REHABILITACION DE LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LIMA Y CALLAO

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1 REHABILITACION DE LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO DE LIMA Y CALLAO ANTONIO VALERIO DI MICHELE, Director Internacional, C. Lotti & Associati; Roma. RICARDO GARCIA REGAL, Gerente de Proyecto, Sedapal; Lima. Keywords: Agua potable, Alcantarillado, Rehabilitación, Eficiencia. Abstract: Se presenta un análisis crítico del proyecto de rehabilitación de los sistemas de agua potable y alcantarillado de Lima y Callao en el Perú, que empezó en 1995 y se encuentra actualmente en curso finalización. Se analizan las deficiencias más relevantes que presentaban los sistemas inicialmente y las acciones tomadas para resolverlas. En particular: 1. Se elaboró una estrategia de uso conjuntivo de las aguas superficiales y subterráneas para resolver los problemas de producción, agotamiento del acuífero y deterioro de la calidad del agua. 2. Se instalaron nuevas líneas de transmisión sobre la base un esquema óptimo de sectorización de la red de distribución y consecuentemente se construyeron nuevos tanques de almacenamiento. 3. Para conservar de la demanda se ejecutó un estudio piloto para la reducción del agua no contabilizada y de acuerdo con los resultados del estudio se instalaron 800,000 nuevos micro-medidores. 4. Se rehabilitaron las tuberías existentes utilizando diferentes métodos de rehabilitación y donde se requería capacidad adicional, se instalaron nuevas tuberías. Los resultados del programa de inversión han sido hasta ahora más que positivos y los objetivos esperados han sido logrados tanto en términos de eficiencia como en calidad del servicio. Antecedentes Un estudio ejecutado en el año 1994 para evaluar la posibilidad de privatizar a Sedapal, la empresa encargada del servicio de agua potable y alcantarillado de Lima y Callao, mostraba un servicio altamente deficitario. La población estimada de Lima y Callao en el 2000 era de 6.5 millones de habitantes, de los cuales el 76% servidos por Sedapal, pero con infraestructuras obsoletas y no adecuadas para garantizar el servicio esperado. En particular: 1. Las tuberías de agua potable y los colectores de agua servida, debido a sus antigüedad y falta de mantenimiento, no estaban en condición de dar el servicio adecuado y presentaban riesgos de contaminación. En la red más antigua la sustitución o rehabilitación de las tuberías no podía ser postergada. 2. La producción de agua potable, en varios meses del año, no llegaba a cubrir la demanda, obligando Sedapal a operar planes de racionamiento. 3. El servicio en las áreas marginales no llegaba al estándar mínimo de servicio: algunas áreas recibían servicio de tres horas ínter diarias. El tiempo de servicio promedio era de 11 horas diarias, que significa que más de la mitad de los usuarios recibía un servicio deficitario. 4. La explotación de agua subterránea estaba agotando el acuífero, el nivel de la napa bajaba dos metros por año y en muchas áreas ya no se podían utilizar los pozos. No siendo posible una privatización en estas condiciones, Sedapal promovió un programa de inversiones con el objetivo de llevarla a la capacidad de prestar el servicio requerido con la eficiencia necesaria de tal forma de ser atractiva para una privatización o, como alternativa, ser manejada como empresa privada de

2 propiedad del estado. En el marco de este programa, paralelamente a otras iniciativas, se empezó el proyecto de rehabilitación de los sistemas de agua potable y alcantarillado de Lima y Callao con financiamiento del Banco Mundial, JBIC del Japón y recursos propios de Sedapal. Para el manejo de los contratos, materia del programa de inversiones, se creó una estructura especial, la Unidad de Administración del Proyecto (UAP), constituida por profesionales contratados por SEDAPAL con el apoyo de una consultoría internacional 1. Las componentes del proyecto El programa de inversión se puede separar en cuatro objetivos principales: Uso conjuntivo SISTEMA ANTERIOR IMPLEMENTACION Nuevas troncales Sectorización Rehabilitación red secundaria DISTRIBUCION CONDUCCION PRODUCCION FUENTES Recarga acuífero 5 m 3 /s Agua Subterránea 8 m 3 /s Min. Caudal Río Rímac 15 m 3 /s Planta Trat. La Atarjea 20 m 3 /s Capacidad Troncales 17 m 3 /s Red de Distribución Optimización % Nuevas Troncales Hasta las Necesidades Para Uso Conjuntivo Rehabilitación Control de Fugas Nuevas Fuentes Nueva Planta Conservación de la demanda Demanda Promedio 27 m 3 /s Max diario 32 m 3 /s Contenimiento Demanda 1 Asociación C. Lotti & Associati - Lagesa

