INTRODUCCIÓN

El problema de las inundaciones en sectores urbanos en Chile es más amplio que el de la evacuación de las aguas lluvias en las ciudades. De hecho las inundaciones pueden tener diferentes causas, muchas de las cuales no aparecen directamente conectadas con las aguas lluvias que precipitan en el lugar inundado. Entre ellas cabe citar las siguientes: a) desborde de cauces naturales que atraviesan sectores urbanos durante las crecidas, b) elevación del nivel del agua subterránea sobre la superficie del suelo, c) elevación del nivel del mar en zonas costeras, d) desborde de cauces artificiales, como canales de riego o colectores de todo tipo que ven superada su capacidad, e) acumulación de aguas lluvias en zonas bajas con drenaje insuficiente, y f) zonas en las cuales se interrumpe el drenaje natural.

A todo lo anterior deben agregarse los efectos de la urbanización propiamente tal, la cual incrementa la proporción de suelos impermeables y acelera el tiempo de respuesta a las precipitaciones, provocando el aumento de los volúmenes escurridos y de los caudales máximos hacia aguas abajo. Si se excluyen las causas externas a la zona urbanizada. Se puede afirmar que la principal causa de las inundaciones en sectores urbanos en las ciudades de Chile es la destrucción de la red de drenaje natural.

Las inundaciones de mayor magnitud, y normalmente con peores consecuencia, se deben al desborde de cauces naturales importantes que atraviesan sectores urbanos durante las crecidas importantes. Estos ríos, al atravesar las ciudades ubicadas en el valle, habitualmente escurren sobre conos aluvionales de manera que lo hacen en muchos casos incluso a mayor altura que las superficies urbanas ribereñas. Situaciones como esta se pueden observar en varias de las ciudades ubicadas en el valle central. Así ocurre en varias ciudades como es el caso de Arica con el río San José, San Fernando con el Tinguiririca y el Antivero, Santiago con el Mapocho, Punta Arenas con el río las Minas, e incluso Antofagasta con la quebrada La Negra. Desde el punto de vista urbano una alternativa de solución global frente a situaciones de este tipo es la ocupación restringida de las zonas inundables.

Existen otros cauces naturales que forman la red de drenaje de los sectores urbanos propiamente tales y que provocan inundaciones. A ello debe agregarse el incremento de la escorrentía urbana sobre esa misma red provocada por la impermeabilización del terreno. En casos de terrenos con pendientes importantes los problemas de inundación se agravan por la erosión del suelo, el arrastre de gran cantidad de material erosionado y su posterior sedimentación en los sectores planos.

Las soluciones debieran encaminarse a la mantención en condiciones despejadas de las redes de drenaje naturales. Sin embargo en situaciones consolidadas esto puede ser dificil. Algunas de las obras alternativas podrían emplearse para la mantención en condiciones de operación de este tipo de redes de drenaje. Pueden ser útiles los estanques y las lagunas de retención si las pendientes del terreno no son importantes, así como los canales de drenaje urbano.

Las inundaciones provocadas por la elevación del nivel del agua subterránea están ligadas a zonas bajas de las ciudades, con acuíferos libres a poca profundidad, en general en terrenos planos, en los cuales las inundaciones están asociadas a períodos prolongados de precipitaciones.

Estas zonas requerirían un sistema especial de drenaje para deprimir el nivel del agua subterránea. Situaciones de este tipo pueden encontrarse en el área poniente de Santiago, partes de la ciudad de Concepción, sectores de Valdivia, y otras ciudades con zonas bajas que coinciden con los sectores de descarga de los acuíferos.

En las ciudades de la zona central de Chile es común observar la coexistencia de canales de riego en zonas urbanizadas.

Una vez que se urbaniza es común observar que la red de drenaje natural se elimina y la red de riego se pretende emplear para la evacuación de las aguas lluvias. Esto inevitablemente provoca inundaciones en los terrenos bajos que antes se regaban.

Las redes naturales de drenaje, así como muchos de los canales artificiales que conduzcan aguas limpias, pueden incorporarse de manera más amistosa al sistema urbano si se privilegian las áreas verdes en los sectores bajos y se destinan espacios más generosos para mantener los cauces y canales, con diseños mejor adaptados a las nuevas condiciones urbanas.

Recientemente se han desarrollado algunos intentos por aplicar soluciones alternativas de drenaje urbano en algunos sectores, ligados al saneamiento de terrenos institucionales o a la pavimentación de urbanizaciones en sectores en los cuales no existen redes de drenaje.

OBJETIVOS

El objetivo básico de este estudio es proponer sistemas alternativos y complementarios de drenaje urbano de aguas lluvias, cubriendo una gama significativa de situaciones que puedan aplicarse en todo el territorio nacional. En términos prácticos esto se traduce en una guía que permita a los interesados y usuarios visualizar las alternativas técnicamente disponibles para abordar y solucionar los problemas que plantean las aguas lluvias en zonas urbanas, disponiendo de diferentes opciones de obras y acciones.

Este estudio se refiere exclusivamente a obras y acciones destinadas a enfrentar problemas generados por aguas lluvias que precipitan sobre el mismo lugar urbano de interés. En ningún caso debe pretenderse emplear el tipo de obras que aquí se proponen para enfrentar problemas de inundaciones provocados por el desborde de cauces naturales o artificiales, por aguas subterráneas o el mar. Para abordar este tipo de problemas deberá recurrirse a un análisis regional de la situación Y probablemente a obras y acciones de mayor magnitud.

