los caudales reales del sistema y su
respuesta a las diversas condiciones de
operation y de precipitation. Esta information
es critica para el desarrollo de procedimientos
especificos de operation y mantenimiento que
haran parte del programa de O/M.
Los datos de los planes de control de los DDC a
largo plazo pueden ser usados eventualmente
por las municipalidades para complementar sus
programas de O/M. Como parte de esos planes
un sistema puede realizar el modelaje integrado
del sistema (colectores, unidades de regulation
y planta de tratamiento) para analizar mejoras
en la operation. Este esfuerzo de modelaje
-------
tipicamente identifica modificaciones
operacionales para lograr un maximo
almacenamiento y conduction, proporcionar
mejoras d sistema existente de tratamiento y
reducir la descarga de DDC. Debido a que
muchas municipalidades implementan sus
programas de O/M antes de completar su plan a
largo plazo de control de DDC, los resultados
del modelaje pueden no estar disponibles
durante las fases iniciales del programa de O/M.
Sin embargo, este programa debe ser
actualizado periodicamente para incorporar este
tipo adicional de information.
Sistema de mantenimiento de datos
El programa de O/M debe incluir un
componente de registro de datos. El sistema de
registro de datos debe documentar los
procedimientos de mantenimiento mediante
informes de inspection. Estos informes deben
contener information referente a la fecha de
realization de las inspecciones y, de ser
aplicable, la actividad correctiva realizada
indicando el equipo utilizado y el personal
involucrado. Los sistemas de information
geografica (SIG) y la cartografia pueden ser
muy utiles para almacenar datos de O/M de
DDC, asi como para desarrollar una base de
datos de areas con problemas.
multiples. Otras municipalidades prefieren
dedicar el personal exclusivamente a la O/M
porque se mantiene la simplicidad de las
asignaciones de trabajo.
Entrenamiento
El programa de entrenamiento de O/M debe
establecer las metas, los procedimientos y el
cronograma de entrenamiento. El
entrenamiento debe proporcionar al personal un
entendimiento de la operation de los SDC y de
las caracteristicas del sistema. El entrenamiento
practice debe ilustrar cada procedimiento
especifico de O/M a quienes son responsables
de conducir esas actividades. Ademas, el tipo
de trabajo de O/M puede requerir que el
personal trabaje en espacios confinados o este
expuesto a gases peligrosos. For esto es
imperativo proporcionar entrenamiento de
seguridad ocupacional de acuerdo con los
estandares de la Agenda de Seguridad y Salud
Ocupacional Occupational Safety and Health
Administration, OSHA). Los programas de
seguridad ocupacional deben ser evaluados y, de
ser necesario, actualizados en forma periodica.
Las compuertas de control de marea que
requieran inspecciones submarinas deben ser
realizadas unicamente por buzos certificados.
Procedimientos de operation del sistema
Cada municipalidad debe tener normas escritas,
procedimientos o protocolos para el
entrenamiento del personal de O/M y debe
realizar evaluaciones y revisiones periodicas del
programa de O/M. Algunas municipalidades
han reportado que el alternar las cuadrillas entre
las funciones de O/M y otras actividades es
benefico porque se reduce el tedio del trabajo al
hacerlo menos rutinario, y promueve el
entrenamiento de los empleados en tareas
ACTIVIDADES RUTINARIAS DE
MANTENIMIENTO
La operation apropiada de un SCD se inicia con
la operation y mantenimiento adecuados de los
componentes individuates - las estructuras de
regulation, las compuertas de marea, las
estaciones de bombeo y los reservorios de
recoleccion; y la implementation de un plan
organizado que proporcione una operation y
mantenimiento rutinarios, consistentes y
orientados a dar soluciones. Ademas, los
-------
operadores deben desarrollar planes para
determinar en donde ocurren los DDC, y para
realizar reparaciones especificas del sistema
para prevenir DDC futures.