3 1. Redes primarias - Uso conjuntivo de aguas subterráneas y superficiales Para atender el crecimiento de la demanda se habían perforado pozos sin considerar el potencial del acuífero. La explotación de la napa llegó a 8 m 3 /s, mucho más allá dela recarga natural estimada en 5 m 3 /s. El acuífero se estaba agotando rápidamente, la bajada del nivel freático de dos metros por año ya no era aceptable. Muchos pozos eran abandonados por la salinidad consecuente. El río Rimac, fuente principal de - CAUDAL MENSUAL PROMEDIO RIMAC ( agua superficial, con caudales suficientes en época de avenidas (cuatro meses por año), en época de estiaje podía garantizar solo 15 m 3 /s. En la necesidad de bajar los volúmenes de agua subterránea explotada y no pudiendo renunciar al aporte de los pozos, se decidió parar los pozos en Atarjea Atarjea+pozos época de avenida. Para operar de esta forma era necesario potenciar la planta de tratamiento e instalar líneas de Agua subterránea conducción para llevar el agua tratada a las áreas servidas con pozos Agua superficial m3/s 0.00 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NO Otras líneas eran necesarias para reforzar el sistema de distribución existente. La planta de tratamiento no podía trabajar a su capacidad de 20 m 3 /s, debido a la limitada capacidad de las troncales de solo 17 m 3 /s. Además algunas líneas existentes de concreto pretensado no presentaban las características necesarias, debido a una degradación inesperada. En la reestructuración necesaria del sistema de distribución, se aprovechó la oportunidad de mejorar el diseño, dividiendo el área de servicio en sectores de distribución. Cada sector cubre un área alrededor de 2 km 2 y sirve entre 5,000 y 10,000 conexiones domiciliarias, garantiza el servicio con una presión mínima de 15 m y una presión de 50 m. El sector tiene un solo punto de abastecimiento, con medición de presión y caudal, controlado por una válvula, en la mayoría de aguja, que permite regular presión de entrada y caudal. Un centro de control principal recibe los datos y puede modificar los criterios de operación automática de las válvulas. Tuberías troncales existentes (azul) y nuevas (rojas) Como resultado de los estudios se han instalado más de 100 km de tuberías, de diámetro entre 500 y 1800 mm, en hierro fundido dúctil.

4 El sistema existente tenía reservorios de gran capacidad en la planta de tratamiento, de utilidad reducida también en consideración de la capacidad insuficiente de las troncales de distribución, y algunos reservorios dispersos en la red distribución, demasiados pequeños y de difícil mantenimiento. El estudio de sectorización propuso, entonces, la construcción de grandes reservorios zonales construidos bajo parques, para un total de 100,000 m 3, recomendando un progresivo abandono de los reservorios pequeños. Las obras de uso conjuntivo (67 km de tuberías) han sido realizadas con el financiamiento del programa, mientras que el reforzamiento del sistema existente principalmente con recursos propios de Sedapal. Tres proyectos de uso conjuntivo han sido realizados en los distritos de San Miguel, Los Olivos y Callao, áreas en las cuales el recurso subterráneo estaba cerca de agotarse completamente. En San Miguel y Los Olivos la recuperación de la napa ha sido rápida, ya se tiene una subida del nivel alrededor de 10 m. Para los trabajos en el Callao, recién concluidos, no se pueden valuar, todavía, los resultados. Instalación de nuevas troncales para el uso conjuntivo en los distritos de San Miguel, Los Olivos y Callao.

