ETAPAS DE DISEÑO
Para una mejor comprensión de cómo
se complementan los programas de
diseño y modelaje conviene analizar
las etapas técnicas de un
alcantarillado:
Definición topológica del
sistema. Consiste en
planificar en que orden deben
interconectarse los tramos, para que
conformen una malla donde los
elementos deben concurrir hacia uno
o más sitios de vertimiento final.
Las posibilidades de combinar los
tramos para crear una topología
específica crecen exponencialmente
con el número de tramos, lo que hace
que resulte imposible desarrollar
modelos de fuerza bruta que
contemplen todas las alternativas
viables. La topología ideal debe
tener en cuenta la topografía del
terreno, de manera que se logre
minimizar las profundidades y
diámetros y de esa manera los
costos. La topología es el elemento
que más gravita en un buen diseño de
alcantarillado. SedalPlus, siendo un
sistema experto tiene capacidad
de diseñar topologías eficientes.
La etapa de diseño topológico se
apoya básicamente en la información
topográfica y los datos físicos de
los tramos de alcantarillado
existente y apenas hace unas mínimas
consideraciones hidráulicas muy
simples, y no necesita apoyarse
siquiera en las formulas del régimen
uniforme. No obstante lo anterior el
diseño topológico es la etapa de
mayor complejidad y consume
importantes recursos de cómputo. Su
complejidad es tal que se clasifica
como un sistema experto
perteneciente al área de la
inteligencia artificial.
Diseño Hidráulico.
Decidida la topología, el resto del
diseño consiste en tomar decisiones,
para cada tramo, sobre las
combinaciones más adecuadas de los
diámetros y las pendientes que
cumplan el conjunto de
especificaciones técnicas definidas
para garantizar un buen
funcionamiento. Este proceso, aunque
sigue procedimientos de tipo más
mecánico que el exigido para el
diseño de la topología del sistema,
de todas maneras requiere cierto
nivel de inteligencia, puesto que
una buena decisión de la combinación
de diámetros y pendientes no debe
circunscribirse al tramo en
cuestión, sino que debe atender las
características de la topografía que
sigue en muchos tramos aguas abajo.
SedalPlus cuenta con algoritmos que lo
dotan de una visión amplia de los
tramos aguas abajo para definir
adecuadas combinaciones de Diámetro
y Pendiente.
Durante ésta etapa el análisis se
apoya fundamentalmente en el modelo
de régimen uniforme que
complementado con las
especificaciones técnicas se espera
que produzca un diseño que garantice
un funcionamiento razonable, para
las condiciones variables de flujo
durante el horizonte del proyecto.
La relativa simplicidad de las
ecuaciones del régimen uniforme,
facilita la elaboración de
algoritmos que a partir de los datos
físicos, especificaciones técnicas y
otros parámetros, permitan definir
de manera directa los diámetros,
cotas y pendientes que constituyen
el diseño.
Con modelos hidráulicos más
complejos, como por ejemplo el flujo
gradualmente variado, seria
supremamente difícil lograr éste
propósito, pues su manipulación
matemática o algorítmica para
obtener a partir de los datos
usuales de entrada (información
física, especificaciones y
parámetros) de manera directa los
datos de salida (diámetros, cotas y
pendientes), va en contravía a la
forma como trabajan tales modelos
que exigen conocer previamente los
datos del diseño (diámetros, cotas,
pendientes del fondo).
En resumen, el diseño hidráulico
apoyado en régimen uniforme es útil,
como ha sido mencionado, para
definir una estructura capaz de
funcionar razonablemente durante las
situaciones cambiantes que se
presentarán durante el horizonte del
proyecto, aunque no resulte
igualmente adecuado para predecir
con buena precisión, el
funcionamiento real del sistema bajo
determinadas condiciones
especificas. Las diferencias
funcionales indeseables entre el
modelo de flujo uniforme y la
realidad se intentan corregir con la
introducción de ciertas normas
técnicas que incorporan
restricciones orientadas a ajustar
exógenamente el modelo para
garantizar un diseño aceptable.
Para conocer con algún grado de
precisión el funcionamiento real de
los alcantarillados, se requieren
programas orientados al modelaje que
en general se apoyan en la solución
de las ecuaciones diferenciales de
Saint Venant, que permiten lograr un
análisis dinámico, lo más próximo
posible, al funcionamiento real.
Modelaje. En los
eventos en que sea necesario conocer
con la mayor precisión posible el
funcionamiento real de un sistema de
alcantarillado, lo más adecuado es
utilizar algún modelo de análisis
dinámico. Tales modelos son capaces
de predecir el funcionamiento no
solamente bajo condiciones de flujo
libre, sino que además incluyen el
manejo del flujo a presión de las
tuberías, siendo capaces de
cuantificar los rebosamientos,
cuando se presenten caudales que
excedan la capacidad del sistema.
Por lo anterior son muy útiles para
el análisis de sistemas existentes
con problemas que requieran
soluciones especiales, tales como
colectores en paralelo o
interceptores que alivien los
caudales. Su capacidad de simulación
permite conocer el efecto de las
obras de corrección que se
propongan.
La implementación de tales modelos
exige disponer de mucha información
sobre caudales y otros datos de la
operación real de los sistemas, que
permitan calibrar el modelo, de
manera que las predicciones se
ajusten razonablemente a la
realidad. Tal información puede ser
bastante costosa para las empresas
de servicio pequeñas, pero las más
grandes deberían incluir dentro de
su estructura áreas técnicas
equipadas para evaluar de manera
rutinaria el funcionamiento de su
sistema de alcantarillado, en orden
a anticipar eventuales problemas de
funcionamiento. Sin perjuicio de lo
anterior, aun los sistemas
relativamente pequeños, deberían
utilizar, seguramente mediante
consultoría externa, los modelos de
simulación dinámica, para ayudar a
corregir de modo eficiente problemas
manifiestos de mal funcionamiento
del alcantarillado
Personalmente he considerado que los
organismos responsables de la
normatividad técnica, deberían
utilizar el modelaje para verificar
teóricamente el comportamiento de
una muestra de proyectos realizados
con las normas expedidas y ver la
conveniencia de adicionar algunas
nuevas o inclusive eliminar algunas
existentes, a la luz de los
resultados obtenidos en las
simulaciones. Si las normas son
adecuadas para el diseño deberían
producir proyectos, no demasiado
costosos, que a la luz de las
simulaciones funcionen
razonablemente.