En este ámbito las obras y acciones que se proponen en este estudio tienen un carácter local, deben enmarcarse dentro de los planes reguladores comunales y corresponden fundamentalmente a la iniciativa y acción de los urbanizadores.

Las obras que se proponen esperan contribuir a la solución de los problemas generados por las aguas lluvias como soluciones alternativas y complementarias a las redes de colectores y de drenaje natural, de manera de colaborar en la solución de los problemas generados por las aguas lluvias mediante la disposición local de los excesos en el mismo sector en que ellos se producen.

I TIPIFICACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS

Con el objeto de visualizar el tipo de soluciones concreta que se proponen para ello, así como tener un panorama de las alternativas disponibles frente a situaciones reales, se hace a continuación una exposición general de las obras y acciones disponibles, resumiendo sus principales características. Se clasifican de acuerdo a la forma en que actúan sobre el escurrimiento, ya sea mediante almacenamiento o infiltración o una combinación de ellos.

a. Almacenamiento de aguas lluvias. Tienen por objeto diferir en el tiempo la alimentación de aguas lluvias hacia las redes de drenaje o los cauces receptores. Su principal efecto consiste en disminuir el valor de los gastos máximos a evacuar sin que necesariamente afecten el volumen total escurrido. En esta categoría se incluyen almacenamientos difusos y localizados de las más variadas geometrías.

Almacenamiento difuso. El volumen retenido por unidad de superficie es bajo. Las alturas de agua almacenada son pequeñas y el diseño se concentra sobre los elementos de control de salida del flujo y la geometría de las cuencas receptoras. Este tipo de almacenamientos sólo retarda el flujo superficial aumentando las alturas de escurrimiento sobre las superficies o alargando los caminos que debe recorrer el flujo hasta ser evacuado. Entre estos se consideran: sobre techos, tejados, terrazas, en estacionamientos, veredas, paseos, parques y similares.

Almacenamiento localizado. El volumen unitario es alto. Se trata de obras diseñadas con el propósito especial de almacenar volúmenes importantes de agua. Entre estos se consideran: lagunas y estanques de retención, canales de flujo controlado.

b. Infiltración de aguas lluvias. Los sistemas y elementos de infiltración captan el flujo superficial y permiten o facilitan su infiltración en el suelo. Si funcionan correctamente son muy efectivos en lograr reducir los gastos máximos y el volumen escurrido hacia aguas abajo. Conviene emplear este tipo de obras sólo si el agua lluvia captada alcanza a infiltrar antes de la próxima tormenta, Además debe considerarse que la infiltración de agua en el suelo no provoque problemas estructurales en él por esponjamiento, arrastre de finos, subpresiones o exceso de humedad en general. Finalmente es necesario verificar que la calidad del agua infiltrada sea tal que no contamine el acuífero o el agua subterránea del lugar.

Los dispositivos de este tipo también pueden clasificarse como concentrados o difusos.

Entonces existen: Infiltración difusa en veredas, calles, jardines, parques, estacionamientos y terrenos de uso público, zanjas de infiltración bajo veredas, calles o lugares de uso públicos, por último pozos de infiltración y pozos de inyección.

Alternativas de disposición de aguas lluvias mediante infiltración.

Elemento Extensión Ubicación Almacenamiento

Estanques Difuso Superficial Importante

Zanjas Concentrado Subterráneo Importante

Pozos Concentrado Subterráneo Importante

Pav. Poroso Difuso Superficial Despreciable

Pav. Celular Difuso Superficial Despreciable

e. Combinaciones de almacenamiento e infiltración. Corresponden a combinaciones de las obras mencionadas en los párrafos anteriores las cuales se diseñan de manera de lograr una disminución de los caudales máximos por retención y una disminución de los volúmenes mediante infiltración. En general en las obras alternativas de drenaje se trata de lograr una adecuada combinación de ambos efectos, por lo tanto este tipo de soluciones son las más favorecidas. Entre estas se mencionan las fosas absorbentes o zanjas drenantes con capacidades de almacenamiento temporal, los pavimentos porosos conectados a almacenamiento subterráneos, los estanques de infiltración y retención, o estanques de almacenamiento temporal con capacidad de infiltración en el lugar.

d. Desconexión de áreas impermeables. La Desconexión de Áreas Impermeables, DAI, es una estrategia que requiere un enfoque especial en la filosofia del diseño del drenaje urbano. Si bien no corresponde a obras alternativas propiamente tales, favorece el empleo de ellas y se complementa con algunos elementos menores. Este cambio en la estrategia de diseño dirige las aguas lluvia a áreas verdes, franjas de pasto y/o fosas cubiertas de vegetación. Con este enfoque se logra disminuir la tasa de la escorrentía, reducir sus volúmenes, atenuar los flujos máximos y fomentar la infiltración de las aguas lluvia. Este es otro elemento importante en la reducción del impacto de las aguas lluvias, el que se puede lograr sin obras especiales, bastando una preocupación en las etapas de diseño de las urbanizaciones. Aunque esta práctica tiene mayores efectos sobre las pequeñas tormentas es muy efectiva en la reducción de los efectos globales de las aguas lluvias durante el año.