5 Recuperación Acuífero Los Olivos PUEBLO LIBRE P-623 P-624 Superficie del Terreno SAN MIGUEL P-726 P-755 P-493 P-240 P-324 Nivel de la Napa (Marzo-2000) Nivel de la Napa (Marzo-1997) NMM Dirección del Flujo Subterráneo Caudal 1997 : 8.32 m3/s Caudal 1998 : 7.36 m3/s Caudal 1999 : 6.88 m3/s Caudal 2000 : 6.49 m3/s Base del Acuífero Recuperación acuífero en San Miguel Distancia (Km )

6 Centro de Control del Sistema SCADA ESTACIONES REMOTAS EN LIMA Y CALLAO Entradas de Sector 141 Pozos 22 Estaciones de Bombeo 22 Reductoras de Presión 9 Reservorios 5 Estaciones de Macromedición 11

7 Uso conjuntivo San Miguel, reservorio construido bajo el parque Virginia Candamo

8 2. Colectores primarios El sistema de colectores primarios presentaba puntos críticos que limitaban la eficiencia, debido a insuficiencia hidráulica y/o condiciones estructurales. La realización y calibración de un modelo matemático ha permitido definir los tramos con problemas hidráulicos, y con inspecciones directas se ha evaluado las condiciones estructurales. Los tramos identificados y substituidos suman 80 km de colectores primarios. Las tuberías de desagüe eran de concreto reforzado; cuando las pendientes no permitían altas velocidades la presencia de sulfatos debilitaba la estructura a corto plazo. En los nuevos colectores se ha exigido tuberías de materiales plásticos, resistentes a la corrosión, como polietileno nervado y fibra de vidrio. En consideración que en el país se producían solo tuberías de concreto, se permitió el uso de este producto con revestimiento interior de PVC o polietileno. El concreto revestido fue utilizado para tuberías de diámetro superior a 700 mm, debido a la necesidad de soldar las juntas en obra y al interior de la tubería. Se puede apreciar que este producto es competitivo con los materiales plásticos solo con la ventaja de ser producto nacional, no gravado por los costos de transportes y aduana. En el cálculo estructural de las tuberías para verificar deformaciones inferiores al 5%, se ha exigido no considerar la contribución del terreno lateral. Se ha pedido que las tuberías plásticas tengan el mismo comportamiento de las tuberías rígidas. Este requerimiento se traduce en pedir en las especificaciones una rigidez de 4 kn/m 2 para tuberías instalada a profundidad inferior a 4 m y 8 kn/m 2 para profundidades mayores.

9 tubería de desagüe terreno trafico total 1 2 kn/m2 4 kn/m2 8 kn/m ,000 1,200 profundidad clave tubería (cm) Calculo de la rigidez requerida para colectores de desagüe Construcción de la estación de bombeo de desagüe con el incado de un caison circular

10 Un nuevo colector ha sido construido en el distrito de Puente Piedra, área de expansión del servicio y en la descarga se está construyendo una planta de tratamiento. Hasta la fecha en el país se han construido principalmente lagunas aireadas, solución no realizable cerca de la ciudad, a causa de los costos del terreno. Se ha escogido un sistema de tratamiento más eficiente y que requiere áreas más reducidas, como el de lodos activados. Desarrollado un proyecto base, se ha dejado libertad a los postores de proponer cada uno su propio diseño alternativo, admitiendo de esta forma diseños bajo licencias. La licitación se ha desarrollado en dos etapas, en la primera se evaluaron las propuestas técnicas, pidiendo las modificaciones que Sedapal consideraba convenientes, en la secunda se evaluó la propuesta económica para la planta llave en mano, considerando también los costos de reposición, operación y mantenimiento. La solución más económica resultó la realización de tres tanques de aireación, en los cuales se realizan alternativamente aireación y sedimentación. La planta entró en operación en el Control de la demanda El sistema de facturación basado en un consumo estimado llevaba a un desperdicio sin control. La escasez de agua exigía el racionamiento, con el consecuente mal uso del agua y mayores desperdicios. De acuerdo con los resultados positivos de un estudio piloto ejecutado en San Isidro, se decidió la instalación de 800,000 micro-medidores, para que la facturación reflejara el consumo real del usuario. consumo m3/uu sin medición plan piloto micromedicion San Isidro medicion facturacion según lo medido Mayo 1994-Agosto Abr-94 Jun-94 Ago-94 Sep-94 Nov-94 Ene-95 Feb-95 Abr-95 May-95 Jul-95 S Se instalaron 300,000 medidores con financiamiento del Banco Mundial y los restantes con recursos propios de Sedapal. Paralelamente se actualizó el catastro de usuarios. Un estudio piloto ejecutado en Pueblo Libre para definir la metodología en la reducción de ANC y ANF, ha confirmado que las perdidas físicas eran relativamente pequeñas (alrededor del 20 %) y el problema era la falta de medición, con todas las consecuencias que conllevaba.