Mantenimiento de las estructuras de
regulation y las compuertas de marea
Debido a los detritos que normalmente se
presentan en un drenaje combinado, las
estructuras de regulation son especialmente
susceptibles a la acumulacion de materiales que
causan bloqueos parciales y taponamientos. Los
bloqueos por basura a la entrada del orificio del
un colector aumentan la perdida de carga a
traves del orificio y son responsables por la
mayoria de los desbordes innecesarios que se
producen en estructuras pasivas de regulation.
Otras causas del desvio innecesario de flujo en
estas estructuras incluyen el ajuste inadecuado,
y el dafio o la ruptura de placas de vertederos o
de las estructuras de represamiento. En forma
similar, fallas de las compuertas de marea
pueden ser atribuidas a las basuras o desechos
en la compuerta, la corrosion de la misma o el
deterioro de sus empaques. Las fallas de las
compuertas de marea permiten que el agua
receptora entre al SCO, disminuyendo su
capacidad de almacenamiento y de flujo. Para
mas information referente al control de solidos
y materiales flotantes se deben consultar los
siguientes Folletos Informativos de DDC de la
EPA: Rejas (EPA 832-F-99-027) y Control de
Materiales Flotantes (EPA 832-F-99-008).
La inspection frecuente de las estructuras de
regulation de los DDC y las compuertas de
marea para prevenir problemas discutidos
anteriormente, y el programa subsiguiente de
realization de actividades correctivas (tales
como la limpieza o la reparation de las
estructuras de regulation y las compuertas de
marea), aseguraran un maximo almacenamiento
o capacidad de flujo. La inspection de las
compuertas se puede llevar a cabo mas
facilmente durante periodos sin lluvia y de
marea baja cuando la mayoria de la estructura se
encuentran por encima del nivel del agua
receptora. Se puede requerir de buzos para
realizar la inspection de valvulas de marea que
se encuentren debajo del nivel del agua
receptora. Se debe hacer inspection de las
estructuras de regulation que hayan demostrado
ser problematicas despues de cada evento de
lluvia.
Existen multiples metodos diferentes para
determinar si ha ocurrido un desborde en una
estructura de regulation o una compuerta de
marea, cual fue su duration y que volumen fue
descargado. Por ejemplo, algunas
municipalidades han instalado indicadores en
las compuertas de marea que detectan cuando
las compuertas estan abiertas; otras han
instalado instrumentation en la linea de
descarga aguas arriba de la compuerta que
detectan cuando se encuentra agua en la tuberia.
En los dos casos, la serial de la instrumentation
es enviada por telemetria a la municipalidad
operadora para alertar a los operadores de un
posible desborde. Este tipo de sistema es
especialmente util cuando la compuerta de
marea es inaccesible o dificil de inspeccionar.
Estos tipos de sistemas deben ser examinados en
forma rutinaria para asegurar su operation
apropiada.
Una forma de determinar en forma pasiva si ha
ocurrido un desborde en un SCO es el colocar
un bloque de madera en el vertedero estatico; si
el bloque no se encuentra despues de un periodo
de tiempo seco, esto indica que fue arrastrado
por un desborde. Si el bloque desaparece
despues de un evento de lluvia, entonces la
estructura de desborde debe ser recalibrada. El
caudal de base puede verse aumentado con el
tiempo debido a cambios en el sistema de
-------
drenaje (por ejemplo, may ores areas
pavimentadas), un mayor caudal sanitario, y el
aumento de la infiltration y afluencia. Un
incremento en el caudal de base de agua residual
puede causar desbordes durante periodos sin
lluvias que deben ser identificados y eliminados.
Otro metodo de costo moderado para determinar
desbordes es el instalar un medidor portatil de
nivel de agua o de profundidad (tales como los
medidores sonicos o de burbuja) en la tuberia de
drenaje combinado para comparar la carga
hidraulica durante periodos sin lluvia con la
elevation de desborde en la estructura de
control. Este metodo puede determinar
rapidamente si el vertedero de desborde u otro
accesorio necesitan ser ajustados.