La desconexión de áreas impermeables se puede implementar con diferente intensidad, dependiendo de las condiciones locales. Se han identificado tres niveles generales que se describen a continuación:

Nivel 1. La intención primordial es dirigir el escurrimiento generado en una zona impermeable al interior de los predios, por ejemplo desde los techos de una casa o edificio, a un patio o jardín interior o un área cubierta de pasto donde se provee de un tiempo de viaje suficiente como para permitir la retención e infiltración del agua y la remoción de los sólidos suspendidos antes de que el agua salga del sitio hacia los lugares públicos. El drenaje de todas las superficies impermeables de las viviendas es obligado a pasar sobre una zona de vegetación permeable antes de ingresar a un sistema de conducción de aguas lluvia o salir a la calle.

Nivel 2. Como un accesorio del Nivel 1 este nivel comienza a actuar sobre las calles interiores de los barrios, los pasajes o accesos a grupos de viviendas. Para ello se reemplaza el diseño de la sección transversal de las calles tradicionales con soleras por bermas permeables y zanjas amplias de infiltración a lo largo de las calles.

Nivel 3. Sumado a los Niveles 1 y 2, este nivel aumenta el tamaño de las zanjas laterales de infiltración y configura las alcantarillas de los cruces de calles y pasajes o entradas de vehículos para usar las hondonadas cubiertas de pasto como una laguna de detención que tiene el volumen suficiente para retardar el escurrimiento generado por lluvias de 2, 5, 10 o 100 años de período de retorno.

II VENTAJAS E INCONVENIENTES

Ventajas:

• Al mantenerse los caudales máximos y los volúmenes de crecidas de aguas lluvias una vez urbanizados los nuevos sectores en valores similares a los que existen previos a la urbanización, se conservan operativas las redes de colectores hacia aguas abajo, no se incrementan los efectos de las crecidas y se facilita la aplicabilidad de planes maestros.

• La amortiguación de los caudales de punta limita el efecto de impacto ambiental sobre los cuerpos receptores, reduciendo el impacto de crecidas, inundaciones y altas velocidades en los cauces naturales de drenaje.

• La amortiguación de caudales máximos permitirá la utilización de colectores de menor diámetro, o el diseño con capacidades menos exigidas para el transporte de materiales en suspensión, lo que redunda en una obvia disminución de costos.

• La regulación de los caudales cerca de sus lugares de origen permite reducir los elementos de regulación en las redes mismas o en los cuerpos receptores.

• Se mejora el control sobre los elementos particulados en las redes de drenaje.

• Se contribuye a la recarga de napas subterráneas aumentando los volúmenes almacenados de recursos hídricos y su disponibilidad en acuíferos de zonas urbanas.

• Ofrecen la oportunidad de disponer de espacios públicos y su aprovechamiento con fines de recreación y esparcimiento.

Inconvenientes:

• En zonas de construcción mixta la mayor parte de la escorrentía urbana procede de calles y grandes edificios comerciales o institucionales, de manera que el tratamiento local de aguas lluvias de sectores residenciales puede tener poco impacto sobre el sistema total.

• Los suelos pueden perder su capacidad de infiltración con el tiempo, dejando a las comunidades con sistemas que no operan adecuadamente.

• La proliferación de obras y facilidades locales repartidas en amplios sectores urbanos puede redundar en dificultades para una mantención adecuada.

• Cuando estos sistemas locales fallan las comunidades se pueden enfrentar a costos importantes de reposición o reparación.

• Un incremento de los niveles de agua subterránea por infiltración excesiva puede provocar también problemas de inundación de sectores bajos similares a los que se tratan de evitar.

• Los costos que demandan la construcción de obras alternativas de drenaje urbano, si bien son afrontados por el urbanizador, normalmente serán traspasados a los usuarios de las edificaciones, incrementando el costo de las ellas en comparación con situaciones en que este problema no se aborda.

Pozos de infiltración: Los pozos de infiltración consisten en excavaciones normalmente cilíndricas de profundidad variable, que pueden estar rellenas o no de material y permiten infiltrar el agua de lluvia directamente al suelo en espacios reducidos. Esta técnica tiene la ventaja de poder ser aplicada en zonas en las cuales el estrato superior de suelo es poco permeable, como es el caso de zonas altamente urbanizadas, o de superficies del terreno impermeabilizadas, pero que tienen capacidades importantes de infiltración en las capas profundas del suelo.

El funcionamiento hidráulico de estas obras puede resumirse en tres etapas, la primera es el ingreso del agua proveniente de la tormenta al pozo de infiltración, la que se puede efectuar a través de la superficie o desde redes de conductos. Una vez que ingresa al pozo, el agua se almacena temporalmente, dependiendo de las características de la tormenta y del suelo, para posteriormente ser evacuada mediante infiltración.

Los objetivos principales son:

Disminuyen el caudal máximo

Disminuyen el volumen escurrido

Recargan la napa de agua subterránea

Es posible combinar los pozos de infiltración con otras alternativas, tales como estanques de retención, zanjas de infiltración y estanques de infiltración, lo que permite obtener la capacidad de almacenamiento suficiente y aumentar la infiltración. Desde el punto de vista de la forma en que evacúan el agua se denomina pozo de infiltración cuando el agua sale del pozo a través de estratos no saturados del suelo, es decir cuando la superficie del agua subterránea se ubica bajo la base del pozo, de manera que las aguas lluvias se filtran en el suelo antes de llegar al nivel del agua subterránea. Si la napa de agua subterránea se ubica sobre el nivel del fondo del pozo, de manera que la evacuación de las lluvias se realiza directamente al agua subterranea, se denomina pozo de inyección. Una desventaja es que pueden presentar problemas de colmatación al retener las partículas finas presentes en el agua, para lo cual se require una mantención durante la vida útil. Otra desventaja es el riesgo de contaminación de la napa, Cuando exista riesgo de contaminación, no son aconsejables los pozos de inyección, ya que drenan directamente a la napa y no existe una capa de suelo que ayude a reducir la contaminación.

