Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos_MINVU

MINISTERIO DE VIVIENDA Y URBANISMO

Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos.

Guía de Diseño.

Santiago, noviembre de 1996

Este volumen presenta los aspectos principales del Estudio sobre “Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos”, preparando con el objeto de servir como material de consulta y referencia sobre el tema. El Estudio fue desarrollado por la Dirección de Investigaciones Científicas y Tecnológicas – DICTUC – a través del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile, de acuerdo a un contrato celebrado con el Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU) según Decreto Nº99 del 22 de Agosto de 1995. Ministro de Vivienda y Urbanismo : Sr. Edmundo Hermosilla H. Subsecretario de Vivienda y Urbanismo : Sr. José Manuel Cortínez C. Jefe División de Desarrollo Urbano MINVU : Sr. Jaime Silva A. Jefe Depto. Vialidad Urbana MINVU : Sr. Marcelo Longás U. Santiago, noviembre de 1996.

En este estudio han participado por parte del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la Pontificia Universidad Católica de Chile los siguientes Profesionales:

Dirección del Proyecto Bonifacio Fernández L., Ing. Civil, Ph. D. Hidrogeología José F. Muñoz P., Ing. Civil, Dr. Ing. Hidrología Eduardo Varas C., Ing. Civil, PH.. D. Arquitectura Teodoro Fernández L., Arquitecto. Aspectos Legales César Destéfano Z., Abogado. Ing. de Proyectos Gonzalo Pizarro P., Ing. Civil Mag. Cs. Ing. Pablo Rengifo O., Ing. Civil, Mag. Cs. Ing. Daniel Benítez G., Ing. Civil. María E. Díaz T., Ing. Civil. Arquitectura y dibujo Paulina Courar D., Arquitecto. Dibujo de Proyectos Sebastián Hernández S., Arquitecto.

Como Contraparte Técnica por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo han participado los siguientes profesionales: Director del Estudio Horacio Asserella C., Ing. Ejec, Div. Des. Urbano. Equipo Técnico María T. Hortal S., Arquitecto, Div. Des. Urbano. Renán Retamal S., Ing. Civil, Div. Des. Urbano. Jaime Téllez T., Ing. Civil, SEREMI Metropolitana. Arturo Muñoz F., Ing. Civil, SERVIU Metropolitano. Transectorialmente han colaborado en la Contraparte Técnica los siguientes profesionales de la Secretaria Regional Ministerial de la Región Metropolitana del Ministerio de Obras Públicas: Equipo Técnico Patricia Kamann C., Constructor Civil. Alberto Calatroni V., Geógrafo. Santiago, noviembre de 1996.

APRUEBA VOLUMEN DENOMINADO “TÉCNICAS ALTERNATIVAS PARA SOLUCIONES DE AGUAS LLUVIAS EN SECTORES URBANOS. GUIA DE DISEÑO”. (Publicado en el “Diario Oficial” Nº35.713, de 11 de Marzo de 1997.) SANTIAGO, 27 ENERO 1997. HOY SE DECRETO LO QUE SIGUE: Nº 3 / VISTO: Lo dispuesto en el D.L. Nº1.305, de 1976, el D.F.L. Nº458, (V. y U.) de 1976, el Oficio Ordinario Nº0031, de 14 de Enero de 1997 de la División de Desarrollo Urbano del Ministerio de Vivienda y Urbanismo y las facultades que me otorga el Nº8 del artículo 32 de la Constitución Política, de la República de Chile, DECRETO: ARTICULO UNICO: Apruébase, con carácter indicativo, el volumen denominado “Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. Guía de Diseño.”, un ejemplar del cual se acompaña y se entenderá forma parte integrante del presente decreto. Las técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos del texto que se aprueba, deberán tenerse presente en tal carácter y, si procediere, en todo este tipo de obras que se contraten, aprueben, supervisen o ejecuten por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo, los Servicios de Vivienda y Urbanización, las Municipalidades y, en general, por todo organismo público o privado que desarrolle algunas de dichas actuaciones. Anótese, tómese razón y publíquese. EDUARDO FREI RUIZ – TAGLE PRESIDENTE DE LA REPUBLICA EDMUNDO HERMOSILLA HERMOSILLA MINISTRO DE VIVIENDA Y URBANISMO Lo que transcribo para su conocimiento SERGIO GONZALEZ TAPIA Subsecretario de Vivienda y Urbanismo Subrogante DISTRIBUCIÓN Contraloría Diario Oficial Gabinete Ministro Subsecretaría Divisiones MINVU Secretarías Ministeriales (TODAS LAS REGIONES) SERVIU (TODAS LAS REGIONES) Oficina de Decretos Oficina de Partes

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Capítulo 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................1 1.1. AGUAS LLUVIAS URBANAS..............................................................................3 1.2. OBJETIVOS ............................................................................................................7 1.3. CONTENIDO DE LA GUÍA...................................................................................9 1.4. RESPONSABILIDADES ......................................................................................11 Capítulo 2. DRENAJE URBANO DE AGUAS LLUVIAS .........................13 2.1. GESTIÓN DEL DRENAJE URBANO .................................................................15 2.2. TIPIFICACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS......................................17 a. Almacenamiento de aguas lluvias .........................................................17 b. Infiltración de aguas lluvias...................................................................19 c. Combinaciones de almacenamiento e infiltración.................................20 d. Desconexión de áreas impermeables .....................................................20 2.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES ....................................................................21 2.4. EFECTOS DE LA DISPOSICIÓN LOCAL..........................................................23 2.5. OPORTUNIDADES DE COLABORACIÓN .......................................................26 Capítulo 3. MARCO GEOGRÁFICO ................................................................29 3.1. ASPECTOS HIDROLÓGICOS.............................................................................31 3.1.1. CLIMATOLOGÍA GENERAL..................................................................32 a. Zonas climáticas de Chile......................................................................32 b. Comportamiento de la precipitación......................................................34 c. Comportamiento de la evaporación.......................................................39 d. Calidad de las aguas lluvias...................................................................41 3.1.2. ANTECEDENTES HIDROLÓGICOS DE DISEÑO................................44 a. Medición y registros de precipitación ...................................................44 b. Lluvias de diseño ...................................................................................45 c. Curvas intensidad-duración-frecuencia de lluvias.................................49 d. Transformación de la Lluvia en escurrimiento......................................59 3.2. HIDROGEOLOGÍA Y SUELOS ..........................................................................71 3.2.1. AGUA SUBTERRÁNEA ..........................................................................72 a. Ciclo hidrológico ...................................................................................72 b. Acuíferos ...............................................................................................73 c. Zona del subsuelo ..................................................................................76 3.2.2. SISTEMAS DE INFILTRACIÓN .............................................................78 a. Condiciones para su funcionamiento.....................................................78 b. Características del suelo ........................................................................83 3.3. OTROS ANTECEDENTES...................................................................................97 3.3.1. ASPECTOS URBANOS..............................................................................97

3.3.2. RELIEVE .....................................................................................................99 3.3.3. DRENAJE ..................................................................................................100 3.3.4. RIEGO........................................................................................................100 3.3.5. VISITA A TERRENO ...............................................................................101

Capítulo 4. DISEÑO, SELECCIÓN Y PRESENTACIÓN DE OBRAS. .103 4.1. DESCONEXIÓN DE ÁREAS IMPERMEABLES.............................................107 a. Descripción..........................................................................................107 b. Ventajas y desventajas.........................................................................110 c. Dimensionamiento...............................................................................111 d. Ejemplo de Desconexión de Áreas Impermeables ..............................113 4.2. OBRAS DE INFILTRACIÓN .............................................................................119 4.2.1. ESTANQUES DE INFILTRACIÓN .......................................................121 a. Descripción..........................................................................................121 b. Ventajas y desventajas.........................................................................124 c. Procedimiento de diseño......................................................................124 d. Factibilidad y Condiciones Generales .................................................127 e. Dimensionamiento...............................................................................129 f. Detalles ................................................................................................133 g. Construcción........................................................................................134 h. Mantención ..........................................................................................135 i. Ejemplo estanque de infiltración .........................................................137 4.2.2. ZANJAS DE INFILTRACIÓN................................................................147 a. Descripción..........................................................................................147 b. Ventajas y desventajas.........................................................................150 c. Procedimiento de diseño......................................................................151 d. Factibilidad y Condiciones Generales .................................................153 e. Dimensionamiento...............................................................................154 f. Detalles ................................................................................................161 g. Construcción........................................................................................163 h. Mantención ..........................................................................................164 i. Ejemplo de Zanja de infiltración .........................................................166 4.2.3. POZOS DE INFILTRACIÓN..................................................................179 a. Descripción..........................................................................................179 b. Ventajas y desventajas.........................................................................182 c. Procedimiento de diseño......................................................................183 d. Factibilidad y Condiciones Generales .................................................186 e. Dimensionamiento...............................................................................186 f. Detalles ................................................................................................193 g. Construcción........................................................................................195 h. Mantención ..........................................................................................196 i. Ejemplo de pozos de infiltración .........................................................198 4.2.4. PAVIMENTOS POROSOS .....................................................................209 a. Descripción..........................................................................................209 b. Ventajas y desventajas.........................................................................212 c. Procedimiento de diseño......................................................................213

d. Factibilidad y condiciones generales ...................................................216 e. Dimensionamiento...............................................................................216 f. Detalles ................................................................................................227 g. Construcción........................................................................................227 h. Mantención ..........................................................................................232 i. Ejemplo de pavimento poroso .............................................................233 4.2.5. PAVIMENTOS CELULARES ................................................................243 a. Descripción..........................................................................................243 b. Ventajas y desventajas.........................................................................247 c. Procedimiento de diseño......................................................................247 d. Factibilidad y condiciones generales ..................................................250 e. Dimensionamiento...............................................................................250 f. Detalles ................................................................................................259 g. Construcción........................................................................................261 h. Mantención ..........................................................................................264 i. Ejemplo de pavimentos celulares ........................................................265 4.3. OBRAS DE ALMACENAMIENTO...................................................................275 4.3.1. ESTANQUES DE RETENCIÓN.............................................................277 a. Descripción. .........................................................................................277 b. Ventajas e inconvenientes ...................................................................281 c. Procedimiento de diseño......................................................................281 d. Factibilidad y condiciones generales ...................................................284 e. Dimensionamiento...............................................................................285 f. Detalles ................................................................................................303 g. Construcción........................................................................................306 h. Mantención ..........................................................................................310 i. Ejemplo de estanque de retención .......................................................312 4.3.2. LAGUNAS DE RETENCIÓN.................................................................331 a. Descripción..........................................................................................331 b. Ventajas e inconvenientes ...................................................................335 c. Procedimiento de diseño......................................................................335 d. Factibilidad y condiciones generales ...................................................338 e. Dimensionamiento...............................................................................339 f. Detalles ................................................................................................356 g. Construcción........................................................................................358 h. Mantención ..........................................................................................362 i. Ejemplo de laguna de retención...........................................................364 4.4. OBRAS ANEXAS ...............................................................................................385 4.4.1. FRANJAS FILTRANTES........................................................................387 a. Descripción..........................................................................................387 b. Ventajas y desventajas.........................................................................388 c. Procedimiento de diseño......................................................................389 d. Factibilidad ..........................................................................................390 e. Dimensionamiento...............................................................................390 f. Detalles ................................................................................................393 g. Construcción. .......................................................................................393 h. Mantención ..........................................................................................394 i. Ejemplo de franja filtrante ...................................................................395 4.4.2. ZANJAS CON VEGETACIÓN...............................................................401

a. Descripción..........................................................................................401 b. Ventajas y desventajas.........................................................................402 c. Procedimiento de diseño......................................................................403 d. Factibilidad ..........................................................................................404 e. Dimensionamiento...............................................................................404 f. Detalles ................................................................................................407 g. Construcción........................................................................................408 h. Mantención ..........................................................................................408 i. Ejemplo de zanja con vegetación ........................................................409 4.4.3. CANALES PARA DRENAJE URBANO ...............................................415 a. Descripción..........................................................................................415 b. Ventajas e inconvenientes ...................................................................421 c. Procedimiento de diseño......................................................................421 d. Consideraciones generales y criterios de diseño .................................424 e. Dimensionamiento de canales revestidos de pasto..............................425 f. Dimensionamiento de Canales con vegetación en el fondo ................432 g. Construcción........................................................................................436 h. Mantención ..........................................................................................437 i. Ejemplo de canal revestido con pasto..................................................438 j. Ejemplo de canal con vegetación en el fondo .....................................447 4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA ...........................................455 a. Descripción..........................................................................................455 b. Ventajas y Desventajas ........................................................................458 c. Consideraciones generales y criterios de diseño .................................458 d. Dimensionamiento de Caídas Verticales Reforzadas (CVR) ..............458 e. Ejemplo de caída vertical reforzada ....................................................464 f. Dimensionamiento de Caída Inclinada con Enrocado Consolidado (CIE) ...............................................................................471 g. Ejemplo de caída inclinada con enrocado consolidado .......................475 4.4.5. SEDIMENTADORES..............................................................................481 a. Descripción. .........................................................................................481 b. Dimensionamiento...............................................................................482 c. Ejemplo de sedimentador ....................................................................488 4.4.6. CÁMARAS DE INSPECCIÓN ...............................................................495 a. Descripción..........................................................................................495 b. Dimensionamiento...............................................................................495 c. Cubicación y presupuesto ....................................................................496 4.5. SELECCIÓN Y USO DE LAS OBRAS..............................................................503 4.5.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN................................................................503 a. Condiciones del lugar ..........................................................................504 b. Características urbanas ........................................................................506 c. Potencialidades de las obras ................................................................507 d. Ubicación geográfica ...........................................................................508 4.5.2. EMPLEO DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS DE AGUAS .............511 a. Urbanizaciones consolidadas...............................................................511 b. Nuevas urbanizaciones ........................................................................513 4.5.3. SELECCIÓN DE LLUVIAS DE DISEÑO..............................................517 4.6. PRESENTACIÓN DE PROYECTOS .................................................................525 4.6.1. PROFESIONAL RESPONSABLE..........................................................525

4.6.2. INSTITUCIONES QUE APRUEBAN EL PROYECTO ........................525 4.6.3. ANTECEDENTES QUE CONFORMAN EL PROYECTO ...................525 a. Carta de presentación...........................................................................526 b. Memoria explicativa ............................................................................526 c. Certificados, informes y ensayos de laboratorio .................................528 d. Especificaciones Técnicas Especiales .................................................528 e. Cubicación y presupuesto ....................................................................529 f. Planos...................................................................................................530 Capítulo 5. CONSTRUCCIÓN DE OBRAS ........ ........................................533 5.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS GENERALES............................................535 5.1.1. TRAZADO, NIVELES Y TOLERANCIAS .............................................537 a. Puntos de referencia.............................................................................537 b. Trazado de las obras ............................................................................538 c. Límites y tolerancias de las excavaciones ...........................................538 d. Trazado de canales, zanjas y franjas....................................................539 e. Taludes, pretiles y muros de tierra.......................................................539 f. Obras de hormigón ..............................................................................540 g. Obras con escurrimiento hidráulico.....................................................540 5.1.2. GEOTEXTILES.........................................................................................540 a. Características técnicas específicas mínimas.......................................540 b. Instalación de Telas Geotextiles ..........................................................541 c. Precauciones ........................................................................................543 d. Control de Calidad...............................................................................544 5.1.3. ENROCADOS..........................................................................................544 a. Replanteo .............................................................................................545 b. Preparación de taludes y fundación .....................................................545 c. Filtro de respaldo .................................................................................545 d. Suministro de roca ...............................................................................546 e. Construcción del enrocado ..................................................................547 f. Control de ejecución............................................................................549 g. Obras, trabajos y actividades anexas ...................................................549 5.1.4. GAVIONES..............................................................................................549 5.1.5. RELLENO Y CUBIERTA DE OBRAS DE DRENAJE .........................550 a. Suministro de material.........................................................................550 b. Colocación en terreno..........................................................................551 c. Control de la ejecución ........................................................................551 5.1.6. VEGETACIÓN, PASTOS Y PLANTAS ................................................551 a. Pastos o hierbas ...................................................................................552 b. Plantas palustres ..................................................................................554 c. Plantas para márgenes de lagunas .......................................................555 d. Plantas Acuáticas .................................................................................556 5.2. FAENAS DE CONSTRUCCIÓN........................................................................559 5.2.1. INSTALACIÓN .......................................................................................559 5.2.2. SEGURIDAD...........................................................................................560 5.2.3. PREPARACIÓN DEL TERRENO..........................................................560 5.2.4. EXCAVACIONES...................................................................................561

5.2.5. RELLENOS..............................................................................................562 5.2.6. ELEMENTOS DE HORMIGÓN.............................................................562 5.2.7 ENROCADOS , GAVIONES, CUBIERTAS Y PROTECCIONES .......563 5.2.8. VEGETACIÓN Y CÉSPED ....................................................................563 5.2.9. ELEMENTOS ESPECIALES Y PARA OTROS USOS.........................563 5.2.10. LIMPIEZA Y RETIRO............................................................................564 5.2.11. LISTA DE VERIFICACIÓN ...................................................................564 Capítulo 6. MANTENCIÓN DE OBRAS.........................................................565 6.1. INSPECCIÓN ......................................................................................................569 6.2. ASEO Y ORNATO..............................................................................................577 6.2.1. CUIDADOS DEL CÉSPED Y VEGETACIÓN......................................577 6.2.2. EXTRACCIÓN DE SEDIMENTOS........................................................578 6.2.3. LIMPIEZA Y RETIRO DE BASURAS ..................................................580 6.3. PREVENCIÓN Y REPARACIÓN ......................................................................581 Capítulo 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................585 a. Criterios de diseño ...............................................................................586 b. Alcance de las soluciones ....................................................................586 c. Otros objetivos.....................................................................................587 d. Empleo de la Guía ...............................................................................588 e. Aspectos legales ..................................................................................589 f. Marco Geográfico................................................................................591 g. Diseño de las obras ..............................................................................591 h. Tipo de obras .......................................................................................592 i. Construcción. .......................................................................................593 j. Mantención y operación ......................................................................594 k. Glosario y referencias ..........................................................................595

ANEXOS ..................................................................................................................597 ÍNDICE DE ANEXOS................................................................................................597 Anexo 1. Referencias Legales..................................................................................599 Anexo 2 Tipos de urbanización ..............................................................................607 Anexo 3. Modelos hidrológicos computacionales ...................................................617 Anexo 4. Antecedentes hidrogeológicos en Chile ...................................................625 Anexo 5. Coeficiente de rugosidad hidráulica y unidades.......................................631 Anexo 6. Glosario ....................................................................................................635 Anexo 7. Referencias ...............................................................................................647 ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................... 655 ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................. 657 ÍNDICE DE LAMINAS ............................................................................ 663

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 1

1.1. AGUAS LLUVIAS URBANAS

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. En muchas ciudades las inundaciones no se deben a una sola causa específica sino a la combinación de varias de ellas, o coexisten sectores con diferentes tipos de problemas.

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, es decir si no se consideran las inundaciones provocadas por aguas que provienen desde el exterior del sector inundado, 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 sin que sea reemplazada por ningún sistema artificial. Este ha sido un tema habitualmente no abordado en las urbanizaciones, con excepción de contadas situaciones.

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, sean estas provocadas por precipitaciones o deshielos. En general estos cauces drenan cuencas de tamaño importante aguas arriba de las ciudades y al atravesarlas en sus cursos intermedios o inferiores no contribuyen al drenaje del sector. 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. En estas condiciones los desbordes provocados por caudales importantes inundan los sectores aledaños


1. INTRODUCCIÓN

al cauce. 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. En estas ciudades existen situaciones relativamente recientes de inundaciones con graves consecuencias. 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. Esto resulta muy difícil de materializar en ciudades ya desarrolladas. Las medidas alternativas y complementarias que se proponen en este estudio resultan ineficientes para enfrentar los problemas generados por este tipo de inundaciones.

Existen otros cauces naturales que forman la red de drenaje de los sectores urbanos propiamente tales y que provocan inundaciones. Cuando esto ocurre normalmente se debe a que la urbanización ha cegado muchos de estos cauces eliminando la red de drenaje natural sin reemplazarla por otra alternativa. 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. Es común que se produzcan en algunas ciudades costeras de la zona norte y central como Antofagasta, Tocopilla, Valparaíso, en las cuales las pendientes son pronunciadas, con flujos de altas velocidades, corrientes de barro debido a suelos erosionables las cuales derivan en inundaciones ya que las redes de drenaje natural se encuentran obstruidas por el tejido urbano. Los problemas provocadas en estos casos pueden ser muy complejos y de graves consecuencias. Las soluciones debieran encaminarse a la mantención en condiciones despejadas de las redes de drenaje naturales. Sin embargo en situaciones consolidadas esto puede ser difícil. 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. Esos terrenos tienen un drenaje pobre cuyos efectos se ven además incrementados por la urbanización de las zonas aguas arriba, que genera una mayor escorrentía tanto en volumen como en gasto máximo. 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,


1. INTRODUCCIÓN

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. Estos canales están diseñados para repartir agua sobre los terrenos agrícolas y se complementan con una red de drenaje independiente para evacuar los excesos o derrames. 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. Debido a la imposibilidad de eliminar totalmente estos canales de riego en muchas zonas urbanas, por lo menos en las etapas iniciales de la urbanización, sería conveniente adoptar las medidas necesarias para que no sean empleados como red de drenaje, y además mantener la red de drenaje de los terrenos abastecidos por estos canales. 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.

Existen innumerables situaciones en las cuales las inundaciones de sectores urbanos son provocadas por la eliminación de la red de drenaje natural con motivo de la urbanización misma, sin que ella sea reemplazada por otro medio de evacuación alternativo de las aguas lluvias. Incluso es posible encontrar sectores que quedan sin ninguna posibilidad de drenaje superficial por la construcción de calles ciegas en contrapendiente, o con tramos bajos que desaguan hacia terrenos cerrados. En estos casos es importante que se le de continuidad a la red de drenaje superando las secciones cerradas, de manera que siempre exista la posibilidad de desagüe hacia aguas abajo. También es posible reducir los efectos o la magnitud de las inundaciones si se reducen los caudales aportantes y sus volúmenes mediante la incorporación en la cuenca aportante de soluciones alternativas en base al almacenamiento temporal o la infiltración de las aguas lluvias.

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. En estos casos se ha recurrido a pozos y zanjas de infiltración. Para su dimensionamiento en general se han empleado recomendaciones y prácticas ligadas a pozos de infiltración de aguas servidas domésticas, aprovechando la gran experiencia adquirida en décadas pasadas en la construcción de pozos para alcantarillado domiciliario, previo a la existencia


1. INTRODUCCIÓN

de redes de recolección de aguas servidas. Los criterios de diseño, así como el dimensionamiento de este tipo de obras, ha quedado a la iniciativa del proyectista, tanto en la selección de las lluvias de diseño, como en la estimación de propiedades del suelo, o los volúmenes necesarios de almacenamiento. No se conoce un análisis sistemático sobre el comportamiento de estas soluciones. Otro tipo de obras alternativas basadas en el almacenamiento temporal de las aguas lluvias han sido menos empleadas. En algunos casos se ha recurrido a ocupar para ello fosos y depresiones del terreno existentes, sin que se incorporen aspectos urbanísticos o usos múltiples en el diseño.


1.2. 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.

Las aguas que inundan sectores urbanos, ya sea que se almacenen inapropiadamente sobre el terreno o escurran por cauces no preparados para ello, generan una gran cantidad de inconvenientes y disfuncionalidades al interferir con otros sistemas urbanos, impedir los desplazamientos de personas y bienes, o el uso de terrenos y espacios urbanos con otros fines. Excepcionalmente también producen inconvenientes mayores que se traducen en pérdidas materiales, enfermedades, e incluso riesgos a la vida de las personas. Si el problema no es adecuadamente resuelto puede ser parte importante del deterioro de la calidad de vida en el sector afectado. Estas aguas pueden provenir de precipitaciones sobre el mismo sector en cuestión, o del escurrimiento generado en otros sectores aledaños, o también del desborde de cauces naturales, ríos, esteros y quebradas, o de cauces artificiales como canales de regadío u otro tipo de conducciones. También pueden ser provocados por descargas de acuíferos de agua subterránea que afloran en el lugar, o elevaciones extraordinarias del nivel del mar en sectores litorales. 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 la solución de los problemas generados por las aguas lluvias en sectores urbanos intervienen diferentes entidades e instituciones. Además de los responsables mismos de la urbanización, sea ésta una empresa privada o una institución pública, la Municipalidad respectiva participa aprobando los planos y otorgando permisos específicos de construcción de acuerdo a los planes reguladores comunales. Al Ministerio de la Vivienda y Urbanismo le cabe la responsabilidad de aprobar estos planes reguladores comunales y elaborar planes intercomunales que consideran aspectos regionales, además de llevar un control y aprobar los proyectos de pavimentación. Por otra parte al Ministerio


1. INTRODUCCIÓN

de Obras Públicas le corresponde un cuidado y control relacionado con los cauces naturales y obras hidráulicas de importancia incluyendo obras de defensa fluvial. 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.


1.3. CONTENIDO DE LA GUÍA

Esta Guía se orienta a proponer obras alternativas para la solución de los problemas generados por las aguas lluvias en sectores urbanos, basadas en la disposición local de los excesos de escorrentía generados por la urbanización. Los mecanismos de solución son la infiltración y el almacenamiento temporal.

En la parte inicial del texto se el problema abordado y el contenido del texto, considerando en un segundo capítulo aspectos generales del drenaje urbano, las ventajas e inconvenientes de recurrir a este tipo de soluciones, la tipificación de ellas en un contexto general y las oportunidades que se visualizan para el uso de estas obras con fines múltiples.

A continuación se estudian las condiciones que permiten adoptar estas soluciones en todo el territorio nacional, describiendo los aspectos relacionados con el clima, las precipitaciones, los suelos y las condiciones especiales que es necesario observar para proceder al dimensionamiento de las obras de manera que respondan a las particularidades de cada región.

La parte principal de la Guía está dedicada al diseño de este tipo de obras, considerando una descripción genérica de cada una de ellas, las ventajas e inconvenientes que plantea su uso, los procedimientos de diseño, los aspectos a considerar para realizar un análisis de factibilidad, el dimensionamiento de la obra desde el punto de vista de su funcionamiento hidráulico, los detalles necesarios para completarla, aspectos constructivos y de mantención que debieran tenerse en cuenta al momento de realizar el proyecto. También se incluye un ejemplo que desarrolla todo lo anterior para un caso real y para el cual se presentan memoria de cálculo, planos, cubicación y presupuesto.

El diseño de las obras considera la desconexión de áreas impermeables, obras de infiltración, de almacenamiento y anexas. Entre las de infiltración se incluyen estanques, zanjas y pozos de infiltración, pavimentos poroso y celulares. Como obras de almacenamiento se presentan estanques y lagunas de retención. Finalmente se sugieren una serie de obras anexas especiales, como son las franjas filtrantes, zanjas con vegetación, canales para drenaje urbano de pasto y con vegetación en el fondo, caídas y disipadores de energía especiales, sedimentadores y cámaras de inspección.

Además del diseño de las obras propiamente tales en la parte central se aborda el tema de la selección de las obras más adecuadas en función de las condiciones del lugar, y su uso en urbanizaciones consolidadas y nuevas.


2 DRENAJE URBANO DE AGUAS LLUVIAS

También se indica la forma en que deben presentarse los proyectos de estas obras alternativas para el drenaje urbano.

Posteriormente se incluyen temas relacionados con la construcción y mantención de este tipo de obras. Se proponen algunos aspectos específicos en forma de Especificaciones Técnicas Generales, poniendo énfasis en temas particulares que pueden hacer estas obras diferentes a otras típicas de infraestructura urbana. La mantención de ellas durante la vida útil es un tema delicado y para el cual se proponen algunas ideas. El material de estos capítulos es complementario al presentado en la parte de diseño, y está orientado para las fases constructivas y de mantención posterior. Sin embargo es necesario que el proyectista esté consciente que el éxito definitivo de la obras dependerá en gran medida de considerar adecuadamente en el diseño los aspectos constructivos y de mantención.

Finalmente se han incorporado a modo de anexos varios temas que son importantes pero no necesariamente forman parte del cuerpo principal de la Guía. Entre ellos se destacan algunos consideraciones legales, otras urbanas, modelos hidrológicos específicos que pueden ser de utilidad, un detallado glosario de términos empleados en la Guía, una amplia gama de referencias, sistemas de unidades y coeficientes de rugosidad.

Esta Guía presenta de manera resumida los principales aspectos de un estudio más amplio que incluye numerosos detalles que ha sido necesario dejar de lado al momento de prepara el texto definitivo. Estas materias pueden consultarse en los volúmenes del Estudio “Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos”, disponible en las oficinas y centros de documentación del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo.


2 DRENAJE URBANO DE AGUAS LLUVIAS

1.4. RESPONSABILIDADES

La aplicación de las materias contenidas en esta Guía a casos concretos con fines de diseño no reemplaza el conocimiento ni la experiencia del especialista, quien debe conciliar los términos presentados en este volumen con las particularidades del problema a resolver, de acuerdo con su criterio profesional.

El proyectista será el exclusivo responsable de su trabajo, no pudiendo eximirse de esta responsabilidad aduciendo el uso literal de las recomendaciones expuestas en este texto.


Capítulo 2 DRENAJE URBANO

DE AGUAS LLUVIAS


2.1. GESTIÓN DEL DRENAJE URBANO

Las acciones que se desarrollan para enfrentar los problemas de drenaje de las aguas lluvias en los sectores urbanos requieren una gran coherencia y continuidad debido a la intervención de múltiples agentes y a la interacción que presentan las acciones que se pueden plantear. El propio escurrimiento de las aguas sobre la superficie urbana hace que en cada sector se sufran las consecuencias de lo que ocurre aguas arriba, y genere a su vez obligaciones y efectos hacia aguas abajo. Parece importante entonces establecer ciertas normas mínimas para compatibilizar los diferentes desarrollos dentro de un esquema general coherente.

Un plan de gestión de aguas lluvias en sectores urbanos debieran considerar los siguientes aspectos básicos:

La definición de un sistema de drenaje general que considere los cauces naturales y la forma en que ellos se incorporan en la urbanización así como la materialización de un sistema de drenaje artificial, o de colectores de aguas lluvias urbanos que complemente la red natural.

La obligación de respetar el sistema de drenaje natural incluso en sus etapas iniciales, estableciendo para cualquier sector que se urbaniza claramente la forma en que se drenan los excesos en caso de ocurrir, hasta llegar a los cauces naturales o artificiales establecidos.

El compromiso para cualquier sector que se urbanice de no generar mayores volúmenes de escorrentía ni mayores caudales máximos que los que se generaban en el sector previamente a la urbanización.

Para lograr este último aspecto es necesario recurrir a técnicas alternativas y complementarias del tipo de las que se proponen en esta guía. A continuación se presentan los detalles de este plan, considerando los enfoques y criterios generales, una tipificación de las obras que pueden formar parte de este plan general, las ventajas e inconvenientes que pueden aparecer en su materialización, los efectos que se persiguen con las acciones propuestas, y comentarios para conseguir una participación eficiente en obras de uso múltiple.

Entre los problemas que genera la urbanización en relación a las aguas lluvias se destacan el incremento del volumen de escorrentía y el aumento de los caudales máximos a evacuar debido a la impermeabilización del suelo. La solución tradicional basada exclusivamente en redes de colectores de aguas lluvias


2. DRENAJE URBANO DE AGUAS LLUVIAS

incrementa ambos fenómenos. Además, debido a que los colectores deben proporcionar un estándar de protección adecuado, su diseño es tal que su funcionamiento a plena capacidad en condiciones de diseño es eventual, encareciendo la solución de los problemas generados por las aguas lluvias en las zonas urbanas. En casos en que las áreas urbanas se expanden hacia aguas arriba de los sectores que ya cuentan con un sistema de drenaje, estos van quedando obsoletos o son incapaces de operar con los mayores caudales que se generan en las nuevas zonas impermeabilizadas por la expansión de la urbanización. Así hoy en día se admite que la reducción de los volúmenes necesarios a evacuar por las redes de drenaje y su redistribución temporal presenta numerosas ventajas.

Para ello se recomienda utilizar como criterio de diseño general el que una vez urbanizado un sector debieran generarse volúmenes y gastos máximos de las crecidas de aguas lluvias similares a los que ocurren previos a la urbanización. Ello supone recuperar la capacidad de infiltración y la de amortiguación de crecidas que el sector tenía antes de ser urbanizado, haciéndose cargo de las consecuencias de la impermeabilización del terreno.

El problema de las aguas lluvias en zonas urbanas tradicionalmente se ha enfrentado de manera de drenar y evacuar rápidamente los posible excesos conduciéndolos mediante redes de colectores hacia el cauce natural más cercano. Recientemente se han planteado algunas observaciones ambientales a este esquema debido a los impactos que esta práctica produce en el sistema natural de drenaje hacia aguas abajo de los lugares de descarga, fundamentalmente en relación al incremento de los riesgos de inundación y el aumento de erosión y sedimentación en los cauces. Adicionalmente también se cuestiona que el enfoque tradicional afecta el balance hídrico natural, causa efectos de choque por la descarga concentrada de contaminantes, o contribuye al mal funcionamiento de unidades de tratamiento en el caso de sistemas que reciben flujos contaminados de aguas servidas y aguas lluvias. En respuesta a estos problemas algunas comunidades han propuesto un tratamiento distinto basado en la disposición local, más cerca de las fuentes de las aguas lluvias. Eso se logra infiltrando total o parcialmente las aguas lluvias, o almacenándolas para evacuarlas con posterioridad a las tormentas de manera de disminuir el volumen y los gastos máximos durante las tormentas. En el ambiente técnico este esquema se conoce como de control en la fuente. En este estudio se proponen obras orientadas a favorecer esta forma de enfrentar el problema.

2.2. TIPIFICACIÓN DE SOLUCIONES ALTERNATIVAS

Las soluciones alternativas a la evacuación directa ponen en juego almacenamiento temporales para restituir los volúmenes con gastos menores una vez que pasan los períodos críticos, o mediante la disminución de los volúmenes de escurrimiento por medio de la infiltración en el suelo. 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. Para presentarlas de manera ordenada y sistemática, se clasifican de acuerdo a la forma en que actúan sobre el escurrimiento, ya sea mediante almacenamiento o infiltración o una combinación de ellos. En ambos tipos de soluciones se puede optar por alternativas que actúan de manera más o menos difusa o por otras que lo hacen claramente localizadas.

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. Normalmente existen oportunidades en el diseño de la urbanización de un lugar para aumentar los tiempos y el largo de la trayectoria de los flujos hacia la red de drenaje. Por ejemplo las superficies de los terrenos públicos pueden ser emparejadas, lo que permite aumentar los tiempos de traslado del agua, reduciendo los caudales máximos y permitiendo que parte del agua infiltre, al tiempo que reduce la erosión del suelo. La creatividad, junto al uso de tecnologías adecuadas, puede ayudar a conseguir un buen drenaje, condiciones estéticas y del paisaje mejoradas, control de la erosión, al mismo tiempo que se logran costos de construcción, operación y mantenimiento menores. Entre estos se consideran:

Sobre techos, tejados y terrazas. En general de extensiones importantes como es el caso de grandes almacenes, industrias y



edificios institucionales. Los elementos en general tiene poca intervención del público. Los aspectos de diseño relevantes tienen que ver con la pendiente de las superficies, los elementos de evacuación y su ubicación en relación al sector. Pueden presentar problemas de filtraciones y aumento de las exigencias estructurales. Resultan ventajosos en techos que ya han sido diseñados para soportar nieve.

En estacionamientos, veredas, paseos, parques y similares. Normalmente se trata de lugares de uso público, por lo tanto requieren un diseño más cuidadoso y la consideración del efecto sobre los usuarios. En estos casos la detención de las aguas lluvias también se logra aumentando la rugosidad de las superficies, disminuyendo su pendiente o reduciendo la cantidad de elementos de conducción como cunetas y canaletas. El agua retenida puede formar charcos que eventualmente se evaporan o infiltran. Por otra parte las superficies planas pueden provocar un drenaje deficiente y generar problemas de humedad y suciedad o reducir la vida útil de los pavimentos y aumentar los costos de mantención. En muchos casos resulta más fácil aumentar la rugosidad de las áreas verdes mediante plantas, ondulaciones del terreno o pastos adecuados. Las áreas de estacionamientos pueden combinarse con superficies verdes para reducir la velocidad del flujo.

Almacenamientos localizados. El volumen unitario es alto. Se trata de obras diseñadas con el propósito especial de almacenar volúmenes importantes de agua. Se pueden encontrar sobre la superficie del terreno o bajo ella. En general se trata de lugares especialmente seleccionados para acumular el agua, la cual es conducida hacia ellos desde sectores relativamente amplios. Los aspectos estéticos y de calidad del agua almacenada pueden ser importantes para una operación correcta. Entre estos se consideran:

Lagunas y estanques de retención. Normalmente el público considera que la función de retención de aguas lluvias es secundaria, dándole más importancia a los aspectos paisajísticos y recreacionales. Pueden ser estanques normalmente secos o lagunas con agua en forma permanente. En este último caso sólo la parte superior se emplea para la regulación de crecidas de aguas lluvias. Requieren una alimentación continua de agua para asegurar que mantienen un nivel mínimo permanente, el que puede provenir de lluvias continuas, de pequeños cauces naturales de la zona o del agua subterránea. En el caso de estanques normalmente secos en general se dispone de un pequeño canal en la parte inferior ocupándose la mayor parte del espacio de almacenamiento con fines recreacionales. Este tipo de elementos son


típicos de sistemas de aguas lluvias de muchas ciudades modernas, de manera que existe una amplia experiencia sobre su diseño y operación.

Canales de flujo controlado. Permiten el uso de canalizaciones artificiales o naturales existentes para el almacenamiento temporal de agua lluvia, mediante el empleo de elementos de control como compuertas automáticas, pequeñas barreras, o elementos similares.

b. Infiltración de aguas lluvias. Conduce a una disminución de los gastos máximos y de los volúmenes a evacuar. También se considera que disminuyen la carga de contaminantes que llega a los cauces superficiales al quedar retenidos en el suelo o atrapados al infiltrarse parte importante de ellos. La respuesta de estos dispositivos puede variar enormemente dependiendo del grado de saturación de los suelos involucrados. La capacidad del suelo para absorber aguas lluvias depende, entre otros factores, de la cubierta vegetal, el tipo y condiciones del suelo, las características del acuífero en el lugar y la calidad de las aguas lluvias. Los dispositivos de este tipo también pueden clasificarse como concentrados o difusos.

Infiltración difusa en veredas, calles, jardines, parques, estacionamientos y terrenos de uso público. Se consideran los lechos de infiltración de todo tipo, incluyendo el caso más simple que consiste en hacer escurrir el agua sobre una superficie permeable cubierta de vegetación. También pueden incluirse los llamados estanques de infiltración que corresponden a zonas más extensas que las anteriores en las cuales se espera una infiltración difusa importante. Las condiciones de diseño se concentran en la preparación de las capas superficiales y de base que permitan la infiltración de aguas lluvias a través de las capas superficiales o de pavimentos porosos. En algunos casos en que la infiltración y percolación es muy lenta se pueden agregar drenes subterráneos, pozos o zanjas.

Zanjas de infiltración bajo veredas, calles o lugares de uso públicos. Hacia estas zanjas se dirige parte importante del escurrimiento local y en ellas se intenta su infiltración concentrada. Estas zanjas de infiltración pueden considerar tubos o no y pueden incluir cámaras o no. Constituyen un sistema de drenaje semisubterráneo o subterráneo local cuyo rebase puede pasar a formar parte del escurrimiento superficial o estar conectado a un sistema de aguas lluvias tradicional. La alimentación de estos sistemas con aguas limpias que provienen de techos o superficies pavimentadas puede mejorar las condiciones de mantención y evitar la necesidad de interponer elementos de decantación de material particulado que puede colmatar los filtros.


Pozos de infiltración y pozos de inyección. Se produce una infiltración concentrada con fines específicos de recarga de napas subterráneas. En algunos casos de pozos de inyección pueden considerarse elementos mecánicos de impulsión. En la mayoría de estos casos debe contarse con agua de muy buena calidad o se requieren elementos de adecuación intermedios.

c. 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. Un ejemplo claro de este tipo de obras es una combinación de estanques de almacenamiento con pozo de infiltración. En este caso el estanque tiene por objeto adecuar el agua recibida a la capacidad de infiltración de los pozos y sirve como elemento de retención temporal. Normalmente los pozos de infiltración presentan esta combinación para reducir sus dimensiones.

d. Desconexión de áreas impermeables. 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. Como resultado de ello el agua lluvia debe recorrer caminos más prolongados antes de llegar a los sumideros o a la red de drenaje. 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. Puede aplicarse fácilmente no sólo a nuevas urbanizaciones sino también en zonas consolidadas. Un ejemplo típico de este tipo de acciones es no conectar los desagües de los techos directamente a la red de drenaje, sino por ejemplo hacia los jardines interiores.

2.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES

Entre las ventajas que se aprecian en la utilización de medidas alternativas y complementarias destinadas a abordar el problema de las aguas lluvias en el mismo sector en que ellas se producen se pueden mencionar las siguientes:

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. Esto es especialmente importante en zonas urbanas con pendientes pronunciadas.

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.

También deben mencionarse algunos inconvenientes, o desventajas, que pueden presentar estos sistemas. Ello conduce a que para cada comunidad en particular deban analizarse las ventajas e inconvenientes con el objeto de decidir la mejor forma de enfrentar el problema de las aguas lluvias. Los argumentos contra este tipo de facilidades consideran los siguientes:



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. En sectores netamente residenciales, como ocurre en las llamadas comunas dormitorio, el tratamiento local de las aguas lluvias puede requerir soluciones individuales a nivel de cada vivienda.

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.

2.4. EFECTOS DE LA DISPOSICIÓN LOCAL

Las condiciones locales y los aspectos específicos de cada lugar señalan y orientan la selección del tipo más adecuado de soluciones alternativas. A continuación se muestra de manera genérica la forma en que este tipo de soluciones actúa y como afectan al escurrimiento de aguas lluvias generado en el lugar. La selección de un tipo de solución en particular dependerá de los objetivos que se persigan disponiéndose de alternativas que en términos prácticos cubren todas las posibilidades de intervención que pueden requerirse.