11 fugas 21% consumo medido 24% clandestinos 0% uso publico no medido 1% submedición 9% ausencia de medición 45% uso publico no medido 0% clandestinos submedición 0% 1% ausencia de medición 2% fugas 17% consumo medido 80% Proyecto piloto de agua no contabilizada en Pueblo Libre, Comparación antes y después de la intervención.

12 A la fecha, con la instalación de la casi la totalidad de los medidores, la demanda ha bajado drásticamente, permitiendo un servicio continuo en las áreas marginales abastecidas por el sistema central. El promedio de las horas de servicio pasó de 11 a 18 horas diarias. A pesar del incremento de la población servida (más de un millón de personas) la producción total ha bajado de 24 m 3 /s, en el 1996, a 22 m 3 /s, en el 2000 y la dotación por habitante ha pasado de 404 a 290 lpd población servida población servida dotación años Dotación ANF 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 agua no facturada micromedidores instalados medidores instalados Estos índices positivos contradicen el hecho que el valor del índice de agua no facturada no mejora. En realidad el índice del año 1996 no se puede comparar al índice del 2000, siendo la facturación de 1996 por consumo estimado y la del 2000 por consumo medido, en el año 1996 Sedapal, no logrando medir el agua entregada, facturaba agua no entregada al usuario. 0, Agua no facturada El índice de ANF es alto pero puede ser fácilmente bajado aplicando la metodología definida en el estudio piloto de 1996 en Pueblo Libre; en el distrito piloto el índice de agua no facturada pasó de 36 % a 20 %. 4. Rehabilitación Redes Secundarias El sistema de distribución secundarias de agua potable, en las áreas antiguas de la ciudad, después de años de abandono, no garantizaba el nivel de servicio requerido. En muchas zonas las presiones debían ser limitadas para limitar roturas, en otras los sedimentos en las tuberías necesitaban ser removidos. El sistema secundario de desagüe, construido con tubería de concreto simple, era corroído por la acción de los sulfatos y necesitaba sustitución. En el centro histórico existen todavía los albañales, colectores construidos con ladrillos en la segunda mitad del 1800, que se encontraban en buen estado estructural, pero presentaban depósitos que comprometían la eficiencia. Se han realizado los estudios para identificar las intervenciones urgentes y preparar los expedientes de licitación a precios unitarios.

13 Utilizando la información del catastro relacionada a diámetros, materiales y edad d junto a las estadísticas de reparacion identificado grupos homogéneos que, pro podían tener los mismos problemas. Se realizaron calicatas para observar las cada grupo, en particular las que presentaban r frecuentes y se sacaron testigos para observar hacer pruebas de laboratorio. Se realizaron pruebas de resistencia mecánica y se averiguó la naturaleza de los sedimentos con el espectrómetro. Para el desagüe se ha podido inspeccionar el interior con espejos desde los buzones y con tele-cámaras móviles. El funcionamiento hidráulico de los sistemas de agua potable y desagüe ha sido estudiado construyendo modelos matemáticos y calibrándolos. Se han identificado los tramos con insuficiencia hidráulica que requieren sustitución o refuerzo independientemente de la condición estructural. En el desagüe se ha introducido un nuevo factor de selección: el daño que una rotura puede provocar y la dificultad de una eventual reparación. Se han definido como críticos los colectores cuya rotura pueda afectar una estructura estratégicamente importante para la ciudad o cuya reparación sea demasiado difícil para el normal servicio de mantenimiento o de importancia hidráulica, tal que una rotura comprometa el servicio de una vasta área. Siguiendo estos criterios se han definido las intervenciones. En el sistema de agua potable se ha decidido sustituir las tuberías de hierro dulce, las más antiguas. En cambio las tuberías de hierro fundido, a pesar de su edad, se encontraron en buen estado estructural y se prefirió rehabilitarlos con la limpieza de los sedimentos. De las tuberías más recientes, de asbesto cemento, se decidió sustituir las de tipo Magnani, que presentaban signos de degradación y dejar en servicio las del tipo Mazza, todavía en buen estado. Los colectores de desagüe, en concreto simple, resultaron afectados por la corrosión debida a los sulfatos, resultando necesaria una progresiva sustitución. Se ha recomendado utilizar tuberías resistentes a la corrosión, como PVC y polietileno. Para minimizar molestia a los usuarios, que trabajos de rehabilitación tan extensos conllevan, se han introducido técnicas de trabajos sin abertura de zanjas. Se investigaron los métodos aplicables seleccionando