Los pozos de infiltración tienen una capacidad de almacenamiento limitada, dependiendo del nivel de la napa.

PAVIMENTOS POROSOS: Los pavimentos porosos en general consisten en un pavimento continuo de asfalto o concreto poroso, similar al pavimento convencional, pero con dos diferencias básicas: La carpeta de rodado contiene poca arena y fracción fina, lo cual le otorga mayor permeabilidad, y la subbase granular es de mayor espesor, y también con poca arena y fracción fina, lo cual le otorga mayor permeabilidad, y la subbase granular es de mayor espesor, y también con poca arena y fracción fina, con lo que se consigue un mayor porcentaje de huecos. Tienen por función reducir el flujo superficial proveniente de una tormenta mediante su infiltración a través de la carpeta de rodado, logrando así disponer de una zona pavimentada permeable. La experiencia internacional en la materia se basa fundamentalmente en pavimentos porosos con capa de rodado asfáltica en zonas de bajo tránsito.

Los objetivos principales son:

Disminuyen el caudal máximo

Disminuyen el volumen escurrido

Permiten otros alternativos

Recarga la napa de agua subterránea

Mejora la calidad del efluente

Los pavimentos porosos pueden emplearse en calles de poco tránsito, pasajes, veredas, estacionamientos o canchas de uso múltiple, ciclovías, veredas y senderos en áreas verdes, los diferentes estratos que componen un pavimento poroso de abajo hacia arriba son: una subrasante formada por el suelo existente inalterado, un filtro geotextil, filtro granular o menbrana impermeable sobre la subrasante, una subbase de material granular grueso, sobre ésta un filtro granular o base y en la superficie la carpeta de rodado o pavimento poroso propiamente tal. Una vez que el agua filtra a través de la superficie de la carpeta de rodado, existen dos procedimientos alternativos para su disposición final. Uno es continuar la infiltración hacia el suelo bajo el pavimento y el otro es recogerla mediante drenes y disponer de ella en otro lugar. También es posible emplear una combinación de ambos sistemas en la cual, para lluvias poco intensas, se infiltra todo localmente, y para lluvias más intensas pero menos frecuentes, además de infiltrarse localmente parte se drena a otros elementos hacia aguas abajo, evitando así que el agua aflore en la superficie. Las ventajas que presentan los pavimentos porosos son que reducen el flujo superficial proveniente de una tormenta mediante la infiltración, remueve elementos contaminantes del agua tales como metales, aceite, grasa y sólidos suspendidos, al filtrarlos a través de las capas de arena y grava ubicadas bajo la carpeta de rodado, hacen más segura la superficie para los automóviles durante las tormentas, reduciendo el patinaje y mejorando la visibilidad que favorece la adherencia neumático-pavimento a altas velocidades, poseen una resistencia y duración similar a la de pavimento convencional.

Un inconveniente es que una vez que la superficie del pavimento está sellada, la única forma de restaurarla es reemplazando completamente la carpeta de rodado, lo que tiene un elevado costo.

PAVIMENTOS CELULARES: Los pavimentos celulares consisten en un pavimento cuya carpeta de rodado está formada por bloques perforados de concreto, cuyos huecos están rellenos con arena, maicillo o con pasto, que permiten reducir el flujo superficial proveniente de una tormenta mediante la infiltración a través de su carpeta de rodado. La sub-base permite la acumulación temporal del agua infiltrada, para percolarla posteriormente al suelo.

Los objetivos principales son:

Disminuyen el caudal máximo.

Disminuyen el volumen escurrido.

Permiten otros usos alternativos.

Recargan la napa de agua subterránea.

Mejoran la calidad del efluente.

El uso de pavimentos celulares está limitado a zonas de bajo tráfico, tales como estacionamientos de todo tipo, pasajes, veredas de poco uso, en las cuales los suelos permitan la inflitración, estos pavimentos están compuestos hacia arriba por una subrasante formada por el suelo existente inalterado, un filtro geotextil o filtro granular sobre la subrasante, una subbase de material granular grueso, un filtro granular o base y una cama de arena, sobre la cual se asienta la carpeta de rodado.

Una vez que el agua filtra a través de la carpeta de rodado, existen dos procedimientos alternativos para su disposición final. Uno es continuar la percolación hacia el suelo bajo el pavimento y el otro es recogerla mediante drenes y disponer de ella en otro lugar, también es posible emplear una combinación de ambos sistemas.

Una de sus principales ventajas es que permiten infiltrar la lluvia que cae sobre ellos logrando un pavimento firme y permeable. Además, pueden remover elementos contaminantes del agua tales como metales, aceite, grasa y sólidos suspendidos, al filtrarlos a través de las capas de arena y grava ubicadas bajo el pavimento, poseen una apariencia atractiva, pueden ser usadas con pasto en las celdas, algunas presentan desventajas como dificultar la remoción de nieve y poseer superficies poco parejas para el tránsito de automóviles, peatones, sillas de ruedas, carros de supermercado, coches pequeños y similares.