La respuesta de un sector urbanizado a una tormenta de aguas lluvias de corta duración consiste en un flujo superficial que crece de manera brusca hasta un máximo para disminuir paulatinamente una vez terminada la tormenta. Un diagrama de los caudales generados a la salida del sector en función del tiempo se conoce como hidrograma de la crecida. El efecto de cada tipo de solución se puede apreciar en la forma en que afectan el comportamiento de este hidrograma. Para ello se definen cuatro enfoques conceptuales de acuerdo a lo que se ilustra en el gráfico de la Figura 2.4.1 y cuyos tipos se describen a continuación.

El efecto de los sistemas de disposición local se refleja en la red de drenaje que evacúa el agua lluvia de un sector urbano, en el sentido de que la parte del hidrograma que no se dispone localmente debe continuar hacia aguas abajo por la red de colectores urbanos, sean estos naturales o artificiales. La red de drenaje debe entenderse en sentido genérico, de manera que con ella se refiere no solo a un sistema de red de alcantarillado de aguas lluvias formal, sino también a los cauces urbanos, naturales, calles, y demás elementos que colectan y conducen las aguas lluvias hacia el sistema de drenaje natural. En Chile actualmente la mayor parte de las zonas urbanas no disponen de un sistema de alcantarillado de aguas lluvias, de modo que el efecto de desarrollar solamente soluciones alternativas como las que se proponen en este estudio, en sectores ya desarrollados afecta principalmente a la forma en que se comportan los demás elementos del sistema colector, sean estos, las calles o demás cauces urbanos de todo tipo por los cuales escurren las aguas lluvias urbanas a falta de un sistema colector formal especialmente diseñando y acondicionado para ello.



Figura 2.4.1: Efecto sobre los hidrogramas de la tormenta de cada uno de los enfoques conceptuales para la disposición local. 1.- Parte que sigue hacia aguas abajo, 2.- Parte que es interceptada localmente.

Soluciones tipo A. En este caso sólo los caudales máximos son interceptados para ser tratados localmente, mientras los caudales menores son trasladados directamente hacia aguas abajo. Para ello el sistema de drenaje es diseñado para transportar flujos hasta una cierta capacidad y los excesos son retirados localmente fuera de la red para disponer de ellos en el lugar. La ventaja de este esquema es la reducción del sistema de transporte o de los colectores urbanos hacia aguas abajo. Por otra parte, la porción que es evacuada por la red es la normalmente más contaminada, mientras la menos contaminada es retirada.

Soluciones tipo B. La idea de este tipo de soluciones es retirar de la red de drenaje la primera fracción de la tormenta y disponer de ella localmente. Esto puede lograrse conduciendo toda la crecida generada por las aguas lluvias hacia una obra de intercepción hasta que se completa un determinado volumen, a partir del cual el resto pasa directamente hacia aguas abajo. La ventaja de este tipo de soluciones es que la parte inicial de la crecida es normalmente la que contiene mayor cantidad de carga contaminante, producto de la limpieza de las superficies, y se le puede dar un tratamiento local por infiltración, percolación, o sedimentación. El volumen de intercepción puede ser suficientemente grande como para retirar muchas, pero no necesariamente todas, las crecidas que se generan en un sector. El porcentaje de eventos lluviosos que son retirados totalmente dependen del volumen de almacenamiento de la obra y cómo este


volumen se compara con la distribución estadística de los volúmenes generados por las tormentas en el lugar.

Soluciones tipo C. En este tipo de soluciones las crecidas son retiradas del sistema de drenaje hasta un cierto caudal el cual si es excedido pasa hacia aguas abajo. Esto se logra retirando de la crecida un gasto mediante un dispositivo de capacidad limitada ( como una tubería de diámetro restringido o similar), cuando se supera la capacidad del dispositivo, o el volumen del elemento de intercepción, los caudales superiores pasan directamente a la red. Las ventajas de este tipo de soluciones son prácticamente idénticas a las mencionadas para el caso B precedente. Estas soluciones también interceptan completamente las tormentas menores, pero el porcentaje de eventos totalmente interceptados no depende sólo del volumen de los eventos sino también de su intensidad. Como resultado de ello no todas las tormentas pequeñas son completamente interceptadas, si sus intensidades son importantes, lo que ocurre con tormentas de corta duración pero intensas.

Soluciones tipo D. Este tipo de soluciones es quizás el que presenta menos alternativas prácticas. Se basa en interceptar la crecida después de que ha ocurrido o pasado su parte inicial. Estas soluciones pueden tener interés en sistemas sofisticados en los cuales se realiza un control en tiempo real de los caudales escurridos e interesa dejar espacio en las redes de drenaje para acomodar crecidas que se producen en lugares más distantes que llegan a los colectores después de que se inicia la tormenta. Puede lograrse si se vierte hacia obras de retención los caudales producidos localmente una vez que ha pasado hacia aguas abajo un determinado volumen. En este caso muchas tormentas menores pasan directamente a la red de drenaje.

Un análisis de las metas y objetivos de cada comunidad, así como restricciones impuestas por el sistema de drenaje general, o aspectos normativos o legales frente a cada situación en particular, permitirá establecer cual de los tipos de solución es el más adecuado.


2.5. OPORTUNIDADES DE COLABORACIÓN

Las obras alternativas y complementarias de sistemas de aguas lluvias urbanas requieren enfocar el ordenamiento del sector considerando las necesidades de espacio y la organización del terreno para la ubicación de estas obras y su operación posterior. Al justificar estas obras pueden considerarse sus usos alternativos como la ordenación del paisaje, recreación o manejo de las aguas lluvias como recurso. En muchas oportunidades el público en general visualiza estos usos agregados como más importantes que los objetivos que estas obras persiguen desde el punto de vista de las aguas lluvias. Estos usos alternativos si son previstos desde el inicio, junto a las primeras etapas de la concepción de las obras, pueden aportar interesantes oportunidades de cooperación para el financiamiento de construcción y mantención. El urbanizador interesado en estos desarrollos debe explorar las alternativas que se le presentan en cada caso particular para aumentar las posibilidades de éxito de este tipo de alternativas y minimizar las complicaciones que se presenten en la mantención y operación de las obras. A continuación se mencionan algunas indicaciones generales que pueden orientar la búsqueda de alternativas de colaboración.

Áreas verdes. La mayoría de las obras alternativas requieren disponer de espacios público abiertos en los cuales se emplazan este tipo de soluciones. Así ocurre con lagunas de detención, estanques de infiltración, estacionamientos y similares. Debe entonces aprovecharse todas las oportunidades en que exista interés por la formación de este tipo de espacios públicos para el desarrollo de soluciones alternativas en ellos, agregando este tipo de soluciones en zonas en las cuales el espacio haya ya sido destinado para parques, lugares comunes, estacionamientos y similares. Esto puede ser de interés para Municipalidades, instituciones públicas y privadas, campus universitarios, clubes deportivos, grandes almacenes, zonas de recreo en general, tanto públicas como privadas.

Recarga de acuíferos. La infiltración de aguas lluvias en el lugar en que ellas se generan puede llegar a ser una excelente alternativa para la recarga de acuíferos en zonas urbanas, lo que permite acumular agua que posteriormente es empleada por empresas de abasteciendo de agua potable o industrial. Para la construcción de este tipo de soluciones sería interesante buscar como socios en la construcción y mantención posterior de las obras de infiltración a los posteriores usuarios del agua embalsada en los acuíferos. Este tipo de empresas debieran considerar las obras alternativas de infiltración como propias utilizando tanto el agua disponible en las tormenta como el espacio urbano para el desarrollo de las obras como una colaboración en los objetivos de uso de los acuíferos. Esta colaboración puede provenir de empresas de agua potable, sanitarias, industriales, o instituciones del estado interesadas en la conservación de los recursos subterráneos.


Almacenamiento. Las lagunas de detención húmedas, es decir que contienen permanentemente al menos un volumen de agua, así como algunos sistemas de conducción de aguas lluvias superficiales pueden requerir agua durante épocas en que no se producen tormentas. En este caso es posible concebir sistemas de soluciones alternativas ligados a sistemas de riego de espacios menores urbanos o privados, en los cuales ambos pueden resultar beneficiados. El volumen de estas lagunas puede emplearse para almacenar agua para incendios, lavado de calles, o regadío. Las lagunas de retención pueden ser a su vez tranques de regulación de agua de riego en la temporada estival, complementándose ambos sistemas. El uso de infraestructura de riego para soluciones de aguas lluvias requiere especiales cuidados y no siempre resulta conveniente, aunque en algunas oportunidades puede resultar en mutuo beneficio.

Capítulo 3

MARCO GEOGRÁFICO


3.1. ASPECTOS HIDROLÓGICOS

Con el objeto de poder aplicar las soluciones alternativas y complementarias de aguas lluvias en sectores urbanos en todo el territorio nacional, y dadas las enormes diferencias que presentan los aspectos geográficos, será necesario adaptar las soluciones a las condiciones de cada caso particular. Para ello se entregan recomendaciones generales y un procedimiento de diseño y dimensionamiento de cada obra que considera las características propias de cada lugar. Estas diferencias están relacionadas fundamentalmente con aspectos climáticos, hidrológicos, geológicos y de suelos, así como de ordenación territorial y urbana. En este capítulo se presentan las características generales de interés que pueden condicionar tanto la elección del tipo de solución como el diseño de las mismas. Se incluyen recomendaciones de los aspectos que deben observarse, la forma en que puede conseguirse información en terreno o de laboratorio si es necesario, y las fuentes de antecedentes elaborados que facilitan una primera visión de las variables involucradas.

La revisión de los aspectos climatológicos pone énfasis en el comportamiento de las precipitaciones en el territorio nacional, ya que son ellas las que condicionan la operación de las obras que se propondrán en este estudio. Entre las características de interés están la cantidad total de agua caída, su distribución a lo largo del año, la cantidad de tormentas y su repartición en el territorio continental chileno, así como en las principales ciudades. En algunos casos es necesario referirse también al comportamiento de la evaporación, la que se considera en este capítulo. Se entrega una descripción de los aspectos de calidad de las aguas lluvias en condiciones urbanas típicas. Para el diseño de las obras se explican las denominadas lluvias de diseño y sus propiedades, y también el cálculo de escurrimientos en cuencas urbanas a partir de las propiedades del terreno y de las lluvias que los originan.


3.1.1. CLIMATOLOGÍA GENERAL

Chile presenta grandes diferencias climáticas que hacen que cualquier sistema de gestión de aguas lluvias urbanas aplicable en todo el territorio deba considerar la gran variación de las características de las precipitaciones, tanto en cantidad como en oportunidad. Ello conduce a que para cada caso particular deban estudiarse los antecedentes necesarios tanto para decidir el tipo de alternativa mas conveniente como para el diseño de los elementos que la conforman. A continuación se presenta una caracterización general del territorio de Chile continental con énfasis en aspectos relacionados con las aguas lluvias en zonas urbanas, incluyendo una descripción climática global, el comportamiento de las precipitaciones en las diferentes zonas, el comportamiento de la evaporación y aspectos básicos de la calidad de las aguas lluvias en zonas urbanas.

a. Zonas climáticas de Chile. Chile presenta, como consecuencia de su gran extensión territorial en su parte continental, una gran variedad de climas, lo que se manifiesta en marcadas diferencias respecto a la humedad, precipitaciones, temperaturas, vientos y otros factores del clima entre las diferentes zonas geográficas. El clima de esta parte continental está condicionado por la proximidad al Océano Pacífico y al Polo Sur, el efecto orográfico de la cordillera de Los Andes, la cordillera de la Costa y otros cordones montañosos, así como la circulación general de la atmósfera, con la marcada influencia del anticiclón de Pacífico y su posición. Desde el punto de vista climático se acostumbra considerar en Chile continental 6 zonas, como se ilustra en la Figura 3.1.1.1.

En el extremo norte se encuentra la región del desierto árido, también llamado Norte Grande, desde los 17 a los 27 grados de latitud sur. Está sometido a las influencias anticiclónicas cálidas permanentes que eliminan casi todas las posibilidades de recibir efectos de frentes polares. En el sector costero y central prácticamente no se registran precipitaciones y la humedad es muy baja. Esporádicamente ingresan a la zona costera y central algunos frentes de mal tiempo que pueden provocar lluvias de consideración, que por lo inesperadas causan daños importantes. Sin embargo en su parte oriental, formada por una meseta alta recibe lluvias paramazónicas de verano y acumulación de nieve en las altas cumbres. Esto permite que en el sector altiplánico se acumulen promedios anuales de precipitación del orden de 200 mm, con una gran variación interanual.

4 Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos

3. MARCO GEOGRÁFICO

Figura 3.1.1.1: Zonas climáticas en Chile continental. 1a.- Desierto árido, 1b.- Árido altiplánico, 2.- Semiárido, 3.- Mediterráneo, 4a.- Templado húmedo, 4b.- Templado húmedo oceánico, 5a.- Frío oceánico, 5b.- Frío patagónico.

La zona de clima semiárido va desde Copiapó hasta el río Aconcagua. Esta es una zona de transición climática, en la cual se comienza a recibir lluvias de invierno aunque presentan una gran irregularidad, mientras en los sectores altiplánicos persisten algunos efectos del invierno boliviano. La irregularidad pluviométrica y la ocurrencia de años secos y otros relativamente muy húmedos, permite el crecimiento de una vegetación de desarrollo irregular y en permanente estado de lucha por sobrevivir. En un año seco las condiciones son semejantes a las de Norte Grande, mientras en un año húmedo ellas se parecen a la región Mediterránea que se ubica al sur.

Entre el río Aconcagua y el Imperial se desarrolla una zona de carácter templado y clima mediterráneo. Las lluvias se concentran en la estación fría de invierno, mientras la estación cálida es de carácter seco. Persiste una irregularidad pluviométrica que se aminora de norte a sur, pero presenta grandes variaciones interanuales. Las lluvias son preferentemente de carácter frontal modificadas por efectos del relieve y condiciones locales.


Al sur del río Imperial hasta el golfo de Reloncaví, es decir aproximadamente entre las ciudades de Temuco por el norte y Puerto Montt por el sur, el clima es del tipo templado húmedo. En esta zona hay una reducción del periodo seco con un aumento de precipitaciones, causado por las perturbaciones frontales que provocan constantes periodos de lluvias, que solo reducen su frecuencia en el verano.

Entre el canal de Chacao y el río Cisnes se considera un clima templado húmedo frío. Aquí las precipitaciones son constantes e importantes. Más al sur la región se divide climáticamente de norte a sur en la vertiente del Pacífico, con un clima muy frío y alta pluviosidad, con promedios anuales que superan los 3.000 mm, y una zona en la vertiente occidental, al oriente de las altas cumbres, con una marcada menor pluviosidad llegando en el sur de Magallanes a tener precipitaciones anuales del orden de 300 mm.

b. Comportamiento de la precipitación. La cantidad total de precipitación en cada zona del territorio nacional es fuertemente dependiente de las zonas climáticas. En la Figura 3.1.1.2 se presenta un plano general de isoyetas de Chile continental, que muestran las precipitaciones medias anuales. Se aprecia un incremento importante de la precipitación con la latitud. En el extremo norte son prácticamente nulas, para aumentar desde unos 50 mm por año en Copiapó hasta más de 3.000 mm en la boca del Estrecho de Magallanes al Pacífico. Además existe una gran variación a lo ancho desde la costa hasta el límite occidental. En el extremo norte las precipitaciones son nulas en la costa y en la zona intermedia mientras llegan a 300 mm anuales en el altiplano. En la zona central crecen con la altura, siendo este aumento más marcado al norte que al sur de esta zona. En el extremo austral la vertiente del Pacífico presenta una marcada mayor pluviosidad que la vertiente occidental. Un mayor detalle a nivel espacial de la distribución de las lluvias anuales en el territorio de Chile, a escala 1/500.000, puede encontrarse en publicaciones como el Balance Hídrico de Chile editado por la Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas. En la Figura 3.1.1.3 se muestra una parte de esta publicación correspondiente a un sector de la VIII Región.


Figura 3.1.1.2: Precipitación en Chile, isoyetas medias anuales, en mm.

Figura 3.1.1.3: Detalle de la distribución de precipitación media anual según el

Balance Hídrico de Chile, (D.G.A. 1987).


Tabla 3.1.1.1: Precipitación Promedio (P.P.) anual en algunas ciudades. Zona Climática Ciudad P.P. anual Días con Agua caída por Región mm/año lluvia* día de lluvia m.m.** Desierto Árido I. Tarapacá Arica 1 0 4 Iquique 1 0 4 II.Antofagasta Antofagasta 5 1 6 Calama 4 1 4 S. Pedro de Atacama 28 6 3 Semiárida II. Copiapóo Copiapó 10 2 9 Vallenar 31 4 11 IV.Coquimbo La Serena 84 9 10 Ovalle 114 10 13 Illapel 177 17 14 V. Valparaíso Valparaíso 389 28 13 Los Andes 261 23 12 San Antonio 494 29 13 Mediterránea R.Metropolitana Santiago 300 28 12 VI. O'Higgins Rancagua(Rengo) 406 37 14 VII.Maule Talca(San Luis) 647 49 14 Curicó 717 47 15 Linares 895 57 16 Constitución 755 59 15 VIII. Bío Bío Concepción 1162 74 15 Chillán 1080 69 15 IX. Araucanía Temuco 1217 127 10 Templada Húmeda X. de los Lagos Pto. Montt 1911 181 10 Valdivia 2307 154 13 Ancud 2965 250 10 Templada H. Oceánica Castro 1886 203 11 XI.Gral. Carlos Pto. Cisnes 3939 245 19 Ibañez Coyhaique 1190 121 9 Pto. Aysén 2803 212 14 Fría H. Oceánica Chile Chico 355 43 8 XII.Magallanes Pta. Arenas 423 81 6 Pto. Williams 575 104 5

* en promedio, fuente: D.M.Ch ** en promedio, fuente: B.H.Ch.( D.G.A)


La Tabla 3.1.1.1 indica los valores medios anuales de precipitación en algunas ciudades de Chile, en la cual se puede apreciar la gran variabilidad de condiciones climáticas que se presentan.

Por otra parte la precipitación anual se distribuye al interior de cada año de manera diferente. Así por ejemplo en las zonas del centro y el norte se concentra preferentemente en algunos meses del invierno, mientras al sur se distribuye mas regularmente. Esto se puede apreciar en la Figura 3.1.1.4 en la que se muestran los valores de precipitación media mensual en algunas localidades.

Otro antecedente interesante para el diseño de sistemas de aguas lluvias urbanas es la cantidad de tormentas que se producen en el año en una ciudad. Esta información permite tener una idea de la ocupación efectiva de estos sistemas, así como su carga de trabajo. Esta variable presenta una marcada variabilidad a lo largo del territorio. Así por ejemplo en las ciudades costeras del extremo norte, se presenta una tormenta con lluvias significativas cada 10 ó 20 años. Mientras en otras localidades del extremo sur llueve prácticamente todos los días. En la Tabla 3.1.1.1 se ha agregado el promedio de la cantidad de días con lluvias significativas por año en varias ciudades de Chile. Demás está advertir que estas cantidades se distribuyen de manera no uniforme en cada año, más bien habitualmente se concentran en los meses del invierno.

El promedio de cantidad de precipitación que aporta cada tormenta es sin embargo una variable más estable espacialmente, de manera que cuando llueve las diferencias entre la cantidad de agua caída es menor a lo largo del territorio. El valor promedio de la precipitación que se registra en cada día con lluvia para varias ciudades también se incluye en la Tabla mencionada. Este último valor corresponde a dividir la precipitación media anual en un lugar por el promedio de días con lluvia significativa. Para lugares donde esta información no esta disponible, es posible estimarlo en base a los registros pluviométricos diarios de las estaciones cercanas al lugar de interés, pertenecientes a las redes de la DGA o de la DMCh.

La información sobre precipitaciones anuales, mensuales y diarias puede conseguirse fácilmente en las instituciones que operan redes de estaciones pluviométricas en Chile. La Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas mantiene una red de cobertura nacional con respaldo de la información en el Banco Nacional de Aguas. En ella se puede obtener información tanto sobre la ubicación de las estaciones como sobre los datos históricos registrados. La Oficina Meteorológica de Chile, dependiente de la Fuerza Aérea controla otra red de cobertura nacional. Los datos de esta red


pueden conseguirse en los Boletines Meteorológicos de Chile, que incluye información sobre las principales estaciones.

San Pedro de Atacama

050

100150200250300350400450

E F M A M J J A S O N D

Mes

m

La Serena

050

100150200250300350400450


Mes

m

Santiago

050

100150200250300350400450


Mes

m

Concepción

050

100150200250300350400450


Mes

m

Valdivia

050

100150200250300350400450


Mes

m

Puerto Aysen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450


Mes

m

Punta Arenas

050

100150200250300350400450


Mes

m

Talca

050

100150200250300350400450


Mes

m

Figura 3.1.1.4.: Comparación gráfica de la precipitación media mensual en algunas ciudades.


c. Comportamiento de la evaporación. La evaporación es otro factor que puede afectar la selección del tipo de obras a realizar, fundamentalmente en relación a las que acumulan aguas lluvias en superficie retardando su flujo. La evaporación consiste en el retorno de agua desde la superficie de la tierra a la atmósfera acompañada de un cambio de fase, es decir transformada en vapor. Se produce desde superficies con líquido o cuerpos con altos contenidos de humedad, preferentemente desde la vegetación que emplea un mecanismo de evapotranspiración como parte de su sistema para obtener los elementos básicos. El poder evaporante de la atmósfera depende de la temperatura y humedad ambiente, la radiación solar, el viento y otras condiciones locales.

Existe una diferencia entre la evaporación potencial, o capacidad de la atmósfera para evaporar agua, y la evapotranspiración real, o el agua que pasa a la atmósfera desde las superficies húmedas y las plantas, ya que esta última depende además de la disponibilidad de agua para ser evaporada. Es por ello que lo que se mide a nivel regional es la evaporación potencial, disponiendo para ello de tanques evaporimétricos normalizados que permanecen llenos de agua y en los cuales se mide la evaporación como la diferencia del agua disponible entre dos medidas consecutivas. Esta medida normalmente se incluye en algunas estaciones meteorológicas, cuya red cubre razonablemente el territorio continental. Datos sobre ellos pueden conseguirse en la Dirección General de Aguas y en la Oficina Meteorológica de Chile.

Figura 3.1.1.5: Detalle de las isolíneas de evaporación según el Balance Hídrico de Chile (D.G.A. 1987).


Tabla 3.1.1.2: Evaporación potencial anual promedio en algunas ciudades. (B.H.Ch., D.G.A. 1987)

Zona Climática Región Ciudad mm/año Desierto Árido I. Tarapacá Arica (Azapa) 2190 Iquique* 2000 II.Antofagasta Antofagasta 2069 Calama 3787 San Pedro de Atacama 3189 Semiárida III. Copiapó Copiapó* 2500 Vallenar 2009 IV.Coquimbo La Serena 1129 Ovalle 1726 Illapel 1449 V. Valparaíso Valp. (L. Peñuelas) 1134 Los Andes (Vilcuya) 1209 San Antonio* 1400 Mediterránea R.Metropolitana Santiago 1241 VI. de B. O'Higgins Rancagua 1214 VII.Maule Talca* 1500 Curicó 1436 Linares 1236 Constitución* 1300 VIII. Bio Bio Concepción* 1250 Chillán* 1500 IX. Araucania Temuco* 1000 Templada Húmeda X. de los Lagos Pto. Montt 806 Valdivia* 850 Ancud* 800 Templada H. Oceánica Castro* 800 XI.Gral. Carlos Pto. Cisnes* 1000 Ibañez Coyhaique* 1200 Pto. Aysén* 1000 Fría H. Oceánica Chile Chico 1636 XII.Magallanes Pta. Arenas 657 Pto. Williams* 600

Fuente: B. H. Ch (D.G.A) * Aproximado de los Mapas de Isolíneas.


Se cuenta con varias estimaciones del comportamiento de la evaporación potencial en el territorio nacional. Una de ellas es la del Balance Hídrico de Chile de la D.G.A., en el cual se han graficado curvas de igual valor de evaporación. Un ejemplo de estos mapas se presenta en la Figura 3.1.1.5. Una idea del comportamiento de esta variable puede apreciarse de los valores de evaporación media anual registrada en algunas estaciones seleccionadas que se muestra en la Tabla 3.1.1.2.

d. Calidad de las aguas lluvias. Las aguas lluvias de sectores urbanos presentan una polución relativamente importante. Descargarlas en los escurrimientos superficiales o infiltrarlas en el suelo sin tomar precauciones puede contribuir a la degradación del medio natural. En este acápite se analizan las fuentes que producen los contaminantes y se dan algunas cifras del contenido de ellos en las aguas lluvias. En Chile no existen mediciones de contaminantes de las aguas lluvias en las ciudades o sectores urbanos, de manera que los valores que se indican a continuación han sido obtenidos de estudios en ciudades importantes en otros países y por lo tanto deben tomarse solo como referencia.

Producción de contaminantes. Los contaminantes se depositan en los sectores urbanos durante los período de tiempo seco y son arrastrados y transportados por las lluvias. Se pueden distinguir diversos orígenes de estos contaminantes:

Vehículos: Hidrocarburos (aceite, bencina), plomo (bencina), caucho

(neumático), zinc, cadmio, cobre, titanio, cromo, aluminio (desgaste de piezas metálicas).

Industriales: plomo, cadmio, zinc. Animales: materias orgánicas, colonias bacterianas o virales. Desechos sólidos: materias orgánicas, plásticas, metales diversos. Vegetación: materias carbonatadas. Natural-mineral: erosión de suelos, emisión volcánica.

Factores que afectan la acumulación. La acumulación de contaminantes sobre la superficie de sectores urbanos depende de diversos factores tales como la ocupación del suelo, la forma y frecuencia de limpieza de las calles, la duración del período de tiempos secos entre precipitaciones y otros factores secundarios como la rugosidad de las superficies, ubicación geográfica, importancia del tráfico, viento, neblina, etc.

Transporte de contaminantes en las aguas lluvias urbanas. El transporte y arrastre de contaminantes en las aguas lluvias urbanas depende de diversos factores tales como las características de las lluvias, es decir aspectos como su duración, altura de agua caída, intensidad media o máxima en un periodo de tiempo dado; las de la escorrentía superficial por las superficies urbanas como


es la duración, volumen, caudal medio o máximo; y otros factores secundarios como son la rugosidad de los revestimientos en superficies, la granulometría de los depósitos, el coeficiente de impermeabilización, la topografía.

Materias en Suspensión (MES). Se ha encontrado que las materias en suspensión son los vectores dominantes de la contaminación de las aguas lluvias. Se estima que el 90% del plomo está adherido a las MES. Las materias en suspensión están formadas principalmente por minerales y las materias orgánicas (como los hidrocarburos) sólo representan el 20%. Los nitritos, nitratos y fosfatos se encuentran por lo general bajo forma disuelta.

En un estudio sobre 3 sitios diferentes de ciudades francesas (Azzout et al., 1994) se ha encontrado los porcentajes de adherencia a la MES de diferentes contaminantes que se indican en la siguiente Tabla 3.1.1.3.

Tabla 3.1.1.3: Adherencia de contaminantes a la MES en %.

Contaminante % DBO2, Demanda Bioquímica de Oxígeno 83 - 92 DQO, Demanda Química de Oxígeno 83 - 95 NTK, Nitratos 48 - 82 Hc, Hidrocarburos 82 - 99 Pb, Plomo 95 - 99

Partículas finas. Se ha encontrado que las partículas finas con dimensiones inferiores a 100 µm poseen la mayor proporción de contaminantes (> 50% para la DQO, DBO5, plomo).

Materias sólidas. Las materias sólidas presentan una buena sedimentación. Un estudio (Chebbo, 1992) ha mostrado que la masa anual de materias sólidas en suspensión arrastradas por las aguas lluvias en sectores urbanos depende de la capacidad de almacenamiento existente en el sector, de manera que disminuye a medida que se incrementa el volumen de almacenamiento. Para lograr cantidades aceptablemente pequeñas de material en suspensión generado en un sector urbano, se requieren volúmenes de almacenamiento de aguas lluvias del orden de 50m3 por hectárea impermeable y de hasta 200 m3 por hectárea para episodios lluviosos críticos. Generalmente, se considera que las aguas que escurren sobre los techos son menos contaminantes que las que escurren por las calles. Sin embargo, del 15 al 25% de la contaminación contenida en las aguas lluvias provienen de la contaminación del agua de lluvias que atraviesa una atmósfera contaminada. Por otro lado, los materiales que constituyen los techos pueden engendrar concentraciones más elevadas de metales a causa de la corrosión.


Metales pesados. En la Tabla 3.1.1.4 se presentan las concentraciones típicas de metales pesados y su origen según Balmer P. y Malmquist (1984).

Tabla 3.1.1.4: Concentración y origen de metales pesados.

Elementos Contenido medio Origen Fase en aguas lluvias mg/l Plomo 0,1 a 0,8 Bencina 15% Sólidos en Industria 35% suspensión Lluvias 50% Cadmio Variable Industria 45% Lluvia 30% Desgaste neumático 35% Zinc 0,3 a 0,8 Industria 35% Disuelto (en Lluvia 30% partículas) para el Neumáticos zinc proveniente Basura de lluvias Cobre 0,002 a 0,2 Techos Disuelto (50%) neumáticos particulado

Otros Contaminantes. Para otros contaminantes como MES, DBO5, DQO e hidrocarburos contenidos en las aguas lluvias, es posible encontrar algunos rangos de variación (Chebbo G., 1992) los que se presentan en la Tabla 3.1.1.5, en la cual se comparan los rangos en que se encuentran algunos elementos en redes de aguas lluvias unitarias y separadas, así como el efecto de la época seca o durante las tormentas.

Tabla 3.1.1.5: Concentración de otros contaminantes, mg/l.

Parámetros Efluentes Efluentes Efluentes Efluentes Contaminantes tiempo seco tiempo seco de tormentas de tormentas tratados red unitaria red pluvial MES 300 60 340 (230 a 550) 28 (18 a 460) DQO 60 120 280 (170 a 430) 18 (19 a 340) DBO5 300 60 75 (40 a 110) 30 (13 a 48) Hidrocarburos - - 5,5 (4,1 a 9,2) 5 (1,5 a 9,3) Plomo 0,005 0,001 0,3 (0,16 a 0,41) 0,3 (0,1 a 0,5)

3.1.2. ANTECEDENTES HIDROLÓGICOS DE DISEÑO

a. Medición y registros de precipitación. La precipitación es la fuente de todo escurrimiento de agua en esteros, ríos y también del agua almacenada en el suelo o escurriendo a través de acuíferos. Por precipitación se entiende la lluvia, la nieve y el granizo. La precipitación ocurre cuando el aire húmedo de la atmósfera se enfría lo suficiente para que el vapor de agua existente se condense alrededor de núcleos de condensación. Cuando las gotas así formadas crecen, ellas alcanzan un tamaño y un peso tal que la gravedad las hace caer, originando algunos de los tipos de precipitación. La cantidad y la intensidad de la precipitación dependen tanto de la cantidad de vapor de agua del aire como de la tasa de enfriamiento. La disminución de la temperatura de las masas de aire puede ser causada por efectos topográficos, convección térmica, acción de los frentes atmosféricos o corrientes de aire. La causa de la precipitación condiciona las propiedades de las lluvias y por consiguiente es una variable significativa para el diseño. Por ejemplo, las precipitaciones convectivas son por lo general de corta duración, bastante intensas y afectan un área normalmente reducida. Por otra parte, las precipitaciones frontales afectan un área mayor y son normalmente de mayor duración y menor intensidad.

La precipitación, expresada como altura de agua, se mide en forma continua en pluviógrafos o nivógrafos y en forma esporádica en pluviómetros. Los instrumentos son básicamente recipientes estandarizados que recogen la precipitación y la miden por unidad de área en términos de altura. Aquellos que entregan un registro continuo están equipados con un sistema que va indicando en forma mecánica o electrónica la precipitación acumulada en función del tiempo. En Chile la mayor parte de los datos se recogen en pluviómetros que miden la lluvia acumulada entre las 8 de la mañana del día anterior y las 8 de la mañana del día de la lectura. En el país existen más de 600 estaciones pluviométricas y cerca de 100 pluviógrafos. Sólo la mitad de las estaciones equipadas con pluviómetros cuentan con más de treinta años de registro.

La mayor parte de las estaciones existentes son de propiedad de la Dirección General de Aguas, la Dirección Meteorológica de Chile y ENDESA. Estas instituciones cuentan con listados de los registros, los cuales normalmente indican la ubicación de la estación y las características principales de ellos. Fuentes útiles de información son las siguientes publicaciones:



- Precipitaciones Máximas en 1, 2 y 3 días, Dirección General de Aguas(1991), Ministerio de Obras Públicas.

- Catastro de estaciones Hidrometeorológicas, Dirección General de Aguas (1989), Ministerio de Obras Públicas.

- Balance Hídrico de Chile, Dirección General de Aguas (1989), Ministerio de Obras Públicas.

- Pluviometría de Chile, CORFO (1971), Depto. Recursos Hidráulicos.

Previo a usar la información recogida en una de las estaciones es indispensable asegurarse que los registros sean precisos, representativos y confiables. Es necesario estar conscientes que la lluvia medida es una muestra recogida en una pequeña superficie, sujeta a problemas de viento y exposición debido a la posible obstrucción por árboles, edificios u otros elementos, así como a la precisión intrínseca de los instrumentos utilizados para su recolección y registro. Quien usa la información debe emplear un criterio adecuado y las técnicas recomendadas para asegurar que la información cumpla algunos requisitos mínimos.

b. Lluvias de diseño. Una tormenta es un conjunto de intervalos de lluvia producido por una situación meteorológica favorable. El número de horas sin lluvia que separa una tormenta de otra es un valor arbitrario, pero típicamente se supone que lapsos del orden de seis a ocho horas sin lluvia determinan eventos diferentes. Las características principales de este episodio, desde la perspectiva de usar la información para diseñar sistemas de drenaje urbano, son su duración, magnitud total, variación de la intensidad en el tiempo y variación de la lluvia en el espacio. La figura 3.1.2.1 muestra un esquema de estas variables que se conoce como hietograma. Se entiende por lluvia de diseño una tormenta de duración, magnitud e intensidad para cada intervalo predefinidos, tales que las obras funcionan adecuadamente frente a una lluvia similar o menor, y pueden presentar fallas frente a eventos peores. Peores puede referirse en este caso a eventos más largos, más intensos o de mayor magnitud.

Duración. Una de las primeras decisiones del proyectista es escoger la duración de la tormenta de diseño a utilizar, entendiendo por duración al total de intervalos de lluvia. La importancia de la duración de la lluvia es evidente ya que la intensidad media de la tormenta decrece con la duración y el área aportante de la cuenca crece al aumentar la duración de la tormenta.

La selección de la duración de la tormenta de diseño, está influenciada por factores del clima de la región en cuestión y por aspectos propios del área


aportante, tales como su tamaño, pendiente y rugosidad superficial frente al escurrimiento.

Figura 3.1.2.1: Hietograma. D.- Duración, M.- Magnitud, Pm.- Precipitación Media, T.- Tiempo, P.- Precipitación.

Es usual que la duración de diseño sea igual al tiempo de concentración del área aportante, definido como el tiempo necesario para que la gota más alejada llegue a la salida. Otros criterios, tienden a seleccionar duraciones de tormentas más o menos largas, en el rango entre 24 horas y 48 horas, ya que es usual que las crecidas importantes ocurran en temporales de duraciones significativas. Sin embargo, en este caso, es necesario tener presente que implícitamente se está incluyendo la probabilidad de ocurrencia de dicha tormenta, valor que se desconoce.

Magnitud e Intensidad. Una vez establecida la duración total del temporal, se debe tomar una decisión sobre la magnitud de la lluvia, o total de agua caída durante el temporal. Existe una relación entre duración, magnitud y probabilidad de ocurrencia la cual normalmente se estudia y se representa en familias de curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF) o precipitación-duración-frecuencia (PDF).


El efecto de la magnitud de la tormenta, se ve enormemente influenciado por la variación temporal y espacial que presenta la intensidad de la lluvia. Es difícil definir lo que se entiende por intensidad representativa, ya que se puede hablar de intensidades máximas, medias, u otros valores que la representen.

Hietograma de la tormenta. La distribución en el tiempo de la lluvia total caída durante un temporal es, sin lugar a dudas, un factor primordial en la determinación del escurrimiento de respuesta de la cuenca y, en consecuencia, debe ser considerado en la definición de una tormenta de diseño. Sin embargo, aún cuando es conocida la influencia del hietograma en la forma y magnitud de la onda de crecida, es usual que se proceda utilizando hipótesis bastante simplificadas.

Algunos estudios que se pueden consultar para definir distribuciones en el tiempo para las tormentas de diseño son los siguientes:

- Huff, F.A. (1967), Time distribution of rainfall in heavy storms, Water Resources Research, vol 3, 1007-1019.

- National Environment Research Council (1975), Flood Studies Report, Whitefriars Press, Londres.

- Varas, E. (1985), Hietogramas de Tormentas de Diseño, VII Congreso Nacional de Ingeniería Hidráulica, Soc. Chilena de Ingeniería Hidráulica, 7-9 Noviembre, Concepción.

- Benítez, A. y Verni, F. (1985), Distribución porcentual de las precipitaciones de duraciones entre 12 y 72 horas. VII Congreso Nacional de Ingeniería Hidráulica, Soc. Chilena de Ingeniería Hidráulica, 7-9 Noviembre, Concepción.

- Espíldora, B. y Echavarría, A. ( 1979), Metodología para Caracterizar la Distribución Temporal de las Precipitaciones de Santiago y su Aplicación en la Selección de Precipitaciones de Diseño para el Estudio de Crecidas. Informe CHR79-16-I, Centro de Recursos Hidráulicos, Universidad de Chile.

Variación Espacial. La distribución espacial de la tormenta es también un factor de gran importancia en la definición de la tormenta de diseño. Los estudios al respecto, han tomado dos enfoques. En algunos casos, se han encontrado curvas de igual precipitación considerando como origen el centro de la tormenta y en otros se ha estudiado la variación dentro de un área definida. Sin embargo, la obtención de información en relación a la distribución espacial requiere de una red pluviográfica densa.

En Chile hay muy pocos antecedentes sobre estudios de esta índole y en general la red de estaciones no es lo suficientemente densa para poder abordarlos. Más aún,


el problema se ve complicado por la influencia de la topografía en la precipitación. Esta complicación adicional permite eso sí, suponer una variación espacial definida a través de aplicar una relación entre precipitación y altura.

Una consideración adicional en torno a este punto, particularmente compleja y difícil de cuantificar, es la incidencia del problema nival. Algunas tormentas ocurren como lluvias en las partes bajas de la cuenca mientras se deposita como nieve en las zonas altas. Este hecho complica enormemente el análisis de la variación espacial y es sumamente difícil de abordar y resolver. A nivel urbano, para cuencas pequeñas de áreas menores a una centena de hectáreas, se puede considerar una distribución espacial uniforme.

Probabilidad de ocurrencia. La probabilidad de ocurrencia de una tormenta de diseño es un problema muy difícil de resolver, pues es complejo asociar una probabilidad de ocurrencia a un fenómeno que presenta una variabilidad importante en el espacio y en el tiempo. Adicionalmente, desde el punto de vista del diseño, interesa también relacionar la frecuencia de la tormenta de diseño con la probabilidad de la crecida resultante.

Por lo dicho anteriormente, es difícil contar con la información necesaria para caracterizar y describir cuantitativamente la tormenta de diseño. Al analizar y estudiar el registro de lluvias es poco probable que se encuentren situaciones similares que permitan definir probabilidades de ocurrencia. Prácticamente todas las tormentas difieren en la distribución espacial, en la variación de la intensidad, magnitud, duración, etc.

El segundo problema es también muy complejo porque inciden en él, las condiciones de humedad de la cuenca, y sobre este punto se tienen sólo valores índices que describen situaciones en forma cualitativa.

Sin embargo, en situaciones de diseño, para cada duración se acostumbra a asociar la probabilidad a la magnitud de la lluvia y suponer que en crecidas provocadas por lluvias la frecuencia de la crecida es igual a la frecuencia de la lluvia que la origina. Esta suposición, adquiere mayor realidad a medida que se alcanzan condiciones de saturación en el área aportante y por lo tanto representa una situación conservadora desde la perspectiva del diseño.

Consideraciones Finales. La definición de la tormenta de diseño es un problema complejo que se caracteriza por la dificultad de precisar y definir cuantitativamente las características del temporal, de la cuenca, la asignación de probabilidades a la tormenta y a la crecida resultante.


El hidrólogo se enfrenta a este problema en uno de dos escenarios. A veces, se cuenta con registros pluviográficos representativos del área de interés y del análisis de dichos registros se pueden seleccionar tormentas que representen situaciones adecuadas para el diseño. La otra situación bastante usual corresponde a aquella en la cual no existen registros adecuados y representativos, y debe simular tormentas que tengan características similares a los escasos registros del área.

Los problemas mencionados y la dificultad de contar con la información adecuada para abordarlos en forma precisa, hace recomendable que se simule el comportamiento de la cuenca frente a diferentes situaciones de tormentas, ya sea observadas o simuladas, y posteriormente se seleccione la crecida de diseño de los resultados obtenidos.

c. Curvas intensidad-duración-frecuencia de lluvias. El diseño hidráulico de las obras de drenaje urbano, requiere el uso de las llamadas curvas intensidad-duración-frecuencia de lluvias (IDF). Estas relaciones presentan la variación de la intensidad de la lluvia de distintas duraciones, asociadas a diferentes probabilidades de ocurrencia y son útiles para estimar indirectamente el escurrimiento provenientes de cuencas pequeñas esencialmente impermeables, en función de la lluvia caída. Estas curvas tienen usualmente una forma de tipo exponencial, donde la intensidad, para una misma frecuencia, disminuye a medida que aumenta la duración de la precipitación. Es corriente incorporar en el mismo gráfico las curvas asociadas a diferentes frecuencias, en forma paramétrica, para obtener la familia de curvas de un lugar en un mismo gráfico. A modo ejemplar, se incluye una tabulación con valores representativos de las curvas IDF para las ciudades de Santiago, San Fernando, Concepción y Temuco. (Tabla 3.1.2.1).

Obtención de las curvas IDF. Para determinar estas curvas se necesita contar con registros continuos de lluvia en el lugar de interés y seleccionar la lluvia más intensa de diferentes duraciones en cada año, para realizar un estudio de frecuencia con cada una de las series así formadas. Es decir, se deben examinar los hietogramas de cada una de las tormentas ocurridas en un año y de estos hietogramas elegir la lluvia correspondiente a la hora más lluviosa, a las dos horas más lluviosas, a las tres horas más lluviosas y así sucesivamente. Con estos valores se forman series de la hora más lluviosa de cada año con registro, de las dos horas más lluviosas, etc. Cada una de estas series se somete a un estudio de frecuencia, asociando a cada serie un modelo probabilístico, o bien una frecuencia empírica. Ello da como resultado una asignación de probabilidad a la lluvia correspondiente a cada duración.