Cambios en las tuberias de descarga (por
ejemplo, conexion a otro sistema
presurizado o combination en una
entrada multiple) que ocasiona una
mayor perdida de presion en el sistema
de descarga.
Si las condiciones aguas arriba de la
estacion de bombeo (tales como nuevos
desarrollos) aumentan el caudal mas alia de
los valores de disefio, se deben tomar las
medidas necesarias para ampliar la estacion
de manera que responda al incremento de
caudal. La ampliation de la estacion de
bombeo puede incluir elementos tales como:
Mantenimiento de las estaciones de bombeo
Las estaciones de bombeo deben recibir
mantenimiento para operar de acuerdo con las
condiciones de disefio. Los carcamos humedos
deben ser limpiados en forma rutinaria ya que la
deposition de arenilla y solidos en el carcamo
pueden dafiar o restringir el flujo de agua
residual a la bomba.
La operation inapropiada de las estaciones de
bombeo puede llevar a la reduction del
almacenamiento y la capacidad hidraulica
durante periodos de lluvia y, si la capacidad de
bombeo se encuentra severamente restringida, a
desbordes en periodos sin lluvia. En general, la
capacidad inadecuada de bombeo es causada
por:
• Problemas mecanicos, electricos o de
instrumentation.
• Cambios en el area tributaria de drenaje
que llevan a que la escorrentia pluvial
sobrepase los valores originales de
disefio.
• La instalacion de nuevas bombas y
motores.
• El cambio de los impulsores.
• La mejora o el cambio de los controles
de la bomba para maximizar el uso de
todas las bombas durante periodos de
lluvia.
• La modification de la red de tuberias
para mejorar el sistema.
• Instalacion de tuberias de impulsion
adicionales para bombeo durante
periodos de lluvia.
Dependiendo de la complejidad del sistema, los
cambios en las condiciones de descarga aguas
abajo que puedan afectar la curva de la carga
hidraulica del sistema pueden requerir un
estudio extenso y deben ser evaluados caso por
caso.
-------
Mantenimiento de colectores del
alcantarillado
El mantenimiento de los colectores puede
separarse en dos componentes principales, el
uso de metodos de diagnostico para identificar
puntos con problemas potenciales y las
inspecciones fisicas de las tuberias por grietas,
rupturas o bloqueos.
El uso de metodos diagnosticos permite a los
operadores predecir en donde pueden ocurrir
problemas en los colectores, logrando asi un uso
mas eficiente de los recursos de O/M. El
mantenimiento apropiado del alcantarillado
requiere un conocimiento del sistema, lo cual
incluye informacion sobre su antigiiedad, las
areas de servicio, la elevacion de las estructuras
de alcantarillado y las pendientes de las tuberias.
Un conocimiento adecuado de la edad del
sistema de alcantarillado es crucial porque
muchos de los sistemas mas antiguos estan
construidos de materiales mas debiles (como
tuberia de arcilla) que son propensos al
agrietamiento y derrumbamiento. Las tuberias
agrietadas y colapsadas pueden presentar
problemas significativos tales como la
infiltration de agua residual al agua freatica y la
introduction de sedimento al sistema. Esto
puede resultar en restricciones hidraulicas. El
conocer cuales secciones de los colectores son
mas antiguas o el identificar cuales secciones
estan construidas de materiales menos
resistentes permite que los operadores del
sistema hagan un seguimiento de los sectores
que son potencialmente mas problematicos.
menor a la de velocidad de auto-limpieza de 2
pies por segundo, los solidos tienden a
depositarse, creando restricciones del flujo.
Colectores de gran tamafio instalados con
gradientes muy reducidos son especialmente
propensos a conducir el agua residual a bajas
velocidades, y como resultado tienden a
colmatarse con sedimento. Las tormentas de
baja y mediana magnitud son una preocupacion
significativa ya que la velocidad resultante de
esas tormentas puede ser menor a la de auto-
limpieza. Por esta razon, se deben hacer
inspecciones frecuentes de las areas propensas a
la deposicion. Los colectores del alcantarillado
con un historial de deposicion de sedimentos y
bloqueos deben ser identificados y programados
para limpieza rutinaria.