OBRAS DE ALMACENAMIENTO

Las obras de almacenamiento captan el flujo superficial y lo almacenan temporalmente para descargarlo hacia aguas abajo durante tiempos más prolongados disminuyendo los caudales máximos en relación a los que provocaría la tormenta sin ellas. Son muy efectivas en lograr reducir los gastos máximos pero no tiene efecto sobre el volumen total de esconrrentía, ya que solo la postergan temporalmente. Se recomienda emplearlas cuando no se dispone de capacidad de infiltración en el suelo, o cuando los volúmenes de regulación necesarios son importantes. Requieren de aguas relativamente limpias para evitar la acumulación de basuras y su descomposición mientras el agua está almacenada, las obras de almacenamiento no poseen capacidad de infiltración de las aguas que reciben.

Pueden emplearse como elementos de almacenamiento para alimentar con caudales reducidos obras de infiltración como zanjas, pozos o estanques de infiltración, evitando que estos dispongan de grandes volúmenes de retención para acomodar los gastos que reciben a los que pueden infiltrar.

ESTANQUES DE RETENCIÓN: Los estanques de retención se diseñan de manera que se vacíen totalmente después de un periodo relativamente corto una vez que pasa la tormenta y por lo tanto la mayor parte del tiempo se encuentran vacíos o secos. Se trata de una adaptación de los embalses de control de crecida, con elementos que permiten su empleo en zonas urbanas.

Se supone que si bien eventualmente pueden capturar cantidades significativas de sedimentos, estos deben ser retirados posteriormente a su decantación de manera de mantener habilitado el volumen de retención de diseño. Son alimentados de aguas lluvias que han escurrido por techos, calles estacionamientos, conjuntos residenciales, áreas comerciales e incluso áreas industriales, pueden ser empleados como parte o en conjunto con obras alternativas de control de aguas lluvias en zonas urbanas.

Los objetivos principales son:

Disminuyen el caudal máximo

Permiten otros usos alternativos

Mejoran la calidad del efluente

El principal efecto corresponde a la regulación de la crecida que se traduce en una disminución del caudal máximo a la salida del estanque en comparación con el que llega a él, lo que se logra colocando el estanque de retención a la salida de una urbanización.

La ventaja que presenta este sitema es la retención del agua lluvia durante tiempos prolongados en el estanque, del orden de 12 a 36 horas, lo que permite la remoción de sólidos suspendidos y mentales inconvenientes.

Debido a que son diseñados para vaciarse lentamente, en el fondo se depositan todos los sedimentos que precipitan en el estanque, por lo que se sugiere considerar un sector reducido más profundo, o poner este tipo de estanques aguas abajo de una laguna de retención, en la cual la sedimentación ocurre al interior de la zona permanentemente con agua.

LAGUNAS DE RETENCION: Una laguna de retención mantiene un volumen permamentemente ocupado por aguas, el cual es reemplazado total o parcialmente durante las tormentas, sobre este volumen permanente se provee de un volumen adicional destinado a amortiguar las crecidas provocadas por las aguas lluvias, estas lagunas de retención son similares a los estanques de retención ya que están diseñadas para captar y retener un volumen de agua determinado para las tormentas más frecuentes, la diferencia es que en este caso el agua que se incorpora en cada tormenta se mezcla con el agua retenida anteriormente en el volumen permanente al almacenarse sobre él.

El volumen captado adicional al volumen permanente se evacua después de cada tormenta en un periodo del orden de 12 horas, habitualmente estas lagunas de retención requieren la alimentación de un flujo continuo durante los periodos entre tormentas para mantener el volumen de agua permanente.

Las lagunas de retención pueden emplearse para controlar la escorrentía urbana procedente de calles, estacionamientos, barrios residenciales, áreas comerciales y sitios industriales.

Este tipo de lagunas puede emplearse en conjunto con otras obras alternativas de control de las aguas lluvias en el mismo lugar tanto aguas arriba como hacia aguas abajo, pudiendo también satisfacer múltiples objetivos, como proveer de agua para incendios, riego y recreación.

Los objetivos principales son:

Disminuyen el caudal máximo.

Permiten otros usos alternativos.

Mejora la calidad del efluente.

Para cumplir con el objetivo principal de disminuir los caudales máximos se debe colocar la laguna inmediatamente aguas abajo de la zona urbanizada que sirve, descargando hacia el sistema de drenaje.

Las ventajas que presentan las lagunas de retención son que pueden ser muy apropiadas para áreas aportantes relativamente grandes, remoción de moderada a alta de la mayoría de los contaminantes urbanos, espacio para la recreación, paisajismo y áreas abiertas, riego de áreas verdes, etc.

Una de las desventajas que presenta este sistema es que resulta más difícil limpiar los sedimentos atrapados que en los estanques, si reciben aguas poco limpias se pueden observar problemas de cuerpos flotantes, espumas, crecimiento de indiscriminado de algas, olores, y en algunos casos mosquitos.

El crecimiento de plantas acuáticas puede causar problemas en los elementos de evacuación, el volumen permanente de agua puede atraer una sobrepoblación de aves acuáticas, lo cuál puede producir suciedad por materia fecal.