Tabla 3.1.2.1: Ejemplos de curvas IDF (Santiago, San Fernando, Concepción y Temuco). Intensidad media (mm/hora) para cada duración. (Varas y Sánchez, 1984).


Lugar Periodo de DURACIÓN (horas) retorno (años) 1 2 4 6 8 10 12 14 18 24 Santiago 10 12.0 9.7 7.9 6.9 6.0 5.3 4.8 4.5 3.9 3.1

25 13.6 10.8 9.0 8.1 7.0 6.2 5.7 5.1 4.5 3.8 50 15.0 11.8 10.0 8.9 7.9 7.0 6.2 5.8 5.0 4.1

100 16.0 12.6 10.8 9.7 8.6 7.8 6.9 6.5 5.5 4.7 San Fernando 10 20.1 16.9 13.7 11.3 10.1 9.3 8.7 8.3 7.3 6.6

25 24.1 20.0 16.1 13.2 11.8 10.9 10.3 9.8 8.7 7.9 50 27.1 22.3 17.9 14.7 13.1 12.1 11.5 11.0 9.0 8.9

100 30.0 24.6 19.7 16.1 14.3 13.3 12.7 12.1 10.7 9.9 Concepción 10 22.7 17.7 11.1 9.2 8.2 7.4 6.8 6.4 5.7 4.8

25 27.0 20.9 12.6 10.6 9.5 8.6 8.0 7.6 6.9 5.8 50 30.2 23.4 13.7 11.5 10.4 9.5 8.9 8.4 7.8 6.5

100 33.3 25.8 14.8 12.5 11.3 10.4 9.8 9.3 8.7 7.3 Temuco 10 16.7 13.7 10.3 8.4 7.1 6.2 5.7 5.1 4.4 3.6

25 19.6 16.2 12.2 9.8 8.3 7.2 6.7 6.0 5.1 4.3 50 21.7 18.0 13.6 10.8 9.2 8.0 7.4 6.6 5.7 4.7

100 23.8 19.8 14.9 11.9 10.1 8.7 8.1 7.3 6.3 5.2

Figura 3.1.2.2: Curvas IDF para Santiago en Qta. Normal ( E. Schroder).

Al graficar los resultados en un gráfico único, se obtiene una familia de curvas IDF. La Figura 3.1.2.2 muestra las curvas IDF calculadas con las lluvias registradas en Santiago en Quinta Normal, entre 1917 y 1962. (Schroder, E. ,1973, Relaciones Intensidad, Duración, Frecuencia para las Lluvias de Santiago en Quinta Normal. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile).


Estimación a partir de datos de lluvia diaria. La obtención de esta familia de curvas necesita de registros pluviográficos continuos, los cuales son escasos y pocos extensos. Lo corriente es contar con bastantes registros pluviométricos, los cuales sólo entregan observaciones de lluvias diarias. Por ello, ha existido la preocupación de estudiar la relación existente entre la lluvia caída y su duración, como una forma de obtener una estimación para las lluvias de duración menor a 24 horas en función de las lluvias diarias.

Este procedimiento requiere de dos etapas. Primero es necesario obtener una estimación de la lluvia diaria, representativa del lugar de interés, asociada a un período de retorno dado, normalmente de 10 años. Luego, a partir de este valor se estiman valores asociados a otras duraciones y a otras frecuencias, haciendo uso de coeficientes de duración y de frecuencia. Los coeficientes de duración se definen como la razón entre la lluvia de una duración dada y la lluvia diaria de la misma frecuencia. Análogamente, los coeficientes de frecuencia se definen como la razón entre la lluvia de una determinada frecuencia y la lluvia de 10 años de período de retorno de la misma duración.

Figura 3.1.2.3: Ejemplo de un sector del mapa con curvas de precipitación máxima diaria para 10 años de período de retorno, (D.G.A. 1993).

Para el cálculo de la lluvia diaria de 10 años de período de retorno en base a datos en el lugar de interés, si se cuenta con una estación pluviométrica representativa, se debe recopilar la información de lluvias máximas diarias registradas y se forma una serie anual de lluvias máximas diarias seleccionando del registro el día más lluvioso de cada año. Esta muestra se somete a un estudio de frecuencia, ajustándole a la muestra un modelo probabilístico o bien, asociando a la muestra una frecuencia empírica.


Tabla 3.1.2.2: Precipitaciones Máximas para 10 años de periodo de retorno, según D.G.A. (1994), Precipitaciones Máximas en 1,2 y 3 días.

Zona Climática Ciudad Código Nombre Estación Precipitaciones (mm) y región BNA 24 hrs 48 hrs 72 hrs Desierto Árido

I. Tarapacá Arica 1310098 Arica Chacalluta DMC 1,9 2,2 2,3 Iquique 1820098 Iquique Cavancha 1,5 1,5 1,5

II.Antofagasta Antofagasta 2760098 Antofagasta U.Norte 6,5 7,0 7,0 Calama 2111098 Calama DMC 10,0 10,0 10,0

III. Copiapó Copiapó 3450098 Copiapó DMC-DGA 25,1 25,4 25,4 Vallenar 3823051 Vallenar DMC 32,7 39,0 40,5

Semiárida IV.Coquimbo La Serena 4335050 La Serena DMC 60,3 76,7 81,9

Ovalle 4551096 Ovalle Aeródromo 70,3 88,5 95,4 Illapel 4726050 Illapel DOS DMC 78,2 99,9 110,9

V. Valparaiso Valparaíso 5510097 Valparaíso Pta. Angeles 83,3 117,3 134,4 Los Andes 5410051 Los Andes DMC 82,9 114,6 138,9 San Antonio 87,4 119,2 136,4

Mediterránea R.Metropolitana Santiago 5730097 Stgo. Quinta Normal 71,0 98,4 118,6

VI. de B.O'Higgins Rancagua 6010051 Rancagua DMC 68,5 99,5 131,1 VII.Maule Talca 7378096 San Luis Talca 93,2 135,0 165,8

Curicó 7118050 Curicó Gral. Freire 113,6 153,0 189,6 Linares 7358051 Linares DOS 123,1 176,9 215,3 Constitución 7384098 Constitución 119,6 166,5 204,0

VIII. Bio Bio Concepción 8220098 Concepción 105,1 143,0 172,8 Chillán 8117051 Chillán 107,3 149,7 185,8 IX. Araucanía Temuco 9129098 Temuco Maquehue 82,3 105,2 118,5

Templada Húmeda X. de los Lagos Pto. Montt 10425050 Pto. Montt 81,9 118,2 138,9

Valdivia 10123052 Valdivia-Pichoy 102,9 159,3 191,1 Templada H. Castro 10901098 Castro 89,3 123,1 151,6 Oceánica

XI.Gral. Carlos Coyhaique 11316050 Coyhaique Tte. Vidal 67,8 101,3 118,6 Ibáñez Pto. Aysén 11342050 Pto. Aysén DGA 173,4 242,6 291,5

Fría H. Oceánica XII.Magallanes Pta. Arenas 12586050 Pta. Arenas Naval 54,0 74,5 80,1

Como resultado de este proceso se obtiene la lluvia máxima diaria asociada a un período de retorno de 10 años en el lugar de interés.

Si no se cuenta con registros observados, se puede obtener una estimación recurriendo a los mapas de lluvias máximas diarias con 10 años de período de retorno, publicados por la Dirección General de Aguas (DGA, Precipitaciones máximas en 1, 2 y 3 días). Estos mapas se confeccionaron en base al análisis de alrededor de 600 estaciones de registro del país. Un ejemplo que permite apreciar el aspecto que presentan estos mapas se muestra en la Figura 3.1.2.3.


En la Tabla 3.1.2.2 se resumen los valores de precipitaciones máximas de 24, 48 y 72 hrs. para 10 años de periodo de retorno en varias ciudades.

Estimación de lluvias para duraciones entre 1 y 24 horas. Varas y Sánchez (1984) analizaron los registros pluviográficos de 13 estaciones en Chile central y sur, ubicadas entre La Serena y Puerto Montt. La muestra incluyó 1300 tormentas con duraciones entre 1 y 24 horas, las cuales representan un total de 252 años de registro. Los resultados se presentaron como familias de curvas IDF adimensionales, los cuales permiten, en base a un valor de lluvia diario conocido, estimar las lluvias o intensidades de lluvia asociadas a otras duraciones y a otras probabilidades de ocurrencia.

Los Coeficientes de Duración (CD) calculados para las duraciones entre 1 y 24 horas se presentan en la Tabla 3.1.2.3. Los coeficientes de duración para una hora, excluyendo a Armerillo, que presenta un micro-clima muy especial, varían entre 0,12 y 0,20 con un promedio de 0,16 y una desviación típica de 0,03.

El valor promedio encontrado para estaciones chilenas es bastante similar al propuesto por el USBR (1965) al examinar las lluvias de diversos lugares de Estados Unidos ubicados al oeste del meridiano 105. Sólo los valores calculados para Armerillo difieren de la tendencia general, hecho explicable por la gran magnitud que tienen las intensidades de las tormentas de 24 horas en dicho sitio.

Tabla 3.1.2.3: Coeficientes de duración para varias ciudades para lluvias de igual periodo de retorno, (Varas y Sánchez, 1984).

Ciudad Duración (horas) 1 2 4 6 8 10 12 14 18 24 Arica * * * * * * * * * 1.0 Iquique * * * * * * * * * 1.0 Antofagasta * * * * * * * * * 1.0 Calama * * * * * * * * * 1.0 San Pedro de Atacama * * * * * * * * * 1.0 Copiapó 0.15 0.26 0.44 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Vallenar 0.15 0.26 0.44 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 La Serena 0.15 0.26 0.44 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Ovalle 0.15 0.26 0.44 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Illapel 0.15 0.26 0.44 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Valparaíso 0.14 0.23 0.33 0.46 0.55 0.64 0.70 0.78 0.90 1.0 Los Andes 0.16 0.26 0.42 0.55 0.64 0.71 0.77 0.84 0.94 1.0 San Antonio 0.14 0.23 0.33 0.42 0.55 0.64 0.70 0.78 0.90 1.0 Santiago 0.16 0.26 0.42 0.55 0.64 0.71 0.77 0.84 0.94 1.0 Rancagua 0.12 0.21 0.34 0.42 0.51 0.58 0.65 0.73 0.83 1.0 Talca 0.12 0.19 0.29 0.40 0.52 0.59 0.68 0.72 0.82 1.0


Curicó 0.12 0.19 0.29 0.40 0.52 0.59 0.68 0.72 0.82 1.0 Linares 0.12 0.19 0.29 0.40 0.52 0.59 0.68 0.72 0.82 1.0 Constitución 0.19 0.30 0.38 0.47 0.56 0.64 0.70 0.77 0.89 1.0 Concepción 0.19 0.30 0.38 0.47 0.56 0.64 0.70 0.77 0.89 1.0 Chillán 0.17 0.24 0.36 0.44 0.52 0.60 0.67 0.72 0.89 1.0 Temuco 0.19 0.31 0.47 0.58 0.65 0.71 0.79 0.82 0.91 1.0 Pto. Montt 0.16 0.23 0.34 0.46 0.54 0.61 0.67 0.73 0.86 1.0 Valdivia 0.16 0.23 0.34 0.46 0.54 0.61 0.67 0.73 0.86 1.0 Ancud** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Castro** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Pto. Cisnes** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Coyhaique** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Pto. Aysén** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Chile Chico** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Pta. Arenas** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0 Pto. Williams** 0.19 0.31 0.47 0.59 0.66 0.78 0.82 0.86 0.91 1.0

* No se dispone de información que permita proponer un valor de diseño. Lo más probable es que las lluvias de 6 o más horas sean iguales a las de 24 horas. Para cada caso deberá realizarse un análisis específico. ** Se han considerado los máximos estimados para la zona centro-sur

En relación a los Coeficientes de Frecuencia (CF), se observó que ellos eran bastante independientes de la duración , por lo que se propuso utilizar un sólo CF, cualquiera sea la duración de las lluvias estudiadas. El CF se definió como la razón entre la lluvia asociada a un cierto período de retorno y la lluvia de igual duración para un período de retorno de 10 años. Estos coeficientes coinciden en buena medida con los sugeridos por Bell (1965). La Tabla 3.1.2.4 presenta los coeficientes de frecuencia recomendados para el caso chileno.

Tabla 3.1.2.4: Coeficientes de frecuencia para lluvias de igual duración.

Ciudad (1) Periodo de Retorno (Años) 2 5 10 20 50 100 200 Arica 0.55 0.82 1.00 1.17 1.14 1.56 1.81 Iquique 0.53 0.83 1.00 1.14 1.31 1.42 1.53 Antofagasta 0.53 0.83 1.00 1.18 1.42 1.60 1.78 Calama 0.58 0.85 1.00 1.12 1.22 1.36 1.50 San Pedro de Atacama 0.36 0.73 1.00 1.26 1.61 1.88 2.15 Copiapó 0.27 0.69 1.00 1.30 1.71 2.01 2.31 Vallenar 0.38 0.75 1.00 1.24 1.55 1.78 2.01 La Serena 0.49 0.80 1.00 1.19 1.44 1.62 1.80 Ovalle 0.42 0.75 1.00 1.28 1.69 2.03 2.37 Illapel 0.53 0.80 1.00 1.20 1.47 1.69 1.91 Valparaíso 0.58 0.83 1.00 1.17 1.39 1.56 1.73 Los Andes 0.56 0.82 1.00 1.18 1.43 1.61 1.79 San Antonio 0.58 0.83 1.00 1.17 1.39 1.56 1.73 Santiago 0.55 0.82 1.00 1.18 1.43 1.63 1.83 Rancagua(Rengo) 0.64 0.86 1.00 1.13 1.31 1.43 1.55 Talca(San Luis) 0.62 0.85 1.00 1.14 1.33 1.48 1.63


Curicó 0.62 0.85 1.00 1.14 1.33 1.48 1.63 Linares 0.62 0.85 1.00 1.14 1.33 1.48 1.63 Constitución 0.62 0.85 1.00 1.14 1.33 1.48 1.63 Concepción 0.63 0.85 1.00 1.14 1.32 1.46 1.60 Chillán 0.69 0.88 1.00 1.11 1.25 1.35 1.45 Temuco 0.67 0.87 1.00 1.12 1.27 1.39 1.51 Pto. Montt 0.72 0.89 1.00 1.10 1.22 1.31 1.40 Valdivia 0.70 0.89 1.00 1.11 1.24 1.34 1.44 Ancud (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Castro (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Pto. Cisnes (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Coyhaique (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Pto. Aysén (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Chile Chico (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Pta. Arenas (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57 Pto. Williams (2) 0.65 0.86 1.00 1.14 1.31 1.44 1.57

(1) Valores obtenidos de la publicación de la D.G.A. sobre “Precipitaciones Máximas de

1,2 y 3 días” para tormentas de 1 día. (2) Como no se dispone de valores calculados para estas ciudades, se propone usar los

valores promedios obtenidos del análisis de los registros de varias localidades (Manual de Carreteras M.O.P.)

La información anterior puede utilizarse para estimar las curvas IDF en un lugar, en base a la lluvia máxima diaria de acuerdo a la siguiente expresión:

PT

t= 1,1 PD10 CDt CFT (3.1.2.1)

En que :

PTt LLuvia con período de retorno de T años y duración t horas.

PD10 LLuvia máxima diaria (8 AM a 8 AM) de 10 años de período de retorno.

CDt Coeficiente de duración para t horas ( entre 1 y 24 horas). CFT Coeficiente de frecuencia para T años de período de retorno.

Esta expresión es válida para lluvias de 1 a 24 horas de duración en la zona estudiada. La aplicación del método sólo requiere realizar un análisis de frecuencia de las lluvias diarias, para calcular la lluvia máxima con 10 años de período de retorno, o bien elegir el valor pertinente de los mapas publicados por la Dirección General de Aguas. Posteriormente, se seleccionan los coeficientes de duración y de frecuencia que sean aplicables al lugar de interés. El procedimiento es utilizable en la zona central y sur de Chile y entrega estimaciones de lluvia razonables para diseños hidráulicos en áreas con información escasa, utilizando los valores de las Tablas 3.1.2.3 y 3.1.2.4.


Ejemplo de estimación de curvas IDF. Se trata de estimar la curva IDF de 50 años de periodo de retorno para duraciones entre 1 y 24 horas para una localidad cercana a la ciudad de Los Andes, en base a la precipitación máxima diaria y los coeficientes de frecuencia y duración correspondientes.

En primer lugar se estima la precipitación máxima de un día de duración y 10 años de periodo de retorno en el lugar, la que se obtiene de la publicación de la DGA (1994) sobre Precipitaciones Máximas de 1,2 y 3 días, o de la Tabla 3.1.2.2. En el caso de Los Andes corresponde a 82,9mm. El coeficiente de frecuencia para pasar de la lluvia de 10 años a la de 50 años, para el caso de Los Andes es de 1,43 de acuerdo a la Tabla 3.1.2.4. De manera que la precipitación de 50 años de periodo de retorno y duración t se puede estimar en Los Andes en base a la ecuación 3.1.2.1 como:

P PD CD CF CD Ct t t50 10 5011 11 82 9 1 43 130 4= = =, , * , * * , Dt,

50

Finalmente los Coeficientes de Duración para Los Andes se obtienen de la Tabla 3.1.2.3. Con estos valores se estima la lluvia de duración t, en horas, y periodo de retorno 50 años. La siguiente tabla muestra estos valores para t=1,2,...,24 horas y los valores de precipitación correspondientes calculados con la ecuación anterior. Se agrega además en valor de la intensidad media, ,en (mm/hora), calculada dividiendo la precipitación por la duración correspondiente en horas.

It

Duración (horas) 1 2 4 6 8 10 12 14 18 24 Coef. de Duración 0,16 0,24 0,42 0,55 0,64 0,71 0,77 0,84 0,94 1,00 Precipitación (mm) 20,9 33,9 54,8 71,7 83,5 92,6 100,4 109,5 122,6 130,4 Intensidad (mm/hora) 20,9 16,9 13,7 12,0 10,4 9,3 8,4 7,8 6,8 5,4

La última línea, de intensidades para diferentes duraciones, es una estimación de la curva IDF para 50 años de periodo de retorno en la localidad de Los Andes.

Estimación de lluvias para duraciones menores a 1 hora. Bell (1969) estudió las razones entre lluvias de distintas duraciones e igual frecuencia o períodos de retorno y también la razón entre lluvias de diferentes períodos de retorno e igual duración, utilizando datos de un gran número de estaciones ubicadas en una extensa zona geográfica, que incluyó Estados Unidos de América, Hawai, Australia, Rusia, Alaska, Puerto Rico y África. Los resultados obtenidos son válidos para lluvias provenientes de tormentas de tipo convectivo con duraciones entre 10 minutos y 2 horas. Las conclusiones obtenidas indican que las razones, entre lluvias de distinta duración y/o distinto período de retorno, llamadas coeficientes de duración y coeficientes de frecuencia respectivamente, son muy constantes para todos los puntos indicados y el autor propuso su aplicación en otras zonas para tormentas convectivas.


Los coeficientes de duración y de frecuencia propuestos por Bell cumplen las siguientes relaciones, válidas para duraciones de lluvia entre 5 minutos y dos horas y para períodos de retorno entre 2 y 100 años.

CF LnTT = +0 21 0 52, , (3.1.2.2)

donde T es el periodo de retorno en años. Notar que para t=10 se obtiene CF=1,00.

Además el coeficiente de duración, CD, en relación a la lluvia de una hora de duración ( 60 minutos), está dado por:

CD tt = −0 54 0 500 25, ,, (3.1.2.3)

donde t es la duración en minutos. Notar que para t = 60, es decir una hora, se

obtiene CD=1,00.

Entonces la precipitación de duración t , entre 5 y 120 minutos, y periodo de retorno T, entre 2 y 100 años, se puede estimar en base a la precipitación de una hora, 60 minutos, y 10 años de periodo de retorno, como: P60

10

PT t= (0,21 ln T + 0,52) (0,54 t0,25 - 0,50) (3.1.2.4) P60

10

Siendo:

PTt Lluvia en mm de duración t minutos y T años de período de retorno.

T Período de retorno en años. t Duración de la lluvia en minutos. Precipitación de una hora y 10 años de periodo de retorno, en mm. P60

10

La expresión anterior complementa los resultados experimentales del caso chileno y se recomienda su uso para obtener estimaciones de las curvas IDF para duraciones menores a una hora, cuando no se cuente con datos pluviográficos en el sitio de interés que permitan desarrollar una familia de curvas IDF en el lugar.

La ecuación (3.1.2.2) corresponde al coeficiente de frecuencia, CF, el cual entrega valores similares a los presentados en la Tabla 3.1.2.4, de manera que se recomienda emplear los indicados en esa tabla para las ciudades estudiadas. La ecuación (3.2.2.3) corresponde al coeficiente de duración en relación a la precipitación de 1 hora, cuyos valores numéricos se indican en la Tabla 3.1.2.5.


Tabla 3.1.2.5: Coeficiente de duración para lluvias de menos de 1 hora.

Duración (minutos) Coef. de Duración 5 0,31 10 0,46 15 0,56 20 0,64 30 0,76 40 0,86 50 0,94 60 1,00

Estos valores son válidos para todo el territorio nacional a menos que se disponga de información pluviográfica que permita estimar otros coeficientes más precisos para cada lugar.

d. Transformación de la Lluvia en escurrimiento. El ciclo de escurrimiento es una idealización del proceso del mismo nombre, que permite describir en forma simplificada a los diferentes procesos que se presentan en la transformación de la lluvia en escurrimiento.

Al considerar una lluvia relativamente intensa que se mantenga constante en el tiempo, pueden observarse los siguientes hechos. En un primer momento, la lluvia que cae es interceptada por la vegetación, techos y otras superficies o bien, almacenada temporalmente en depresiones y pozas, lo que se denomina intercepción. Esta intercepción puede ser significativa al principio de la lluvia, sin embargo la capacidad de almacenamiento de las superficies interceptoras es baja, de manera que el volumen disponible se llena rápidamente y sólo disminuye por efectos de la evaporación, fenómeno de poca importancia durante una lluvia. Al continuar la lluvia, la superficie del suelo se cubre de una delgada película de agua, llamada volumen en detención superficial, y se inicia un flujo hacia sectores más bajos que hacen el papel de canales superficiales. Este volumen de agua en detención superficial puede en parte, introducirse en el suelo y aumentar la humedad de la zona no saturada o bien infiltrarse hacia las zonas saturadas del suelo. En la mayoría de las tormentas de baja intensidad el déficit de humedad del suelo se satisface antes de que se aprecie un escurrimiento superficial notorio. El agua que se ha infiltrado en el suelo y que no permanece como humedad del suelo, continúa su camino hacia el cauce que drena la superficie como flujo sub-superficial o bien percola e incrementa los acuíferos subterráneos. El agua que escurre superficialmente es poca inicialmente pero va aumentando y puede incrementarse con el aporte sub-superficial y subterráneo en proporciones significativas, dependiendo del caso.


Esta descripción simplificada representa uno de los casos que puede darse y varía notoriamente con los cambios de la lluvia en el tiempo y en el espacio y con las condiciones del suelo y de la vegetación.

Métodos para estimar un caudal de diseño. Existen varios procedimientos alternativos para llegar a definir un caudal de diseño para una obra de drenaje urbano, los cuales son más o menos pertinentes en distintas situaciones, dependiendo de la información hidrológica disponible y de las características de la cuenca. Todos ellos tienen un cierto grado de subjetividad y suponen distintas hipótesis.

Una política aconsejable en un caso particular, es usar en los estudios varios métodos independientes y agregar un análisis de sensibilidad de los resultados ante cambios en los parámetros o en las condiciones iniciales. Así se obtiene una estimación del comportamiento hidrológico del caudal máximo o del volumen escurrido en varios escenarios, para posteriormente emplear la experiencia y un criterio adecuado en la selección del valor de diseño apropiado para el caso en estudio.

El objetivo del cálculo de la crecida de diseño es dimensionar las obras de drenaje de manera que operen adecuadamente en la mayoría de las situaciones que deberán enfrentar, y fallen sólo con una baja probabilidad cuando se sobrepase el valor de la crecida de diseño. Entonces para seleccionar una crecida de diseño es necesario asociar una probabilidad de ocurrencia a las distintas magnitudes de la crecida. Para lograr este fin, se cuenta con procedimientos directos, regionales e indirectos. Los primeros requieren valores de caudales máximos observados en el punto de interés; los segundos se utilizan cuando no existen observaciones o existen pocas observaciones de caudales en el lugar del estudio y se justifican las decisiones, analizando los datos de otros lugares similares, y los últimos estiman las crecidas en base a la relación que existe entre la precipitación u otras variables explicativas y el escurrimiento.

Cualquiera sea el método que se emplee en un caso particular, es conveniente tener presente que para conseguir el fin buscado se requiere contar con información relevante, adecuada y precisa. También, es recomendable emplear si ello es posible, procedimientos alternativos para fines de complementación y para aumentar la seguridad de las estimaciones obtenidas.

La utilización de los llamados métodos directos requiere contar con observaciones de caudales o niveles de agua en el punto de interés. Los registros permiten hacer un análisis de frecuencia de la variable de interés y entregar como resultado una relación entre la magnitud de la crecida y su probabilidad de ocurrencia, o en otras palabras asociar a cada valor de crecida una probabilidad. Para lograrlo existen


métodos gráficos y analíticos. Esta situación casi nunca se presenta en los sistemas de drenaje urbano, pues es poco usual contar con mediciones de caudal.

Modelos Precipitación-Escorrentía. Los métodos indirectos para el estudio de crecidas son procedimientos que permiten transformar la precipitación efectiva en escorrentía. Esta herramienta permite aprovechar la mayor cantidad de información de precipitación que existe, para extender registros más escasos de caudal y mejorar así los métodos para estimar crecidas en aquellos puntos que no cuentan con información o bien, ésta es escasa. Dentro del ámbito de los modelos precipitación-escorrentía existe gran variabilidad entre los procedimientos disponibles, pues ellos abarcan desde relaciones empíricas muy simples hasta complejos modelos de simulación que representan las variaciones espaciales y temporales del proceso de transformación. A medida que aumenta la complejidad del método se incrementan también las necesidades de información básica para aplicarlo.

Estos métodos tienen la particularidad de ser determinísticos y en consecuencia no incorporan el concepto del riesgo asociado a los resultados. Adicionalmente requieren para calcular la crecida de diseño que se defina la tormenta de diseño y la precipitación efectiva, ya que el método considera solamente una transformación y por ello surge un nuevo problema. No siendo posible describir extensamente las distintas alternativas en este capítulo conviene al menos mencionar algunas ideas con respecto a dos procedimientos: el método racional y los métodos basados en el concepto del hidrograma unitario o derivaciones, que son los más útiles para el diseño de los sistemas de drenaje urbano.

El método racional es ampliamente usado desde mediados del siglo XIX y tiene la ventaja de ser aparentemente muy simple, ya que expresa que el caudal máximo es proporcional a la lluvia caída en el área multiplicada por un coeficiente que se denomina coeficiente de escurrimiento. Es apropiado para ser usado en áreas pequeñas, preferentemente impermeables. Sus limitaciones principales se relacionan con el hecho de suponer un coeficiente de escorrentía constante independiente de las condiciones de humedad de la cuenca y la hipótesis de igualar el período de retorno de la tormenta al de la crecida.

El hidrograma unitario propuesto por Sherman en 1932, es un método que en la actualidad se usa extensamente. Es bastante intuitivo, simple de aplicar y supone una linealidad entre el estímulo y el resultado. Su aplicación es confiable en cuencas relativamente pequeñas. En los casos en que los datos de caudales son escasos se puede recurrir a los métodos de hidrogramas unitarios sintéticos para estimar la características principales del hidrograma en función de propiedades geomorfológicas de la cuenca.


Los modelos precipitación-escorrentía requieren la definición de una tormenta de diseño, lo cual es un problema complejo que se caracteriza por la dificultad de precisar y definir cuantitativamente las propiedades de la tormenta. El hidrólogo enfrenta este problema en uno de dos escenarios. A veces, se cuenta con información pluviográfica representativa de la zona de interés y del análisis de los registros se pueden seleccionar uno o varios episodios de lluvias adecuados para una situación de diseño. En otros casos, no existen registros adecuados y representativos y el proyectista debe recurrir a procedimientos aproximados que simulen tormentas parecidas a los escasos registros del área.

Lluvias Efectivas. La estimación de los caudales escurridos a partir de las lluvias observadas requiere de un procedimiento en el cual se distinguen dos procesos o etapas bien diferenciadas. La primera etapa consiste en determinar a partir de la lluvia observada, la lluvia efectiva o neta, definida como aquella parte de la lluvia total que escurre. La segunda etapa es someter a la lluvia efectiva a una transformación o modificación en el tiempo, producida por el almacenamiento temporal de la lluvia efectiva en su escurrimiento por la superficie del área de la cuenca o urbanización. El primero de estos procesos es esencialmente no lineal y bastante difícil de predecir, ya que las pérdidas o infiltración que sufre la lluvia es un proceso complejo. El segundo es un proceso aproximadamente lineal de transferencia o propagación de la lluvia efectiva y en general es más fácil de representar con un grado de precisión aceptable.

Existen diferentes procedimientos de variada complejidad para estimar la lluvia efectiva a partir de la lluvia total. Las pérdidas, ya sea por evaporación o por infiltración, dependen de factores propios de cada superficie, con lo cual exhiben una importante variación espacial, y además el fenómeno varía en el tiempo. Los principales factores que influencian la infiltración o penetración del agua en el suelo son la altura de agua sobre la superficie, el espesor de la capa de suelo que esté saturada, la humedad del suelo, el grado de compactación de la superficie, la estructura del suelo, el efecto filtro del material granular del suelo, la vegetación de la superficie y la temperatura del agua. Todos los factores anteriores son diferentes de un lugar a otro del área de interés y además van variando a medida que se produce la lluvia. Los principales elementos que inciden en la evaporación son la naturaleza de la superficie sometida a evaporación y factores meteorológicos. Dado que el proceso de evaporación es un proceso físico de cambio de estado, requiere una cierta cantidad de energía que proviene de la atmósfera. Por lo tanto, influye la radiación solar, la temperatura, la presión de vapor, la velocidad del viento, la presión atmosférica. Estos elementos también son variables en el espacio y en el tiempo.

En general, la infiltración es mayor al principio de la tormenta y va disminuyendo en forma aproximadamente exponencial a medida que aumenta la humedad del


suelo, que es el parámetro más influyente. Los modelos matemáticos para representar las pérdidas y obtener la lluvia efectiva son de variada complejidad y tratan de representar la situación y su cambio en el tiempo y en el espacio. Algunos de ellos se basan en expresiones que intentan reflejar las variaciones desde el punto de vista analítico y otros intentan asociar los parámetros a características físicas del suelo, con el fin de aplicarlos en condiciones diferentes. El grado de éxito de estos enfoques es relativo y normalmente existe poca información de terreno para justificar el uso de un método complejo.

Los enfoques más simples, usan un procedimiento que tiene una pérdida inicial que se resta a los primeros intervalos de lluvia y una pérdida constante o bien, proporcional a la lluvia durante el resto de la tormenta. Los valores de pérdida inicial y la proporción o constante se seleccionan de acuerdo a la experiencia del proyectista o de acuerdo a lo que se haya podido observar o medir en situaciones anteriores o similares. Valores máximos de infiltración para diferentes tipos de situaciones y suelos se presentan en la mayoría de los textos de hidrología para ingenieros.

Método Racional. Este método propuesto por Mulvaney en 1850, ha tenido y tiene bastante aplicación para estimar el caudal de diseño en cuencas urbanas y rurales pequeñas, debido a su evidente lógica, aun cuando tiene limitaciones teóricas. Ha sido recomendado para cuencas menores de 1.000 has., pero se reportan casos de aplicación a cuencas del orden de 30.000 has. Este método establece que el caudal máximo es proporcional a la lluvia de diseño y el tamaño de la cuenca aportante. La gran ventaja de este método es su simplicidad, lo que se traduce en que el resultado fácilmente controlado en función de variables observables, de tal forma que ha sido muy utilizado como método de comparación. Independientemente del empleo de otros procedimientos más sofisticados se recomienda siempre comparar los resultados con los que entrega el método racional. El caudal máximo asociado a un determinado período de retorno se calcula con la siguiente expresión:

Q CiA=

3 6, (3.1.2.5)

donde: Q= caudal en m3/s, C = coeficiente de escorrentía, i= intensidad de la lluvia de diseño en mm/hr y A= área aportante en km2. A pesar de la aparente facilidad y simplicidad del método la determinación adecuada del coeficiente de escurrimiento y de la intensidad de la lluvia de diseño, implica un cuidadoso y juicioso análisis en cada caso.


Tabla 3.1.2.6: Expresiones para calcular el tiempo de concentración.

Autor Fórmula Observaciones Kirpich (1940) Desarrollada con datos SCS para áreas rurales Tennessee (1) T L

S= 0 0195

0 77

0 385,,

,

California Adaptación de la fórmula de Culverts Practice Kirpich para cuencas de (1942) montaña, (1)

T LH

= 60 0 87 13

0 385( , ) ,

Izzard (1946) Desarrollada en experimentos de laboratorio (2) =T i c L

i S+525 28 0 0000276 0 33

0 667 0 333, ( , ) ,

, ,

Federal Aviation Desarrollada para aeropuertos Agency (1970) 3) (T C L

S= −3 26 11

0 5

10 333, ( , )

,

,

Morgali y Fórmula de flujo superficial (2) Linsley(1965) T L n

i S= 7

0 6 0 6

0 4 0 3

, ,

, , SCS (1975) Desarrollada por el SCS para T CN

= 258 cuencas rurales (1)

L

S

−

7

1000 9

1900

0 80 7

10 5,

,,

,

Fuente: Kibler, 1982, Urban Stormwater Hydrology. American Geophysical

Union. (1) Aplicable a cuencas urbanas con abundantes espacios libres o poco

desarrollados, como parques, parcelas y similares. (2) Aplicable a sectores urbanos típicos como calles, patios, pasajes, etc. (3) Aplicables en sectores planos desarrollados con poca vegetación, como

estacionamientos grandes, sectores de grandes industrias. Notación: T = tiempo de concentración (min.) L = longitud de escurrimiento superficial (m) L1 = longitud cauce (km.) S = pendiente (m/m) H = diferencia de altura en cuenca (m) i = intensidad de lluvia (mm/hr) c = coeficiente de retardo


S1 = pendiente (%) C = coeficiente de escorrentía n = Coeficiente de rugosidad de Manning CN = curva número, según S.C.S.

La intensidad de la lluvia de diseño corresponde a aquella con una duración igual al tiempo de concentración del área y con una frecuencia o período de retorno compatible con la importancia y trascendencia de la obra. El tiempo de concentración se define como el tiempo que demora el agua hidráulicamente más alejada en llegar al punto de salida. En el caso de cuencas urbanas se puede estimar el tiempo de concentración definiendo la trayectoria de la partícula hidráulicamente más alejada de la salida de la cuenca. Para esa trayectoria se calcula la velocidad media del agua en base a relaciones típicas de la hidráulica, como la de Manning, y con ella se estima el tiempo de viaje del agua. Este procedimiento requiere un conocimiento detallado de los cauces involucrados en la trayectoria así definida, (pendiente, sección transversal, rugosidad, etc.). Es por ello que si sólo se dispone de información general obtenible de planos o fotografías aéreas del sector, la estimación del tiempo de concentración se realiza en base a fórmulas empíricas, desarrolladas para distintos casos particulares. Es usual que estas expresiones empíricas al ser aplicadas a una situación particular produzcan resultados bastante diferentes y el proyectista deberá usar su experiencia y criterio para seleccionar el valor más adecuado. La Tabla 3.1.2.6 resume algunas de las expresiones que se han recomendado en la literatura técnica. Algunas de estas fórmulas desarrolladas para zonas rurales se pueden aplicar en cuencas urbanas con abundantes espacios libre o naturales, como parques y similares. Otras se pueden usar en estacionamientos y superficies más libres. Para cuencas urbanas propiamente tales es recomendable la expresión de Morgali y Linsley definiendo los planos de escurrimiento superficial que componen la trayectoria del agua sobre la cuenca. Una vez calculado un valor del tiempo de concentración se recomienda hacer un análisis de sensibilidad en torno a él para apreciar el efecto de estimaciones poco precisas.

Adoptada una frecuencia o período de retorno y seleccionada la duración de diseño, puede estimarse la intensidad de la lluvia recurriendo a la familia de curvas IDF representativas del lugar de interés.

El coeficiente de escorrentía depende de las características del terreno, uso y manejo del suelo, condiciones de infiltración y otros factores difíciles de cuantificar. Para elegir el valor más apropiado se recurre a tablas y a la experiencia y criterio del proyectista. En situaciones complejas se puede determinar un coeficiente ponderado en proporción a las áreas que ocupan cada tipo de superficie. Se incluye la Tabla 3.1.2.7 con valores propuestos para diferentes situaciones.


Tabla 3.1.2.7: Coeficientes de escorrentía.

Tipo de superficie Coeficiente Áreas comerciales: céntricas 0.70-0.95 suburbios 0.50-0.70 Áreas residenciales: casas aisladas 0.30-0.50 condominios aislados 0.40-0.60 condominios pareados 0.60-0.75 suburbios 0.25-0.40 departamentos 0.50-0.70 Áreas industriales: grandes industrias 0.50-0.80 pequeñas 0.60-0.90 parques y jardines 0.10-0.25 Calles: asfalto 0.70-0.95 concreto 0.80-0.95 adoquín 0.50-0.70 ladrillo 0.70-0.85 pasajes y paseos peatonales 0.75-0.85 techos 0.75-0.95 Prados: suelo arenoso plano (2%) 0.05-0.10 pendiente media (2%-7%) 0.10-0.15 pendiente fuerte (>7%) 0.15-0.20 Prados: suelos arcillosos planos (<2%) 0.13-0.17 pendiente media (2%-7%) 0.18-0.22 pendiente fuerte (>7%) 0.25-0.35

Ref.: ASCE (1972), Viessman et al. (1977), Manual de Carreteras (1981).

Al aplicar este procedimiento es preciso tener presente sus hipótesis y limitaciones. El método supone que el coeficiente de escurrimiento es constante para las distintas tormentas, lo cual es más valedero para tormentas intensas donde una gran parte de la superficie tiende a saturarse y a comportarse como área impermeable. Además está la hipótesis de que la frecuencia de la lluvia de diseño es igual a la frecuencia del escurrimiento máximo, lo cual significa que el coeficiente de escorrentía es constante. Finalmente se acepta que la situación de lluvia más crítica es aquella con duración igual al tiempo de concentración. La importancia de esta restricción puede analizarse, simulando los caudales estimados para varias situaciones. La estimación del tiempo de concentración mediante fórmulas empíricas extrapoladas a situaciones diferentes a las condiciones en que ellas se derivaron, puede originar errores significativos.


Ejemplo de estimación del coeficiente de escorrentía. El siguiente ejemplo de estimación del coeficiente de escorrentía medio de una urbanización permite aclarar el empleo de los valores indicados en las tablas. Se trata de una urbanización de 21.000 m2 totales de los cuales 6.800 m2 serán ocupados por techos de las viviendas y edificios, 4.300 m2 en calles, veredas y pasajes pavimentados en hormigón y el resto en jardines y patios De esto últimos no más de 3.500 m2 serán jardines con vegetación en suelos arenosos con menos de 2% de pendiente, y lo que queda corresponderá a patios, relativamente impermeables.

La tabulación siguiente muestra para cada tipo de superficie el área asignada a ella, el coeficiente de escorrentía de acuerdo a la Tabla 3.1.2.7, el valor de la superficie ponderada, que puede entenderse también como la superficie impermeable equivalente a cada tipo. Finalmente se indica la suma de superficies ponderadas, la que dividida por el área total entrega el coeficiente de escorrentía equivalente de toda la urbanización.

Tipo de superficie Área (m2) Coef. de escorrentía Sup. ponderada (m2) Techos 6.800 0,80 5.440 Calles, veredas 4.300 0,87 3.771 Jardines 3.500 0,10 350 Patios 6.400 0,60 3.840 Total 13.371

Coeficiente de escorrentía equivalente = 13.771/21.000= 0,636

Se puede notar que este valor, así obtenido, se encuentra dentro del rango recomendado para áreas residenciales de condominios pareados o departamentos si se considera el conjunto como una unidad homogénea.

Método Racional Modificado. Este método es una extensión del procedimiento racional para lluvias que tengan una duración mayor que el tiempo de concentración del área, y tiene como objetivo contar con un hidrograma y no sólo con una estimación del gasto de punta. De esta forma, se puede emplear el procedimiento racional en situaciones que necesitan hidrogramas, tales como para dimensionar embalses de detención de las aguas lluvias.

Se propone una forma trapecial para el hidrograma con rectas de ascenso y de recesión con duraciones iguales al tiempo de concentración. De esta manera el hidrograma aumenta linealmente hasta alcanzar el gasto máximo para el tiempo igual al de concentración. Luego el caudal permanece constante hasta el instante en que termina la lluvia. La última rama es lineal y el caudal disminuye hasta un valor nulo. Procediendo de esta manera se calculan hidrogramas para diferentes duraciones de lluvia, dado que para cada duración se utiliza la intensidad de lluvia


correspondiente a dicha duración seleccionada de la curva IDF. Cuando la duración elegida es igual al tiempo de concentración el hidrograma se transforma en un triángulo isósceles.

Los volúmenes de detención necesarios para no sobrepasar un caudal de diseño, se calculan efectuando la propagación de los hidrogramas correspondientes a varias duraciones de lluvia a través del embalse y se elige aquel que maximiza el volumen requerido sin que se sobrepase el caudal máximo de salida especificado.

Método del Soil Conservation Service. Otro procedimiento recomendable para estimar los gastos máximos en cuencas urbanas, así como la forma del hidrograma correspondiente, es el desarrollado por el Soil Conservation Service de Estados Unidos, método conocido como procedimiento de la Curva Número. Esta metodología considera dos etapas o pasos: calcular el volumen escurrido o lluvia efectiva y estimar el caudal máximo de la crecida y la forma del hidrograma de la crecida.

Determinación del volumen. El volumen escurrido, expresado en unidades de altura de agua(mm), o lluvia efectiva (Q), se calcula en función de la lluvia (P), del potencial máximo de retención de agua (S) y de las pérdidas iniciales (Ia), las cuales se estiman en un 20% del potencial máximo, por medio de la siguiente expresión:

Q P SP S

=−+

( .( .