El modelar el alcantarillado para evaluar las
necesidades de mejora puede ser especialmente
util para evitar problemas futures. Por ejemplo,
el caudal en aumento en un colector aguas arriba
puede crear problemas aguas abajo si el colector
en este sector no tiene la capacidad de manejo
de ese aumento. Como resultado pueden ocurrir
otros problemas, tales como el retorno del flujo
a sotanos de viviendas. En el caso que retornos
de flujo a sotanos sean una preocupacion, se
puede necesitar un restrictor de flujo. El
modelaje puede tambien determinar como el
incrementar el nivel de un vertedero puede
reducir los DDC. Los metodos para aumentar el
caudal incluyen el aumento en la tasa de
bombeo de la estacion aguas arriba, y la
inyeccion de polimero para reducir el
coeficiente de friction de la tuberia (Field et al.,
1994).
La informacion referente a la elevacion del
sistema de alcantarillado es importante para
establecer la probabilidad de acumulacion de
sedimentos en la tuberia. La pendiente de los
colectores es directamente proporcional a la
capacidad y velocidad de la tuberia. Cuando la
velocidad del agua residual en el colector es
El determinar si ha ocurrido un desborde en una
tuberia de descarga es importante para entender
como funciona el sistema y para cumplir con los
requisites de reporte. Un metodo de costo
moderado para determinar el tirante maximo en
una tuberia de descarga es el marcar con tiza
una linea en la circunferencia interior de la
-------
tuberia. El agua de desborde borra la marca de
tiza hasta el nivel maximo de flujo. Tecnicas
mas avanzadas incluyen el instalar
instrumentation que mida el caudal en una
descarga y remita esa information por
telemetria a la municipalidad.
La segunda parte del programa de
mantenimiento de tuberias es la inspection
fisica de las mismas. De ser posible, los SDC y
las estructuras de DDC deben ser
inspeccionados en forma regular para asegurar
un desempefio optimo. La inspection de los
colectores se hace normalmente usando camaras
de television, pero si los colectores son lo
suficientemente grandes y en condiciones de
caudal reducido es posible la inspection visual
directa. De elegirse la inspection visual, el
inspector debe seguir las normas de la OSHA
referentes a la entrada a espacios confmados.
Las inspecciones deben ser utilizadas para
identificar taponamientos, agrietamientos y
otros problemas en los colectores. Los
taponamientos tipicamente son el resultado de la
acumulacion de sedimentos y arenisca en el
sistema de alcantarillado, si bien la vegetation
desprendida y los detritos tambien pueden
restringir el flujo. Otra causa comun de
taponamientos son las raices de arboles, los
cuales pueden crecer a traves de grietas en las
tuberias. Los bloqueos del alcantarillado
pueden reducir tanto la capacidad hidraulica de
los colectores y su capacidad efectiva de
almacenamiento. Esto puede causar que el flujo
se represe y cause desbordes en el
alcantarillado.
Una vez que se hayan identificado estos
problemas, las cuadrillas de mantenimiento
deben ser despachadas para solucionarlos. Las
cuadrillas deben asegurarse de que los todos los
colectores esten libres de detritos atrapados.
Tambien deben revisar y limpiar todas las
camaras de desarenacion y las estaciones de
evacuation en la linea en las cuales
taponamientos del sistema son causados en
forma rutinaria por los sedimentos. Se deben
reparar los colectores agrietados y reemplazar
los colectores colapsados para restaurar la
capacidad del sistema y prevenir la infiltration.