Obras Anexas

Para el control y gestión de las aguas lluvia mediante el empleo de obras alternativas y complementarias a las redes de colectores, es necesario recurrir a cierto tipo de obras que no pueden considerarse individualmente como de infiltración o de almacenamiento o que por si solas no pueden actuar de manera eficiente en el drenaje de aguas lluvias, sin embargo son necesarias para que el sistema en su conjunto opere adecuadamente, o como complemento de otras alternativas. Estas se han agrupado como obras anexas ya que complementan a otras mas importantes propuestas en capítulos anteriores, o se pueden considerar profusamente para la desconexión de zonas impermeables. Se incluyen en este capituló:

Franjas filtrantes cubiertas de pasto

Zanjas con vegetación

Canales para drenaje urbano

Caídas

Sedimentadores

Cámaras de inspección.

Para la operación de algunas obras de infiltración se requiere agua libre de sedimentos de manera de evitar que se colmaten y pierdan su capacidad. Esto en el caso típico de zanjas y pozos de infiltración, para los canales puede ser interesante contar con un sedimentador previo que separe el material particulado. Finalmente se agregan cámaras que pueden ser útiles en los sistemas de conducción anexas a las obras.

FRANJAS FILTRANTES

Las Franjas Filtrantes son áreas planas regadas cubiertas de césped denso o de otra cobertura atrayente que permita la infiltración, como gravilla o piedrecilla de playa. Para favorecer la infiltración requieren de un flujo parejo y de poca altura sobre toda la superficie. Las Franjas Filtrantes están diseñadas para hacer escurrir el agua en forma de flujo superficial como lámina continua, desde un extremo del plano hacia el extremo más bajo y no de manera concentrada como ocurre con las canalizaciones (zanjas, soleras, canaletas, etc.). Siempre que se produzca un flujo concentrado, este debe ser distribuido uniformemente a lo ancho de la Franja Filtrante mediante una franja de pavimento poroso u otra estructura que asegure un flujo en forma de lámina. Estas franjas de pasto pueden combinarse con veredas, estacionamientos o bermas adyacentes a zanjas de evacuación. Las franjas filtrantes pueden tener repartidas dentro de ellas arbustos y árboles que absorben nutrientes y dan sombra.

Las Franjas Filtrantes se pueden usar en áreas comerciales y residenciales, incorporándolas a la planificación del drenaje de terrenos, calles y barrios, como un elemento de desconexión de áreas impermeables. Debido a que su efectividad. Las Franjas Filtrantes si se emplean profusamente en una zona son eficaces en reducir el volumen de escurrimiento de tormentas pequeñas.

Su uso no representa un costo extraordinario a una urbanización que tiene planificado construir áreas verdes y su mantención no debiera ser muy distinta a la de cualquier jardín. De vez en cuando, producto de los sedimentos acumulados, es necesario remover una sección del pasto ya que el escurrimiento puede verse distorsionado. Si se usan estas franjas con pendientes importantes en suelos inestables, se pueden producir pequeñas zanjas o cárcavas que destruirán el flujo superficial uniforme e impiden el buen funcionamiento. Es conveniente que las franjas filtrantes estén protegidas del tránsito de personas o vehículos que pueden dañar el pasto o afectar el flujo de la lámina superficial. Cuando se mezclan árboles y pasto, la estabilidad del terreno aumenta.

El sitio debe tener una pendiente uniforme y ser capaz de mantener un flujo superficial uniforme en todas partes. Las pendientes típicas de los sitios aptos en condición original varían entre 2 y 10 porciento. El área que aporta depende de las dimensiones de la Franja y de la capacidad de infiltración del suelo bajo ella. Esta permeabilidad debe tomarse en cuenta para saber cómo puede afectar esto a las estructuras y pavimentos adyacentes a las franjas.

ZANJAS CON VEGETACIÓN

Descripción. Las Zanjas con Vegetación se ven similares a una zanja cualquiera pero son más anchas, funcionan como vías de drenaje con una densa vegetación y pendientes bajas que conducen el agua lentamente y con baja altura de escurrimiento. El diseño es similar al de un canal, pero su pendiente longitudinal y el tamaño de su sección transversal está hecho de manera tal que el escurrimiento superficial resulte lento y poco profundo, facilitando la sedimentación y evitando la erosión. Se pueden instalar bermas y diques pequeños si es necesario disminuir la velocidad de escurrimiento o favorecer la sedimentación y la infiltración. Su objetivo principal no es conducir agua como ocurre con los canales tradicionales.

Estas zanjas se pueden usar para recoger las aguas que escurren superficialmente de estacionamientos, edificios, jardines residenciales, caminos y franjas filtrantes. Pueden ser parte de los planes de desconexiones de zonas impermeables. Estas zanjas cubiertas de vegetación pueden usarse como una alternativa a sistemas tradicionales de soleras y redes de colectores, especialmente para sectores residenciales poco densos. Este tipo de zanjas se ubican bajo el nivel del suelo adyacente, y la escorrentía superficial ingresa a ellas desde superficies laterales, ya sean jardines o calles. Son obras típicas de desconexión de zonas impermeables.

La figura muestra un esquema de los elementos básicos de una zanja con vegetación.

Alternativa económica de construir. Aunque limitados por la capacidad de infiltración del suelo, estas obras alternativas proporcionan algún tipo de reducción en los volúmenes de escorrentía durante tormentas pequeñas. Los pastos largos y densos proporcionan protección contra la erosión durante tormentas más grandes. En zonas comerciales o residenciales estos canales pueden utilizarse para desconectar áreas impermeables. Se incorporan al paisaje de áreas verdes sin los inconvenientes de un canal tradicional.