0 20 8

2))

(3.1.2.6)

El potencial máximo de retención de agua es función de la Curva Número y se calcula como sigue:

SC N

= −1 0 0 0 1 0 (3.1.2.7)

El factor CN o curva número depende del tipo de suelo, de la naturaleza y cobertura del suelo y las condiciones previas de humedad. El Soil Conservation Service ha publicado extensas y amplias investigaciones sobre este factor y presenta tablas para seleccionar el valor más representativo de cada situación. Los valores correspondientes a las condiciones urbanas más corrientes se presentan en la Tabla 3.1.2.8.


Tabla 3.1.2.8: Valores de Curvas Número para Áreas Urbanas.

Cobertura superficie % imp. Grupo de suelo (*) A B C D Desarrollado Permeables: Prados y parques pasto < 50% 68 79 86 89 pasto 50%-75% 49 69 79 84 pasto > 75% 39 61 74 80 Impermeables: 98 98 98 98 Calles y caminos: Pavimentados 98 98 98 98 Grava 76 85 89 91 Tierra 72 82 87 89 Distritos urbanos Comercial 85 89 92 94 95 Industrial 72 81 88 91 93 Residencial: sitios 500 m2 o menor 65 77 85 90 92 sitios 1000 m2 38 61 75 83 87 sitios 2000 m2 25 54 70 80 85 sitios 5000 m2 20 51 68 79 84 sitios 10000 m2 12 46 65 77 82 Áreas en desarrollo: 77 86 91 94 (*) A: Arenas y arenas limosas, B: Limos, C: Limos arcillosos con algo de

arena, D: Arcillas y limos. Ref.: SCS (1986) TR 55

La infiltración del terreno varía bastante en función de la permeabilidad del suelo y las condiciones de la superficie. El método distingue 4 tipos de suelos (A, B, C y D). El suelo de tipo A corresponde a suelos arenosos o limo-arenosos con bajo potencial de escurrimiento. Son suelos con buen drenaje y conductividades hidráulicas del orden de 7 mm/hr. Los suelos tipo B tienen tasas de infiltración moderadas y son de tipo limoso. Sus conductividades hidráulicas son del orden de 3 a 6 mm/hr. Los suelos C tienen baja capacidad de infiltración cuando están saturados y son limos arcillosos con algo de arena. Finalmente los suelos tipo D tienen un alto potencial de escurrimiento y pequeña infiltración. Están formados fundamentalmente por suelos finos arcillosos o limosos, con conductividades hidráulicas del orden de 1 mm/hr.


Estimación de la forma y del gasto máximo. El SCS propone también el uso de un hidrograma triangular que se asemeja a una curva de hidrograma adimensional derivado a partir de muchos hidrogramas calculados. Esta simplificación permite estimar el valor máximo del caudal, el tiempo de base y el tiempo al máximo , lo cual define totalmente la forma del hidrograma y su valor máximo. Este hidrograma tiene una zona de ascenso que corresponde aproximadamente al 37% del volumen escurrido. El tiempo de base y el tiempo al máximo se pueden estimar a partir del tiempo de concentración de la cuenca. Las expresiones propuestas son las siguientes:

qTp

c

=0 75, Q (3.1.2.8)

(3.1.2.9) T Tb p= =2 67 18, , Tc

(3.1.2.10) T Tp c= 0 67,

Siendo: qp = caudal máximo, en mm/s. Tc = tiempo de concentración, en segundos. Tb = tiempo de la base del hidrograma, en segundos. Tp = tiempo al máximo, en segundos. Q = volumen escurrido expresado en altura de agua, en mm.

Las expresiones anteriores permiten calcular la forma del hidrograma conocido el volumen escurrido y el tiempo de concentración.

3.2. HIDROGEOLOGÍA Y SUELOS

Varias de las obras que se proponen como soluciones alternativas de disposición de aguas lluvias en sectores urbanos consideran la posibilidad de infiltrar parcial o totalmente las aguas lluvias en el suelo. Además, las obras propiamente tales se construirán mayoritariamente bajo la superficie del suelo, por lo que se hace necesario conocer las características del subsuelo, la existencia y propiedades del agua subterránea en el lugar, así como las condiciones y facilidades de infiltración y drenaje subsuperficial del sector.

Con el objeto de entregar antecedentes para la selección, concepción y diseño de las obras de infiltración se presenta una visión general del subsuelo y del agua subterránea, de manera de poder orientar el análisis de los aspectos básicos que deben considerarse para abordar proyectos de infiltración de aguas lluvias, así como también la obtención de los antecedentes que se necesitan para ello, incluyendo la realización de ensayos en terreno para medir propiedades. También se incluye un acápite sobre los efectos de la infiltración en la calidad de las aguas.


3.2.1. AGUA SUBTERRÁNEA

El agua subterránea ocupa las grietas, poros y fisuras de la parte superior de la corteza terrestre acumulándose en el suelo año a año, gracias a la infiltración que se produce durante y después de las precipitaciones. El agua subterránea no está detenida y sus velocidades, aunque pequeñas, hacen que esta masa de agua pueda incorporarse en el ciclo hidrológico.

a. Ciclo hidrológico. Es la continua circulación de humedad y agua sobre el planeta. El agua de los océanos, de los ríos, de los lagos, de la zona superficial de los suelos y de la transpiración de las plantas se evapora por acción de la radiación solar. El vapor de agua se eleva y cuando se condensa da origen a las nubes que, bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, precipita en forma de lluvia, granizo o nieve, sobre la superficie del suelo (Fig. 3.2.1.1).

Figura 3.2.1.1: El agua subterránea en el ciclo hidrológico. 1.- Evaporación del océano, del suelo, de las plantas, de los ríos, de la lluvia, 2.- Formación de nubes, 3.- Precipitación, 4.- Escorrentía superficial, 5.- Infiltración, 6.- Percolación, 7.- Humedad del suelo, 8.- Zona vadosa, 9.- Franja capilar, 10.- Agua subterránea dulce, 11.- Agua subterránea salada, 12.- Océano.

Parte del agua de las lluvias se almacena temporalmente en la superficie de la tierra como hielo o nieve, o en depresiones. Otra parte escurre sobre la superficie y una vez humedecido el follaje y el terreno llega hasta los ríos. El resto se infiltra en el suelo a través de la zona vadosa o zona de aereación,



donde los poros del suelo contienen agua y aire. Dentro de esta porción de suelo, una parte del agua se detiene en la zona radicular de las plantas y es devuelta a la superficie por éstas o mediante el fenómeno de capilaridad. Otra parte se almacena, dando origen al agua vadosa o humedad de suelo. El exceso de agua vadosa drena por gravedad, y continúa su movimiento descendente hasta incorporarse al depósito subterráneo, proceso que se llama percolación o infiltración eficaz. A cierta profundidad, el suelo se encuentra saturado de agua, en la llamada zona de saturación. La superficie de esta zona de saturación es llamada napa freática, superficie freática o nivel freático y el agua almacenada en la zona de saturación se denomina agua subterránea. La alimentación del agua subterránea se realiza por medio del proceso de infiltración, en el cual parte de la precipitación traspasa la superficie del suelo.

b. Acuíferos. El agua subterránea se encuentra en forma de un solo cuerpo continuo o también en estratos separados. El espesor de la zona de saturación varía desde unos pocos metros hasta varios. Se define un acuífero como una unidad geológica saturada comprendida dentro de la zona de saturación capaz de permitir el desplazamiento del agua, para lo cual los poros que contiene deben ser suficientemente grandes (arenas, gravas, roca fracturada). Los acuíferos se pueden clasificar como libres, confinados o colgados de acuerdo con la presión hidrostática del agua encerrada en ellos.

Acuífero freático o libre es aquel cuyo límite superior queda definido por la superficie freática misma, en la cual, el agua contenida en los poros del acuífero se encuentra sometida a presión atmosférica. En cualquier nivel dentro de un acuífero libre la presión hidrostática es equivalente a la profundidad media desde la superficie freática hasta el punto en cuestión, y puede expresarse en metros de columna de agua. Los acuíferos libres se forman cuando no hay materiales impermeables sobre el acuífero. La napa freática se puede desplazar hacia arriba o hacia abajo, en respuesta a recargas o descargas en el acuífero (Fig. 3.2.1.2).


Figura 3.2.1.2: Acuífero libre. 1.- Pozo, 2.- Zona no saturada, 3.- Napa subterránea, 4.- Zona saturada, 5.- Río.

Acuífero confinado o artesiano es un acuífero "encerrado" por dos estratos confinantes, situados por encima y por debajo de él (Fig. 3.2.1.3).

Figura 3.2.1.3: Acuífero confinado. 1.- Pozo freático, 2.- Pozo artesiano, 3.- Pozo surgente, 4.- Superficie libre, 5.- Acuífero, 6.- Roca.


Acuífero colgado se produce cuando existe un estrato impermeable intercalado dentro de la zona de aereación, el que interrumpe la percolación y acumula agua, produciendo una zona de saturación con un nivel ubicado encima del nivel de saturación principal (Fig. 3.2.1.4).

Figura 3.2.1.4: Acuífero colgado. 1.- Acuífero colgado, 2.- Arcilla, 3.- Zona no saturada, 4.- Napa freática, 5.- Manantiales.

Acuífero Semiconfinado. Un caso particular de los acuíferos confinados son los acuíferos semiconfinados, en los que el estrato superior o inferior que los encierra es un estrato de baja permeabilidad que puede almacenar y transmitir agua.

El agua de un acuífero confinado se encuentra a una presión mayor que la atmosférica. Al perforar un pozo a través de un estrato confinante superior, y llegar hasta el acuífero artesiano, el agua puede llegar a niveles en el pozo por sobre el nivel del acuífero, lo que indica que éste se encuentra bajo presión. El nivel alcanzado en el pozo se denomina nivel piezométrico. En estos acuíferos la recarga puede ingresar en alguna zona alejada y escurrir lentamente a través de él. Si la superficie piezométrica se encuentra sobre la superficie del terreno, se produce un pozo surgente.


c. Zonas del subsuelo. En una sección de un acuífero libre, se distinguen los siguientes estratos o zonas (Fig. 3.2.1.5):

Figura 3.2.1.5: Estratos presentes en la sección de un acuífero libre. 1.- Zona de aereación, 2.- Zona de saturación. 3.- Agua suspendida, 4.- Agua bajo presión hidrostática, 5.- Superficie del suelo, 6.- Humedad del suelo, 7.- Poros parcialmente ocupados por agua, 8.- Ascensión capilar del nivel freático, 9.- Superficie freática, 10.- Agua subterránea.

Zona de aereación o zona vadosa, en la cual los poros o aberturas están parcialmente llenos de agua. Se puede dividir en tres franjas: franja de humedad del suelo, franja intermedia y franja capilar. El agua infiltra hacia la franja de humedad del suelo, donde es utilizada por las plantas y contenida en el suelo mediante atracción molecular y acción capilar. Una vez que se satisface la capacidad de retención de las fuerzas capilares, el agua percola hacia abajo por acción de la gravedad. Llega a la franja intermedia, la que también retiene agua suspendida por atracción molecular y capilaridad, siendo esta última la fuerza más importante. El agua en esta franja constituye almacenamiento fósil, y su utilidad es ser un pasaje hacia zonas inferiores. Parte del agua que alcanza


la franja capilar es retenida mediante fuerza capilar. El resto percola para formar parte del agua subterránea.

Zona saturada: contiene al agua subterránea. Esta zona podría asimilarse a un gran embalse natural cuya capacidad total es equivalente al volumen conjunto de los poros llenos de agua. Su espesor es variable, dependiendo de factores tales como la geología local, la presencia de intersticios en las formaciones, la recarga, y el desplazamiento del agua desde zonas de recarga a las de descarga.

Los acuíferos libres se recargan por percolación profunda desde estratos superiores. Ésta puede ser del orden de un 50% de la precipitación media en climas húmedos, 10 a 20% en climas mediterráneos, y menos de un 1% en climas secos. La descarga natural se puede producir a través de manantiales o por medio de evapotranspiración.

3.2.2. SISTEMAS DE INFILTRACIÓN

a. Condiciones para su funcionamiento. Los sistemas de infiltración de las aguas lluvias en el subsuelo, para su posterior percolación en el agua subterránea, requieren que los sectores seleccionados cumplan con ciertas condiciones que aseguren un buen funcionamiento de las obras.

Para lograr un proceso de infiltración eficiente se requiere que el subsuelo esté compuesto por material permeable (arenas, gravas, roca fracturada) con una zona vadosa sin capas o estratos impermeables que limiten la infiltración y que tengan la suficiente permeabilidad horizontal de manera de permitir el flujo lateral sin formar una excesiva sobrecarga (Fig. 3.2.2.1). Adicionalmente, la superficie freática o napa debe estar lo suficientemente profunda de manera de no interferir con el proceso de infiltración.

Figura 3.2.2.1: Esquema de infiltración. 1.- Zona vadosa, 2.- Napa freática, 3.- Sobrecarga, 4.- Acuífero.

Las variables de interés que se deben considerar para evaluar las características de un determinado sector, para ser usado como zona de infiltración de aguas lluvias, están relacionadas con la cubierta vegetal, el suelo y el agua subterránea, en los aspectos que se describen a continuación.

Cubierta vegetal. Gran parte del agua que se infiltra en el suelo es absorbida por las raíces de las plantas y retorna a la atmósfera mediante la transpiración



de las plantas la que, junto a la evaporación directa del agua, se denomina evapotranspiración. La capa vegetal actúa como un filtro que reduce la colmatación de los poros abiertos y facilita el crecimiento del humus orgánico, lo que explica porqué la capacidad de infiltración es mayor en áreas cubiertas de pasto que en otras áreas.

La Figura 3.2.2.2 muestra en forma esquemática los procesos involucrados en el intercambio de agua que se produce a través de un suelo cubierto por vegetación.

Figura 3.2.2.2: Intercambio de agua en un suelo cubierto de vegetación. 1.- Precipitación, 2.- Intercepción, 3.- Infiltración, 4.- Percolación, 5.- Flujo superficial, 6.- Interflujo, 7.- Agua subterránea, 8.- Flujo capilar, 9.- Evaporación, 10.- Transpiración.

Suelo. La cantidad de agua que puede infiltrarse en el suelo depende de su porosidad efectiva. La porosidad efectiva se define como la cantidad de agua que el suelo puede recibir o liberar por gravedad. Por ejemplo, en suelos compuestos por grava y arena la porosidad efectiva puede alcanzar un valor de 0,3 (lo que significa que el 30% del volumen total de suelo puede ser llenado


con agua). En el caso de las arcillas este valor es del orden de 0,05, es decir, sólo un 5% puede ser llenado con agua.

Es importante también conocer la facilidad o dificultad que tiene el agua para moverse en el suelo. La permeabilidad es una medida de la velocidad con que se desplaza el agua en el suelo. Presenta valores altos en suelos cuya porosidad es elevada y sus granos son gruesos, como gravas y arenas, y valores bajos para suelos finos, como arcillas. La capacidad de infiltración de un suelo varía con su permeabilidad, y como generalmente los suelos no son homogéneos, se necesita información de terreno para poder estimarla en cada sitio.

Para estimar la capacidad de infiltración de un suelo se requiere conocer el tipo de suelos, el espesor vertical, la distribución horizontal de cada tipo, la presencia de arcilla y otros lentes impermeables. También se debe contar con información del agua subterránea.

Agua subterránea. Adicionalmente a la información del suelo, se debe contar con información del agua subterránea para determinar si el sector es apto para infiltrar las aguas lluvias. Entre otros factores, las variables que se necesitan para definir las condiciones locales del agua subterránea son las siguientes: distancia entre la superficie del suelo y la superficie del agua subterránea, pendiente de la superficie freática, profundidad y dirección del flujo de agua subterránea, incluyendo las zonas de recarga y las zonas de descarga, y además, las fluctuaciones del nivel del agua subterránea en cada estación del año.

Conociendo la permeabilidad del suelo y la pendiente de la superficie freática, puede estimarse la velocidad del flujo del agua subterránea. En suelos homogéneos la pendiente de la superficie freática coincide generalmente con la pendiente del terreno. La topografía del terreno permite que se desarrollen zonas de recarga y zonas de descarga del agua subterránea (Fig. 3.2.2.3). Es recomendable diseñar los sistemas de infiltración en aquellas zonas de recarga, evitando hacerlo en zonas de descarga.


Figura 3.2.2.3: Recarga y descarga de agua subterránea. Las flechas indican líneas de flujo del agua subterránea. 1.- Zona de recarga, 2.- Zona de descarga, 3.- Flujo local, 4.- Flujo regional.

Como queda en evidencia, muchos factores afectan la decisión de usar un sitio como zona de infiltración de las aguas lluvias. En resumen, las características y antecedentes que deben conocerse de un sitio son los siguientes:

Tipo y condiciones de la cubierta vegetal y del primer estrato de suelo (0-1m), llamado capa vegetal.

Características de la zona vadosa, es decir, de los estratos que están entre la superficie del suelo y la napa, fundamentales para el proceso de infiltración. Se debe conocer, al menos, la presencia o ausencia de permeabilidad por fisuración y el grado de consolidación. También es importante el carácter litológico de la zona, es decir, propiedades como la porosidad total, la porosidad efectiva, la permeabilidad, el contenido de humedad y la capacidad de infiltración.

Tipo y condiciones de los acuíferos. Los tipos de acuíferos que se pueden presentar varían desde la inexistencia, pasando por acuíferos surgentes, semiconfinados, no confinados cubiertos y no confinados libres. Se debe determinar la profundidad de la napa y la profundidad del estrato o roca impermeable. Para los acuíferos es interesante su permeabilidad y transmisividad.

Riesgos de contaminación. Durante el proceso de infiltración de las aguas lluvias en el suelo, se manifiestan diferentes mecanismos auto-purificadores en la zona situada entre la superficie del suelo y la superficie de la napa


subterránea, llamada zona no saturada o zona vadosa. Los procesos que se producen en esta zona se enumeran a continuación.

Filtración. Este es un proceso físico de retención de partículas que depende de la superficie específica de los granos. La superficie específica corresponde a la superficie de los granos que ocupan una unidad de volumen y varía de acuerdo al tamaño y distribución de ellos.

Adsorción e intercambios iónicos. Estos dos procesos físico-químicos reversibles se desarrollan esencialmente en medios arcillosos, en materia orgánica, en los óxidos, los hidróxidos y los materiales atmosféricos. Ellos permiten la retención de moléculas no cargadas ya sea orgánicas (hidrocarburos, pesticidas) o minerales (metales pesados oxidados). Algunos metales son relativamente móviles en los suelos (zinc, cadmio) mientras que otros son fácilmente retenidos (cobre, plomo, fierro).

Hidrocarburos. Pueden tener una degradación biológica lenta y una adsorción que es más fuerte si la granulometría es más fina. También se pueden evaporar.

Sustancias nitrogenadas. Se trata de compuestos más bien solubles que son difícilmente retenidos. Sin embargo, la contaminación por nitratos de aguas lluvias urbanas es pequeña en comparación a la observada en zonas rurales agrícolas.

Microorganismos de origen fecal. La migración vertical de células bacterianas es pequeña. Sin embargo, la migración de partículas virales puede llegar hasta 20 metros.

Procesos biológicos. En las capas más altas del suelo, la flora bacteriana, fangosa, con algas y con fauna puede intervenir en la descontaminación de las aguas infiltradas. Fauna y flora saprófitas toman parte en la degradación de la materia orgánica y en la purificación microbiológica. Los procesos bacterianos permiten la degradación de ciertos hidrocarburos, la acumulación de fierro, la nitrificación-desnitrificación (bajo condiciones específicas de temperatura, pH, nutrientes, oxígeno). Por otro lado las sustancias contenidas en las aguas lluvias reaccionan de una manera diferente en contacto con el suelo.

Metales pesados. En su estado ionizado pueden permanecer adheridos al suelo por intercambio iónico o asimilados por las plantas. Bajo una


forma oxidada, los metales son absorbibles sobre las arcillas y la materia orgánica bajo condiciones de pH y de oxigenación específica de cada uno de los metales.

Los procesos purificadores mencionados pueden desarrollarse en el interior de la napa subterránea pero con mucho menor importancia que en la zona no saturada. La dilución no es inmediata ni total y no puede entonces considerarse como un proceso autopurificador. La contaminación de las aguas subterráneas puede acarrear consecuencias imprevisibles y costosas, alcanzando en algunos casos efectos irreversibles.

Se desprende entonces, que la infiltración de aguas lluvias urbanas en el subsuelo puede hacerse directamente, sólo si es posible asegurar un cierto espesor de suelo en condiciones no saturadas que actúe como filtro. La experiencia francesa (Azzout et al, 1994) recomienda que se deje siempre un espesor de al menos 1 metro entre la posición más alta que alcanza el agua subterránea y la base de la obra de infiltración elegida. Sin embargo el conjunto de estos procesos no constituye un remedio contra la contaminación de las napas y en el caso de aguas muy cargadas en contaminantes debe considerarse un proceso aparte y previo de purificación

b. Características del suelo. Se presentan a continuación las principales características del suelo que definen el funcionamiento hidráulico del movimiento del agua durante el proceso de infiltración. Se incluyen los ensayos y análisis típicos empleados en la determinación cuantitativa de estas propiedades.

Profundidad de la napa. Se puede determinar a partir de mediciones de niveles estáticos realizados en pozos cercanos a la zona en estudio o en pozos monitoreados por la DGA. También se puede recurrir a norias, pozos superficiales o excavaciones cercanas. En algunas zonas del país existen antecedentes elaborados en base a estudios regionales disponibles en entidades públicas, como el Balance Hidrogeológico de Chile, publicado por la DGA en 1989.

Permeabilidad o Conductividad Hidráulica. Es un parámetro que representa la facilidad con que un material permite el paso del agua. Tiene un comportamiento diferente si el suelo está saturado o si se encuentra no saturado.


Suelo saturado. Según Darcy (1856), la velocidad del escurrimiento a través de una sección de área A, sometida a un gradiente hidráulico i (Figura 3.2.2.4), está dada por:

v = k i (3.2.2.1)

donde v es la velocidad de Darcy, k es la permeabilidad, i es igual a h/L, siendo h la diferencia de carga hidráulica entre la entrada y la salida, y L el recorrido que debe realizar el agua.

Figura 3.2.2.4: Representación del experimento de Darcy.

Los valores del coeficiente de permeabilidad se pueden determinar a partir de ensayos de laboratorio, de campo, o de estudios regionales. Los ensayos de laboratorio se realizan aplicando la ley de Darcy a una muestra de material en el interior de un permeámetro, que puede ser de carga constante o de carga variable.

En la Tabla 3.2.2.1 se presentan valores de k según la descripción granulométrica del material. Estos valores son sólo promedios y permiten tener una idea del orden de magnitud de la permeabilidad para determinadas características del suelo en la zona en estudio.


Tabla 3.2.2.1: Valores de permeabilidad según la descripción del material.

Permeabilidad

(m/día) 104 103 102 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6

Tipo de Terreno

Grava limpia

Arena limpia,

mezcla de grava y arena

Arena fina, arenas arcillosas, mezcla de arena,

limo y arcilla, arcillas

estratificadas

Arcillas no meteorizadas

Calificación Buenos acuíferos Acuíferos pobres Impermeables

Capacidad de drenaje

Drenan bien Drenan mal No drenan

Suelo no saturado. La permeabilidad en un suelo no saturado disminuye a medida que se reduce el contenido de humedad (θ). En este caso la ley de Darcy se expresa como :

v = K(θ) * Grad H (3.2.2.2)

donde v es la velocidad de flujo, K(θ) la conductividad hidráulica y H la carga hidráulica, que puede expresarse como la diferencia:

H = h(θ) - Z (3.2.2.3)

donde h(θ) representa la variación que experimenta la succión del agua en función del contenido de humedad y Z representa la profundidad respecto a un sistema de referencia ubicado en la superficie del suelo y orientado hacia abajo.

Las curvas h(θ) y K(θ) pueden obtenerse directamente en terreno o en laboratorio a partir de una muestra no perturbada. La curva de succión h(θ) puede obtenerse efectuando medidas de la presión h en distintos horizontes del perfil del suelo, y simultáneamente medidas del contenido de humedad θ.


La relación entre h y θ, establecida para una evolución continua del contenido de humedad, entrega directamente la curva de succión, cuya forma es del tipo de la que se indica en los ejemplos de la Fig. 3.2.2.5, que muestra ejemplos de curvas de succión para suelos de diferente textura.

Figura 3.2.2.5: Ejemplo se curvas de succión para suelos de diferente textura..

La curva de conductividad hidráulica K(θ) se puede obtener a partir de la ley de Darcy, o en un permeámetro que impone un gradiente constante a una muestra para diferentes valores del contenido de humedad θ, y presentan una forma del tipo de la que se muestra en los ejemplos de la Fig. 3.2.2.6.


Figura 3.2.2.6: Ejemplos que muestran formas típicas de curvas de conductividad hidráulica para diferentes materiales.

Transmisividad. Representa la facilidad del acuífero para transmitir agua a través de su espesor. Se define como el caudal que se filtra a través de una franja vertical de terreno de ancho unitario y de altura igual al espesor saturado bajo un gradiente hidráulico unitario.

El valor de este parámetro se puede determinar a partir de pruebas de bombeo realizadas en pozos del sector, o como el producto entre permeabilidad y espesor saturado, estimando la permeabilidad a partir de los procedimientos descritos anteriormente. Existen estudios regionales que entregan valores estimados de este parámetro en distintas zonas del país, (ver por ejemplo los valores de la Tabla 3.2.2.4).

Porosidad. Se define como el cuociente entre el volumen vacío ocupado con aire y/o agua de un suelo y su volumen total. Es una medida del volumen de huecos disponibles para almacenar agua. Para evaluar la cantidad de agua disponible o la cantidad de agua que puede aceptar en sus poros un acuífero, se define el concepto de porosidad efectiva o eficaz, el que representa el volumen de agua que un suelo puede drenar libremente por gravedad o almacenar libremente. En algunos casos puede representar una porción muy pequeña de la porosidad total.


Tabla 3.2.2.2: Valores estimados de porosidades totales y efectivas. Material Porosidad total % Porosidad eficaz % Tipo y descripción Media Máx. Mín. Media Máx. Mín. Rocas masivas Granito 0,3 4 0,2 <0,2 0,5 0,0 Caliza masiva 8 15 0,5 <0,5 1 0,0 Dolomia 5 10 2 <0,5 1 0,0 Rocas metamórficas 0,5 5 0,2 <0,5 2 0,0 Rocas volcánicas Piroclastos y tobas 30 50 10 <5 20 0,0 Escorias 25 80 10 20 50 1 Pumitas 85 90 50 <5 20 0,0 Basaltos densos 2 5 0,1 <1 2 0,1 Fonolitas 12 30 5 5 10 1 Basaltos vacuolar Rocas sedimentarias Pizarras sedimentarias 5 15 2 <2 5 0,0 Areniscas 15 25 3 10 20 0,0 Creta blanda 20 50 10 1 5 0,2 Caliza detrítica 10 30 1,5 5 20 0,5 Formaciones sedimentarias Aluviones 25 40 20 15 35 5 Dunas 35 40 30 20 30 10 Gravas 30 40 25 25 35 15 Loess 45 55 40 <5 10 0,1 Arenas 35 45 20 25 35 10 Dep. glaciares 25 35 15 15 30 5 Limos 40 50 35 10 20 2 Arcillas sin compactar 45 60 40 2 10 0,0 Suelos superiores 50 60 30 10 20 1

En la tabla 3.2.2.2 (Custodio, 1976) se presentan valores estimados de porosidad efectiva y total para algunos suelos. La medida de la porosidad se puede efectuar por diversos métodos, tanto en laboratorio como en terreno. Los métodos de terreno son los mejores, pues miden el material en su estado natural, mientras que los métodos de laboratorio suponen una alteración de la muestra respecto a su estado inicial.

Capacidad de Infiltración. La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo a través de la superficie de la tierra. La capacidad de infiltración de un suelo es la máxima cantidad de agua que puede absorber en una unidad de tiempo bajo condiciones definidas previamente. Depende de


varios factores tales como las características del terreno y del fluido que se infiltra, las condiciones de la superficie y las condiciones ambientales.

Existen tres tipos fundamentales de métodos para determinar las capacidad de infiltración: a) Ensayos de infiltración en terreno. b) Análisis de escorrentía en cuencas pequeñas. c) Lisímetros. Todos los métodos disponibles entregan valores aproximados, incluso aplicados al mismo terreno pueden dar valores diferentes. Para el diseño de obras de infiltración el método más empleado es el de ensayos de infiltración en terreno ya que permiten determinar de manera directa un valor de la capacidad e infiltración. Algunos de los ensayos más usados se mencionan a continuación.

Ensayo Muntz o de cilindros concéntricos. Entrega una medida del coeficiente de permeabilidad vertical en las capas superficiales del suelo y se puede usar sólo si la napa es profunda. Es un método simple pero necesita de aparatos específicos. El método consiste en hincar en el suelo dos cilindros a una profundidad de 10 cm como se muestra en la figura. El cilindro interior debe tener al menos un área de 100 cm2 y se debe mantener el nivel del agua en ambos cilindros a una altura sobre el suelo de al menos 3 cm durante el ensayo.

Figura 3.2.2.7: Infiltrómetro de cilindros concéntricos y curvas de infiltración, f, e infiltración acumulada, F, en el tiempo. 1.- Varilla para medir.

La medida se realiza trazando una curva de las cantidades de agua infiltrada acumulada, F, y la tasa de infiltración, f, en función del tiempo, t. La pendiente de la curva F en función de t, una vez que se alcanzan las condiciones de régimen estable, es el coeficiente de permeabilidad vertical.

Ejemplo.- Se ha efectuado un ensayo Muntz con dos cilindros concéntricos de 15 y 30 cm de diámetro cada uno, siguiendo las


indicaciones correspondientes. Se llenaron ambos cilindros con agua y una vez que el nivel llegó a 5cm sobre el suelo se mantuvo el nivel del agua en ambos cilindros agregando el volumen necesario cada 20 segundos inicialmente y cada minuto posteriormente. Las cantidades agregadas al cilindro interior se midieron con una probeta graduada de laboratorio, obteniéndose los valores que se indican en la tabla siguiente. Se agrega el tiempo, el volumen acumulado y la tasa de infiltración en cada intervalo, calculada como:

f VA t

= 36 000.∆

donde A es el área del cilindro interior, equivalente a 176,7 cm2, V el volumen incorporado en cm3 y ∆t el tiempo en segundos. Como resultado se obtiene f en (mm/hora).

Tiempo (s) Volumen Volumen Infiltración parcial acumulado (mm/hora) 0 0,0 0,0 200 22,3 22,3 22,7 400 19,1 41,4 19,4 600 18,0 59,4 18,4 800 16,6 76,0 16,9 1000 15,4 91,4 15,7 1200 14,8 106,2 15,1 1800 38,0 144,2 15,1 2400 36,6 180,8 12,9 3000 35,4 216,2 12,0 3600 36,0 252,2 12,2 4200 36,2 288,4 12,3

La tasa de infiltración se puede estimar en 12 mm por hora.

Ensayo de Porchet o del cilindro excavado. Entrega el coeficiente de permeabilidad global en el suelo superficial cuando la napa está profunda. Consiste en excavar una cavidad cilíndrica de diámetro igual al menos al ancho de la zanja o del pozo. En el caso de una obra de infiltración importante es necesario excavar varias cavidades para obtener medidas representativas de la permeabilidad en toda la superficie. Las cavidades deben hacerse a la misma profundidad de la obra.


El método consiste en llenar de agua la cavidad y medir el descenso de la superficie libre debido a la infiltración a través del fondo y las paredes.

Figura 3.2.2.8: Infiltrómetro de cilindro excavado.

La capacidad de infiltración o permeabilidad global del suelo a esa profundidad se determina utilizando las alturas de agua para dos instantes de tiempo no muy alejados, como:

f Rt t

Ln h Rh R

=−

++2

222 1

1

2( ) (3.2.2.4)

donde R es el radio de la excavación, h1 y h2 las alturas de agua en los instantes t1 y t2 respectivamente.

Es recomendable obtener varios pares de medidas de t y h para estimar un valor promedio de f.


Ejemplo.- Para medir la permeabilidad global del terreno se ha efectuado un ensayo del tipo Porchet excavando un cilindro de 60cm de diámetro y 60cm de profundidad. Una vez llena la excavación con agua se esperó hasta que esta alcanzara el nivel de 50cm sobre el suelo y se midió el tiempo cada dos cm de descenso del nivel. Los valores se presentan a continuación:

Nivel Tiempo Tiempo 2h+R Infiltración mm segundos horas cm mm/hora 500 0 0 1300 480 520 0,144 1260 32,4 460 1082 0,301 1220 31,0 440 1560 0,433 1180 37,7 420 2110 0,586 1140 33,9 400 2605 0,724 1100 38,9 promedio 34,8

Se estima la infiltración global en 34,8 mm/hora.

Ensayo de infiltración estándar. Este ensayo permite estimar la permeabilidad global del suelo. Es utilizado en Estados Unidos y Canadá para el dimensionamiento de pozos de absorción de fosas sépticas.

Se recomienda realizar al menos seis hoyos de 10 a 30 cm de diámetros repartidos uniformemente sobre la superficie de interés y llegar hasta la profundidad de la obra. Se recomienda en cada hoyo excavar las paredes y eliminar el polvo del fondo e instalar 5 cm de arena gruesa para evitar la colmatación del fondo por resuspensión de las partículas finas durante el ensayo.

El método consiste en llenar los hoyos con al menos 30 cm de agua limpia y agregar la cantidad de agua que sea necesaria para mantener el nivel del agua a más de 30 cm sobre la arena gruesa durante al menos 4 horas y si es posible hasta el día siguiente en zonas muy secas.

Posteriormente se ajusta el nivel del agua a 15 cm sobre la arena y se observa el descenso que se produce cada 30 minutos, ajustando después de cada observación el nivel del agua a su nivel inicial. El descenso del nivel del agua medido en 30 minutos en régimen permanente entrega el valor de la permeabilidad global. La duración recomendada para el ensayo es de 4 horas pero puede disminuir a 1 hora en suelos muy permeables.


Tipo de suelo. Los suelos se pueden clasificar de acuerdo al tamaño de sus partículas, el que se determina a partir del análisis de muestras tomadas en terreno. Existen dos ensayos complementarios: el de tamices, para partículas mayores que 0,07 mm, y el de sedimentación, para la fracción más fina.

El método de sedimentación consiste en mezclar una determinada cantidad de suelo (100 - 150 gr.) con agua y una solución desfloculante, agitar y medir la densidad en suspensión por medio de un aerómetro especial a intervalos de tiempo dados, lo que permite determinar el peso de las partículas que no han sedimentado por debajo de ese nivel, cuyo tamaño se determina mediante la ley de Stokes.

El ensayo de tamices consiste en hacer pasar una cierta cantidad de material disgregado por una serie de tamices de malla cada vez menor, pesando el material retenido en cada tamiz, para determinar su porcentaje respecto al peso total de la muestra.

Los porcentajes obtenidos son llevados a una curva granulométrica en la que se grafica el tamaño de los granos en escala logarítmica en función de su porcentaje en peso, ya sea del % en peso retenido por las mallas, o el % en peso que pasa por las mallas. El porcentaje en peso que pasa indica el % de partículas de diámetro inferior a cierto diámetro.

En una curva granulométrica, un material con granos iguales en tamaño está representado por una recta vertical, cuanto mayor es la dispersión de los granos, mayor es la desviación respecto a la vertical de la curva granulométrica. La inclinación de la curva granulométrica, es decir, la dispersión de tamaños, está

reflejada por el coeficiente de uniformidad de Hazen, definido como f d

d= 60

10

,

donde dx representa el tamaño del grano tal que sólo el x% de los granos son de tamaño menor. Si este coeficiente es mayor que 2, se puede decir que se trata de una muestra bien graduada. En la Figura 3.2.2.9 se entrega una clasificación de los materiales según el tamaño del grano. Las mezclas de materiales se nombran de acuerdo con la importancia decreciente de sus componentes.


Figura 3.2.2.9: Clasificación de los materiales granulares por el tamaño del grano.

En la Figura 3.2.2.10 se presentan ejemplos de curvas granulométricas para cinco materiales distintos que cubren el rango de los más típicos encontrados en los suelos naturales. La Tabla 3.2.2.3 contiene las características básicas de las curvas granulométricas respectivas, así como la permeabilidad y porosidad medias en laboratorio para cada material.

Tabla 3.2.2.3: Características de los materiales que se grafican en las curvas granulométricas de la Figura 3.2.2.10 a modo de ejemplos de comportamientos

de materiales típicos.

Curva d10 d17 d20 d50 d60 Porosidad Permeabilidad mm mm mm mm mm m/s 1 0,200 0,273 0,295 0,385 0,40 0,43 5,58x10-4 2 0,150 0,236 0,280 0,500 0,56 0,37 2,44x10-4 3 0,250 0,417 0,500 1,250 1,40 0,33 5,49x10-4 4 1,000 1,635 2,600 7,800 10,00 0,29 6,71x10-3 5 0,014 0,032 0,040 0,190 0,30 0,27 1,11x10-6


0

1020

3040

50

6070

8090

100

0.0010.010.1110100

Diametro, mm

Porc

enta

je re

teni

do

5

4

3

2

1

Figura 3.2.2.10: Ejemplos de curvas granulométricas de cinco materiales de diferente textura para los cuales se han determinado y comparado las características indicadas en la tabla 3.2.2.3.

3.3. OTROS ANTECEDENTES

Para decidir adecuadamente el tipo de solución en cada caso particular y disponer de elementos suficientes para el diseño de las mismas es necesario recopilar una serie de datos de diferente índole cuya importancia relativa puede variar dependiendo de las condiciones particulares de cada situación. Entre estos se consideran las condiciones de la urbanización, el relieve, la red de drenaje y el sistema de riego en zonas recientemente urbanizadas que aún conservan características agrícolas. Algunos de los aspectos relevantes para el proyecto de obras alternativas de drenaje urbano se discuten a continuación.

3.3.1. ASPECTOS URBANOS. La mayoría de la población de Chile es considerada urbana, es decir habita

pueblos o ciudades de más de 10.000 habitantes. Estas ciudades, al igual que la población, se asientan principalmente en la zona central del país, entre el río Aconcagua y el seno de Reloncaví. Todas las ciudades importantes son de antigua fundación ( cien años o más) y no existen prácticamente ciudades grandes de nuevo trazado.

En las I y II Región, entre la frontera norte y el valle de Copiapó al sur, la población se concentra en pocas grandes ciudades en la costa: Arica, Iquique, Antofagasta, y de tamaño mucho más pequeño, Taltal y Chañaral. El resto de la población se ha establecido en pequeñas comunidades en el Altiplano oriental. La excepción en estas regiones es la ciudad de Calama en el valle del río Loa, cercana a la mina de Chuquicamata. En la planicie central se establecen los campamentos de grandes explotaciones mineras.

Entre el valle de Copiapó y el del río Aconcagua, es decir la III, IV y V Región, la población se concentra en los valles agrícolas, ciudades de tamaño mediano se asientan al centro de los valles. Estas regiones son de lluvias escasas y en los valles se han desarrollado complejos sistemas de canales de regadío. En la costa de estas regiones se encuentran dos pares de ciudades de gran importancia: La Serena y Coquimbo al norte, y Viña del Mar y Valparaíso al sur. Otros dos puertos de menor tamaño completan el sistema de ciudades de estas regiones: Caldera y Los Vilos. Hacia el sur de Los Vilos comienza una cadena, mas o menos ininterrumpida, de pequeños pueblos balnearios al amparo de playas de cierta importancia y caletas de pescadores. En el límite sur de estas regiones se encuentra el puerto de San Antonio.



La ciudad de Santiago, en la Región Metropolitana, concentra un gran porcentaje de la población del país, con más de cinco millones de habitantes, y por su magnitud y complejidad constituye un caso excepcional dentro de las ciudades de Chile. El valle central, que como tal se extiende desde la Región Metropolitana hasta la VIII Región, abarcando las Regiones VI y VII, es una zona densamente poblada con múltiples ciudades y pueblos de diferente tamaño. A excepción de la zona de Concepción, se encuentran pocas y pequeños poblados costeros en esta zona.

Por tratarse de una zona históricamente agrícola las ciudades del Valle Central han crecido sobre los trazados de caminos, canales e infraestructura de asentamientos agrícolas, que son los primeros que crean un sistema de división de la propiedad y organización del territorio. Así las principales ciudades se encuentran fundadas a orillas de los grandes ríos que tienen carácter de torrentes cordilleranos. Por estar ubicadas en el centro del valle estas ciudades tienen un relieve plano, con ligera pendiente ( 1 a 3 %) edificadas sobre terrenos agrícolas con una capa superior más o menos profunda de carácter arcilloso sobre depósitos aluviales. Existen dos excepciones destacadas que corresponden a zonas urbanas ubicadas en la costa, Valparaíso y Concepción, en las que la topografía es más accidentada. En toda la zona norte de este valle central la cubierta vegetal de los espacios urbanos abiertos desaparece en el verano, o durante todo el año, si no es especialmente cuidada, transformándose en grandes extensiones de polvo o barro según la estación. En estas ciudades los materiales básicos de la edificación son la albañilería de adobe o barro con estructuras de madera, para las más antiguas o tradicionales, y albañilerías de ladrillo, reforzadas o armadas con estructuras de hormigón armado, para las edificaciones mayores.

Desde el Bío-Bío al sur la topografía de las ciudades es ligeramente más accidentada, con pequeñas ondulaciones. Debido al régimen de lluvias más uniformes los ríos, que contrariamente a lo que ocurre más al norte corren por el fondo de los valles, son más constantes y desaparecen los canales de riego. Así mismo los terrenos abiertos ( no especialmente urbanizados ) mantienen una cubierta vegetal sin necesidad de mayores cuidados. De Concepción al sur predomina la madera en las construcciones menores y residenciales, siendo las construcciones mayores de albañilerías reforzadas o estructuras de hormigón armado.

Hacia el sur del seno de Reloncaví, a excepción de la Isla grande de Chiloé la población urbana es escasa, concentrada en muy pocas ciudades.


Con la excepción de algunos campamentos mineros o los pequeños asentamientos precolombinos del Altiplano de las I y II Región, en general no existen en Chile ciudades de cordillera.