Mantenimiento de los reservorios de
retention y las camaras de desarenacion
Los reservorios de retention y las camaras de
desarenacion son estructuras de entrada que
sirven como pozos colectores para la retention
de sedimentos, arenisca y detritos. Estas
estructuras deben ser limpiadas periodicamente
para prevenir que se llenen de arenisca y
sedimento y dejen pasar un flujo sin tratamiento
al SCO. Los metodos de limpieza incluyen
carro-tanques de suction, chorros de aspersion,
bombas sumergibles con capacidad de manejo
de arenisca y liquidos mixtos espesos, y
maquinas de baldes.
Control de sedimentos
Ya que el sedimento es una fuente significativa
de problemas en los drenajes combinados, el
control en la fuente del mismo puede ser
ventajoso. Un ejemplo de control en la fuente
incluye el implementar y mantener practicas
efectivas de control de la erosion para
construcciones en el area de drenaje. Estas
practicas previenen que sedimentos sean
transportados a la entrada del alcantarillado
durante eventos de lluvia. El barrido frecuente
de las vias tambien ha probado ser efectivo para
reducir la carga de sedimento al sistema de
alcantarillado.
-------
Infiltration y afluencia
Los estudios de evaluation de sistemas de
drenaje, tales como las pruebas de humo y las
inspecciones de television, son metodos
efectivos para determinar la infiltration de agua
subterranea y la afluencia al alcantarillado.
Estos procesos son el resultado de fallas
estructurales del sistema de tuberias que
permiten la entrada de agua subterranea al
sistema y son mas comunes en los
alcantarillados mas antiguos. A menudo, las
raices de los arboles crecen en las fracturas de
las tuberias, causando mas problemas de
obstruction del drenaje. Este problema es serio,
no solo porque introduce caudal adicional al
sistema de alcantarillado y lleva a la sobrecarga
hidraulica y desbordamientos, sino porque
tambien introducen sedimento al sistema
causando los problemas sefialados
anteriormente.
(EPA 832-F-99-011). For ejemplo, los costos
promedio de limpieza de reservorios de
retention tienen un rango de $8 a $ 16 por
reservorio dependiendo de como se haga la
limpieza, manualmente o con barredoras de
suction. La Tabla 1 resume los costos
promedio a nivel national para la limpieza e
inspection de alcantarillados, otro componente
clave de la O/M apropiados para un SCD.
COSTO
El costo de operar y mantener SCD y DDC es
especialmente dificil de determinar porque es
funcion de numerosos factores diferentes
incluyendo la edad del sistema, el tipo(s) de las
estructuras de desborde, el tamafio del sistema
(tanto en distancia linear y en el diametro de los
colectores combinados), y las cuencas de
drenaje. Los datos de costo para componentes
clave del mantenimiento apropiado de O/M de
SCD se resumen en otros Folletos Informativos
de la EPA incluyendo "Limpieza e Inspection
de Alcantarillados" (EPA 832-F-99-018) y
"Limpieza de Reservorios de Retention"
-------
TABLA 1 RESUMEN DE COSTOS DE MANTENIMIENTO A NIVEL NACIONAL
Elemento
Costo total de O/M
(valor anual por milla*)
Salaries
(costo anual por milla)
Prestaciones laborales
(costo anual por milla)
Compuestos quimicos
(costo anual por milla)
Limpieza por vaciado hidraulico (costo
por milla)
Inspeccion de television
(costo por milla)
Mantenimiento preventive
Rango de costos
$951 - $ 46,973 1
$695 -$19, 831 1
$192 -$9,033 1
$0.3- $7,616 1
$475-5,230 12
$1,000 -$11, 450 12
Costo promedio
$2,823 3
$3,626 1
$1,1851
$51 2 1
$1,7001
$4,600 1
63% del costo total de mantenimiento
(excluyendo la depreciation)
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INFORMACION ADICIONAL
Byrd/Forbes Associates, Inc.
Tom Jones
2315 Southpark Drive
Murfreesboro, TN 37128
Center for Watershed Protection
Tom Schueler
8391 Main Street
Ellicott City, MD 21043
-------
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700 West Liberty Street
Louisville, KY 40203
Metropolitan St. Louis Sewer District
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10 East Grant Avenue
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