La principal desventaja del uso de zanjas con vegetación es la posibilidad de que se formen áreas húmedas frente a las casas y se favorezca la aparición de mosquitos u otro tipo de insectos. También requieren mayor espacio y necesitan crear servidumbres para su mantención y operación. Debe evitarse que los vecinos las obstruyan para tener acceso o para el paso de vehículos. Requieren una preocupación especial para evitar que se ocupen para botar escombros y basura.

CANALES PARA DRENAJE URBANO

a.Descripción. El uso de canales abiertos en sistemas de drenaje urbano de aguas lluvias tiene ventajas significativas por su excelente relación costo-capacidad. Además presentan oportunidades de mantención de condiciones naturales y un cierto volumen de regulación para crecidas importantes. Entre los inconvenientes es necesario considerar las necesidades de espacio y los costos de mantención. Un diseño cuidadoso puede minimizar los inconvenientes y aumentar los beneficios. Este tipo de conducciones solo debe considerarse para conducir aguas limpias. El cauce ideal para el drenaje urbano es el natural, desarrollado por la naturaleza después de un largo periodo de modo que puede considerarse en condiciones estables. En general cuanto más se parezca un canal artificial a uno natural generalmente mejor será el canal artificial.

En muchas zonas que están por urbanizarse los cauces naturales son tan pequeños que no se aprecian a simple vista. Sin embargo, prácticamente siempre existe la posibilidad de seguir la trayectoria que tendría el flujo en condiciones naturales, lo que puede ser una buena guía para la ubicación de canales de drenaje. Un buen criterio de planificación urbana siempre debe ser capaz de reflejar incluso estas pequeñas redes de drenaje natural para reducir costos de desarrollo y minimizar los problemas de drenaje posteriormente. En algunos casos la utilización del sistema de drenaje natural en forma inteligente puede evitar la necesidad de construir costosas redes de colectores subterráneos para el drenaje de aguas lluvias.

En todo caso debe entenderse que los canales de riego no forman una red de drenaje, sino por el contrario un sistema para distribuir agua sobre el suelo. Esto hace muy difícil aprovecharlos para la evacuación de aguas lluvias de un sector sin que generen conflictos en otro ubicado aguas abajo.

Existen casi infinitas posibilidades de elección para el tipo de canalización, considerando las alternativas de condiciones hidráulicas, diseño ambiental, impacto social y requerimientos del proyecto. Sin embargo desde un punto de vista práctico las elecciones básicas que se deben adoptar inicialmente consideran si debe ser un canal revestido, o para altas velocidades, un canal con pasto, canal con vegetación natural o un cauce natural existente previamente. Desde el punto de vista urbano se consideran las alternativas que se describen a continuación:

Canal natural. Consiste en un cauce excavado por la naturaleza antes que ocurra el proceso de urbanización. A menudo, aunque no siempre, son razonablemente estables..

Canales revestidos de pasto. Entre los diferentes tipo de canales construidos, o modificaciones de cauces naturales, los canales revestidos de pasto son los favoritos para zonas urbanas. Proveen de capacidad de almacenamiento, menores velocidades y beneficios de usos múltiples. Algunas secciones pueden requerir revestimientos para minimizar la erosión y los inconvenientes de mantención.

Canales con vegetación en el fondo. Se trata de un subconjunto de los canales revestidos de pasto pero diseñados para mantener una vegetación húmeda más permanente o ciertos tipos de vegetación local de zonas húmedas en el fondo del canal.

Canales revestidos de hormigón o albañilería. Este tipo de canales diseñados para soportar velocidades altas del flujo no se recomiendan como parte de sistemas de drenaje urbano.

b. Ventajas e inconvenientes. Las ventajas de una canalización natural o de apariencia similar son las siguientes: Las velocidades son generalmente bajas, por lo tanto los tiempos de concentración resultan más prolongados y los caudales máximos hacia aguas abajo menores en comparación con otro tipo de colectores. Adicionalmente el almacenamiento en el canal tiende a disminuir los caudales máximos. A lo anterior se agrega que las necesidades de mantención disminuyen ya que se trata de un sistema relativamente estabilizado.

CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGIA

a. Descripción. Las caídas y los disipadores de energía que se describen en esta sección corresponden a obras que se diseñan para trabajar en conjunto como un sólo elemento. Tienen por objeto adecuar las obras de conducción a las condiciones de terreno de manera de concentrar el lugar en el cual se produce la disipación de energía para realizarla de manera segura y controlada. La caída propiamente tal consiste en un descenso importante y localizado del fondo de una canalización, al pie de la cual habitualmente se dispone de un elemento para disipar la energía del escurrimiento apenas cae. Estas obras pueden intercalarse con los canales de pasto y con vegetación en el fondo de manera de ajustarse a las condiciones del terreno sin tener que recurrir a escurrimientos con altas velocidades, o también a la entrada y salida de obras de almacenamiento, incluso en reemplazo de vertederos de seguridad de obras menores. A continuación se proponen dos tipos de caídas y sus respectivos disipadores de energía que han sido especialmente desarrolladas para ser empleadas en zonas urbanas, como parte de elementos de conducción superficial de aguas lluvias por el Distrito de Control de Crecidas y Drenaje Urbano (1992) de la ciudad de Denver en EE.UU. Una consiste en una caída vertical con una cubeta de disipación al pie, denominada Caída Vertical Reforzada, CVR, y la otra en una caída inclinada con enrocado, CJE. Ambas pueden adoptarse con muy buenos resultados a condiciones paisajísticas en parques y lugares públicos de zonas urbanas.