En general la topografía de las ciudades del interior es plana, con ligeras pendientes de entre el 1% y 3 %. Por otra parte, en todas las ciudades de la costa la topografía presenta dos características diferentes: una zona plana, o planicie costera relativamente estrecha y partes más o menos importantes de las ciudades sobre cerros y quebradas de topografía accidentada.

En el Anexo 2 se analizan con mayor detalle las tipologías urbanas que se encuentran habitualmente en las ciudades chilenas y que pueden tener interés para el proyecto de obras alternativas de drenaje de aguas lluvias.

3.3.2. RELIEVE. Un aspecto relevante es el relieve de la zona, dado por las pendientes del

terreno, la existencia de zonas planas o abruptas, disposición de quebradas, cerros, bajos, depresiones y similares. Para formarse una idea es esencial una visita al lugar y disponer de un plano topográfico a una escala adecuada con curvas de nivel que permitan captar las propiedades del relieve. Dependiendo de la extensión de la zona estos planos pueden ser a escala 1/1000 con curvas de nivel cada 0,5 metros para zonas relativamente planas, o cada 1 metro si la pendiente es más pronunciada. Una información de interés a nivel más general puede obtenerse de mapas del Instituto Geográfico Militar, IGM, en planchetas a escala 1/50000 o 1/25000 en algunas zonas del territorio nacional. Estos planos pueden entregar una idea general de la configuración del sector en el cual se ubica la zona urbanizada, pero no tiene el detalle suficiente para el diseño de las obras. En algunas municipalidades se dispone de planos a una escala mayor con el detalle de calles y elementos urbanos de interés, con información actualizada.

3.3.3. DRENAJE. También es necesario tener una idea clara de la configuración de la red de

drenaje natural del sector. En condiciones naturales, para nuevas urbanizaciones, esta red puede proporcionar sectores alternativos para disponer en ella de algunos elementos de almacenamiento o para ser empleados como parte de las soluciones propuestas manteniendo las condiciones naturales. Para ello es necesario conocer la configuración morfológica de esta red, es decir sus pendientes, secciones, vegetación y topología. Además se requiere tener


información sobre los caudales que pueden pasar en secciones determinadas y el destino de estos drenajes o la descarga. En el caso de zonas ya urbanizadas es necesario conocer la forma en que se drenan las aguas lluvias en el sector, la existencia de colectores y la ubicación de los sumideros. Su forma de operación, así como las fallas y condiciones de diseño pueden entregar antecedentes sobre las necesidades de corregir problemas de mal funcionamiento. Es importante también conocer los efectos de zonas de aguas arriba que pueden ocasionar inundaciones en el sector, así como las consecuencias hacia aguas abajo de las aguas generadas en la misma urbanización. La forma de la red de drenaje natural de la zona puede visualizarse en mapas topográficos generales como los del IGM y también en planchetas que publica el CIREN a escala 1/20000 confeccionados en base a fotos aéreas. En todo caso es esencial una visita al lugar y disponer de antecedentes topográficos de detalle en cuanto a cotas y niveles de puntos específicos del sistema.

3.3.4. RIEGO. En muchas de las zonas de expansión urbana de las ciudades chilenas éstas se

desarrollan sobre terrenos agrícolas que cuentan con una bien formada infraestructura de canales de regadío. Estos canales están diseñados para conducir agua hacia los terrenos de cultivo, mediante una red normalmente de forma arbórea, a partir de un canal troncal que toma las aguas desde un cauce natural y se subdivide continuamente hasta llegar mediante pequeñas acequias a los predios. Cuando estas zonas se urbanizan se producen conflictos entre los regantes y los urbanizadores pasando por una etapa de transición en que parte de los canales deben mantenerse funcionando mientras otros pierden su utilidad. Esto requiere en muchos casos el abovedamiento de los canales de riego, protecciones especiales o su incorporación muchas veces descuidada a la infraestructura urbana. El uso de los canales de riego como elementos de la red de drenaje de aguas lluvias en zonas urbanas debiera evitarse en general ya que es muy difícil convertir una red de riego en otra de drenaje. Sin embargo en ciertas condiciones podrían emplearse algunos elementos de ella como parte de soluciones alternativas, extremando para ello las consideraciones de tipo paisajístico, de seguridad y la urbanización de estos elementos. Antecedentes sobre los canales de riego pueden obtenerse de las Asociaciones de Canalistas responsables de cada sector, cuya identificación puede hacerse con la colaboración de la Dirección General de Aguas del MOP. Para algunas zonas del país existe información detallada de las redes de canales de riego elaboradas


en estudios realizados por la Comisión Nacional de Riego, la que se ha volcado en planos a escala 1/10000 ó 1/5000.

3.3.5. VISITA A TERRENO. Todos estos antecedentes necesarios para completar la información del sector

requieren una cuidadosa visita a terreno, para lo cual puede ser útil disponer de fotos del lugar, una descripción de sus aspectos relevantes y la elaboración de una nómina en la cual se especifiquen los elementos destacados tanto positivos como negativos. Los primeros pueden aportar oportunidades para la materialización de soluciones concretas, mientras los segundos servirán para detectar conflictos que deberán evitarse.

Capítulo 4

DISEÑO, SELECCIÓN Y PRESENTACIÓN

DE OBRAS


4. DISEÑO, SELECCIÓN Y PRESENTACIÓN DE OBRAS

En este capítulo se presentan en detalle un conjunto de obras alternativas y anexas para el control de aguas lluvias urbanas, basadas en procesos de infiltración, almacenamiento y en la combinación de ambos. También se agrega un esquema de gestión de las aguas lluvias urbanas denominado desconexión de áreas impermeables, que si bien requiere algunas obras, se basa fundamentalmente en la aplicación de criterios generales. Entre las obras de infiltración se proponen estanques, zanjas y pozos de infiltración, pavimentos porosos y pavimentos celulares. Entre las obra de almacenamiento están los estanques y las lagunas de retención. Como obras anexas se consideran las franjas filtrantes, las zanjas con vegetación, los canales de pasto y con vegetación para el drenaje urbano, las caídas verticales e inclinadas como disipadores de energía, los sedimentadores y las cámaras de inspección.

Para cada una de las obras alternativas propuestas se presenta un esquema que incluye una descripción de ella en condiciones típicas, acompañadas de figuras explicativas que permiten entender en que consiste la obra propuesta y cuales son los principales objetivos que se persiguen o que se pueden lograr utilizándola. En segundo lugar se detallan las ventajas e inconvenientes que presenta, de manera que el proyectista pueda formarse una idea y lo aproveche para potenciar las ventajas y tratar de minimizar los inconvenientes. Después se explican las consideraciones generales y criterios de diseño específicos. Las primeras se refieren a la disposición del sitio para emplazar la obra, así como las condiciones y antecedentes que hay que tener en cuenta para decidir su factibilidad. Los criterios de diseño apuntan a las partes y elementos principales de la obra con recomendaciones de las condiciones que conviene considerar para su dimensionamiento. Si bien muchas de las obras propuestas tienen elementos similares y los criterios son también parecidos, se ha preferido presentarlas separadamente incluyendo en cada caso todos los criterios aunque ellos se puedan repetir para algunos elementos comunes en las diferentes obras, con el objeto de hacer autosoportante la presentación de cada obra alternativa. Finalmente se agrega un ejemplo de diseño en el cual se pueden aclarar aplicaciones específicas de los criterios de diseño propuestos. Los ejemplos que ilustran cada caso no corresponden a obras existentes, construidas o proyectadas, que puedan observarse en terreno, aunque partes de ellos se han tomado de casos reales. Tanto la ubicación como las propiedades de todo tipo necesarias para desarrollar los proyectos, se han seleccionado de manera de orientar la secuencia de diseño, basados en antecedentes realistas, pero no pretenden en ningún caso proponer soluciones para los lugares en los cuales se ubican. No se trata tampoco de obras que pueden considerarse como obras tipo, sino de proyectos especiales ilustrativos para el lugar y las condiciones consideradas en cada caso.


4. DISEÑO, SELECCIÓN Y PRESENTACIÓN DE OBRAS

El diseño de las obras propuestas requiere conocer los objetivos que se persiguen y que se puede lograr con cada una de ellas, así como los criterios que deben emplearse para el dimensionamiento de los elementos que las componen. De todas maneras queda un amplio espacio para que el proyectista pueda incluir sus propios diseños y agregar elementos adicionales a cada caso particular. Las recomendaciones y criterios de selección resumen condiciones mínimas que conviene respetar al elegir una de las obras para cada solución específica. En el tipo de obras propuestas tienen interés muchos aspectos que son materia de diferentes especialistas que intervienen comúnmente en las obras urbanas y cuyo aporte puede ser indispensable para el éxito de ellas. Es necesario recalcar que el primer objetivo de las obras alternativas es el control de las aguas lluvias, aunque desde el punto de vista del público pueden ser también importantes los objetivos secundarios, como recreación o paisajismo.

Finalmente se indica la forma en que deben presentarse los proyectos para su aprobación por parte de los organismos correspondientes. Para ello se detallan los requisitos del profesional responsable del proyecto, las instituciones que están involucradas en su aprobación y los elementos que debieran incluirse como antecedentes para su presentación.


4.1. DESCONEXIÓN DE ÁREAS IMPERMEABLES

a. Descripción. La Desconexión de Áreas Impermeables, DAI, es una estrategia que requiere un enfoque especial en la filosofía 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.

Los desarrollos urbanos tradicionales facilitan el escurrimiento rápido desde techos, estacionamientos, avenidas y calles residenciales hacia las soleras y alcantarillas y finalmente hacia un sistema formal de transporte de aguas lluvia, sea este un sistema de redes de alcantarillado, la red de drenaje natural o los cauces urbanos no especialmente diseñados para ello. Esta práctica concentra los caudales, produciendo una respuesta rápida del sistema con tasas de escurrimiento máximo relativamente altas.

La desconexión de zonas impermeables puede permitir reducir algunos efectos indeseados de las aguas lluvias urbanas hacia aguas abajo, fundamentalmente el tamaño de los sistemas de conducción de aguas lluvia o la magnitud de las inundaciones que se producen en los cauces. Cuando estos sistemas de desconexión de áreas impermeables se integran al proyecto de paisajismo de una urbanización, puede desviarse parte del agua lluvia proveniente de zonas impermeables hacia zonas con vegetación para usarlas como riego, si la temporada de lluvias coincide con la de crecimiento de las plantas, como ocurre en los climas húmedos.

En términos prácticos la desconexión de zonas impermeables consiste en aumentar el recorrido de las aguas lluvias sobre zonas de infiltración y detención temporal, mediante el tratamiento de los planos de escurrimiento y la incorporación de algunos elementos y disposiciones que la facilitan. Es típico en este caso que el sistema de recolección de aguas de los techos dirija sus flujos a los jardines, zonas de parques, estacionamientos u otras zonas de infiltración, como franjas cubiertas de pastos en antejardines y veredas, o a zanjas cubiertas de vegetación. Esto se puede ver favorecido si en vez de



utilizar soleras continuas, que actúan como canales, se emplean soleras discontinuas, a través de las cuales el agua puede pasar a zonas permeables, en conjunto con elementos como bermas estabilizadas o fosas laterales a los caminos. El escurrimiento desde pasajes y calles de barrio puede redirigirse, en vez de escurrir directamente a las calles principales o avenidas de mayor tamaño. Se puede reducir la conexión entre zonas impermeables en los estacionamientos grandes usando pavimentos porosos modulares en los lugares menos transitados del estacionamiento y de esta forma facilitar la infiltración o el almacenamiento local.

En la Figura 4.1.1 se muestra un ejemplo ficticio que compara un enfoque tradicional con el propuesto.

Figura 4.1.1: Comparación entre un enfoque tradicional y uno que promueve la desconexión de áreas impermeables.

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. Esto se puede lograr fácilmente si todos los drenajes de los techos se dirigen directamente hacia el jardín interior o el antejardín de la vivienda, o a las franjas de pasto en las veredas de algunas urbanizaciones de manera que para llegar a la calle, deben pasar primero por estas zonas de infiltración. Así, en el Nivel 1, 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. Se necesitarán pequeñas alcantarillas en cruces de calles y en las entradas de vehículos. Esto se hace en las calles de cabecera del sistema, hasta que el tamaño de los elementos necesarios o la cantidad de agua que puede juntarse sobrepase condiciones de operación mínimas de las calles y los elementos de infiltración.

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. Esto además retarda el escurrimiento y entrega otra oportunidad para la infiltración. Para llegar a este nivel debe considerarse en la urbanización los terrenos necesarios para disponer de este tipo de elementos, normalmente vinculados a parques o áreas verdes urbanas.

b. Ventajas y desventajas. La primera ventaja de minimizar la conexión de zonas impermeables es que esto disminuye el gasto máximo, los volúmenes de escorrentía y la carga contaminante. Tienen un bajo costo de capital. Su uso tiene la capacidad de disminuir el tamaño de los conductos y plantas de tratamiento aguas abajo gracias a reducciones y atenuaciones de las tasas de flujos. La reducción de caudales máximos hacia aguas abajo disminuye los niveles de inundación si no se dispone de redes de colectores. Además contribuye a incrementar la recarga de aguas subterráneas.



La principal desventaja de la desconexión de zonas impermeables es el aumento de requerimiento de espacio de las urbanizaciones respecto de las tradicionales y la introducción de diseños de desarrollo no convencionales. Otro aspecto que debe ser considerado, según el tipo y la calidad del suelo, son los inconvenientes que puede generar la infiltración de agua cerca de las fundaciones y estacionamientos. Los elementos, aunque pocos y sencillos, que complementan esta estrategia requieren de mantención para que operen apropiadamente. Quizás la principal desventaja es que las zonas de retardo e infiltración se basan en sectores con vegetación, lo que obliga a la mantención de pastos y jardines, incluso a la utilización de riego en zonas públicas. Esto conduce a que este tipo de sistemas se propongan en sectores en los cuales las áreas verdes se construirían de todas maneras, las que se aprovecharían con estos fines, pero no como elementos exclusivos del sistema de gestión de las aguas lluvias. Si resulta muy difícil mantener una vegetación sana, estos sectores pueden cubrirse con maicillo o gravilla.

Las pendientes del sitio deben ser suficientes como para desplazar el agua lluvia por gravedad en un flujo de poca altura y extendido desde los edificios, calles y estacionamientos hacia áreas cubiertas de pasto o vegetación. Luego, este flujo debe escurrir sobre estas áreas antes de alcanzar las hondonadas, almacenamientos, colectores de aguas lluvia y por último, los sistemas de transporte de esta agua. Es así como en lugares con suelos altamente permeables (suelos de clase hidrológica A y B), el mismo suelo puede infiltrar una parte importante del escurrimiento superficial.

Sitios empinados, con pendientes mayores al 3 o 4 % no son buenos para implementar esta estrategia. Algunas de las dificultades pueden ser enfrentadas construyendo terrazas y muros de contención, con el consiguiente aumento de los costos.

c. Dimensionamiento. Tal como se discutió anteriormente, la minimización de las conexiones impermeables es una estrategia de diseño. Los sistemas tradicionales generalmente conducen el agua fuera del sitio lo más rápido posible y por el camino más corto. La desconexión de zonas impermeables disminuye la tasa a la que se evacua agua desde el sitio dirigiendo el escurrimiento a superficies cubiertas de pasto antes de que el agua abandone el terreno.

Se presentan a continuación algunas de las consideraciones de planificación y paisajísticas que se necesitan usar cuando se quiere minimizar la conexión entre zonas impermeables:



Drenaje superficial. Diseñar el camino del flujo en el sitio de manera de maximizar el escurrimiento sobre zonas con vegetación antes de que el agua abandone el terreno e ingrese a los sistemas de conducción de aguas lluvia. Algunos pequeños almacenamiento, bermas, terrazas y áreas de mayor infiltración pueden mejorar la calidad del agua antes de que abandone el terreno.

Velocidades y pendientes. Minimizar la pendiente del terreno para limitar la erosión y disminuir la velocidad del escurrimiento, especialmente en áreas que tienen el suelo expuesto como en el caso de jardines con flores cubiertos con maicillo o terrenos desnudos. El uso de terrazas empinadas con muros de retención pequeños pueden ayudar a lograrlo. Las pendientes límite del terreno se presentan en la Tabla 4.1.1.

Vegetación. Escoger vegetación que no sólo pueda sobrevivir sino que también mejorar la calidad del agua. Pastos densos y otra vegetación benéfica generalmente requieren riego en regiones semiáridas.

Se puede tener una idea del efecto sobre los escurrimientos urbanos de esta técnica la que se traduce en menores volúmenes escurridos para el caso de lluvias de periodos de retorno inferiores a 2 años. Para tormentas menos frecuentes y más intensas sólo presentan un efecto inicial poco importante.

Tabla 4.1.1: Pendientes máximas de terreno para diferentes tipos de cubierta.

Tipo de cubierta Máxima pendiente permitida Cubierta de pasto regada Jardines en general 10H : 1V ( 10)% Taludes de canales con pasto 4H : 1V Cubierta de pasto sin riego Jardines en general 20H : 1V ( 5%) Taludes de canales con pasto No recomendado Cubierta sin vegetación Grava o gravilla 5 % Maicillo 3 % Áreas de flores densa Horizontal Áreas con flores esparcidas No recomendado para infiltrar

Ello se debe a que medida que el tamaño de la tormenta aumenta, los efectos de reducir la conexión entre zonas impermeables disminuye, de manera que para tormentas de más de 10 años de periodo de retorno prácticamente no tiene efecto. Para el caso de lluvias de periodo de retorno inferior a dos años el efecto de la desconexión se puede estimar a través de una reducción del



porcentaje del área impermeable de la zona tratada para el cálculo de la escorrentía. Esta reducción depende del nivel de desconexión aplicado y del porcentaje de áreas impermeables existentes en el área, de acuerdo a la Figura 4.1.2.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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Nivel 2

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Figura 4.1.2: Efecto de la desconexión de áreas impermeables en la reducción del área impermeable equivalente.

Elementos especiales y complementarios. Algunos elementos especiales son las franjas filtrantes y las zanjas cubiertas de vegetación. Como Obras Anexas se presentan guías específicas para el diseño de estos elementos. Además en este esquema se pueden emplear todo tipo de obras de infiltración, especialmente pavimentos porosos y celulares

d. Ejemplo de Desconexión de Áreas Impermeables. En este caso se trata, como ya se ha mencionado, de un procedimiento más que de una obra propiamente tal. Este ejemplo pretende mostrar el efecto que podría tener la adopción de diferentes niveles de desconexión sobre los caudales producidos y cómo evaluarlos.

Se pretende estimar el efecto sobre los caudales máximos y volúmenes generados por tormentas de dos años de periodo de retorno frente a diferentes niveles de estrategias de desconexión de las áreas impermeables, para el caso de una urbanización de aproximadamente 10 Hás. en la ciudad de Rancagua, que se desarrollará en terrenos de expansión urbana en los cuales actualmente existen parcelas y suelos agrícolas. El uso propuesto del suelo urbanizado es el siguiente:



Techos 31.000 m2 Calles y veredas 12.000 m2 Áreas verde 8.200 m2 Patios, jardín y antejardín privados 47.000 m2

Superficie total 98.200 m2

En condiciones naturales el coeficiente de escorrentía del lugar es 0,35.

Para lograr la desconexión se adoptarán las siguientes medidas:

a) El agua proveniente de techos deberá dirigirse a los jardines interiores en los terrenos que lo tengan. Si no existen jardines interiores debe infiltrarse mediante el uso de pozos o zanjas al interior del sitio.

b) El antejardín, si está previsto en la urbanización, se proyectará como estanque de infiltración , con una profundidad mínima de 5 cm.

c) Los pasajes de la urbanización que sean de pavimento impermeable dispondrán a sus costados de una superficie permeable de igual tamaño a la cual drenarán.

Figura 4.1.3: Perfil transversal en pasajes.

d) Las veredas impermeables se separarán de la calzada por una superficie permeable de al menos igual a la mitad del ancho de la vereda.

Figura 4.1.4: Perfil transversal en veredas. 1.- Línea de edificación, 2.- Vereda impermeable, 3.- Superficie permeable, 4.- Solera, 5.- Calle.



e) En los estacionamientos y entradas de vehículos se preferirá el uso de pavimentos celulares porosos.

f) En las calles con bandejones o jardines laterales se drenará la calzada hacia ellos mediante soleras discontinuas y zanjas con vegetación.

Figura 4.1.5: Perfil en calles con bandejones. 1.- Calzada impermeable, 2.- Solera discontinua, 3.- Superficie permeable, 4.- Zanja con vegetación.

El efecto de los diferentes niveles de actuación en relación a la desconexión de áreas impermeables se mide por el porcentaje de superficie impermeable a considerar al evaluar el coeficiente de escorrentía del terreno urbanizado, de acuerdo a lo que se indica en la Figura 4.1.2. Para ello se puede considerar que el coeficiente de escorrentía de las áreas impermeables es prácticamente 1,0, mientras el resto, el de áreas verdes y patios, puede permanecer similar al del terreno sin urbanizar. Si no se realiza ninguna actuación, en una urbanización tradicional el porcentaje de áreas impermeables es el que corresponde a los techos, las calles y veredas. En este caso un total de 43.000 m2, los que representan un 43,8 % del total. El coeficiente de escorrentía es:

C=1,0*0,438 + 0,35*(1-0,438)=0,635

Si se aplica algún nivel de desconexión el porcentaje de área impermeable disminuye, de acuerdo a lo que indica la Figura 4.1.2, de manera que se obtienen los siguientes porcentajes de área impermeable, y coeficiente de escorrentía para la urbanización:

Nivel de desconexión % Impermeable Coef. de escorrentía 0 43,8 0,635 1 40,0 0,610 2 36,0 0,584 3 28,0 0,532

Natural 0,0 0,350

Para estimar el efecto sobre los gastos máximos y los volúmenes hay que considerar una lluvia típica de la zona y calcular el hidrograma de salida de los terrenos en las diferentes condiciones. Para ello se elegirá una lluvia de dos



años de periodo de retorno y una hora de duración, aceptando un hidrograma de forma triangular. De acuerdo a los antecedentes disponibles en la Tabla 3.1.2.2, la precipitación de diez años de periodo de retorno y 24 horas de duración en Rancagua es de 68,5 mm. El coeficiente de frecuencia para tormentas de dos años de periodo de retorno, en relación a las de diez años en Rancagua es 0,64 según la Tabla 3.1.2.4. Además el coeficiente de duración para lluvias horarias es de 0,12 de acuerdo a la Tabla 3.1.2.3. Entonces la precipitación de una hora de duración y dos años de periodo de retorno es:

P CD CF P m12

124

210

241011 11 0 12 0 64 68 5 5 8= = =, , * , * , * , , m

El gasto máximo puede calcularse de acuerdo al Método Racional como:

Q CiAmax =

3 6, (4.1.1)

donde C es el coeficiente de escorrentía, i la intensidad de la lluvia (mm/hora) y A el área total en km2. El volumen de la crecida generada por la tormenta sobre el lugar se puede estimar aceptando que se trata de un hidrograma triangular con un tiempo de ascenso igual a la duración de la lluvia, de manera que el volumen está dado por:

V DQmax= (4.1.2)

siendo D la duración en segundos. Entonces para las diferentes condiciones de urbanización empleando los valores estimados de las lluvias y el coeficiente de escorrentía se tienen los siguientes resultados:

Urbanización Coef. Escorrentía Qmax (m3/s) Volumen (m3) Natural 0,350 0,199 718 Nivel 3 0,532 0,303 1090 Nivel 2 0,584 0,333 1197 Nivel 1 0,610 0,347 1251

Nivel 0 0,635 0,362 1302

Como puede apreciarse el efecto es interesante, ya que si se compara el Nivel 3 con una urbanización tradicional, que corresponde al Nivel 0, se podría reducir el gasto máximo y el volumen escurrido en un 20%. Esto puede tener un importante efecto sobre las condiciones de diseño, y los costos, de un sistema de colectores hacia aguas abajo. También puede considerarse que la nueva urbanización no debiera generar gastos máximos ni volúmenes mayores que los que existían en el lugar originalmente. Esto requiere desarrollar obras



complementarias que se hagan cargo de las diferencias entre ambas situaciones. En una urbanización tradicional ello significa hacerse cargo de una gasto máximo de 0,362-0,199=0,163 m3/s y de un volumen de 1302-718=584 m3. Sin embargo si se desarrolla un sistema de desconexión hasta el nivel 3, estas cifras se reducen a 0,104 m3/s y 372 m3 respectivamente.



4.2. OBRAS DE INFILTRACIÓN

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, de manera que la obra esté en condiciones de operar. 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.

Pueden considerarse elementos en la superficie o bajo ella. Entre sus principales ventajas está el que ayudan a minimizar el desbalance del agua natural en el lugar, son fácilmente integrables en el paisaje de zonas densas o abiertas y, si son adecuadamente diseñadas y mantenidas, pueden servir para zonas extensas. Entre sus principales desventajas está la alta tasa de fallas que presentan por problemas de mantención inadecuada, lo que puede provocar efectos desagradables como olores y mosquitos si se colmatan.

Tabla 4.2.1: 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

Entre los muchos tipos de elementos de infiltración que pueden emplearse están los que operan en forma difusa o concentrada, los que consideran almacenamiento o no, así como los superficiales o los subterráneos. En esta guía se consideran los pavimentos porosos, los pavimentos celulares, los estanques, las zanjas y los pozos de infiltración. En la Tabla 4.2.1 se presentan las distintas alternativas de disposición de aguas lluvias mediante infiltración en el suelo y se indican las características de cada una en cuanto a su extensión, almacenamiento y ubicación.



4.2.1. ESTANQUES DE INFILTRACIÓN

a. Descripción. Normalmente corresponden a pequeños estanques de poca profundidad, ubicados en suelos permeables, que aprovechan la existencia de depresiones naturales en áreas abiertas o recreacionales, o excavados en el terreno, preferentemente en jardines y áreas verdes. Los estanques de infiltración almacenan temporalmente el agua de la tormenta hasta que ésta infiltra a través del fondo y de los lados. Habitualmente, el terreno ocupado por el estanque es empleado con otros fines entre los eventos lluviosos, o queda como un espacio abierto. Deben ser construídos en terrenos que tengan el nivel de agua subterránea profundo bajo el fondo del estanque, para asegurar que el agua filtre a través del suelo antes de alcanzar la napa, y una permeabilidad que permita el vaciado total del estanque entre lluvias en tiempos relativamente breves para no dañar la vegetación.

En general se trata de obras más bien modestas en cuanto a dimensiones que aprovechan pequeños espacios abiertos en jardines y lugares públicos, institucionales o privados. Las alturas de agua almacenadas temporalmente son relativamente bajas, del orden de 5 a 10 cm, incluso cuando operan a plena capacidad. Su efectividad se pone en evidencia si se emplean de manera masiva en un sector, evitándose el uso de grandes estanques para infiltrar el agua que escurre desde una gran zona impermeable. El caso típico de estas soluciones corresponde a emplear los jardines de una institución ( casa, edificio, etc.) para infiltrar parte importante de las aguas lluvias que escurren desde los techos de edificios cercanos.

Los estanques de infiltración pueden lograr los cinco objetivos básicos que se persiguen con las técnicas alternativas de drenaje urbano:

Disminuyen el caudal máximo Disminuyen el volumen escurrido Permiten otros usos alternativos Recargan la napa de agua subterránea Mejoran la calidad del efluente



Para ello se ubican atendiendo los escurrimientos de los techos y demás zonas impermeables inmediatas en una urbanización, de manera que reciban aguas relativamente limpias, antes de que escurran sobre terrenos que pueden cargarlas de sedimentos.

Figura 4.2.1.1: Uso de estanques de infiltración en una urbanización. 1.- Antejardines, 2.- Patios y jardines, 3.- Bandejones.

Un estanque de infiltración es relativamente sencillo, formado por unos pocos elementos, cuya relación se ilustra en el siguiente esquema:

Figura 4.2.1.2: Disposición de los elementos de un estanque de infiltración. 1.- Alimentación, 2.- Bordes o muros laterales, 3.- Fondo permeable, 4.- Rebase.



Las siguientes figuras ilustran ejemplos típicos de estanques de infiltración de aguas lluvias en sectores urbanos.

Figura 4.2.1.3: Estanque de infiltración en antejardín. 1.- Techo, 2.- Terraza, 3.- Estanque de infiltración, 4.- Rebase, 5.- Calle.

Figura 4.2.1.4: Estanque de infiltración en estacionamiento. 1.- Área impermeable, 2.- Estanque, 3.- Calle.

Figura 4.2.1.5: Estanques de infiltración en zonas con pendiente usando solerillas en las curvas de nivel. 1.- Áreas Impermeables, 2.- Solerillas a nivel, 3.- Estanque.



b. Ventajas y desventajas. Al igual que todas las obras de infiltración, una de las principales ventajas que presentan los estanques de infiltración es que permiten reducir el gasto máximo del escurrimiento superficial y el volumen de aguas lluvia que llega a las redes de drenaje, con lo cual disminuye el riesgo de inundación hacia aguas abajo. Esto produce una disminución de los costos, ya que se pueden reducir o incluso suprimir partes de las redes de colectores aguas abajo de la zona drenada.

Cuando el estanque de infiltración posee una superficie pequeña comparada con el área aportante, puede ocasionar que el agua que ingresa al estanque quede retenida por extensos períodos de tiempo. Así, normalmente no es posible la aparición de una vegetación abundante, lo que trae como consecuencia una tendencia de la superficie de infiltración a taparse rápidamente. Otra razón que hace fallar la capacidad de infiltración de estos estanques es el ascenso de la napa inmediatamente bajo la base, lo que ocurre cuando la recarga excede la capacidad de drenaje natural del suelo en condiciones de saturación. En estas situaciones, el estanque de infiltración se convierte en una laguna permanentemente llena de agua y no se puede restablecer el drenaje. Estos problemas pueden ser reducidos con un diseño adecuado y una mantención preventiva para remover los sedimentos del estanque ya que, de lo contrario, pueden fallar en un período relativamente corto después de la construcción.

Otra desventaja es el riesgo de contaminación de la napa, para lo cual es muy importante conocer las características de las aguas que se van a infiltrar (origen de las aguas, naturaleza de las superficies drenadas y contaminantes arrastrados por el agua).

c. Procedimiento de diseño. El procedimiento de diseño que se debe seguir para lograr un adecuado funcionamiento de los estanques de infiltración considera abordar los siguientes aspectos: un análisis de factibilidad, una recopilación de antecedentes, el dimensionamiento de los elementos principales y el equipamiento necesario, y, finalmente, el diseño de los elementos de detalle incluida la elección de la vegetación.

Factibilidad. El estudio de factibilidad permite determinar, en base a los antecedentes disponibles sobre las características del suelo y del agua subterránea, si se pueden infiltrar o no las aguas lluvias superficiales y si es conveniente o no utilizar un estanque de infiltración. Se debe verificar si existe la suficiente disponibilidad de terreno.

Para decidir la factibilidad es conveniente que el proyectista reúna los siguientes antecedentes:

Plano de ubicación de la obra, en el cual se indiquen la comuna, calle y número si corresponde o su relación a calles cercanas. Delimitación de las áreas aportantes de agua, ubicación del estanque y sector al cual rebasa.



Certificado de la Dirección General de Aguas o de su oficina en Región que indique la profundidad de la napa de agua subterránea en el lugar y la autorización a infiltrar aguas lluvias en él.

Certificado de un laboratorio autorizado con los resultados de ensayos de infiltración en terreno, según el método de Muntz o el método estándar (ver 3.2.2.b).

Si el agua a infiltrar no proviene directamente desde los techos impermeables, sino que de otras superficies en zonas ya desarrolladas se recomienda hacer un análisis del agua emitida por un laboratorio autorizado de que cumpla con la Norma NCh 1333 Calidad del Agua para Diferentes Usos, en relación a usos recreacionales.

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento del estanque requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando este no sea el ejecutor de la obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la autoridad pública o fiscal.

Dimensionamiento. El dimensionamiento de los estanques de infiltración y de sus elementos principales requiere disponer de las características del terreno y del suelo base, así como también de estudios hidrológicos e hidrogeológicos. Además de los antecedentes mencionados en la Factibilidad para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes:

Plano a una escala adecuada (1/1000, 1/500, 1/200) en el que se muestren las superficies que drenan al estanque y la naturaleza de cada una.

Cuadro de superficies, con indicación de áreas y coeficiente de escorrentía de cada tipo, (techos, pavimentos impermeables, pavimentos porosos, áreas verdes con y sin vegetación, calles, veredas y otros).

Precipitación máxima de 24 hrs. de duración y 10 años de período de retorno según la D.G.A. (1991).

Con los antecedentes mencionados se abordarán los siguientes aspectos:

Terreno. Determinar las características de ocupación y de ordenamiento del terreno donde será implantado el estanque de infiltración. Específicamente, se determinará la superficie y la tasa de impermeabilización de los espacios drenados, sus usos, la presencia de espacios con vegetación y la topografía del terreno. Con los antecedentes recopilados, se procede a determinar el volumen de almacenamiento que puede recibir el suelo, la naturaleza de las aguas que van a ser drenadas, las superficies que van a ser destinadas a espacios verdes y la pendiente de los terrenos. Los



estanques de infiltración generalmente permiten la plantación de pasto y de diferentes plantas, las que deben estar adaptadas a períodos de inundación y de sequías. Es conveniente emplear para ello los jardines o espacios verdes. La pendiente longitudinal de los estanques de infiltración debe ser determinada con precisión, tratando de privilegiar las zonas planas o de pendiente pequeña, del orden del 7% o menos, para evitar movimientos de tierra excesivos.

Características del suelo soportante. Estimar la capacidad de absorción del suelo soportante, así como su comportamiento en presencia de agua. La capacidad de absorción del suelo deberá ser estimada a partir de ensayos en varios lugares del terreno y su duración debe ser suficiente como para poder apreciar de manera certera las condiciones de infiltración en régimen permanente y condiciones de saturación. Se deberá determinar el tipo de suelo soportante que va a recibir las aguas de manera de evitar riesgos de contaminación de la napa o de deslizamientos de terreno bajo el estanque de infiltración.

Hidrogeología e hidrología. Se trata de determinar la presencia, el uso, las fluctuaciones estacionales, la cota más alta de las napas subterráneas y, eventualmente, sus características cualitativas y su vulnerabilidad. Se determinará el gasto máximo admisible de evacuación del proyecto, en base a las capacidades de la red aguas abajo o a la permeabilidad del suelo y a la posición y características de la salida. El gasto máximo admisible hacia aguas abajo depende de la capacidad del sistema de drenaje receptor. Esta capacidad puede estar determinada por regulaciones locales. A falta de mayores antecedentes puede considerarse igual al gasto aportante por el área drenada en condiciones naturales, previo a la materialización de las construcciones que motivan el uso del estanque de infiltración. Además, es necesario conocer la pluviometría, los caudales aportantes y las zonas potenciales de almacenamiento.

Diseño de detalle. El diseño de detalle se traduce en los planos de la obra y sus especificaciones tanto generales como específicas. En esta etapa se deberán elegir los materiales que componen el estanque de infiltración, es decir, el tipo de vegetación, los materiales que se instalarán entre el estanque de infiltración y el suelo para estabilizar los taludes o para acelerar el final del vaciado, las obras para aumentar la capacidad de infiltración como paredes transversales impermeables y orificios.

d. Factibilidad y Condiciones Generales. No se recomienda la instalación de estas obras en los terrenos que posean alguna de las siguientes características:

Nivel máximo de la napa subterránea o un estrato impermeable o de roca a menos de 1,2 m bajo el fondo del estanque.



Suelos superficiales o capas inferiores con tasas de infiltración equivalente a suelos tipo D según la clasificación del SCS ( ver Capítulo de Suelos y Agua Subterránea), o con tasas de infiltración menores que 8 mm/hora.

Si el fondo del estanque no puede poseer una cubierta adecuada (vegetal, grava, maicillo, etc.) y puede transformarse en barro cuando se humedece, perdiendo la capacidad de infiltración y quedando inutilizado para otros fines después de las lluvias.

Si recibe aguas con alto contenido de material fino, a menos que se instale un decantador previo, o que no satisfacen la Norma NCh 1333 de agua para fines recreacionales.

Si el área impermeable que drena hacia el estanque de infiltración es mayor que el doble de la superficie disponible para el estanque.

Tabla 4.2.1.1: Puntajes para la factibilidad de estanques de infiltración.

1.- Razón entre el área tributaria impermeable (Aimp) y el área de infiltración (Ainf): • Ainf > 2 Aimp 20 • Aimp ≤ Ainf ≤ 2 Aimp 10 • 0.5 Aimp ≤ Ainf < Aimp 5 Superficies permeables menores que 0.5 Aimp no deben ser usadas para infiltración. 2.- Naturaleza del estrato superficial del suelo: • Suelos gruesos, con una proporción baja de material orgánico 7 • Suelo con humus normal 5 • Suelos finos con una alta proporción de material orgánico 0 3.- Suelos de estratos inferiores: • Si el suelo en los estratos inferiores es más grueso que el suelo del estrato superficial, se asigna el mismo puntaje que se dio al suelo superficial en el punto 2. • Si el suelo en los estratos inferiores es más fino que el suelo del estrato superficial, se asignan los siguientes puntajes: • Grava, arena o suelo glacial con grava o arena 7 • Arena limosa o limo 5 • Limo fino o arcilla 0 4.- Pendiente (S) de la superficie de infiltración: • S < 7% 5 • 7% ≤ S ≤ 20% 3 • S > 20% 0 5.- Cubierta vegetal: • Cubierta natural de vegetación saludable 5 • Pasto bien establecido 3 • Pasto nuevo o cubierta adecuada (piedras, gravilla, etc) 0



• Suelo descubierto, sin vegetación ni cubierta especial. -5 6.- Tráfico en la superficie de infiltración: • Bajo tráfico peatonal 5 • Tráfico peatonal mediano (parque, césped) 3 • Alto tráfico peatonal (campos de juego) 0

Puntaje: suma de los puntos obtenidos en los 6 aspectos.

Debido a que existen propiedades del terreno que facilitan más que otras la implementación de estanques de infiltración, se recomienda un método de asignación de puntos de acuerdo a las características que se presentan en la Tabla 4.2.1.1, en la cual se asigna un puntaje por cada una de las seis características y la suma entrega el puntaje total asignado al sitio.

Entonces, si puntaje < 20 el sitio no se considera apto. 20 < puntaje < 30 el sitio es un buen candidato. puntaje > 30 el sitio es excelente.

Este puntaje se puede emplear para la comparación de sitios alternativos.

e. Dimensionamiento. Se trata de determinar la superficie y profundidad del estanque. La Figura 4.2.1.6 muestra los elementos que deben considerarse en el diseño de un estanque de infiltración.

Figura 4.2.1.6: 1.- Techo, 2.- Bajada aguas lluvias, 3.- Terraza, 4.- Estanque, 5.- Rebase, 6.- Reja, 7.- Vereda, 8.- Calle.

Área aportante y coeficiente de escurrimiento. El área aportante se estima como la suma de las superficies impermeables que drenan hacia el estanque de infiltración, mas el área del estanque propiamente tal, sobre la cual también se reciben aguas lluvias. Para las áreas impermeables, como techos, pavimentos y similares, se pueden adoptar coeficientes de escurrimiento superficial según se indican en el Capítulo de Hidrología (Tabla 3.1.2.7). Para el área del estanque el coeficiente es 1,0. Se determina un coeficiente del conjunto como la suma ponderada de los coeficientes respectivos por el área de cada uno.



Tasa de infiltración. Una estimación preliminar de la tasa de infiltración del terreno en el cual se construirá el estanque, se puede hacer en base a la clasificación del suelo, como se muestra en el Capítulo de Suelos y Agua Subterránea. Sin embargo, se recomienda realizar ensayos y medidas de infiltración en el terreno, por medio de un laboratorio experimentado según los procedimientos de Muntz o ensayos estándar (ver 3.2.2.b).

La capacidad de infiltración del suelo puede disminuir por colmatación en el tiempo. Azzout y otros (1994) recomiendan considerar un factor de seguridad variable, dependiendo de la naturaleza de las aguas lluvias, la existencia de tratamiento y la mantención. En caso en que la tasa de infiltración se estime en base a ensayos en terreno se recomienda un coeficiente de seguridad, Cs, según el siguiente procedimiento:

¿El caudal afluente esde buena calidad?

Sí No

¿Existen dispositivos detratamiento del agua?


Sí No

¿Habrá unamantención regular?


1 3/4

Sí No

3/4 1/2


SíSíSí No

No instalar estanque

No

1/2 1/3

Sí Sí No

Selección de una lluvia de diseño. Para la lluvia de diseño debe seleccionarse un período de retorno, T, según los siguientes criterios:

T = 5 años si hacia aguas abajo del lugar existe una red de drenaje desarrollada.

T = 10 años si la zona a la cual descarga no tiene una red de drenaje desarrollada.

La autoridad municipal o el SERVIU podrán requerir períodos de retorno diferentes de acuerdo a las condiciones del lugar.

Si se dispone de curvas IDF para el lugar, se selecciona la curva correspondiente al período de retorno de diseño. Si no están las curvas disponibles, y no existe información suficiente para construirlas, se puede recurrir a los coeficientes de duración generalizados para el lugar, de acuerdo a



lo indicado en Capítulo de Hidrología (3.1.2), seleccionando valores de intensidad It (mm por hora) para varias duraciones t (horas).

Volumen afluente acumulado. Se recomienda determinar el volumen a infiltrar acumulado para una lluvia de período de retorno de T años como el generado por las intensidades medias, de acuerdo a la curva IDF correspondiente. Es decir, el volumen acumulado de agua lluvia, Vafl, en metros cúbicos, para un tiempo t , en horas, se calcula como:

Vafl(t) =1.25* 0.001 C It A t = 0,00125 C A PtT (4.2.1.1)

donde C es el coeficiente de escurrimiento superficial del área total aportante A (metros cuadrados), It es la intensidad de la lluvia de período de retorno T y duración t, en mm por hora, y t es el tiempo acumulado en horas. Además el producto de la intensidad por el tiempo corresponde a la precipitación total acumulada en t horas para el periodo de retorno T, esto es Pt

T, en mm. El valor de Vafl en función de t se denomina “curva de recarga”. Se recomienda multiplicar por un factor de seguridad de 1,25 el volumen acumulado para considerar la porción de lluvia que cae antes y después de la parte más intensa de la tormenta, no incluida habitualmente en las curvas IDF.