14 las técnicas que resultaron competitivas con los costos de la sustitución tradicional de la tubería con apertura de zanja. La sustitución de tubería, cuando fue posible, se ejecutó a través de la tubería existente, previa fragmentación de la misma. La técnica permite remplazar con una tubería de polietileno del mismo diámetro de la existente o también con un incremento de diámetro. Se substituyeron tuberías hasta 350 mm de diámetro, en consideración que la cantidad de trabajos en diámetros superiores no justificaban las inversiones para la compra de los equipos necesarios. El resultado ha sido muy bueno con tubería existente de hierro fundido, concreto simple y asbesto cemento, sin embargo para tuberías de hierro dulce y concreto reforzado, cuando no se haya utilizado el equipo apropiado, las eficiencias han sido menores de las esperadas InLiner Insituform Lim pieza Microtunel Fragmentacion con zanja Polinómica (con zanja) usd/m diametro Costo Estimado

15 La limpieza en tubería de hierro fundido se ejecutó mecánicamente, después de la limpieza se revistió el interior de la tubería con mortero de cemento, para proteger la pared de una eventual tuberculización. En los albañales en buen estado se ha removido el sedimento, nunca hecho en los 150 años de vida de la estructura. La capa de sedimento, alrededor de 50 cm, limitaba la capacidad hidráulica. El trabajo se ejecutó con hydro-jet, en la medida que el equipo resultaba efectivo y manualmente cuando resultaba necesario y las dimensiones del colector lo permitían. Hasta la fecha se han sustituido alrededor de 80 km de tuberías de agua potable y 160 km han sido rehabilitados, han sido sustituidos 120 km de colectores y 150 km limpiados. El trabajo faltante está en curso de ejecución con financiamiento de JBIC, y terminará en el Buenas 2. Regular, riesgo mínimo de falla 3. Mal estado, probable deterioro futuro 4. Colapso predecible 5. Colapsado Clasificación Estructural Tabla de Decisiones Condiciones Estructurales Tuberías Criticas SI NO 1-2 Refuerzo o substitución 3-5 Substitución Substitución 5 Substitución Insuficiencia Hidráulica S I N O

16 Conclusiones Con las acciones descritas se ha conseguido alcanzar los objetivos siguientes. 1. Las redes de distribución y recolección secundarias, en las áreas más antiguas, han sido sustituidas o rehabilitadas. Las redes pueden recibir las presiones que el nuevo sistema permite y los colectores reciben sin aniegos los caudales distribuidos. 2. La instalación de micro-medidores ha reducido el desperdicio, la producción ha sido reducida a pesar del incremento del servicio en término de población servida (180,000 nuevas conexiones para mas de un millón de usuarios) y mayor continuidad en el servicio. 3. La calidad del servicio en las áreas marginales ha mejorado, el servicio continuo ha sido extendido en muchas áreas. El servicio promedio ha pasado de 11 a 18 horas, con el objetivo de lograr la continuidad del servicio en el El nivel freático se está recuperando rápidamente. Los resultados del programa de inversión han sido más que positivos, los objetivos han sido logrados y Sedapal ha mejorado notablemente, tanto en términos de eficiencia como en calidad del servicio. Sin embargo lo logrado es una etapa del camino para lograr el nivel que la ciudad de Lima requiere y merece. En el campo técnico se recomendó seguir con las siguientes actividades prioritarias: 1. Completar la sectorización, los trabajos ya previstos y la cobertura de las áreas faltantes, conos norte y este. 2. Aprovechar del sistema de distribución sectorizado y del catastro actualizado; el conocimiento de las cantidades distribuidas y la posibilidad de manejar las presiones deben llevar a una optimización de la producción y facturación. 3. Ampliar la cobertura del servicio, aprovechando de los caudales que el mejoramiento del sistema pone a disposición, instalando nuevas redes secundarias de agua y desagüe en áreas sin servicio. 4. Mejorar y optimizar la planta de tratamiento de La Atarjea.