Caídas Verticales Reforzadas CVR. Conforman un grupo de obras que puede incluir un amplia variedad de diseños estructurales, en base a distintas configuraciones de la cubeta reforzada y de la caída misma. Se le pueden agregar una serie de efectos de contracción para reducir las velocidades de aproximación en el canal de aguas arriba y se pueden seleccionar diferentes opciones para reforzar el canal hacia aguas abajo.

El fenómeno hidráulico generado por este tipo de caídas es un chorro de agua que cae desde el umbral de la pared hacia la cubeta inferior. El chorro choca con la zona reforzada y es redirigido horizontalmente. Dependiendo de las condiciones del canal aguas abajo y del caudal se inicia un resalto. En caso contrario, continua horizontalmente en escurrimiento supercrítico hasta que la fuerza específica del escurrimiento aguas abajo es suficiente como para forzar el resalto. La idea básica es que la energía sea disipada dentro de la turbulencia del resalto hidráulico, La figura 4.4.4.1 muestra una caída vertical reforzada con una cubeta de enrocado. La capa de enrocado ubicada en la zona de aproximación a la caída termina abruptamente en una estructura de retención. Esta última es a su vez la pared de la caída y tiene una sección de canal trapecial hacia aguas arriba y otra de canal para flujos bajos hacia la cubeta.

Caída Inclinada Con Enrocado Consolidado CIE Este tipo de estructura ha ganado popularidad en regiones rocosas donde en las proximidades existen fuentes de roca de buena calidad y también por el diseño estético y por el éxito que ha tenido su aplicación en zonas urbanas. La calidad de la roca usada, y el procedimiento de colocación son muy importante para la integridad estructural. No hay un máximo de altura para este tipo de estructura, sin embargo para utilizarla con fines de aguas lluvias el caudal máximo se limita a 5 m3/s.

El empleo de caídas y disipadores de energía permite concentrar de manera localizada y controlada la disipación de energía, evitando la erosión de los elementos de conducción que es la principal causa de su degradación. El empleo de caídas especialmente desarrolladas para zonas urbanas permite agregar ventajas estéticas y paisajísticas incorporándolas como elementos decorativos en parques y áreas verdes públicas. Entre los inconvenientes debe mencionarse que este tipo de caídas y disipadores pueden resultar de mayor costo que otras alternativas más sencillas.

SEDIMENTADORES

a. Descripción. Los sedimentadores son aparatos destinados a remover por gravedad las partículas finas que el flujo de agua transporta en suspensión o como arrastre de fondo. En el caso de obras alternativas para el drenaje urbano de aguas lluvias los sedimentadores son obras anexas que deben colocarse antes de que el flujo ingrese a una obra en la cual la sedimentación de partículas finas puede generar problemas de funcionamiento o mantención, y cuando el flujo que reciben transpone este tipo de materiales en suspensión. En general se recomienda ponerlos antes de las obras de infiltración subterráneas, como zanjas y pozos de infiltración, si existe un aporte de agua con sedimentos y no se dispone de ninguna otra posibilidad de retirarlos o de mejorar la calidad del agua aportante. Para el caso de zanjas y pozos de infiltración que se alimentan por la superficie, al igual que en el caso de estanques de infiltración, los sedimentos pueden quedar atrapados en las capas de la cubierta de la obra de donde pueden removerse periódicamente. En el caso de estanques y lagunas de retención, se contempla una zona destinada a la sedimentación de partículas gruesas al inicio de la obra y por lo tanto no requieren de un sedimentador anexo.

La Norma Chilena Nch 1367 sobre “Desarenadores y Sedimentadores Simples para Plantas de Tratamiento de Agua Potable”, califica estos aparatos como desarenadores si están destinados a remover el 75% dc las partículas de diámetro igual o mayor que 0,2mm, y como sedimentadores los destinados a remover del 60% al 80% de los sólidos en suspensión.

Para que operen adecuadamente requieren una mantención periódica consistente en retirar los sedimentos atrapados para restituir el volumen útil del sedimentador. La falta de mantención es la primera causa de fracaso de este tipo de aparatos, por lo tanto deben colocarse sólo si se tiene la certeza de que serán mantenidos razonablemente. Debido a ello se recomienda desarrollar todas las acciones posibles para evitar que el agua que llegue a las obras de infiltración acarree cantidades significativas de sedimentos.

Para ser empleados como obras anexas de drenaje urbano se consideran desarenadores simples que actúen por gravedad sin la adición de floculantes, de manera que separen partículas del tamaño de las arenas gruesas o mayores.

CAMARAS DE INSPECCION

Descripción. Estas cámaras consisten en un receptáculo de forma rectangular enterrado bajo el nivel del suelo que permite tener acceso a los ductos y canalizaciones para su revisión y limpieza. Se ubican al inicio de las canalizaciones enterradas, en los cambios de dirección o nivel Y cuando la longitud del ducto es mayor de 50m.

En las obras de drenaje estas cámaras están asociadas fundamentalmente a las obras de infiltración como zanjas y pozos alimentadas por medio de tuberías. Se presentan dos tipos de cámaras, dependiendo de la ubicación de la obra.

Cámaras tipo A. Para ser usadas en lugares públicos en los cuales existe la posibilidad de tránsito de vehículos sobre la cámara.

Cámaras tipo B. Para ser empleadas en lugares sin tránsito de vehículos, como es el caso de áreas verdes.