Volumen de almacenamiento y profundidad del estanque. Para calcular el volumen de almacenamiento, Valm necesario del estanque de infiltración se estima el volumen acumulado que puede ser drenado con la tasa de infiltración adoptada para el terreno en función del tiempo. Se puede determinar gráficamente como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia o volumen de recarga Vafl(t) y el volumen acumulado infiltrado Vinf(t), ambos en función del tiempo, como se ilustra en el esquema de la Figura 4.2.1.7. Este último, en metros cúbicos, esta dado por:

Vinf (t) = 0,001 f Cs Ae t (4.2.1.2)

donde f es la capacidad de infiltración del suelo en mm por hora, Cs, el coeficiente de seguridad para la infiltración, Ae el área del estanque, en metros cuadrados, y t el tiempo acumulado, en horas. El volumen de almacenamiento necesario se calcula como:

V alm = Max ( Vafl(t) - V inf(t)) (4.2.1.3)



Figura 4.2.1.7: Estimación del volumen de almacenamiento. 1,2,3- Curvas de Vafl(t) para lluvias de diferentes periodos de retorno, 4.- Curva de Vinf(t), Ve.- Volumen de almacenamiento para la lluvia 1.

Si la tasa de infiltración del terreno es siempre mayor que la lluvia, incluso que la de menor duración, entonces no se requiere un volumen de acumulación en el estanque, sino que bastará con la superficie para la infiltración.

La profundidad media del estanque es:

hVAalm

e

= (4.2.1.4)

Tiempo con agua en el estanque. Se define como el tiempo total durante el cual el estanque permanece con agua acumulada, tb para una lluvia de período de retorno T. Se calcula como el tiempo para el cual el volumen acumulado aportado por la lluvia de diseño es igual al volumen acumulado infiltrado. A partir de entonces la cantidad de agua que recibe el estanque es inferior a la que es capaz de infiltrar, por lo tanto, a pesar de que puede continuar lloviendo, el estanque permanece sin agua acumulada sobre su superficie. Este tiempo se determina gráfica o numéricamente construyendo un gráfico como el de la figura 4.2.1.7. Se recomienda que el tiempo total con agua en el estanque sea inferior a 24 horas para la lluvia de diseño.

Tiempo máximo de vaciado. El tiempo que demora el estanque en infiltrar el volumen total de almacenamiento se define como tiempo máximo de vaciado, tm. En este caso se supone que no llueve mientras el estanque se vacía y por lo tanto este tiempo no depende de la lluvia, sino que sólo de las dimensiones del estanque y la capacidad de infiltración. Se calcula como:

mtotall

s et V

C f A=

0 001, (4.2.1.5)



Es conveniente que este tiempo sea inferior a 36 horas para evitar daños permanentes a la vegetación del estanque y facilitar otros usos.

Obra de rebase. Se debe considerar una obra de rebase o vertido, para evacuar hacia el sistema de drenaje superficial, o hacia los colectores, los excesos de lluvias mayores. Para ello se puede recurrir a cámaras de descarga sencillas dimensionadas considerando el estanque de infiltración como un estanque de retención seco. También se puede emplear un sumidero simple o un elemento de rebase hacia aguas abajo. Más importante que la obra de rebase propiamente tal es el nivel al cual se ubica. La obra de rebase puede ser simplemente un rebaje en la solera de un borde para conectar el estanque con la calle.

f. Detalles. Consideran el resto de los elementos necesarios para que la obra opere adecuadamente.

Fondo y taludes. El fondo del estanque es necesariamente horizontal, con un buen control de niveles debido a que las profundidades son pequeñas. Los taludes laterales no son relevantes y pueden hacerse de una inclinación compatible con otros usos o con la mantención de la vegetación. En caso de tener vegetación se recomiendan taludes H/V = 4/1 o más tendidos.

Divisiones. Si el terreno presenta pendiente es conveniente dividir el estanque separándolo en varios niveles mediante soleras, solerillas o camellones horizontales, de manera que el agua pueda rebasar de un nivel a otro.

Figura 4.2.1.8: Divisiones interiores y taludes.

Vegetación y riego. Es importante que el estanque tenga una vegetación compatible con los aportes de agua que recibe y la duración del tiempo de inundación. Considerar la necesidad de un sistema de riego para mantener una vegetación sana de acuerdo al clima del lugar. Si no es conveniente colocar vegetación se puede recurrir a maicillo en el fondo horizontal, o gravilla, o un jardín de rocas.

Obra de entrada El estanque puede recibir agua desde diferentes lugares, tanto en forma concentrada desde bajadas de agua de techos, como difusa desde pavimentos o jardines laterales. En el caso de ser concentrados puede ser conveniente disponer de una pequeña zona de disipación de energía y reparto del agua cubierta con piedras.



g. Construcción. Los estanques de infiltración no demandan una técnica particular debido a que se trata de obras de dimensiones modestas, pero es esencial realizar algunos controles.

Precaución para evitar colmatación en la fase de construcción. Una vez iniciada la construcción de la obra, es importante limitar los aportes de finos hacia el estanque. Para ello se puede proteger el estanque con una membrana impermeable durante el tiempo de construcción o limpiarlo al final de la construcción. Es necesario evitar el tránsito de vehículos y maquinaria que produzcan una compactación excesiva del terreno sobre la zona del estanque.

Si el estanque va a ser sembrado con pasto artificial es conveniente que este se coloque sobre una pequeña capa de arena de 3 a 5 cm bajo la capa de tierra vegetal o tierra de hojas.

Control de las dimensiones. Con el fin de asegurar el adecuado almacenamiento de las aguas lluvias es importante que las dimensiones estimadas en el estudio sean respetadas, ya que si se modifican pueden causar desbordes. Debido a la poca altura de almacenamiento que consideran este tipo de estanques es muy importante que se realice un estricto control de los niveles del fondo y las paredes del estanque, sus pendientes u horizontalidad. Además debe verificare cuidadosamente la ubicación y nivel de los elementos de rebase y las divisiones interiores, tanto en relación al estanque como a la red de drenaje hacia la cual evacúan.

Verificar que no se inundarán obras adyacentes como veredas, entradas a casas, terrazas u otras similares.

h. Mantención. Los estanques de infiltración requieren una escasa o moderada mantención, la que puede ser más costosa cuando es necesario reemplazar el pasto o la cubierta que conforma la superficie del estanque. La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de las obras, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es del SERVIU, o de la empresa que tenga a cargo la concesión del servicio. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias. Sin embargo es necesario que esta responsabilidad se aclare legalmente. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto.



Una guía de la mantención sugerida para los estanques de infiltración y la frecuencia con que ésta debe realizarse es la siguiente:

Preventiva: Incluye inspecciones, cuidados de la vegetación y limpieza.

Inspección. Inspeccionar la superficie para verificar la necesidad de una limpieza. Verificar que la alimentación no causa problemas y que el exceso de agua se evacúa correctamente.

Rutinaria. Al menos una vez al año.

Mantención del césped. El cuidado del césped, el sistema de riego y la profundidad de las raíces deben ser inspeccionadas y mantenidas cuando sea necesario de acuerdo al clima y el crecimiento de la vegetación.

Rutinaria. De acuerdo con la inspección y el clima. En conjunto con la mantención del área verde en la cual se ubica el estanque.

Remoción de basura y objetos extraños. El material acumulado debe ser removido como una medida de control general, sanitaria y con fines estéticos.

Rutinaria. De acuerdo al sistema de limpieza del entorno. Retirar hojas y ramas durante el otoño.

Curativa: Considera remoción de sedimentos y reemplazo de material.

Remoción de sedimentos. Remoción de sedimentos en estanques con y sin vegetación para evitar que se produzca colmatación.

Rutinaria. Al menos una vez al año.

Reemplazo del material que conforma la superficie. Reemplazar el pasto por especies resistentes al agua, o por otro tipo de cubierta si se observan daños permanentes.

No rutinaria. Cuando se observa que la vegetación en la superficie del estanque está deteriorada.

i. Ejemplo estanque de infiltración. Se considera la posibilidad de construir un estanque de infiltración en un área verde, ubicado en una urbanización ubicada en la ciudad de Viña del Mar, con la finalidad de drenar las aguas lluvias de los sitios de las viviendas vecinas. La superficie total es de aproximadamente 0,4 hectáreas, incluyendo las viviendas y el parque, de las cuales 920 m2 se destinarán al estanque. Las características del uso del suelo son las siguientes:

Techos: 930 m2 Patios: 1566 m2 Parque: 2000 m2 (920 m2 corresponden al estanque) Total: 4496 m2



Los antecedentes del terreno indican que la pendiente del terreno es pequeña, que la profundidad mínima estacional de la napa se ubica 15 m bajo la superficie del terreno y se trata de un suelo tipo B compuesto por limo y arena. De ensayos de infiltración realizados en el suelo del parque se obtuvo una tasa media de infiltración de 19,6 mm/hora.

Factibilidad. Es factible la instalación de un estanque de infiltración en esta urbanización, dado que se cumplen las restricciones de: infiltración mayor que 8 mm/hora, el suelo poseerá una cubierta vegetal, el área a drenar es menor que el doble de la superficie disponible para el estanque y, considerando que el estanque debe ser poco profundo, existirá una distancia mayor que 1,2 m entre el fondo del estanque y el nivel máximo estacional de la napa.

Con el objeto de evaluar objetivamente las características del sitio se calcula el puntaje del sitio, de acuerdo con lo señalado en la Tabla 4.2.1.1 sobre factibilidad. Se obtiene el siguiente resultado:

1) Razón entre el área tributaria impermeable y el área de infiltración.

Ainf = 920 m2 Aimp = 1836 m2 , calculada ponderando las áreas tributarias con los

coeficientes de escorrentía respectivos como se ilustra más adelante. Entonces Ainf / Aimp = 920/1836 = 0,5..............................5 puntos

2) Naturaleza del estrato superficial del suelo

suelo con humus normal:..................................................5 puntos

3) Suelos de estratos inferiores:

suelo de iguales características que el suelo superficial ....................................................................................... 5 puntos

4) Pendiente de la superficie de infiltración :

2%...................................................................................5 puntos

5) Cubierta vegetal :

pasto bien establecido.......................................................3 puntos

6) Tráfico en la superficie de infiltración :

parque.............................................................................3 puntos

La suma total da un puntaje total de 26 puntos, luego el sitio es un buen candidato para la instalación de un estanque de infiltración

Dimensionamiento. Consiste fundamentalmente en determinar el volumen del estanque de infiltración que permitirá el almacenamiento temporal de las aguas



que lleguen a su superficie, hasta su infiltración. Se adoptará un período de retorno de cinco años para la lluvia de diseño.

Volumen de almacenamiento. El volumen de almacenamiento, Valm, se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia, Vafl (t), para una lluvia de cinco años de periodo de retorno, y el volumen acumulado infiltrado, Vinf (t).

El volumen afluente acumulado de agua lluvia para una duración t de la tormenta de cinco años de período de retorno, se estima en función de la precipitación de esa duración como:

afl t tV t C A I t C A P( ) , ,= =0 001 0 001 5 (4.2.1.6)

donde C es el coeficiente de escorrentía de toda el área aportante, calculado ponderando las diferentes áreas del suelo como:

C = (C1 Atechos + C2 Apatios + C3 Aparque + C4 Aestanque)/A (4.2.1.7)

Los coeficientes de escorrentía C1 , C2, C3 y C4 se obtienen de la Tabla 3.1.2.7 propuesta en el Capítulo de Hidrología, y resultan: C1 = 0,9, C2 = 0,5 y C3 = 0,2 y C4 = 1. Reemplazando, se obtiene que el coeficiente de escorrentía global es C = 0,61.

es la lluvia correspondiente a un período de retorno de 5 años y duración t, variable desde unos pocos minutos hasta 24 horas o más si es necesario para determinar el volumen máximo de almacenamiento. Se estima en base a la precipitación de 10 años de periodo de retorno y 24 horas de duración y los coeficientes de duración y frecuencia correspondientes como:

Pt5

(4.2.1.8) P P CD CFt t5

2410 24

10511= ,

donde P corresponde a la precipitación máxima para 10 años de período de retorno y 24 horas de duración, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.2 propuesta en el Capítulo de Hidrología para precipitaciones máximas diarias en las ciudades de Chile, o de la publicación de la DGA sobre Precipitaciones Máximas en 24, 48 y 72 horas. Para Viña del Mar tiene un valor de 83,3 mm.

2410

5 corresponde al coeficiente de frecuencia para transformar la precipitación de 10 años en otra de 5 años de período de retorno, es el que se obtiene de la Tabla 3.1.2.4 de coeficientes de frecuencia del Capítulo de Hidrología y arroja un valor de 0,83 para la ciudad de Viña del Mar.

10CF



es el coeficiente de duración, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.3 de Coeficientes de duración para t entre 1 y 24 horas o de la expresión (3.1.2.2) propuesta para lluvias menores de 1 hora.

tCD24

Entonces, reemplazando en la ecuación 4.2.1.8 los valores correspondientes, la precipitación de 5 años de periodo de retorno y duración t, para t entre 24 horas y 1 hora, está dada por:

P CD CDt t t11 83 3 0 83 76 1= = ≥ ≥, * , , , para 24 horas t 1 hora5 24 24

m

≤

En particular para una hora el coeficiente de duración es 0,140 según la Tabla 3.1.2.2, con lo que se obtiene:

P m15 76 1 0 140 10 7= =, * , ,

A partir de este valor se obtienen las precipitaciones menores de una hora con los coeficientes de duración de la Tabla 3.1.2.5 como:

P CDt t5 110 7= ≤, para 0 t 1 hora

Con estos valores de precipitación se calcula el volumen afluente acumulado, en m3, de la expresión 4.2.1.6 como:

V t P Pafl t t( ) , * , * ,= =0 001 0 61 4496 2 745 5

Similarmente el volumen infiltrado acumulado para una duración t de la tormenta se estima a partir de la expresión:

(4.2.1.9) V t f A ts einf ( ) ,= 0 001 C

donde f es la tasa de infiltración del terreno en mm por hora, Ae es el área filtrante del estanque y t el tiempo en horas. Cs es el coeficiente de seguridad para corregir la tasa de infiltración. En este caso se supone que el agua es de buena calidad porque proviene directamente de los techos vecinos y no habrá ni dispositivo de tratamiento ni una mantención regular, de manera que Cs es 0,5. Con los valores de este caso el volumen infiltrado acumulado es:

Vinf (t) = 0,001*0,5*19,6*920*t = 9,016 t

Los valores obtenidos para los coeficientes de duración, las precipitaciones y lo volúmenes resultantes del agua afluente al estanque y el agua infiltrada, así como el volumen almacenado para distintas duraciones se presentan a continuación:



Duración CDt Pt5 Vafl Vinf Valm

(horas, min.) (*) (mm) (m3) (m3) (m3) 0h 0m 0,000 0,0 0,0 0,0 0,0 0h 5m 0,307 3,3 9,0 0,8 8,2 0h 10m 0,460 4,9 13,4 1,5 11,9 0h 20m 0,642 6,9 18,9 3,0 15,9 0h 30m 0,764 8,2 22,5 4,5 18,0 0h 40m 0,858 9,2 25,2 6,0 19,2 1h 0,140 10,7 29,3 9,0 20,3 2h 0,210 16,0 43,8 18,0 25,8 4h 0,330 25,1 68,8 36,1 32,7 6h 0,450 34,2 93,7 54,1 39,6 8h 0,550 41,9 114,8 72,1 42,7 10h 0,640 48,7 133,4 90,2 43,2 12h 0,720 54,8 150,2 108,2 42,0 14h 0,780 59,3 162,5 126,2 36,3 18h 0,900 68,5 187,7 162,3 25,4 24h 1,000 76,1 208,5 216,4 -7,9 (*) Para duraciones menores de una hora los coeficientes se refieren a la lluvia de una hora. Para duraciones mayores de una hora se refiere a la lluvia de 24 horas.

Se puede apreciar que el valor máximo de almacenamiento corresponde a 43,2 m3 que se acumulan a las 10 horas. En la Figura 4.2.1.9 se muestra la estimación gráfica del volumen de almacenamiento, obtenido como la diferencia máxima entre el volumen afluente acumulado y el volumen infiltrado acumulado.

La profundidad del estanque hestanque se puede estimar como:

hestanque = Valm/Aestanque = 43,3/920 = 0,047 m (4.2.1.10)

La profundidad del estanque resulta ser de sólo 4,7 cm. Dado que esta es la profundidad de agua máxima presente en el estanque para las condiciones de diseño, el estanque puede construirse de 5 ó 10 cm de profundidad para facilitar su nivelación y excavación.



0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25

Tiempo, horasVo

lum

en a

cum

ulad

o, m

3

Vol. afluente acumulado

Vol. infiltrado acumulado

V Alm.

Figura 4.2.1.9: Estimación gráfica del volumen de almacenamiento.

Tiempo con agua en el estanque. El tiempo total durante el cual el estanque permanece con agua acumulada para la lluvia de diseño, tb , se estima como el tiempo para el cual el volumen acumulado aportado por la lluvia es igual al volumen acumulado infiltrado. De la tabla y figura de cálculo del volumen se obtiene tb = 22,5 horas. Se considera aceptable ya que según las recomendaciones debe ser inferior a 24 horas.

Tiempo máximo de vaciado. Corresponde al tiempo que demora el estanque en infiltrar el volumen máximo de almacenamiento sin la presencia de lluvia. Debe ser inferior a 36 horas. En este caso la profundidad promedio del estanque será de 7 cm, de manera que:

malm

s estanquet V

AfChoras= = =

0 001920 0 07

0 001 19 6 0 5 9207 1

,* ,

, * , * , *,

(4.2.1.11)

Detalles. El plano adjunto presenta los detalles para la materialización de la obra. Estos complementan el diseño con los siguientes aspectos:

Vegetación. El estanque se ubica en un área verde que se plantará con césped. Si es necesario se incluirá un sistema de riego.

Fondo. El fondo del estanque será horizontal. Los bordes se materializarán mediante solerillas de jardín horizontales hacia las calles y con taludes H/V=4/1 hacia el resto del parque.

Rebase. Para el rebase se rebajará la solerilla en una extensión de dos metros para permitir que el exceso de agua escurra hacia la calle pasando sobre la acera. El caudal es tan bajo que ello no genera problemas.



Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto aproximado para la construcción de un estanque de infiltración del ejemplo.

Ítem Descripción Unidad CantidadPrecio (UF) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, sin agotamiento ni entibación, incluye el descepe y limpieza del terreno, así como el emparejamiento, nivelación y limpieza de fondo. m3 354,2 0,252 89,258 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 333,3 0,063 20,998 3 Suministro y colocación de una capa de arena sin contenido de arcilla de 3 cm, esparcida y compactada con pisón. m3 25,9 1,081 27,998 4 Suministro y colocación de una capa de 5 cm de tierra de hojas, esparcida y nivelada.m3 43,1 1,019 43,919 5 Suministro, distribución y siembra de césped artificial. Incluyendo colocación de arena, tierra de hoja, semilla, sembrado, riegos y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 861,9 0,104 89,638 6 Suministro y colocación de solerillas tipo jardín de cemento comprimido. Colocadas apoyadas sobre mortero de cemento y niveladas. Incluye mortero m 175,6 0,167 29,325 Total 301,207 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al

7 de Octubre de 1996), según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.





4.2.2. ZANJAS DE INFILTRACIÓN

a. Descripción. Las zanjas de infiltración son obras longitudinales, con una profundidad recomendada del orden de 1 a 3 m, que reciben el agua en toda su longitud, interceptando el flujo superficial de una tormenta y evacuándolo mediante infiltración al subsuelo. Si la zanja no puede recibir el agua en toda su longitud, es posible alimentarla desde uno de los extremos empleando para ello una tubería perforada a lo largo de la parte superior, para lo cual es conveniente disponer de cámaras a la entrada y a la salida. En este caso la zanja propiamente tal puede cubrirse de manera de emplear la superficie para otros fines, como veredas, paseos o estacionamientos. El funcionamiento hidráulico de estas obras puede resumirse en tres etapas. La primera es el ingreso del agua proveniente de la tormenta a la zanja, la que se puede efectuar a través de la superficie o desde redes de conductos. Una vez que ingresa a la zanja, el agua se almacena temporalmente en su interior, para posteriormente ser evacuada a través del suelo mediante infiltración. Es recomendable usar las zanjas de infiltración en áreas residenciales, donde el agua lluvia tiene una baja concentración de sedimentos y de aceite. Pueden ser alimentadas lateralmente desde franjas de pasto que actúan como filtros. A pesar de que son más susceptibles a la acumulación de sedimentos, las zanjas de infiltración son más fáciles de mantener que otras obras de infiltración debido a su accesibilidad, si no están cubiertas por veredas o calles.

Frente a los cinco objetivos básicos propuestos para las obras alternativas de drenaje urbano el comportamiento de las zanjas de infiltración es el siguiente:

Disminuyen el caudal máximo Disminuyen el volumen escurrido Permiten otros usos alternativos Recargan la napa de agua subterránea

Mejoran la calidad del efluente



Para lograr estos objetivos las zanjas de infiltración se ubican inmediatas a las zonas impermeables que atienden, de manera de recibir aguas limpias, preferentemente en sectores estrechos como pasajes, bandejones centrales de calles, fondos de patios, en los bordes de estacionamientos y lugares similares.

Figura 4.2.2.1: 1.- Zanjas bajo veredas, 2.- Sector de estacionamiento, 3.- Ban- dejones de calles.

Una zanja de infiltración es una obra sencilla que admite varios elementos opcionales para la alimentación y descarga. El esquema siguiente muestra los elementos típicos de una zanja y la relación funcional entre ellos.

Figura 4.2.2.2: 1.- Cámara de entrada (opcional), 2.- Alimentación superficial, 3.- Zanja, 4.- Relleno, 5.- Geotextil, 6.- Cámara de rebase (opcional), 7.- Tubería de distribución (opcional), 8.- Cubierta.

Los diseños de zanjas de infiltración incluyen tres tipos básicos de zanjas:

Zanja de infiltración completa. El escurrimiento superficial generado por la tormenta de diseño sólo puede salir de la zanja por infiltración. El volumen de almacenamiento se diseña en este caso para almacenar todo el volumen de escurrimiento superficial generado por la tormenta de diseño. En caso de tormentas peores que las de diseño el exceso no entra a la zanja y es rechazado superficialmente.



Figura 4.2.2.3: 1.- Alimentación superficial, 2.- Rebase, 3.- Relleno.

Zanja de infiltración parcial. La zanja no está diseñada para infiltrar completamente todo el volumen de escurrimiento superficial captado. Parte del volumen se evacúa hacia otros elementos o hacia el sistema de drenaje superficial, usando una tubería perforada ubicada cerca de la parte superior de la zanja.

Figura 4.2.2.4: Alimentación superficial, 2.- Tubería perforada de rebase, 3.- Relleno.

Zanja de infiltración inicial. Su diseño tiene por objeto retirar del flujo superficial sólo la primera parte de la tormenta, con el objeto de mejorar la calidad del agua. El volumen de almacenamiento permite guardar el flujo provocado por los primeros 10 mm a 15 mm de la tormenta de diseño, el cual posteriormente se infiltra. El exceso se rechaza o es retirado por drenes.

Las figuras siguientes muestran ejemplos típicos de zanjas de infiltración, en cuanto a su alimentación y ubicación.

Figura 4.2.2.5: Zanja de infiltración con alimentación superficial en un estacionamiento. 1.- Estacionamiento, 2.- Soleras discontinuas, 3.- Zanja, 4.- Vereda, 5.- Cuneta, 6.- Calle.



Figura 4.2.2.6: Zanja cubierta. 1.- Techos, 2.- Bajadas de aguas lluvias, 3.- Zanja, 4.- Vereda, 5.- Cámaras.

b. Ventajas y desventajas. Algunas de las principales ventajas, tales como la reducción del máximo escurrimiento superficial, son similares a las que se presentan para otras obras de infiltración. Una ventaja especial de las zanjas de infiltración es su facilidad para integrarse a la estructura urbana, ya que son poco visibles y comprometen sólo una franja delgada del suelo en la superficie. Adicionalmente, tienen un bajo costo y una fácil puesta en marcha.

Entre las desventajas se destacan los problemas de colmatación que se pueden presentar, en períodos menores a 5 años, al retener las partículas finas presentes en el agua. Una vez que se tapan, es necesario remover las piedras de relleno y reemplazarlas por otras limpias, y en algunos casos la fosa debe ser ampliada para extraer los suelos impermeabilizados adyacentes. Este inconveniente puede ser reducido si el agua de la tormenta se filtra antes de ingresar a la zanja o se asegura que la zanja reciba agua limpia. Otro problema que se debe considerar es la migración de partículas finas hacia el relleno de piedras, lo que se puede prevenir usando un filtro entre el estrato de relleno y el suelo original. También se deben tomar precauciones durante la etapa de construcción, y será recomendable una mantención durante la vida útil de la obra.

Para evitar el riesgo de contaminación de la napa, es muy importante conocer las características de las aguas que se van a infiltrar (origen de las aguas, naturaleza de las superficies drenadas).

c. Procedimiento de diseño. El procedimiento de diseño que se debe seguir para lograr un adecuado funcionamiento de las zanjas de infiltración debe considerar un análisis de factibilidad, una recopilación de antecedentes, la elección de materiales y el equipamiento necesario, un dimensionamiento de los elementos principales y, finalmente, el diseño de los elementos de detalle.

Factibilidad. El estudio de factibilidad permite determinar, en base a los antecedentes disponibles sobre las características del suelo y del agua subterránea, si se puede infiltrar o no las aguas lluvias superficiales hacia el suelo bajo la zanja de infiltración y si es conveniente o no utilizar este tipo de obra. El estudio de factibilidad analiza condiciones que hacen apto el sitio para la instalación de una zanja de infiltración, tales como permeabilidad del suelo,



riesgo de contaminación, capacidad de infiltración, profundidad de la napa y zonas que serán drenadas.


Plano de ubicación de la obra, en el cual se indiquen la comuna, calle y número si corresponde o su relación a calles cercanas. Límites de las áreas aportantes de agua, ubicación proyectada de la zanja y sector al cual rebasa los excesos si se producen.

Certificado de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en Región, que indique la profundidad de la napa de agua subterránea en el lugar y la autorización a infiltrar aguas lluvias en él.

Certificado de un laboratorio autorizado con los resultados de ensayos de infiltración en terreno, según el método de Porchet, o del cilindro excavado, de un ancho y profundidad representativo de las dimensiones de la zanja (ver 3.2.2.b).

Si el agua a infiltrar no proviene directamente desde los techos impermeables, sino que de otras superficies en zonas ya desarrolladas, se recomienda hacer un análisis del agua emitido por un laboratorio autorizado en el que se verifique que cumple con la Norma NCh 1333 Calidad del Agua para Diferentes Usos, en relación a usos recreacionales.

Como toda obra de infraestructura la zanja de infiltración requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando éste no sea el ejecutor de las obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la entidad pública fiscal o municipal.

Dimensionamiento. La elección del tipo de materiales utilizados y la capacidad de absorción del suelo son las principales características que se consideran en el diseño.

Además de los antecedentes mencionados en la Factibilidad para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes:

Plano a una escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan a la zanja y la naturaleza de cada una.

Cuadro de superficies, con indicación de áreas y coeficiente de escorrentía de cada tipo, (techos, pavimentos impermeables, porosos, áreas verdes con y sin vegetación, calles, veredas y otros).




Si se conoce el material de relleno es conveniente disponer de un ensayo para determinar su porosidad o el índice de huecos del material compactado, realizado por un laboratorio autorizado.

Para dimensionar una zanja de infiltración, es decir, para determinar el largo, el ancho y la profundidad , se pueden utilizar dos estrategias: i) partir de dimensiones iniciales determinadas a priori y que pueden ser ajustadas posteriormente y ii) partir de una o dos dimensiones conocidas, normalmente fijas y deducir el resto en base a ecuaciones. La porosidad del material constituye también uno de los datos del problema (puede variar entre 30% a 90%). La longitud de la zanja está generalmente impuesta por el trazado, el ancho es variable y puede ser elegido más libremente, y la profundidad depende de la naturaleza del terreno (capacidad de absorción del suelo y de la profundidad de la napa de agua subterránea), o de los procedimientos constructivos. Se debe hacer una verificación estructural de la zanja, especialmente si se ubica cerca de calzadas vehiculares o edificaciones.

Una vez dimensionada la zanja se procede a diseñar los elementos auxiliares como son las cámaras de entrada y salida, las tuberías de reparto o de evacuación, si la zanja no es alimentada lateralmente en toda su extensión.

Diseño de detalle. El diseño de detalle se traduce en los planos de la obra y sus especificaciones técnicas generales y especiales. En esta etapa se deberán elegir los materiales que componen la zanja de infiltración. Si la zanja es cubierta debe seleccionarse el material y tipo de la superficie.

d. Factibilidad y Condiciones Generales. No es recomendable la instalación de estas obras en terrenos que posean alguna de las siguientes características:

Pendiente del terreno mayor que un 20%.

Nivel máximo de la napa subterránea o un estrato impermeable a menos de 1,2 m bajo el fondo de la zanja.

Suelos superficiales o inferiores con tasas de infiltración equivalente a suelos tipo C o D según la clasificación SCS ( ver Capítulo sobre Suelos y Agua Subterránea), o con tasas de infiltración menores que 7 mm/ hora.

Suelos con más de un 30% de contenido de arcilla.

El tamaño del área aportante mayor que 5 hectáreas.

e. Dimensionamiento. Consiste en determinar el tamaño de la zanja y sus elementos principales. El esquema de la Figura 4.2.2.7 muestra los elementos constitutivos de una zanja que deben considerarse, así como las variables de diseño principales.



Área aportante. El área aportante se estima como la suma de las superficies impermeables que drenan hacia la zanja de infiltración. Para ello se determina un coeficiente de escurrimiento del conjunto como la suma ponderada de los coeficientes respectivos por el área de cada uno.

Figura 4.2.2.7: Elementos de una zanja. 1.- Alimentación (opcional),2.- Relleno, 3.- Tubería Perforada (opcional), 4.- Geotextil, 5.- Cubierta, 6.- Piezómetro, 7.- Filtro granular (Opcional).

Selección de una lluvia de diseño. Se recomienda seleccionar una lluvia de diseño de algunos de los siguientes períodos de retorno:


T = 10 años si hacia aguas abajo del lugar no existe una red de drenaje desarrollada.

La autoridad municipal o el SERVIU podrán requerir períodos diferentes de acuerdo a las condiciones del lugar.

Si se dispone de curvas IDF para el lugar, se selecciona la curva del período de retorno de diseño. Si no están las curvas disponibles, y no existe información suficiente para construirlas, se puede recurrir a los coeficientes de duración generalizados para el lugar de acuerdo a lo indicado en el Capítulo de Hidrología (3.1.2.c), seleccionando valores de intensidad It (mm por hora) para varias duraciones del tiempo t (horas). Esto supone considerar una tormenta con la intensidad máxima al inicio, de duración indefinida.

Tasa de infiltración. Puede hacerse una estimación preliminar de la tasa de infiltración del terreno en el cual se implantará la zanja, en base a una clasificación del suelo según se indica en el Capítulo de Suelos y Agua Subterránea (3.2.2). En este caso la tasa de infiltración de diseño debe ser igual a la mitad de la tasa de infiltración obtenida del análisis textural del suelo. Es decir, se considera un coeficiente de seguridad de 2 para la tasa de infiltración estimada adicional al que se menciona más adelante. Sin embargo, se recomienda realizar ensayos y medidas en terreno, de acuerdo al método de Porchet (3.2.2.b) por un laboratorio experimentado.



La capacidad de infiltración del suelo puede disminuir por colmatación en el tiempo. Azzout y otros (1994) recomiendan considerar un factor de seguridad variable, dependiendo de la naturaleza de las aguas lluvias, la existencia de tratamiento y la mantención. En caso en que la tasa de infiltración se estime en base a ensayos en terreno se recomienda un coeficiente de seguridad, Cs, según el siguiente procedimiento:


Sí No



Sí No



1 3/4

Sí No

3/4 1/2


SíSíSí No

No instalar zanja

No

1/2 1/3

Sí Sí No

Volumen afluente acumulado. Se recomienda determinar el volumen a infiltrar acumulado para una lluvia obtenida con el período de retorno de diseño como aquel generado por las intensidades medias, de acuerdo a la curva IDF correspondiente. Es decir, el volumen acumulado de agua lluvia (en metros cúbicos) para un tiempo t (horas), se calcula como:

Vafl (t) = 1,25* 0,001 C It A t = 0,00125 C A PtT (4.2.2.1)

donde C es el coeficiente de escorrentía superficial del área total aportante A (metros cuadrados), It es la intensidad de la lluvia (mm/hora) de período de retorno de diseño y duración t y t es el tiempo acumulado en horas. Pt

T corresponde a la precipitación, en mm, de duración t y periodo de retorno T en el lugar. El valor de Vafl en función de t se denomina “curva de recarga”. Se recomienda multiplicar este volumen acumulado por un factor de seguridad de 1,25 para considerar la lluvia que cae antes y después de la porción más intensa de la tormenta, no incluida en las curvas IDF.

Volumen infiltrado. El volumen infiltrado Vinf (m3) se puede determinar a partir de la siguiente ecuación:

inf ( ) ,V t C fs= 0 001 A perc t (4.2.2.2)



donde f es la capacidad de infiltración del suelo en condiciones de saturación (mm/hora), Aperc es el área total de percolación de la zanja en metros cuadrados y t es el tiempo de percolación en horas.

Además si no se dispone de un elemento decantador del material fino antes del ingreso a la zanja, o si el agua no es limpia, se recomienda que el fondo de la zanja se considere impermeable para efectos de la percolación, ya que puede taparse rápidamente por la acumulación de sedimentos. En estas condiciones, se asume que el agua percola hacia el suelo sólo a través de los lados de la zanja, razón por la cual se recomienda el diseño de obras angostas y profundas. El área de percolación se puede determinar a partir de la expresión:

percA h L b= +2 ( ) (4.2.2.3)

si no hay elemento decantador y

percA h L b Lb= + +2 0 ( ) .5 (4.2.2.4)

si las aguas son limpias o si hay elemento decantador, donde L es la longitud de la zanja, b es su ancho y h la altura de la zanja rellena con piedras, como se ilustra en el esquema de la Figura 4.2.2.8. El valor de h se determina de acuerdo a las condiciones locales, considerando que el fondo debe ubicarse por lo menos 1,2 m sobre el nivel máximo de la napa o de capas impermeables mas profundas.

b

h L

Figura 4.2.2.8: Parámetros que definen la geometría de una zanja. L.- Longitud, b.- Ancho, h.- Altura máxima de agua.

Volumen de almacenamiento. Existen varios métodos de diseño, basados en criterios similares a los de otras obras de infiltración, los que varían en cuanto a las estimaciones de los volúmenes de diseño y las tasas de infiltración. El volumen necesario de almacenamiento en la zanja ( Valm) se puede determinar gráficamente como la máxima diferencia entre el volumen acumulado afluente (Vafl) y el volumen acumulado infiltrado (Vinf), ambos en función del tiempo, como se muestra en la Figura 4.2.2.9.



El volumen total de la zanja está dado por:

Vzanja = L b h (4.2.2.5)

Para mejorar la estabilidad, se rellena de material pétreo de porosidad p, luego el volumen de la zanja está relacionado con el volumen de almacenamiento necesario mediante la expresión:

Valm = p Vzanja = p L b h (4.2.2.6)

Figura 4.2.2.9: Estimación del volumen de almacenamiento. 1.- Curva de volumen afluente para diferentes periodos de retorno, 2.- Curva de volumen infiltrado, 3.- Volumen de almacenamiento, igual a la máxima diferencia entre ambas curvas.

Debido a que el volumen infiltrado, empleado para estimar el volumen de almacenamiento, también depende de la dimensión de la zanja, se debe proceder por aproximaciones sucesivas, empleando como variables de diseño el valor del largo de la zanja L, suponiendo valores conocidos de b y h ya que pueden estar condicionadas por restricciones constructivas y del terreno.

Tiempo total de infiltración. Se debe estimar el tiempo total de infiltración para la lluvia de diseño como el tiempo para el cual el volumen acumulado aportado por la lluvia es igual al volumen acumulado infiltrado, es decir el tiempo para el cual las curvas de recarga e infiltración se cruzan en el gráfico de la Figura 4.2.2.8. Es recomendable que el tiempo total de infiltración sea inferior a 24 horas para la lluvia de diseño.

Pendiente de fondo. El fondo de la zanja debe ser horizontal. Si el terreno presenta una pendiente a lo largo de la zanja, la altura de ésta es la del extremo de menor profundidad.



Figura 4.2.2.10: A.- Nivel máximo del agua, S.- Pendiente del terreno, H.- Profundidad de la zanja, Lmax..- Longitud máxima.

En estos casos es conveniente dividir la zanja a lo largo en tramos de longitud máxima dada por:

L HSmax =

2 (4.2.2.7)

donde H es la profundidad de la zanja y S la pendiente del terreno en tanto por uno.

Material de relleno de la zanja. Para mejorar las condiciones de estabilidad de las paredes de la zanja, es necesario rellenarla con un material pétreo. El material agregado para la zanja consiste en un agregado limpio, tipo ripio, sin polvo ni material fino, con un diámetro uniforme variable entre 3,5 cm y 7,5 cm. También pueden usarse bolones. Por los supuestos de diseño, la porosidad del agregado se puede suponer que es igual a un 30%. El agregado debería estar completamente rodeado por un filtro geotextil.

Geotextil. Entre el fondo y las paredes de la excavación y el relleno se coloca un geotextil, cubriendo el relleno una vez colocado en su parte superior. Se recomienda emplear geotextiles de materiales sintéticos, no tejidos, de permeabilidad al menos igual a 10 veces la permeabilidad del suelo. Los paños laterales se deben traslapar por lo menos en 40 cm.

Tuberías de reparto de flujo. Si la zanja es alimentada desde un extremo, es necesario instalar una tubería de reparto del agua a lo largo de la zanja, por su parte superior, inmediatamente bajo la cubierta y sobre el geotextil. Esta tubería debe ser recta, horizontal y estar conectada tanto a una cámara de entrada como a una de salida en cada extremo, para facilitar su limpieza.

Figura 4.2.2.11: Tubería de reparto. D.- Diámetro, L.- Longitud.



El gasto de diseño de esta tubería puede estimarse como el aportado por una tormenta corta, de duración 5 a 10 minutos sobre el área aportante, de manera de tomar en cuenta la parte más intensa de la lluvia, que es la que genera los mayores caudales a ser distribuídos en la zanja:

Q CI Amin= 52 (4.2.3.8)

Donde C es el coeficiente de escurrimiento de la zona, A al área en m2 de la superficie que drena hacia la zanja y I la intensidad de la lluvia del periodo de retorno de diseño y cinco minutos de duración en el sector. Estos valores son independientes del tiempo de concentración de la cuenca aportante y tienen por objeto considerar la parte más intensa de la lluvia de diseño.

min52

El tamaño, o diámetro de la tubería, se puede calcular considerando que todo el gasto que entra se reparte a lo largo de la zanja de longitud L, con una pérdida de carga no superior a un diámetro y un factor de fricción de 0,02. En estas condiciones el diámetro es por lo menos:

D L Q= 0 2861

61

3, (4.2.2.9)

con L y D en metros y Q en m3/s. Para la tubería se pueden emplear tubos de hormigón de cemento del tipo alcantarillado colocados sin emboquillar, tubos de PVC perforados, o tubos de drenaje envueltos en geotextil. En cualquier caso la tubería debe ser de diámetro uniforme y recta, con una longitud máxima entre cámaras no mayor que 50 metros y de un diámetro mínimo de 0,20 m.

Zanjas con drenes. Para zanjas de infiltración parcial, o si la permeabilidad del suelo es baja, y la zanja no puede rebasar por su cara superior, será necesario instalar en el interior de la zanja una tubería de drenaje conectada a un sistema de conducción hacia aguas abajo.

Figura 4.2.2.12: 1.- Relleno, 2.- Cubierta, 3.- Tubería perforada o dren, 4.- Cámara salida.



f. Detalles. Debe completarse el diseño con los detalles necesarios para que la obra funcione correctamente.

Pozo de observación. Se recomienda instalar un pozo de observación por cada 25 m de longitud de la zanja. Este puede consistir en una tubería vertical perforada o abierta en su parte inferior, conectada a la superficie que permita medir el nivel del agua en el interior de la zanja. Se recomienda emplear un tubo de acero galvanizado de dos pulgadas de diámetro con una tapa rosca en su extremo exterior para evitar problemas de vandalismo.

Figura 4.2.2.13: 1.- Tubería perforada o abierta, 2.- Geotextil, 3.- Tapa, 4.- Relleno.

Cubierta. La superficie de la zanja puede quedar cubierta por bolones, ripio u otro material permeable. También puede cubrirse por una acera de adoquines o de hormigón. En este último caso las reparaciones serán más costosas.

Figura 4.2.2.14: Alternativa de cubierta. 1.- Piedras o rocas permeables, 2.- Pastelones o adoquines, 3.- Veredas o losas.

Cámara de entrada. Si la zanja se alimenta desde un extremo es necesario colocar una cámara de entrada que reciba el agua y a la cual se conecta la tubería de reparto. La cámara puede ser de menor profundidad que la zanja, con un mínimo de 0,8m y tapada.



Figura 4.2.2.15: 1.- Sumidero, 2.- Cámara, 3.- Zanja, 4.- Cuneta, 5.- Solera, 6.- Tubería de conexión.

g. Construcción. Es indispensable que durante la etapa de construcción de una zanja de infiltración se sigan las recomendaciones y se efectúen ciertos controles para asegurar el adecuado funcionamiento de la obra.

Control de los aportes de tierra desde zonas cercanas. Evitar los aportes de tierra hacia la zanja mientras dura la realización del proyecto, para lo cual se debe poner en servicio la zanja dentro de las últimas etapas de la construcción de la obra si ella está incluida en un programa de construcción más amplio. En caso de ser necesario se debe instalar una solución transitoria en el lugar para recoger y evacuar las aguas lluvias. Además hasta que no se encuentren totalmente terminadas es conveniente separar el drenaje desde las superficies que producen los finos (áreas verdes, zonas con tierra) de las superficies impermeables drenadas por la zanja.

Control de las dimensiones. Es importante respetar las dimensiones (profundidad y longitud de la zanja, y cotas del fondo) estimadas a partir del estudio hidráulico. Una reducción de las dimensiones disminuirá el volumen de almacenamiento y la superficie de infiltración. Si las dimensiones son cambiadas durante la construcción, se deberán evaluar las consecuencias de esta modificación.

En caso de instalarse tuberías de distribución del agua en el interior de la zanja, o drenes de rebase, se debe controlar la pendiente y alineación del dren durante su instalación, antes de que queden totalmente tapados por el relleno de la zanja. Se deben tomar precauciones para evitar que el dren se desplace, colapse o se rompa, durante el relleno o luego de la puesta en marcha de la obra. En la recepción de la construcción se debe asegurar un buen funcionamiento de los drenes, haciendo pruebas que verifiquen su alineación entre las cámaras.

Control de la calidad de los materiales. Los materiales utilizados en el interior de la zanja deben tener una porosidad útil suficiente para evitar que el volumen de almacenamiento disminuya. Esta se debe verificar con ensayos de laboratorio antes de acopiar el material para el relleno. Además estos materiales deben ser limpios, preferentemente lavados, ya que la presencia de finos en el material de relleno puede provocar la colmatación prematura de la zanja.

La colocación en terreno de los filtros geotextiles requiere algunos cuidados especiales. Entre otros se debe verificar el correcto recubrimiento de las telas de geotextil y su instalación en la obra, evitar los desgarros del material debidos a enganches en máquinas de la construcción o asperezas en el terreno. Evitar la presencia de finos que provoquen una colmatación prematura del geotextil.



Control del avance de la obra. La realización de las zanjas no demanda una técnica particular, ya que se efectúa de manera similar a la colocación de una red de drenaje tradicional. Durante la realización se deben efectuar controles para evitar fallas en la obra. Si la zanja es muy larga, se puede efectuar rellenos y terminaciones a medida que se avanza con la obra, evitando que las excavaciones queden expuestas durante tiempos prolongados.

Control al final de la realización. Para constatar el adecuado funcionamiento hidráulico de la zanja, es necesario verificar su capacidad de almacenamiento y de infiltración mediante ensayos de relleno y de infiltración en terreno. Para ello son muy útiles los pozos de observación.

h. Mantención. Las zanjas de infiltración requieren una mantención regular para asegurar un adecuado funcionamiento hidráulico.

La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de las obras, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es de los SERVIU, o de la empresa que tenga a cargo el servicio. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias urbanas. Sin embargo es necesario que esta responsabilidad quede establecida legalmente en forma clara. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quien detente legalmente el recinto.

La observación del funcionamiento de las zanjas en tiempos de lluvia permite definir una política de mantención adaptada a cada solución en particular. Se puede aplicar una mantención preventiva, que debe ser efectuada con una frecuencia regular e importante, permitiendo mantener un adecuado funcionamiento hidráulico de la estructura y reducir la colmatación. También puede aplicarse una mantención curativa, que se realiza cuando no existe un adecuado funcionamiento hidráulico de la estructura (desbordes frecuentes de la zanja, imposibilidad de inyectar agua por la superficie), y consiste en un reemplazo de los materiales que conforman la zanja. A continuación se presenta una guía de la mantención sugerida para las zanjas de infiltración y la frecuencia con que ésta debe realizarse.

Mantención preventiva. Considera inspecciones, cuidado de la vegetación circundante y limpieza:

Inspección. Inspeccionar la superficie para verificar la necesidad de una limpieza. Verificar la salida, entrada y rebase del agua. Verificar la capacidad de infiltración midiendo la velocidad de descenso del nivel del agua con ayuda de los pozos de observación.



Rutinaria. Recomendable cada tres meses y al menos una vez al año.

Cortar y cuidar el césped . En caso de que la zanja se ubique en zonas verdes cortar el pasto que rodea la zanja ocasionalmente para limitar la vegetación no deseada.

Rutinaria. Cuando se requiera según las necesidades del área verde.

Remoción de basura, objetos extraños y sedimentos. El material acumulado debe ser removido para mantener el funcionamiento hidráulico de la zanja y reducir la colmatación y la obstrucción de los elementos de admisión.

Rutinaria. De acuerdo con la inspección. Retirar hojas y ramas durante el otoño.

Mantención curativa. Resolver problemas de colmatación superficial e interior.

Decolmatación de la superficie. Eliminar sedimentos que tapan los poros de la superficie. Remover sedimentos de las cámaras de entrada y salida si existen.

No rutinaria. Cuando el escurrimiento superficial no infiltra rápidamente a través de la superficie. Cuando las cámaras acumulen más de un 20% en volumen de sedimentos

Reemplazo del material que conforma la superficie. Reemplazar arena, parte superior del relleno, sobre el geotextil, si la zanja se alimenta superficialmente.

No rutinaria. Cuando el escurrimiento superficial no infiltra rápidamente a través de la superficie.

Reemplazo del material al interior de la estructura. Reemplazar material, incluso filtro geotextil.

No rutinaria. Cuando el escurrimiento superficial no infiltra rápidamente a través de la zanja.

i. Ejemplo de Zanja de infiltración. Se considera la posibilidad de construir una zanja de infiltración en los jardines exteriores a lo largo de la vereda de una urbanización ubicada en la ciudad de Temuco. Se trata de una urbanización en condominio con dos edificios que acceden a la calle, cuya superficie total es de 0,33 hectáreas. La zanja de infiltración deberá drenar las aguas lluvias que son producidas en exceso por esta urbanización. Las características del uso del suelo son las siguientes:

Techos: 1048 m2

Patios y jardines: 2294 m2

Total: 3342 m2



Los antecedentes del terreno indican que la pendiente es pequeña y se trata de un suelo tipo B, con una tasa de infiltración media obtenida de los ensayos de 25 mm/hora. El nivel máximo estacional de la napa se ubica a una profundidad de 3 m.

Factibilidad. La instalación de una zanja de infiltración en esta urbanización es factible, dado que se cumplen las siguientes condiciones: pendiente menor que 20% , tasa de infiltración mayor que 7 mm/hora, contenido de arcilla menor que 30% y superficie de área a drenar menor que 5 hectáreas. La condición que se exige para la profundidad de la napa (mayor que 1,2 m bajo la base) impone una restricción a la profundidad de la zanja, la que deberá tener en este caso un valor máximo de 1,8 m.

Dimensionamiento. Consiste fundamentalmente en determinar las dimensiones de la zanja para que sea capaz de almacenar e infiltrar el agua lluvia que llegue a su superficie. En este caso se seleccionará una lluvia de cinco años de período de retorno.

Volumen de almacenamiento requerido. Siguiendo el procedimiento habitual para obras de infiltración, el volumen de almacenamiento, Valm, se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia, Vafl (t), para una lluvia del período de retorno de diseño, y el volumen acumulado infiltrado, Vinf (t).

El volumen afluente acumulado de agua lluvia para una duración t de la tormenta de diseño, se estima en función de la precipitación de esa duración de acuerdo a la ecuación 4.2.2.1. como:

afl tV t C A I t C P( ) , * , , * ,= tA=1 25 0 001 1 25 0 001 5 (4.2.2.10)

donde C es el coeficiente de escorrentía de toda el área aportante, calculado ponderando las diferentes áreas del suelo como:

C = (C1 Atechos + C2 Apatios)/A (4.2.2.11)

Los coeficientes de escorrentía C1 y C2 se obtienen de la Tabla 3.1.2.7 propuesta en el Capítulo de Hidrología, y resultan: C1 = 0,9 y C2 = 0,5. Reemplazando, se obtiene que el coeficiente de escorrentía es C = 0,63.

es la lluvia correspondiente a un período de retorno de 5 años y duración t, variable desde unos pocos minutos hasta 24 horas o más si es necesario para determinar el volumen máximo de almacenamiento. Se estima en base a la precipitación de 10 años de periodo de retorno y 24 horas de duración y los coeficientes de duración y frecuencia correspondientes como:

Pt5

(4.2.2.12) P P CD CFt t5

2410 24

10511= ,



donde P corresponde a la precipitación máxima para 10 años de período de retorno y 24 horas de duración, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.2 propuesta en el Capítulo de Hidrología para precipitaciones máximas diarias en las ciudades de Chile, o de la publicación de la DGA sobre Precipitaciones Máximas en 24, 48 y 72 horas. Para Temuco tiene un valor de 82,3 mm.

2410

corresponde al coeficiente de frecuencia para transformar la precipitación de 10 años en otra de 5 años de período de retorno, es el que se obtiene de la Tabla 3.1.2.4 de coeficientes de frecuencia del Capítulo de Hidrología y arroja un valor de 0,87 para la ciudad de Temuco.

105CF

es el coeficiente de duración, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.3 de Coeficientes de duración para t entre 1 y 24 horas o de la expresión propuesta para lluvias menores de 1 hora.

tCD24

Entonces, reemplazando en la ecuación 4.2.2.12 los valores correspondientes, la precipitación de cinco años de periodo de retorno y duración t, para t entre 24 horas y una hora, está dada por:

P CD CDt t t5 24 2411 82 3 0 87 78 7= = ≥, * , * * , , * para 24 horas t 1 hora≥

m

≥

t

En particular para una hora el coeficiente de duración en Temuco es 0,190 según la tabla 3.1.2.3, con lo que se obtiene:

P m15 78 7 0 190 15 0= =, * , ,

Las precipitaciones menores de una hora se obtienen a partir de esta con los coeficientes de duración de la Tabla 3.1.2.5 como:

P CDt t5 115 0= ≥, * para 1 hora t 0

Con estos valores de precipitación se calcula el volumen afluente acumulado en m3 empleando la expresión 4.2.2.10:

V t P Pafl t t( ) , * , * , * * , *= =1 25 0 001 0 63 3342 2 635 5


(4.2.2.13) V t C f As zinf ( ) ,= 0 001

donde f es la tasa de infiltración de diseño que corresponde a la del terreno, en mm/hora, Cs el factor de seguridad, t el tiempo en horas, Az es el área filtrante de la zanja, en este caso despreciando la contribución del fondo:

Az = 2h(L+b) (4.2.2.14)



donde L es la longitud de la zanja, que está impuesta por el trazado y tiene un valor de 123 m, b es el ancho de la zanja, por determinar, al que se le dará un valor inicial arbitrario de 1 m y h es la profundidad de la zanja, que se determina en función de las condiciones de terreno y se le da un valor de 1,8 m, valor máximo posible dado por las condiciones de factibilidad. Reemplazando, se obtiene Az = 446,4 m2. Para el coeficiente de seguridad que corrige la tasa de infiltración se considera que el agua es de buena calidad ya que proviene directamente de techos y jardines, que no habrá dispositivo de tratamiento pero se dispondrá de una mantención regular. En estas condiciones se recomienda Cs = 0,75. Con los valores de este caso, el volumen infiltrado acumulado para el tiempo t, de acuerdo a la expresión 4.2.2.13 se calcula como:

V t t tinf ( ) , * , * , * , * ,= =0 001 0 75 25 0 446 4 8 37

Los valores obtenidos para los coeficientes de duración, las precipitaciones y los volúmenes resultantes del agua afluente a las zanjas y el agua infiltrada, así como el volumen almacenado en el interior de la zanja para distintas duraciones se presentan a continuación:


(horas, min.) (*) (mm) (m3) (m3) (m3) 0h 0m 0,000 0,0 0,0 0,0 0,0 0h 5m 0,307 4,6 12,1 0,7 11,4 0h 10m 0,460 6,9 18,1 1,4 16,7 0h 20m 0,642 9,6 25,3 2,8 22,5 0h 30m 0,764 11,5 30,1 4,2 25,9 0h 40m 0,858 12,9 33,8 5,6 28,2 1h 0,190 15,0 39,3 8,4 30,9 2h 0,310 24,4 64,2 16,7 47,5 4h 0,470 37,0 97,3 33,5 63,8 6h 0,580 45,6 120,0 50,2 69,8 8h 0,650 51,2 134,5 67,0 67,5 10h 0,710 55,9 147,0 83,7 63,3 12h 0,770 60,6 159,4 100,4 59,0 14h 0,820 64,5 169,7 117,2 52,5 18h 0,910 71,6 188,4 150,7 37,7 24h 1,000 78,7 207,0 200,9 6,1

(*) Para duraciones menores de una hora los coeficientes se refieren a la lluvia de una hora. Para duraciones mayores de una hora se refieren a la lluvia de 24 horas.

Se puede apreciar que el valor máximo de almacenamiento corresponde a 69,8 m3 que se acumulan a las 6 horas. La Figura 4.2.2.15 siguiente muestra la estimación gráfica del volumen de almacenamiento, obtenido como la diferencia máxima entre el volumen afluente acumulado y el volumen infiltrado acumulado.



0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25

Tiempo, horas

Volu

men

acu

mul

ado,

m3

Vol. Afluente acumulado

Vol. Inf iltrado acumulado

V Alm.

Figura 4.2.2.16: Estimación gráfica del volumen de almacenamiento de la zanja.

El volumen de almacenamiento proporcionado por la zanja se obtiene a partir de la expresión 4.2.2.6:

Valm = p Vzanja = p L b h (4.2.2.15)

donde p es la porosidad del material de relleno de la zanja, que se considera igual a 30%, L = 123 m y h = 1,8 m. Para lograr un volumen de 69,8 m3 se necesita b= 1,05m. Por lo tanto la zanja se diseñará con ese ancho medio.

Longitud máxima de la zanja. Como la pendiente del terreno es de 2% en la dirección en que se orienta la zanja, ésta se dividirá en tramos de longitud máxima. Lmax dada por la ec. (4.2.2.7).

Lmax = 1,8/(2*0,02) = 45 m.

Aprovechando la disposición de los accesos a los edificios, se construirán 6 zanjas individuales, a lo largo de las veredas pero desconectadas. Cuatro de ellas serán de 20 m de largo con alimentación superior y recibirán preferentemente el agua de los patios y jardines. (Zanja tipo A). Las otras dos se ubicarán bajo los accesos, irán cubiertas y se alimentarán directamente desde las bajadas de aguas lluvias de los techos con tuberías y cámaras en sus extremos. (Zanja tipo B). Cada una de estas será de 21 m de largo.

Tubería de reparto. Para las zanjas tipo B. Se diseñará para un caudal de la lluvia de 5 minutos de duración, que equivalen a 3,4 mm y generan un volumen afluente de 7,1 m3, que se traducen en 7,1/122 m3 por metro de zanja en 5 minutos. Esto es un gasto para cada zanja tipo B de:

Q = 7 1 1 = 0,0039 m21122 5 60, *

*3/s =3,9 l/s.

El diámetro necesario de la tubería es, según la ec. (4.2.2.9):



D = 0,286 * 201/6 * (0,0039)1/3 = 0,074 m = 74 mm.

Se colocará una tubería de 150 mm. de diámetro.

Detalles. El plano adjunto muestra los detalles para la materialización de la zanja propuesta. El diseño se complementa con los detalles que se indican a continuación.

Cubierta. Se construirán dos tipos de zanjas, separando la longitud total en partes iguales. Las que reciben el agua directamente de los techos se alimentarán por tubos e irán cubiertas por las veredas. Las que reciben el agua de los jardines se cubrirán con filtro y una capa de piedras tipo huevillo.

Rebase. Las zanjas que se alimentan por la superficie rebasarán directamente a la calle los gastos que no sea capaz de infiltrar, vertiéndolos a lo ancho de toda la vereda. Esto no debiera cursar problemas ya que la altura de agua sería despreciable en los más de 20 m de zanja. Las otras rebasarán desde las cámaras de alimentación y salida mediante un tubo que se conectará directamente a la cuneta de la calle. Este gasto sería como máximo de 3,9 l/s por cada zanja, el que no debiera generar problemas en la calle. Debe tenerse en cuenta que dadas las condiciones de diseño, las zanjas generarían caudales de rebase una vez cada 5 años.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto para la construcción de las zanjas de infiltración del ejemplo incluyendo el total de ellas de ambos tipos con 122 m. de largo en total.

Ítem Descripción Unidad CantidadPrecio (UF) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, sin agotamiento ni entibación, incluye el descepe y limpieza del terreno, así como el emparejamiento, nivelación y limpieza de fondo. m3 220,8 0,252 55,642 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 220,8 0,063 13,910 3 Suministro y colocación de geotextil colocado según las especificaciones del proyecto. m2 768,2 0,096 73,747 4 Suministro y colocación de bolones para relleno. Tamaño medio 20 cm, limpio, sin material fino. Colocado en el interior de



la zanja. m3 182,4 0,295 53,808 5 Suministro y colocación de material de filtro granular de grava, tamaño medio 1 cm, colocado en una capa de 10 cm sobre el filtro geotextil de la cubierta superior y compactado en seco con placa. m3 13,7 0,1181,652 6 Suministro y colocación de césped para jardín, incluye semilla, siembra y riego hasta el primer corte. m2 14,0 0,1041,456 7 Suministro y colocación de capa de arena sin contenido de arcilla de 3 cm de espesor para jardín. m3 0,8 1,081 14,810 8 Suministro y colocación de una capa de tierra de hoja de 5 cm. m3 1,3 1,0191,325

9 Suministro y colocación de grava tipo huevillo y rocas para jardín, de tamaño medio 5 cm, colocados en capas sobre el filtro de grava en las zanjas tipo A. m3 8,8 0,1881,654 10 Hormigón grado H-20 con una dosificación mínima de 255 kg. de cem. por metro cúbico, colocado con moldaje en cámaras laterales de las zanjas tipo B. m3 3,26 3,975 12,959 11 Acero tipo A44-28H con resaltes para hormigón armado, en barras, doblado y colocado según los planos. D = 8mm Kg. 109,0 0,0161,754 12 Tubos tipo alcantarillado para distribu- ción en zanjas tipo B. Suministro y colocación sin emboquillar. D=150mm. m 44 0,363 15,972 13 Tapas de cámaras de hormigón armado de 0,8x0,8 con marco y colocadas. N 4 2,3989,592 Total 258,281 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al








4.2.3. POZOS DE INFILTRACIÓN

a. Descripción. 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.

Frente a los objetivos perseguidos por las técnicas alternativas los pozos de infiltración se encuentran en la siguiente situación:



Para ello en general se ubican en pequeños espacios, abiertos o cubiertos, cerca de las superficies impermeables que drenan a ellos, para operar preferentemente con agua limpia. 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. El esquema siguiente muestra ubicaciones típicas de pozos de infiltración de aguas lluvias en zonas urbanas.



Figura 4.2.3.1: 1.- Manzanas de la zona urbanizada, 2.- Pozo para drenaje de techos, 3.- En el interior de manzana, 4.- Individuales en terrenos menores.

Además del pozo de infiltración propiamente tal la obra completa presenta diferentes elementos adicionales alternativos y opcionales, con un esquema de relaciones entre ellos como se ilustra a continuación

Figura 4.2.3.2: Esquema de los elementos principales de un pozo de infiltración. 1.- Alimentación, 2.- Decantador (opcional), 3.- Cámara de rebase (opcional), 4.- Rebase, 5.- Tubería de conexión, 6.- Pozo, 7.- Geotextil, 8.- Cubierta, 9.- Alimentación superficial (opcional).

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 aguas lluvias se realiza directamente al agua subterránea, se denomina pozo de inyección.

Figura 4.2.3.3: Pozos de infiltración (arriba) y de inyección (abajo). 1.- Pozo, 2.- Agua subterránea, 3.- Nivel estático.

Las figuras siguientes muestran algunas disposiciones empleadas para pozos de infiltración, considerando casos sencillos de pozos relativamente pequeños y otros más complejos.



Figura 4.2.3.4a: Pozo de infiltración simple alimentado desde la superficie. 1.- Cubierta permeable, 2.- Relleno, 3.- Geotextil, 4.- Piezómetro, 5.- Almace- namiento superficial.

Figura 4.2.3.4b: Pozo de infiltración con decantador y volumen parcial sin relleno. 6.- Decantador, 7.- Cámara rebase, 8.- Tubería alimentación, 9.- Volu- men sin relleno, 10.- Antepozo de hormigón armado, 11.- Tubo ventilación, 12.- Tapa cámara. 1 a 5 como en a.

Figura 4.2.3.4c: Pozo de infiltración con decantador y rebase sobre el mismo pozo. 1 a 12 como en a y b.

b. Ventajas y desventajas. Además de las ventajas comunes a todas las obras de infiltración, su principal ventaja es su integración a condiciones urbanas restringidas, ya que son poco visibles, no tienen restricciones topográficas para su instalación y comprometen sólo una pequeña parte del suelo, economizando terreno. Sin embargo, es recomendable su instalación sólo en lugares en los cuales no es posible ubicar otros sistemas, ya que tienen una capacidad de almacenamiento reducida en comparación con otras obras.

Una de sus principales desventajas es que pueden presentar problemas de colmatación al retener las partículas finas presentes en el agua, para lo cual se



requiere una mantención durante la vida útil de la obra. Una alternativa para reducir este problema previamente es instalar un filtro en la parte superior haciendo pasar el agua a través de él antes de que pase al pozo o instalar un decantador previamente. En casos extremos se puede recurrir a un filtro de arena similares a los empleados en las piscinas.

Otra desventaja es el riesgo de contaminación de la napa, para lo cual es muy importante conocer las características de las aguas que se van a infiltrar (origen de las aguas, naturaleza de las superficies drenadas). 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. Las napas poco profundas pueden limitar el uso de los pozos, ya que disminuyen el volumen de almacenamiento y reducen sus capacidades hidráulicas.

c. Procedimiento de diseño. El procedimiento de diseño que se debe seguir para lograr un adecuado funcionamiento de los pozos de infiltración debe considerar un análisis de factibilidad, una recopilación de antecedentes, la elección de materiales y el equipamiento necesario, un dimensionamiento de los elementos principales y finalmente el diseño de los detalles.

Factibilidad. El estudio de factibilidad permite determinar, en base a los antecedentes disponibles sobre las características del suelo y del agua subterránea, si se puede infiltrar o no las aguas lluvias superficiales hacia el suelo y si es conveniente o no utilizar un pozo de infiltración. El estudio de factibilidad analiza condiciones que hacen apto el sitio para la instalación de un pozo de infiltración, tales como permeabilidad del suelo, riesgo de contaminación, capacidad de infiltración, profundidad de la napa y zonas que serán drenadas.

Para decidir la factibilidad de un pozo es conveniente que el proyectista reúna los siguientes antecedentes:

Plano de ubicación de la obra, en el cual se indiquen la comuna, calle y número si corresponde o su relación a calles cercanas. Delimitación de las superficies que drenarán hacia el pozo, ubicación del mismo y sector al cual rebasarán los excesos en caso de producirse.

Certificado de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en Región, que indique la profundidad más alta de la napa de agua subterránea en el lugar y la autorización a infiltrar aguas lluvias.



Certificado emitido por un laboratorio autorizado con los resultados de ensayos de infiltración en terreno, según el método del cilindro excavado (ver 3.2.2.b).

Si el agua a infiltrar no proviene directamente desde los techos, sino que de otras áreas ya desarrolladas, en urbanizaciones consolidadas, se recomienda efectuar un análisis de calidad de una muestra de agua por parte de un laboratorio autorizado en el que se verifique que cumple con la Norma NCh 1333 Calidad del Agua para Diferentes Usos, en relación a usos recreacionales.

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento del pozo requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando éste no sea el ejecutor de las obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la entidad pública fiscal o municipal correspondiente.

Dimensionamiento. El dimensionamiento de los pozos de infiltración y de sus elementos principales requiere disponer de las características del terreno y del suelo base, así como también de estudios hidrológicos e hidrogeológicos. Para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes antecedentes adicionales:

Plano a una escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan al pozo y la naturaleza de cada una.

Cuadro de superficies, con indicación del área aportante y coeficiente de escorrentía de cada una, (techos, pavimentos impermeables, porosos, áreas verdes con y sin vegetación, calles, veredas y otros).



Terreno. Se deberán determinar las características de ocupación y de ordenamiento del terreno donde será implantado el pozo de infiltración. Específicamente, la presencia de espacios con o sin vegetación y la topografía del terreno. Con los antecedentes recopilados, se procede a determinar el volumen de almacenamiento que puede recibir el suelo y la naturaleza de las aguas que van a ser drenadas.

Características del suelo soportante. Se deberá estimar la capacidad de absorción del suelo soportante así como su comportamiento en presencia del agua. La capacidad de absorción del suelo deberá ser estimada a partir de ensayos de infiltración a diferentes



profundidades en varios lugares del terreno y su duración debe ser suficiente como para poder apreciar de manera certera la capacidad de infiltración en régimen permanente y condiciones de saturación. Se recomienda el método del cilindro excavado. Para el caso de pozos de inyección es necesario conocer la permeabilidad el suelo.

Hidrogeología e hidrología. Se deberá determinar la presencia, el uso, las fluctuaciones estacionales, la cota más alta de las napas subterráneas y, eventualmente, sus características cualitativas y su vulnerabilidad. Se determinará la naturaleza de las aguas y su potencialidad de contaminación del agua subterránea y el gasto máximo admisible de evacuación del proyecto, en base a las capacidades del acuífero o a la permeabilidad del suelo. El conocimiento del sentido del flujo permite elegir con mayor seguridad la ubicación más adecuada de los pozos de infiltración en lugares alejados de zonas de captación.

Dimensiones del pozo. Escoger los materiales que componen el pozo de infiltración, es decir, los materiales que se instalarán entre la superficie drenada y el pozo de infiltración, al interior de los pozos, entre el pozo y el suelo adyacente, y entre el pozo y la red de alcantarillado de aguas lluvias. La elección del tipo de materiales utilizados y la capacidad de absorción del suelo son las principales características que se consideran en el diseño. Se puede trabajar en dos etapas: i) un predimensionamiento, que tiene como objetivo atribuir una profundidad al pozo y determinar la capacidad de evacuación del suelo in situ y ii) un dimensionamiento definitivo, para determinar el radio del pozo y el volumen de almacenamiento.

Verificar el comportamiento estructural del pozo en relación a las edificaciones o calzadas vehiculares cercanas

Diseño de detalle. El diseño de detalle se traduce en los planos de la obra y sus especificaciones técnicas generales y especiales. Agregar los elementos necesarios para conectar el rebase del pozo a la red de drenaje local hacia aguas abajo y lo necesario para que sea alimentado correctamente.

d. Factibilidad y Condiciones Generales. A continuación se presentan algunos criterios que deben ser considerados en el diseño de pozos de infiltración:

No son aptos para la instalación de pozos de infiltración los terrenos con suelos con una permeabilidad menor que 10-5 m/s, o con una tasa de infiltración inferior a 20 mm/hora o si existe algún estrato impermeable a menos de un metro bajo el fondo del pozo. Si el nivel máximo estacional de la napa o algún estrato impermeable se ubica a menos de 1m bajo la base del pozo se cataloga como pozo de inyección. En este caso no deben infiltrarse aguas de mala calidad, entendiendo por tales las que no satisfacen los requisitos de agua para



fines recreacionales o de agua para riego de acuerdo a las Normas NCh 1333 Requisitos de Calidad del Agua para Diferentes Usos.

e. Dimensionamiento. El esquema siguiente muestra los elementos que deben incluirse en el diseño de un pozo de infiltración.

Área aportante y coeficiente de escurrimiento. El área aportante se estima como la suma de las superficies impermeables que drenan hacia el pozo de infiltración. Para las áreas impermeables, como techos, pavimentos y similares, se pueden adoptar coeficientes de escurrimiento superficial según se indican en el Capítulo de Hidrología (Tabla 3.1.2.7). Si el pozo se ubica en el interior de un estanque de infiltración el área de este se considera con un coeficiente 1. Se pueden considerar aportes de jardines siempre que estén cubiertos con pasto u otro material que no aporte finos. Se determina un coeficiente del conjunto como la suma ponderada de los coeficientes respectivos por el área de cada uno.

Figura 4.2.3.5: Elementos típicos de un pozo de infiltración. 1.- Alimentación por tubo (opcional), 2.- Decantador (opcional), 3.- Rebase (opcional), 4.- Tubería de conexión, 5.- Relleno, 6.- Geotextil, 7.- Filtro superficial (opcional), 8.- Cubierta superior, 9.- Alimentación superficial (opcional), 10.- Piezómetro.

Tasa de infiltración. Una estimación preliminar de la tasa de infiltración del terreno en el cual se construirá el estanque, se puede hacer en base a la clasificación del suelo, como se muestra en el Capítulo de Suelos y Agua Subterránea. Sin embargo, se recomienda realizar ensayos y medidas de infiltración en el terreno, utilizando el método del cilindro excavado (3.2.2.b). Los ensayos deben hacerse a una profundidad igual al fondo de la obra, por lo tanto se recomienda efectuarlos en la medida en que avance la excavación del pozo.

Selección de una lluvia de diseño. Para seleccionar la lluvia de diseño se recomienda emplear el siguiente criterio:


T = 10 años si hacia aguas abajo no existe una red de drenaje desarrollada.



La autoridad municipal o el SERVIU podrán requerir períodos diferentes de acuerdo a las condiciones del lugar.

Si se dispone de curvas IDF para el lugar, se selecciona la curva del período de retorno de diseño. Si no están las curvas disponibles, y no existe información suficiente para construirlas, se puede recurrir a los coeficientes de duración generalizados para el lugar de acuerdo a lo indicado en el Capítulo e Hidrología (3.1.2), seleccionando valores de intensidad It (mm por hora) para varias duraciones t (horas).

Volumen afluente acumulado. Se recomienda determinar el volumen a infiltrar acumulado para una lluvia de período de retorno de diseño como aquel generado por las intensidades medias, de acuerdo a la curva IDF correspondiente. Es decir, el volumen acumulado de agua lluvia (en metros cúbicos) para un tiempo t (horas), se calcula como:

Vafl (t) = 1,25*0,001 C It A t = 0,00125*C *A*PtT (4.2.3.1)

donde C es el coeficiente de escurrimiento superficial del área total aportante A (metros cuadrados), It es la intensidad de la lluvia (mm/hora) del período de retorno de diseño y duración t que es el tiempo acumulado en horas. El producto de la intensidad It por el tiempo t equivale a la precipitación total en el intervalo para el periodo de retorno de diseño, Pt

T , en mm. El valor de Vafl en función de t se denomina “curva de recarga”. Se recomienda multiplicar este volumen acumulado por un factor de seguridad de 1,25 para considerar la porción de lluvia que cae antes y después de la porción más intensa de la tormenta, no incluida en las curvas IDF.

Profundidad del pozo. La profundidad del pozo se determina en función del espacio disponible, los métodos constructivos, la profundidad de la napa, la naturaleza del suelo y las formaciones geológicas transversales, procurando que exista una distancia mínima de 1m entre la base del pozo y la altura máxima estacional de la napa. Las profundidades habituales están entre 2 y 6 metros.

Volumen geométrico del pozo. El volumen geométrico V (m3) se determina en función de las dimensiones del pozo. Para pozos de forma cilíndrica:

g

gV R h= π 2 (4.2.3.2)

siendo R es el radio medio de la sección transversal (m) y h es la profundidad útil del pozo (m)

Material de relleno de los pozos. Los pozos pueden estar o no rellenos de material. Los materiales normalmente utilizados para el relleno son piedras partidas, ya sea bolones, ripios o gravas, de granulometría uniforme y una porosidad mayor que un 30%. Es conveniente evitar los materiales finos, que



pueden producir colmatación, para lo cual se utiliza un filtro geotextil de una permeabilidad igual o superior a 10 veces la del terreno. Los pozos vacíos poseen un mayor volumen de almacenamiento, pero es necesario reforzarlos para evitar que las paredes se desmoronen cuando ingresa el agua por los lados. En situaciones como ésta es recomendable usar relleno.

Caudal de infiltración. Para un pozo de infiltración se estima el caudal de infiltración Q para un pozo de profundidad h como: i

Qi = 0,001 Cs f S (4.2.3.3)

donde iQ es el caudal infiltrado en (m3/hr.); Cs un factor de seguridad, f es la capacidad de infiltración por unidad de superficie infiltrante, o tasa de infiltración, en (mm/hora), y S es la superficie interior del pozo en la cual se produce infiltración (m2). Se recomienda no incluir la base del pozo en la determinación de la superficie interior S, ya que ésta se colmata tempranamente por la llegada de finos. Cuando existan mallas perforadas se considerarán sólo las zonas perforadas, y si hay zonas impermeables, sólo las superficies de intercambio en zonas permeables. En estas condiciones la superficie máxima de infiltración se puede estimar como:

S = π D H (4.2.3.4)

Siendo D el diámetro medio del pozo, en metros, y H la altura de agua en su interior, también en metros. Considerando el pozo lleno hasta una altura H, el caudal infiltrado está dado por:

Qi = 0,001 Cs f π DH (4.2.3.5)

En el caso de un pozo de inyección, cuyo fondo está bajo el nivel de la napa, el caudal infiltrado depende de la altura de agua en el pozo sobre el nivel de la napa, o desnivel, y la permeabilidad del terreno de acuerdo a la expresión:

Qi = Cs π KD´H´ (4.2.3.6)

donde K es la permeabilidad del terreno en m/hr., D´ el diámetro medio del pozo en la parte con agua y H´ el desnivel del agua, ambos en metros.



Figura 4.2.3.6: Variables para estimar el caudal de infiltración de un pozo. A.- Nivel estático del agua subterránea, B.- Nivel máximo del agua en el pozo, H´.- Desnivel, D´.- Diámetro medio.

En cualquier caso el valor de Qi puede disminuir por colmatación, para lo cual, Azzout y otros (1994) recomiendan considerar un factor de seguridad variable, que depende de la naturaleza de las aguas lluvias, la existencia de dispositivos de tratamiento de las aguas y la mantención prevista. El factor de seguridad, Cs, se puede estimar siguiendo el procedimiento que se muestra a continuación:


Sí No



Sí No



1 3/4

Sí No

3/4 1/2


SíSíSí No

No instalar pozo

No

1/2 1/3

Sí Sí No

Tiempo de llenado del pozo. El caudal que se infiltra desde el pozo depende de la altura de agua en su interior, por lo tanto es variable en el tiempo a medida que el pozo se llena. El volumen de agua acumulado al interior del pozo aumenta mientras el gasto de entrada, Qe, es mayor que el que se infiltra, Qi. El volumen de almacenamiento necesario del pozo se determina imponiendo la condición de que para la lluvia de diseño el pozo se llena en el instante en que el caudal de entrada es igual al de infiltración. Antes de ese momento se sigue acumulando agua en el pozo y a partir de él en adelante el pozo comienza a vaciarse. El tiempo de llenado del pozo se calcula entonces como el tiempo transcurrido desde el inicio de la lluvia, para el cual Qe = Qimax, donde:

Qimax = 0,001 Cs π f D Hmax (4.2.3.7)



En un pozo de inyección se reemplaza (0,001 f) por K.

El caudal promedio de entrada al pozo en el instante t se puede estimar en base al volumen afluente como:

Q tV t t V t

teafl afl( )

( ) (=

+ −∆

∆

) (4.2.3.8)

Para calcularlo es conveniente construir una tabla para diferentes tiempos desde el inicio de la lluvia, con los valores de Vafl y obtener en cada fila el valor de Qe(t). EL tiempo de llenado se selecciona de esa tabla como aquel para el cual

Qe ( tll) = Qimax (4.2.3.9)

Volumen de almacenamiento. El volumen de almacenamiento necesario corresponde a la máxima diferencia entre el volumen aportado por la lluvia y el infiltrado por el pozo, ambos acumulados hasta el instante t. Ello ocurre para la lluvia de diseño en el instante en que el pozo se llena, por lo tanto:

Valm = Vafl (tll) - 0,5Qimax tll (4.2.3.10)

Si el pozo se llena con material de porosidad p, el volumen total del pozo debe ser:

Vpozo = Valm/p (4.2.3.11)

El procedimiento propuesto supone que la lluvia de diseño tiene su máxima intensidad al inicio, lo que ocurre si éste se selecciona a partir de las curvas IDF estándar. .

Rebase. No es conveniente entregar al pozo más agua que la que éste puede almacenar ya que al actuar el volumen de almacenamiento del pozo como decantador se produce una mayor colmatación. Es por ello que se recomienda poner antes del pozo una cámara que evacue los excesos. En ella se debe evitar que el agua de la red se introduzca al pozo por reflujo. Algunas alternativas de diseño para esta cámara se ilustran en los siguientes esquemas.



Figura 4.2.3.7: Ejemplos de cámaras de rebase. 1.- Alimentación, 2.- Tubería de conexión al pozo, 3.- Rebase a la red de drenaje, A.- Nivel máximo de agua en el pozo, B.- Superficie del terreno.

Filtros y sedimentadores. Se recomienda encarecidamente que los pozos infiltren aguas limpias, es decir aguas lluvias que escurren sobre techos limpios, zonas con pasto, patios impermeables, también limpios, en los que no se produzca erosión ni contaminación. Sin embargo si el agua que llega al pozo contiene cantidades no despreciables de materiales en suspensión es necesario removerlos antes de llegar al pozo, disponiendo para ello de un sedimentador o filtros en la entrada. Estos elementos encarecen la mantención del pozo ya que requieren limpieza y extracción de los lodos periódicamente.

El volumen del decantador depende de la composición granulométrica de los materiales en suspensión y de la proporción de ellos que se necesite remover. Como una primera aproximación puede estimarse un volumen del sedimentador igual a la mitad del volumen de almacenamiento neto del pozo. Debe considerarse un método de limpieza y extracción de lodos.

f. Detalles. El dimensionamiento debe completarse con el diseño de otros elementos adicionales. Los principales se indican a continuación.

Control de vegetación Si existe una vegetación de raíces profundas cercana al pozo será necesario colocar un sistema antiraíces.

Cubierta. Dependiendo de la forma en que se alimente el pozo, su parte superior, entre el volumen útil y la superficie del suelo, puede cubrirse de diferentes formas. Si el pozo se alimenta directamente por su parte superior, se colocará una capa de filtro formada por ripio, grava y arena gruesa. La capa más superficial puede ser un pavimento celular o una cubierta de pasto. Si el pozo debe quedar enterrado se instala una losa de cubierta con una tapa de cámara para el acceso. Algunos ejemplos se ilustran en la Figura 4.2.3.8.



Figura 4.2.3.8.a: Alternativas de cubiertas. Pavimento celular con capas filtrantes.

Figura 4.2.3.8.b: Alternativas de cubiertas. Losa con tapa bajo superficie impermeable.

Figura 4.2.3.8.c: Alternativas de cubiertas. Piedras y rocas en jardín de plantas con capas filtrantes.

Piezómetro. Es conveniente colocar un tubo piezométrico para medir el nivel de agua en el interior del pozo. Este consiste en un tubo vertical de acero de 50 mm de diámetro, perforado y abierto en la base rodeado con un filtro geotextil, con su parte superior en el exterior, y una tapa para evitar que se introduzcan por él elementos no deseados.



Figura 4.2.3.9: Elementos de un piezómetro. 1.- Tapa, 2.- Cubierta del pozo, 3.- Relleno, 4.- Geotextil, 5.- Fondo del pozo.

g. Construcción. Los pozos de infiltración no demandan técnicas especiales, sin embargo, ciertos aspectos deben ser examinados con precaución.

Aportes de suelo de las zonas cercanas. Se recomienda evitar todo aporte de tierra hacia el pozo durante la construcción con el fin de limitar la colmatación en superficie o en profundidad. Para ello se procurará poner en servicio el pozo dentro de las últimas etapas de la construcción de la obra si forma parte de una faena de mayor envergadura. Si es necesario se debe instalar una solución transitoria en el lugar para recoger y evacuar las aguas lluvias. También es conveniente separar las superficies que producen los finos de las superficies impermeables drenadas por los pozos.

Control de las dimensiones. Es importante respetar las dimensiones estimadas a partir del estudio hidráulico, con la finalidad de responder a los objetivos fijados. Se examinarán particularmente la profundidad y la sección transversal.

Calidad de los materiales. Se recomienda verificar la porosidad eficaz del material antes de comenzar el relleno, con el fin de evitar una reducción del volumen de almacenamiento. Para el relleno se requieren materiales limpios y en lo posible previamente lavados.

Control durante la realización. La construcción de los pozos no demanda una atención particular. Los pozos pueden ser realizados manualmente o mecánicamente por medio de palas mecánicas dependiendo de sus dimensiones. Deben tomarse precauciones para evitar los derrumbes y en caso necesario considerar la entibación.

El diámetro y la profundidad de los pozos deben ser controlados para asegurar las capacidades de almacenamiento e infiltración previstas en el diseño.

La colocación en las paredes y fondo del pozo de filtros geotextiles requiere algunos cuidados especiales. Entre otros se debe verificar el correcto recubrimiento de las telas de geotextil y su instalación en la obra, evitar los desgarros del material debidos a enganches en máquinas de la construcción o



asperezas en el terreno. Evitar la presencia de finos que provoquen una colmatación prematura del geotextil. El geotextil puede sujetarse con el mismo material de relleno del pozo y colocarse a medida que avanza éste.

Control al final de la realización. Una vez finalizada la construcción se debe constatar el buen funcionamiento hidráulico del pozo y de sus elementos anexos, para lo cual se puede verificar la capacidad de almacenamiento y vaciamiento simultáneamente llenándolo controladamente de agua y midiendo los tiempos en que baja el nivel del agua entre dos marcas preestablecidas, empleando para ello el tubo piezométrico.

h. Mantención. Los pozos de infiltración requieren una mantención regular para asegurar un adecuado funcionamiento hidráulico.

La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de las obras, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es del SERVIU o de la empresa a cargo del servicio. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias en zonas urbanas. Sin embargo es necesario establecer claramente esta responsabilidad legalmente. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto.

Es importante que se realice una vigilancia y mantención en forma periódica, ya que la mantención puede dificultarse significativamente una vez que el pozo se ha colmatado y se encuentra lleno de agua. La frecuencia de la mantención dependerá de la calidad de las aguas lluvias recogidas y de los sistemas anexos a los pozos colocados en el lugar. Se puede efectuar una mantención preventiva, que debe ser realizada a intervalos de tiempo reducidos y con una frecuencia regular, permitiendo mantener un adecuado funcionamiento hidráulico de la estructura y reducir la colmatación. O curativa, que se realiza cuando no existe un adecuado funcionamiento hidráulico de la estructura y consiste en una limpieza o aspiración del pozo. A continuación se presenta una guía de la mantención sugerida para los pozos y la frecuencia con que ésta debe realizarse, considerando aspectos preventivos y curativos.

Mantención preventiva. Considera inspecciones, cuidado de la vegetación y limpieza.

Inspección. Inspeccionar el pozo para verificar la necesidad de una limpieza y el adecuado funcionamiento del sistema de rebase. En pozos de inyección verificar la calidad el agua mediante ensayos de



laboratorio a muestras representativas si existen sospechas de su deficiencia. Observar la limpieza de las superficies drenadas.

Rutinaria. Una vez al año antes de las temporadas de lluvias.

Limpiar los dispositivos filtrantes. En el caso de pozos que se alimentan superficialmente a través da capas filtrantes se deben limpiar los dispositivos filtrantes para asegurar su adecuado funcionamiento.

Rutinaria. De acuerdo a la inspección

Limpiar las superficies drenadas por los pozos. Se deben limpiar las superficies drenadas por los pozos, para evitar la llegada de sedimentos a la obra, los que pueden producir colmatación. Esta labor puede ahorrar la limpieza de decantadores.

Rutinaria. De acuerdo a la inspección o antes de la temporada de lluvias.

Control de vegetación. Cortar el pasto que cubre el pozo ocasionalmente para limitar la vegetación no deseada, especialmente si las raíces generan problemas.

Rutinaria. Cuando se requiera.

Remoción de lodo de las cámaras de decantación. El material acumulado debe ser removido para mantener el funcionamiento hidráulico del pozo.

Rutinaria. Según la inspección o cuando el volumen acumulado alcance el 25% de la cámara.

Mantención curativa. Tiene por objeto resolver problemas de funcionamiento. Considera la limpieza del interior del pozo.

Limpiar o aspirar el fondo del pozo. Remover material que produce colmatación. Se trata de una reparación mayor que requiere extraer el material de relleno.


i. Ejemplo de pozos de infiltración. Se considera la posibilidad de construir pozos de infiltración para atender las aguas lluvias en los edificios de una urbanización ubicada en la ciudad de Rancagua, con una superficie total de 0,80 hectáreas. Los pozos de infiltración deberán drenar las aguas lluvias producidas en exceso en techos y jardines del conjunto. Las características del uso del suelo son las siguientes:

Techos: 1954 m2 Jardines: 5992 m2 Total: 7946 m2



Los antecedentes del terreno indican que la pendiente es pequeña y se trata de un suelo tipo B, con una tasa de infiltración media obtenida de los ensayos de 50 mm/hora y una permeabilidad de 0,002 m/s. El nivel máximo estacional de la napa se ubica a una profundidad superior a 10 m.

Factibilidad. La instalación de pozos de infiltración en esta urbanización es factible, dado que existe una tasa de infiltración y una permeabilidad elevadas. La profundidad de la napa permite proponer pozos de infiltración.

Dimensionamiento. Consiste fundamentalmente en determinar el número de pozos, su profundidad, y su volumen de almacenamiento disponible para recibir el exceso de agua del sector.

Número de pozos. Se emplearán dos tipos de pozos. Unos para drenar el agua proveniente de los techos, colocando un pozo cada dos edificios, denominados tipo A. Otros, los tipo B, atenderán los sectores de jardines, colocando cuatro de ellos distribuidos en todo el terreno.

Los pozos tipo A se alimentarán desde las bajadas de aguas lluvias de los techos, que llegarán a un decantador y después se conectarán al pozo. En los tipo B la alimentación será directa por la parte superior desde el jardín, con un filtro granular en la cubierta superior.

Área Servida. El área total servida por los pozos tipo A es de 1954 m2, de manera que cada pozo drenará un área de 489 m2, con un coeficiente de escorrentía de 0,9. El área total de jardines, para los pozos tipo B , es de 5992 m2, de manera que a cada pozo le corresponden 1498 m2, con un coeficiente de escorrentía de 0,22.

Profundidad de los pozos. Considerando los métodos constructivos disponibles en este caso, y las condiciones del lugar, la profundidad total de los pozos será de 5 metros, de manera que la altura máxima útil de ellos será de 4m.

Volumen afluente acumulado. Se seleccionará una lluvia de diseño de cinco años de periodo de retorno, en base a los coeficientes de duración y frecuencia para la ciudad de Rancagua, partiendo de la ecuación para el volumen afluente:

(4.2.3.12) V t CI At CAPafl t t( ) , , ,= ∗ =1 25 0 001 0 00125 5

siendo Pt5 la precipitación total durante el tiempo t de una lluvia de cinco años

de periodo de retorno en Rancagua. Esta se estima con los coeficientes de duración y frecuencia como:

(4.2.3.13) P CD CF Pt t5 24

105

241011= ,

El coeficiente de frecuencia es de 0,86 y la precipitación diaria de 10 años de periodo de retorno en Rancagua es de 68,5mm. El coeficiente de duración



depende de ella. Entonces, reemplazando en la ecuación (4.2.3.13) se observa que la precipitación de 5 años de periodo de retorno y duración t, para t entre 24 horas y una hora, está dada por:

(4.2.3.14) P CD CDt t t

5 24 2411 0 86 68 5 64 8= = ≥, * * , * , , * para 24 hora t 1 hora≥

m

≥

En particular para lluvias de una hora de duración el coeficiente en Rancagua es 0,125 según la Tabla 3.1.2.3, con lo cual se obtiene:

P m15 64 8 0 125 8 1= =, * , ,

Las precipitaciones menores de una hora se obtienen a partir de este valor con los coeficientes de duración de la Tabla 3.1.2.5, de lo cual resulta:

P CDt t5 18 1= ≥, * para 1 hora t 0

Con estos valores se calcula el volumen afluente acumulado a los pozos tipo A hasta el tiempo t con la expresión 4.2.3.12 como:

(4.2.3.15) V t P PaflA t t( ) , * , * * , *= =0 00125 0 90 489 0 5505 5

y similarmente para los pozos tipo B, de los jardines, resulta:

(4.2.3.16) V t P PaflB t t( ) , * , * * , *= =0 00125 0 22 1498 0 4125 5

Caudal de infiltración. Se emplearán pozos cilíndricos de infiltración de diámetro medio D y altura de agua H en ambos tipos de pozos, de manera que el caudal de infiltración, en m3 por hora, esta dado por:

Qi = 0,001 Cs f π D H (4.2.3.17)

Para los pozos tipo A se considera agua de buena calidad, con un decantador y una mantención regular, lo que significa un factor de seguridad de 1,0. Para los pozos tipo B el agua es también de buena calidad pero no se considera tratamiento ni decantación, con una mantención regular, de manera que el coeficiente es 0,75. En ambos casos la tasa de infiltración es de 50 mm/hora.

Para estimar el caudal de infiltración debe tenerse una idea preliminar del tamaño de los pozos. Para ello se considerará en una primera aproximación D=3m y Hmax=4m. Con estos valores los caudales máximos de infiltración, en m3/hora para cada tipo de pozo serían:

QAimax = 0,001*1,0*50* π∗3∗4 = 1,88 (m3/hora)

En los pozos tipo B el caudal de infiltración máximo sería:



QBimax = 0,001*0,75*50* π∗3∗4 = 1,41 (m3/hora)

Tiempo de llenado de los pozos. Para estimar el tiempo que tardan los pozos en llenarse con el caudal afluente es necesario conocer el gasto instantáneo de llenado, para lo cual es útil la siguiente tabla, en la que se indica para cada duración, t, los coeficientes de duración correspondientes, que permiten estimar la precipitación acumulada y en base a ella los volúmenes afluentes acumulados a cada pozo. El caudal afluente a cada pozo para cada tiempo se estima como la diferencia entre volúmenes acumulados consecutivos divididos por el intervalo de tiempo.

Tiempo Intervalo CDt Pt5 Vafl(t)A Vafl(t)B Qafl(t)A Qafl(t)B

hr min. hr (*) mm m3 m3 m3/hr m3/hr 0 5 0,083 0,307 2,5 1,4 1,0 16,80 12,00 0 10 0,083 0,460 3,7 2,0 1,5 7,22 6,02 0 20 0,17 0,642 5,2 2,9 2,1 5,29 3,53 0 30 0,17 0,764 6,2 3,4 2,6 2,84 2,94 0 40 0,17 0,858 6,9 3,8 2,8 2,35 1,18 1 0 0,33 0,125 8,1 4,5 3,3 2,15 1,52 2 1,0 0,19 12,3 6,8 5,1 2,30 1,80 4 2,0 0,31 20,1 11,1 8,3 2,15 1,60 6 2,0 0,42 27,2 15,0 11,2 2,01 1,45 8 2,0 0,51 33,0 18,2 13,6 1,60 1,20 10 2,0 0,59 38,2 21,0 15,7 1,40 1,05 12 2,0 0,66 42,8 23,5 17,6 1,25 0,95 14 2,0 0,73 47,3 26,0 19,5 1,25 0,95 18 4,0 0,85 55,1 30,3 22,7 1,08 0,80 24 6,0 48,2 64,8 35,6 26,7 0,89 0,67 (1) Para valores menores de una hora es el coeficiente en relación a la precipitación horaria. Para valores mayores de una hora el coeficiente es en relación a la precipitación diaria.

Como el caudal máximo infiltrado por el pozo A es de 1,88 m3/hora, se observa que este gasto coincide con el afluente a estos pozos entre las 6 y las 8 horas. Interpolando linealmente se encuentra que lo hace a las 6,63 horas. Por lo tanto ese es el tiempo de llenado de estos pozos. Similarmente en los pozos tipo B el tiempo de llenado estaría también entre las 6 y las 8 ya que su caudal máximo de infiltración es de 1,41 m3/hora. Interpolando en este caso se obtiene un tiempo de llenado de 6,32 horas.

Con estos antecedentes el volumen de almacenamiento necesario en cada pozo es:

VAalm = Vafl(7hr) - 0,5 QAimax*7 = 16 - 0,5*1,88*7 = 9,42 m3

VBalm = Vafl(6hr) - 0,5 QBimax*6 = 11,4 - 0,5*1,41*6 = 7,17 m3



Considerando una porosidad del relleno de 0,3 los volúmenes totales de los pozos serían de

VA total = 9,42/0,30 = 31,4 m3

VB total = 7,17 / 0,30 = 23,9 m3

Si se consideran pozos de 4 m de profundidad útil los diámetros necesarios resultan ser de

DA = 3,16 m

DB = 2,76 m

Ambas medidas resultan muy similares a los 3m supuestos para el diámetro inicial de cálculo de los pozos, por lo tanto se aceptará que la estimación del volumen necesario es correcta. Las dimensiones de los pozos deben ser las siguientes:

Pozos tipo A, para techos: profundidad útil 4m, diámetro medio 3,2m

Pozos tipo B, para jardines: profundidad útil 4m, diámetro medio 2,7m.

Rebase. Los pozos tipo A dispondrán de un rebase en la cámara de llegada, mientras los tipo B no tendrán este elemento.

Filtros y decantadores. En los pozos tipo A se dispondrá de un decantador previo de un volumen igual al 50% del volumen de almacenamiento neto, es decir de 5 m3. El gasto de diseño de este aparato será igual al caudal máximo del afluente, que ocurre en los primeros 5 minutos de la lluvia de diseño, igual a:

Qm = 16,8 m3/hr. = 4,7 l/s.

Los pozos tipo B no tendrán decantador pero si dispondrán de un filtro superficial formado por una capa de ripio, otra de gravilla, y un geotextil en la parte superior a través de la cual percolará el agua que entra al pozo. Cuando este filtro se colmate es relativamente sencillo reponer estas capas por otras nuevas y limpias.

Cubierta. Los pozos tipo A se cubrirán con una losa y tierra sobre ellos de manera de emplear la superficie para otros usos. Los pozos tipo B se cubrirán con un pavimento celular y pasto, formando un pequeño estanque de infiltración en la superficie.

Piezómetros. En ambos casos se consulta colocar un piezómetro consistente en un tubo de acero galvanizado de 50 mm de diámetro, abierto en su extremo inferior y rodeado en un geotextil.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto para la construcción del conjunto de los pozos de infiltración tipo A y B del ejemplo, así como las cámaras y sedimentadores asociados.



Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal A Pozos propiamente tales, tipo A y B. 1 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, sin agotamiento ni entibación, incluye el descepe y limpieza del terreno, a profundidad menor de 2 m. m3 218,3 0,252 55,012 2 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, incluyendo la nivelación y limpieza del fondo, y extracción del material excavado hasta el borde del pozo. Profundidad entre 2 y 5 m. m3 154,4 0,252 38,909 3 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 348,7 0,063 21,968 4 Relleno de tierra de 0,5 m compactada, en pozos tipo B. m3 23,2 0,435 10,092 5 Suministro y colocación de tierra de hojas, en 5 cm de espesor, en pozos tipo B. m3 2,4 1,0192,446 6 Suministro y colocación de una capa de arena sin contenido de arcilla de 10 cm compactada. m3 4,8 1,081 5,188 7 Suministro y colocación de una capa de arena sin contenido de arcilla de 3 cm para jardín.m3 1,4 1,0811,513 8 Suministro y colocación de césped, incluyendo siembra y riego hasta primer corte. m2 179 0,104 18,616 9 Suministro y colocación de pavimento celular tipo gato. m2 64 0,446 28,544 10 Suministro y colocación de geotextil según especificaciones del proyecto. m2 487,4 0,096 46,790 11 Suministro y colocación a mano de bolones para relleno. Tamaño medio 15 cm, limpio, sin material fino. m3 245,4 0,294 72,148 12 Suministro y colocación de material de filtro granular de grava, tamaño medio 1 cm, colocado en una capa de 20 cm sobre el filtro geotextil de la cubierta superior de los pozos tipo B, compactado con placa. m3 6,4 0,1881,203



13 Tubo PVC, 50 mm para piezómetro. m 20 0,1302,600 B Cámaras y sedimentadores para los pozos tipo A 14 Hormigón grado H-20 con una dosificación mínima de 255 kg. de cem. por metro cúbico, colocado con moldaje. m3 16,3 3,975 64,793 15 Acero tipo A44-28H con resaltes para hormigón armado, en barras, doblado y colocado según los planos. D=8mm Kg. 961,0 0,016 15,376 16 Tubos de c.c. tipo alcantarillado para distribución en pozos tipo A. Suministro y colocación emboquillados. m 28,0 0,1895,292 17 Acero perfil cuadrado 50x50x3 colocado y pintado para apoyo de rejas. m 36,4 0,0652,366 18 Rejas, con acero PL 40x3 soldada y pintada, para todos los sedimentadores. Kg. 458,9 0,05022,91 Total 415,811 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF= $13.081,89 al








4.2.4. PAVIMENTOS POROSOS

a. Descripción. 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, 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 pavimentos porosos son un tipo especial de pavimentos, en los cuales la carpeta de rodado permite la infiltración del agua y la subbase su almacenamiento temporal. Como tales, deben dimensionarse y construirse de acuerdo a las normas y recomendaciones para obras de pavimentación contenidas en el “Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación” (MINVU, 1994) y el “Manual de Vialidad Urbana” (MINVU, 1984). En este capítulo se indican las recomendaciones adicionales para lograr que estos pavimentos porosos puedan ser empleados como elementos de un sistema de aguas lluvias urbanas.

Frente a los cinco objetivos básicos que se persiguen con las técnicas alternativas de drenaje urbano, los pavimentos porosos están en la siguiente situación:

Disminuyen el caudal máximo Disminuyen el volumen escurrido Permiten otros usos alternativos Recarga la napa de agua subterránea

Mejora la calidad del efluente

El principal efecto corresponde a la disminución del caudal máximo y del volumen de escorrentía. Para lograrlo 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, como se ilustra en el esquema siguiente:



Figura 4.2.4.1: 1.- Estacionamientos, 2.- Pasajes, 3.- Veredas o ciclovías y senderos 4.- Canchas de uso múltiple, 5.- Calles de bajo tránsito, 6.- Manzanas de la zona urbanizada, 7.- Áreas verdes, 8.- Sector comercial.

En la Figura 4.2.4.2 se pueden distinguir los diferentes estratos que componen un pavimento poroso de abajo hacia arriba: una subrasante formada por el suelo existente inalterado, un filtro geotextil, filtro granular o membrana 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.

Figura 4.2.4.2: Elementos de un pavimento poroso: 1.- Carpeta de rodado de asfalto poroso, 2.- Base o filtro granular graduado, 3.- Subbase de grava, uniformemente graduada, 4.- Filtro geotextil, o filtro granular, o membrana impermeable, 5.- Subrasante de suelo nativo..

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. Ambos esquemas se muestran a continuación:



Figura 4.2.4.3: Disposición difusa local. El pavimento infiltra en el mismo terreno hacia la subrasante. El filtro geotextil es altamente permeable.

Figura 4.2.4.4: Disposición concentrada aparte. El agua que ingresa a la subbase se drena con tubos hacia afuera. 5.- Membrana impermeable, 6.- Subrasante de suelo nativo, 7.- Tubos de drenaje.

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 aguas lluvias que se acumulan en la subbase se drenan lateralmente hacia los bordes de la calzada a obras de evacuación de las aguas lluvias superficiales.

Si bien en Chile no existe experiencia sobre este tipo de pavimentos, se cuenta con una gran cantidad de referencias y recomendaciones basadas en



experiencias norteamericanas y europeas, en base a las cuales se han confeccionado las proposiciones de este capítulo, en espera de reunir información empírica de su comportamiento en las condiciones típicas del medio nacional.

b. Ventajas y desventajas. La principal ventaja que presentan los pavimentos porosos es que reducen el flujo superficial proveniente de una tormenta mediante la infiltración, al evitar que la zona pavimentada sea totalmente impermeable. 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 la carpeta de rodado.

Desde el punto de vista del tránsito se ha comprobado que hacen más segura la superficie para los automóviles durante las tormentas, reduciendo el patinaje y mejorando la visibilidad al disminuir la frecuencia con que aparecen láminas de agua en la superficie, en comparación con lo que ocurre con una carpeta de rodado impermeable. Adicionalmente, poseen una macrotextura que favorece la adherencia neumático-pavimento a altas velocidades. Si están correctamente diseñados e instalados pueden tener una resistencia y duración similar a la de pavimento convencional.

Estos pavimentos ofrecen claras ventajas para condiciones de bajo tránsito y suelos altamente permeables. Su empleo en las condiciones locales permitirá adquirir experiencia y mejorar los criterios de diseño.

Un inconveniente del uso de los pavimentos porosos es que necesitan un mantenimiento desde la construcción que evite la llegada de sedimentos a la superficie, ya que éstos pueden obstruir sus poros. 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. En lugares con climas fríos, en los cuales existen ciclos de congelamiento y descongelamiento, el proceso de impermeabilización de la superficie puede ocurrir con mayor velocidad si no existe una adecuada mantención, y las superficies del pavimento pueden obstruirse en 1 a 3 años. La mantención puede ser reducida si se realiza un pretratamiento a las aguas superficiales que elimine los sedimentos.

c. Procedimiento de diseño. El procedimiento de diseño que se debe seguir para lograr un adecuado funcionamiento de los pavimentos porosos debe considerar criterios físicos, ambientales, económicos y reglamentarios. Los criterios físicos consisten en tomar ciertas precauciones y ejecutar ciertos procedimientos: estudio de factibilidad, estudios complementarios, elección de materiales de los pavimentos, dimensionamiento mecánico, elección de diversos equipos, estudio hidráulico. Los criterios ambientales dicen relación principalmente con el impacto sobre la calidad de las aguas y la valoración del espacio. Los criterios económicos permitirán en seguida la elección entre las diferentes soluciones. Se consideran tres etapas en el procedimiento de diseño:



un análisis de factibilidad, un dimensionamiento de los elementos principales y finalmente el diseño de los elementos de detalle.

Factibilidad. El estudio de factibilidad permite determinar, en base a los antecedentes disponibles sobre las características del suelo y del agua subterránea, si se pueden infiltrar o no las aguas lluvias superficiales hacia el suelo bajo el pavimento, y si es conveniente o no utilizar un pavimento poroso.


Plano de ubicación de la obra, en el cual se indique claramente la superficie a pavimentar y su naturaleza (calle, estacionamiento, cancha, etc.), con identificación de la comuna y dirección. Agregar los límites de la cuenca o zona aportante de aguas lluvias que recibirá y el sistema de drenaje al cual se evacúan naturalmente los excesos.

Certificado de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en Región, que indique la profundidad estacional más alta estimada para la napa del agua subterránea en el lugar y que no existan impedimentos para infiltrar aguas lluvias.

Certificado emitido por un laboratorio autorizado con los resultados de ensayos de infiltración en terreno, hechos a la profundidad de la subrasante y según el método de Muntz o el método estándar (ver 3.2.2.b).

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento del pavimento poroso requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando éste no sea el ejecutor de las obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la entidad pública fiscal o municipal.

Para poder infiltrar las aguas lluvias superficiales en el suelo, se debe verificar simultáneamente lo siguiente: el suelo debe ser permeable; el nivel más alto de la napa debe estar alejado del pavimento al menos 1 metro; el suelo debe permitir la presencia de agua; el pavimento no debe estar en una zona de infiltración reglamentada y la polución en finos y en contaminantes no debe ser importante.

Además, para poder utilizar un pavimento poroso, se debe verificar simultáneamente que el aporte de finos que llega a la superficie no sea importante, que la superficie del pavimento no esté sometida a esfuerzos de corte importantes y que el tráfico de vehículos pesados no sea relevante.

Dimensionamiento. El dimensionamiento de los pavimentos porosos y de sus elementos principales requiere disponer de las características del terreno y del suelo base, así como también de estudios hidrológicos e hidrogeológicos. Además de los antecedentes mencionados en la Factibilidad, para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes:



Plano a una escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan sobre el pavimento y la naturaleza de cada una.

Cuadro de superficies, con indicación de área y coeficiente de escorrentía de cada tipo, (techos, calles, áreas verdes, veredas y otros).


Con los antecedentes mencionados se abordan los siguientes aspectos de diseño:

Terreno. Se deberán analizar las características de ocupación y de ordenamiento del terreno donde será implantado el pavimento poroso. Específicamente, se determinará la superficie y la tasa de impermeabilización de los espacios drenados, sus usos, la presencia de espacios verdes, la topografía del terreno, la existencia de redes de drenaje y el tráfico. Con los antecedentes recopilados, se procede a determinar el volumen de almacenamiento que puede recibir el suelo, la naturaleza de las aguas que van a ser drenadas, las superficies que van a ser destinadas a espacios verdes, la pendiente de los terrenos, la posibilidad de conexión con las redes de drenaje existentes y el dimensionamiento estructural de los pavimentos porosos en función del tráfico previsto.

Características del suelo soportante. Se deberá estimar la capacidad de absorción del suelo soportante, así como su comportamiento en presencia del agua. La capacidad de absorción del suelo deberá ser estimada a partir de ensayos en varios lugares del terreno, cuya duración debe ser suficiente como para poder apreciar de manera certera las condiciones de infiltración en régimen permanente y con el suelo saturado. Se deberá determinar el tipo de suelo soportante que recibirá las aguas, de manera de evitar riesgos de contaminación de la napa o de deslizamientos de terreno bajo el pavimento. Se identificará la capacidad de soporte del suelo y la sensibilidad a la presencia del agua.

Hidrogeología e hidrología. Se deberá analizar la presencia, el uso, las fluctuaciones estacionales, la cota más alta de las napas subterráneas y, eventualmente, sus características cualitativas y su vulnerabilidad. Se determinará el gasto máximo admisible de evacuación del proyecto, en base a las capacidades de la red aguas abajo o a la permeabilidad del suelo. Además, es necesario conocer la pluviometría, la posición y características de la salida, las zonas potenciales de almacenamiento y la impermeabilización de las superficies relacionadas con el pavimento.

Espesor y composición de las capas. Determinar el espesor y escoger los materiales que componen el pavimento poroso, es decir, la carpeta de



rodado (concreto o asfalto), el filtro granular graduado o base, la subbase de grava y el filtro inferior o membrana impermeable. Los materiales deben elegirse en función del espesor máximo aceptado por la estructura y por las restricciones mecánicas que el pavimento deberá soportar. Se recomienda utilizar los materiales disponibles respetando los parámetros hidráulicos (porosidad) y mecánicos (dureza de los granos).

Diseño de detalle. Una vez determinados los espesores de las capas del pavimento es necesario abordar el diseño de detalle, que se traduce en los planos de la obra y sus especificaciones técnicas generales y especiales. En esta etapa se deberán dimensionar las cunetas, soleras y bermas, y demás elementos laterales necesarios, así como solucionar las condiciones de empalme y unión con los otros pavimentos conectados.

d. Factibilidad y condiciones generales. La primera etapa del diseño consiste en verificar la factibilidad de la obra, para lo cual el terreno debe tener una tasa de infiltración mayor que 13 mm/hr, una capacidad de soporte con CBR mayor que 6, un contenido de arcilla menor que un 30%, una pendiente moderada, menor que 5%, y la distancia entre el nivel de la base y la napa freática o los estratos impermeables deberá ser al menos de 60 a 120 cm. Adicionalmente sólo deben emplearse en zonas con bajo tránsito, en las cuales éste sea menor que 150.000 E.E. en 20 años. Se recomienda que el área impermeable aportante al pavimento no sea más del doble del área del pavimento. Las áreas a drenar a través del pavimento poroso pueden variar entre 1000 y 40000 m

2.

En general, se recomienda el uso de asfalto poroso dada la experiencia internacional en este tipo de material. El diseño geométrico, estructural y de las mezclas de los pavimentos, así como el estudio de tránsito, se pueden realizar basándose en las secciones 13, 14, 16 y 17 del “Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación” (MINVU, 1994), tomando en cuenta adicionalmente las recomendaciones pertinentes de esta guía.

e. Dimensionamiento. Determinación del espesor de cada capa y los materiales que la componen.

La Figura 4.2.4.5 muestra el esquema de la sección transversal típica de un pavimento poroso, incluyendo todos los elementos que deben considerarse en el diseño, y la relación funcional existente entre ellos.

Espesor total del pavimento. El valor mínimo del espesor total que debe tener el pavimento (desde la parte superior de la carpeta de rodado hasta la parte superior de la subrasante), está condicionado por las características de capacidad de soporte de la subrasante y por el tráfico. En el caso de pavimentos porosos debe considerarse además las necesidades de almacenamiento de la subbase. La capacidad de soporte del suelo se puede medir mediante el valor



del CBR y el tráfico mediante la estimación de ejes equivalente (EE) que pasarán durante la vida útil de la obra. Para determinar entonces el espesor se deben considerar las normas y recomendaciones para el diseño de pavimentos urbanos contenidas en la Publicación Nª 291 del MINVU (1994).

Figura 4.2.4.5: 1.- Carpeta de rodado de asfalto o concreto poroso, 2.- Base o filtro granular graduado, 3.- Subbase de grava o ripio uniforme, 4.- Tubería de drenaje (opcional), 5.- Tubería exterior, 6.- Filtro geotextil, 7.- Filtro granular (opcional), 8.- Subrasante, 9.- Tubo piezométrico (opcional), 10.- Solerilla, 11.- Solera, 12, Vereda.

Los pavimentos porosos de asfalto, debido a la menor estabilidad de la capa de rodado, están orientados para ser utilizados en vías de bajo tránsito: calles locales o de servicio, pasajes, estacionamientos, o en general superficies sin tránsito vehicular como multicanchas, veredas, ciclovías y similares. El método AASHTO 1986, 1993, puede ser empleado para el diseño de pavimentos asfálticos en cualquier vía que tenga tránsito vehicular, sin descartar la posibilidad de utilizar otros métodos de cálculo estructural recomendados.

Por efectos constructivos resulta recomendable establecer espesores mínimos para la carpeta de rodadura, base y subbase granular. De acuerdo a la experiencia del SERVIU, considerando lo que aparece en el punto 16.4.8.1 del mencionado Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación, versión 1994, los espesores mínimos constructivos serían los siguientes:

Capa Espesor mínimo (cm)

Carpeta de rodado Pasajes y sólo peatones 4,0 Calles de bajo tránsito 5,0



Capa de base 15,0 Subbase granular 15,0

Estos espesores mínimos se aplican sólo en el caso en que por condiciones estructurales o hidráulicas se requiera espesores menores a los indicados.

Debo y Reese (1995) recomiendan los espesores totales del pavimento que se indican en la tabla 4.2.4.1 de acuerdo a experiencias con este tipo de pavimentos en E.E. U.U. para calles de bajo tráfico.

Tabla 4.2.4.1.- Espesores mínimos recomendados para el total del pavimento. (Debo y Reese, 1995).

CBR Subrasante Espesor mínimo, cm. menos de 6 no usar pavimento poroso 6 a 9 22,5 10 a 14 17,5 15 ó más 12,5

Las características estructurales de los materiales que componen las capas de rodado, base y subbase que normalmente exigen los SERVIU en Chile son las siguientes:

Capa Características estructurales

Carpeta de rodado Sobre 8.000N según ensayo de estabilidad Marshall en pasajes espesor ≥4,0 cm en calles espesor ≥5,0 cm Base chancada C.B.R. ≥ 80% y espesor ≥15,0 cm Subbase estabilizada C.B.R. ≥40% y espesor ≥10,0 cm

En todo caso se deben tener en cuenta las recomendaciones que aparecen en el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación, versión 1994 y las que entregue el SERVIU respectivo en relación a cada proyecto. Entre ellas es importante considerar las siguientes:

Para poder realizar el diseño de pavimentos porosos es imprescindible conocer el coeficiente estructural de las capas que conforman este tipo de pavimento. Estos se pueden obtener con los resultados de ensayos de Estabilidad Marshall para la carpeta de rodado y de C.B.R para la base y subbase, ingresando con estos datos a las Tablas 16.46 (A), (C) y (D) del Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación, versión 1994

Se debe cumplir una relación mínima entre las capas base, subbase y la subrasante, en cuanto al valor del C.B.R. se refiere, de manera tal de lograr una armonía entre ellas, con el objeto de asegurar una estabilidad estructural al mediano y largo plazo en el pavimento.



Al comparar los espesores mínimos recomendados por razones constructivas con los obtenidos del cálculo estructural e hidráulico del pavimento poroso, se deben adoptar los más exigentes para cada capa, es decir los que entreguen un mayor número estructural para el pavimento.

En el caso en que se utilice pavimento poroso en vías de mayores solicitaciones de tránsito, con el objeto de evitar la proyección de aguas lluvias por parte de los vehículos, se recomienda utilizar para el diseño estructural del pavimento el método AASHTO 1986 y 1993, de acuerdo al Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación (versión 1994), teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones adicionales: a) utilizar para la capa de rodado asfáltica un valor de coeficiente estructural correspondiente a mezclas de graduación abierta ( entre 0,28 y 0,33). El espesor recomendado para este caso es de 4 cm de acuerdo a la experiencia internacional. b) Disponer bajo la capa de rodado porosa, de una base asfáltica impermeable, de modo de otorgar una mayor resistencia estructural al pavimento, y de manera que el agua sea conducida con facilidad a través de la capa de mezcla porosa hasta los bordes de la calzada. Para que en estas condiciones se logre una disposición local de las aguas lluvias, estas deberán recogerse en los bordes de la calzada y disponer de ellas mediante alguna obra de alternativa de drenaje urbano, ya sea en base a infiltración o almacenamiento temporal.

Carpeta de rodado. Debo y Reese (1995) mencionan que, de acuerdo a la experiencia norteamericana, la superficie de los pavimentos porosos está formada por una capa de asfalto poroso con un volumen de poros de un 16%, y un espesor variable entre 6 cm y 10 cm, el cual se estima de acuerdo con la resistencia que requerirá durante su uso por condiciones de tránsito. Para lograr la porosidad adecuada es importante considerar las proporciones de los agregados pétreos de la mezcla. Como referencia la Tabla 4.2.4.2 presenta las proporciones de agregados empleadas en el estado de Maryland, EE.UU., según Debo y Reese (1995).

Tabla 4.2.4.2: Proporciones de agregados utilizados en Maryland EE.UU. (1)

Material Pasante Peso Volumen Partículas probables Malla (mm) (%) (%) Diámetro (mm) Peso (gr)

Agregado 1/2 12,7 2,8 2,2 10,7 1,67 3/8 9,5 59,6 46,3 8,0 0,70 # 4 4,7 17,0 13,3 4,0 0,087 # 8 2,36 2,8 2,2 2,0 0,011 #16 0,99 10,4 8,0 1,0 0,0014 #200 0,074 1,9 1,5 0,06 0,00029 Asfalto 5,5 10,5 Aire 0 16,0

Total 100 100 (1) Debo y Reese (1995)



Otros autores proponen composiciones ligeramente diferentes, como puede apreciarse en las recomendaciones de Diniz (1980), Thelen y Howe (1978), del Franklin Institute, y Puget Sound (1992), que se presentan en la Tabla 4.2.4.3.

Tabla 4.2.4.3: Agregados según diferentes autores.

Abertura tamiz % que pasa en peso (mm) # Puget Sound Thelen y Howe Diniz 12,7 1/2 100 100 100 9,5 3/8 95-100 90-100 90-100 4,7 # 4 30-50 35-50 35-50 2,36 # 8 5-15 15-32 15-32 0,99 # 16 - 0-15 2-15 0,074 # 200 2-5 0-3 2-15

Finalmente la Tabla 4.2.4.4 siguiente muestra una recopilación de diferentes recomendaciones empleadas en distintos países, realizada por el Ministerio de Obras Públicas de España, (Revista Técnica del Asfalto, 1990) que pueden emplearse como referencia:

Tabla 4.2.4.4: Recomendaciones de agregados empleados en diferentes países. (1) Bélgica EE.UU. Francia Holanda Italia JapónNoruega Sudáfrica Características 0/16 0/22 FHWA FAA Gruesa Fina Espesor (cm) >4 >5 1,3-2,5 1,9 4 3,2-4,5 2,5 3,4 2,5 1,9-2,5 1,9-2,5 Tamiz (mm) Porcentaje que pasa ( %) 25 19 100 100 100 22 100 98-100 16 98-100 68-82 13 100 100 100 98 95-100 100 100 10 95-100 80-100 97 81 90 12 70-88 65-90 75-90 100 8 40-65 35-95 6,3 50 48 4,75 30-50 25-70 40 37 23-45 37 25-50 30-50 3,35 27 2,36 5-15 12-20 22 17-26 15-30 19 5-15 5-19 2 20 20 2 15-19 16-20 %lleno 4-6 4-6 2-5 3-9 5 4,6-8 7 2-7 5 2-5 2-5 Betún % 4,5-5,5 4-5 5-6,5 5-2,7 4,6 4,5-4,7 4,2-4,5 3,5-5,5 4-5 4,5-6,5 4,5-6,5 Penetración 180-220 180-220 40-100 60-100 80-100 80-100 60-80 60-80 60-70 60-70 80-100 80-100 80-100 % huecos 10-20 10-20 >15 30 22-25 17

(1) Revista Técnica del Asfalto (1990).

Filtro granular superior o base. Se puede realizar siguiendo las especificaciones del artículo 3.4 del “Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación” (MINVU, 1994), considerando un espesor variable entre 2,5 cm y 5 cm, compuesto por gravilla de un diámetro



medio de 1,3 cm de acuerdo a recomendaciones de Debo y Reese, 1995. No se recomienda reemplazarlo por un geotextil.

Subbase. Normalmente la subbase está formada por grava de un diámetro variable entre 2,5 cm y 7,5 cm y tiene un espesor que depende del volumen de almacenamiento requerido. Si bien el volumen de huecos generalmente varía entre 38% a 46% para gravas uniformes, para fines de diseño hidráulico se recomienda adoptar sólo un 30%.

Existen dos tipos de subbases que pueden ser utilizadas en los pavimentos porosos: las subbases tratadas y las no tratadas. Las subbases tratadas tienen un contenido de cemento (120-170 kg. por m3) o asfalto (2-2,5 % en peso) que les proporciona estabilidad, permitiendo reducir su contenido de finos.

Tabla 4.2.4.5: Composición de subbases no tratadas recomendadas por la Portland Cement Asociation de EE.UU. (1)

Abertura Porcentaje pasante en peso tamiz mm Iowa Kent. Michig. Miniap. New Jersey Pensilv. Wisc. 2” 50,8 _ _ _ _ _ 100 _ 1 1/2” 38,1 _ 100 100 _ 100 _ _ 1” 25,4 100 95-100 _ 100 95-100 _ 100 3/4” 19,1 _ _ _ 65-100 _ 52-100 90-100 1/2” 12,7 _ 25-60 0-90 _ 60-80 _ _ 3/8” 9,52 _ _ _ 35-70 _ 35-65 20-55 #4 4,76 _ 0-10 0-8 20-45 40-55 8-40 0-10 #8 2,38 10-35 0-5 _ _ 5-25 _ 0-5 #10 2,00 _ _ _ 8-25 _ _ _ #16 1,19 _ _ _ _ 0-8 0-12 _ #30 0,595 _ _ _ _ _ 0-8 _ #40 0,420 _ _ _ 2-10 _ _ _ #50 0,297 0-15 _ _ _ 0-5 _ _ #200 0,074 0-6 0-2 _ 0-3 _ 0-5 _ k (m/día) 150 6100 300 60 600 300 5500

(1) “Concrete paving technology”, Portland Cement Asociation, 1991.

Tabla 4.2.4.6: Composición de subbases tratadas recomendadas por la Portland Cement Asociation de EE.UU.

Porcentaje pasante en peso Abertura AASHTO N°57 California Wisc. New Jersey tamiz mm AS/CE1 AS1 CE1 CE1 AS1 1 1/2” 38,1 100 _ 100 _ _ 1” 25,4 95-100 100 86-100 _ 100



3/4” 19,1 _ 90-100 _ 90-100 95-100 1/2” 12,7 25-60 35-65 _ _ 85-100 3/8” 9,52 _ 20-45 _ 20-55 60-90 #4 4,76 0-10 0-10 0-18 0-10 15-25 #8 2,38 0-5 0-5 0-7 0-5 2-10 #10 2,00 _ _ _ 0-5 _ #16 1,19 _ _ _ _ 2-5 #200 0,074 0-2 0-2 _ _ * k (m/día) 6100 4500 1200 3000 300

1 AS: Asfalto; CE Cemento. Fuente: “Concrete paving technology”, Portland Cement Asociation, 1991.

Las subbases no tratadas contienen una mayor proporción de finos para lograr una adecuada estabilidad, lo que reduce la permeabilidad del estrato. La Portland Cement Asociation de EE.UU. recomienda para subbases no tratadas las granulometrías que se indican en la Tabla 4.2.4.5, de acuerdo a lo empleado en algunos estados de EE.UU. Se indica también el coeficiente de permeabilidad, k en metros por día, que se logra de acuerdo a medidas en terreno. Similarmente, para el caso de subbases tratadas, se proponen los valores que se muestran en la Tabla 4.2.4.6.

Selección de una lluvia de diseño. Se recomienda dimensionar el volumen de almacenamiento de la subbase seleccionando una lluvia de diseño del mayor periodo de retorno entre los siguientes:

T = 5 años, si hacia aguas abajo existe una red de drenaje bien desarrollada.

T = 10 años, si no existe una red de drenaje bien desarrollada.

Sin perjuicio de lo anterior, la Municipalidad donde se ubique la obra, o el SERVIU correspondiente, podrán proponer periodos de retorno mayores a los indicados, de acuerdo a las condiciones del lugar o de servicio de la obra.

Dada una lluvia de diseño el volumen de almacenamiento se estima como la máxima diferencia entre el volumen acumulado de aguas lluvias que recibe la subbase y el volumen acumulado infiltrado.

Tasa de infiltración. La tasa de infiltración del terreno debe estimarse en base a ensayos en terreno realizados por un laboratorio autorizado, tomando el promedio de los valores obtenidos en diferentes lugares representativos, de ensayos realizados al nivel de la subrasante de acuerdo al método estándar (ver 3.2.2b).

Volumen afluente acumulado. Se recomienda determinar el volumen a infiltrar acumulado para una lluvia de período de retorno de T años como el generado por las intensidades medias, de acuerdo a la curva IDF



correspondiente. Es decir, el volumen acumulado de agua lluvia, Vafl, en metros cúbicos, para un tiempo t , en horas, se calcula como:

Vafl(t) =1,25* 0.001 C It A t = 0,00125 C A PtT (4.2.4.1)

donde C es el coeficiente de escurrimiento superficial del área total aportante A (metros cuadrados), It es la intensidad de la lluvia de período de retorno T y duración t, en mm por hora, y t es el tiempo acumulado en horas. Además Pt

T corresponde a la precipitación acumulada en el tiempo t para la lluvia de periodo de retorno de T años. El valor de Vafl en función de t se denomina “curva de recarga”. Se recomienda multiplicar por un factor de seguridad de 1,25 el volumen acumulado para considerar la porción de lluvia que cae antes y después de la porción más intensa de la tormenta, no incluida en las curvas IDF.

Volumen de almacenamiento. Para calcular el volumen de almacenamiento, Valm, necesario del pavimento poroso se estima el volumen acumulado que puede ser drenado con la tasa de infiltración estimada en función del tiempo. Se puede determinar gráficamente como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia o volumen de recarga Vafl(t) y el volumen acumulado infiltrado Vinf(t), ambos en función del tiempo. Este último, en metros cúbicos, esta dado por:

Vinf (t) = 0,001 f Cs Ae t (4.2.4.2)

donde f es la capacidad de infiltración del suelo en mm por hora, Ae el área del pavimento poroso, en metros cuadrados, y t el tiempo acumulado, en horas. Cs es un coeficiente de seguridad que afecta la capacidad de infiltración dependiendo de las propiedades del agua y las condiciones de mantenimiento, que toma en cuenta los efectos de la colmatación en el tiempo que experimenta el suelo. Se recomienda calcularlo según el siguiente procedimiento:


Sí No


1 3/4

Sí No


1/2 1/3

Sí No

El volumen de almacenamiento necesario se calcula como:



Valm = Max ( Vafl(t) - V inf(t)) (4.2.4.3)

Si la tasa de infiltración del terreno es siempre mayor que la intensidad de la lluvia, incluso que la de menor duración, entonces no se requiere un volumen de acumulación en la subbase, sino que bastará con la superficie de contacto con la subrasante para la infiltración.

El espesor necesario de la subbase es:

e= Valm /( pAe) (4.2.4.4)

donde p es la porosidad del material de la subbase, considerado como 0,3 para efectos de diseño.

Tiempo de vaciado. Se recomienda que el tiempo máximo de vaciado del volumen almacenado en la subbase, sea inferior a 48 horas. Este tiempo máximo (en horas) se puede estimar como:

ms

st

p eC f

=

(4.2.5.5)

donde es es el espesor definitivo asignado a la subbase en milímetros, f es la tasa de infiltración del suelo o de la subrasante (en mm/hora), Cs es el coeficiente de seguridad adoptado, y p es la porosidad del relleno de la subbase, normalmente igual a 0,3.

Drenes. En el caso de pavimentos que no infiltran las aguas lluvias en el lugar es necesario instalar drenes en el fondo de la subbase. Estos drenes, normalmente tuberías de PVC, se colocan en una zanja rodeada de un filtro geotextil, para prevenir el ingreso de partículas, tal como se muestra en el esquema de la Figura 4.2.4.7.

También se pueden instalar drenes para mejorar la evacuación en un pavimento que infiltra. En este caso los drenes se ubican en la parte superior de la subbase, inmediatamente bajo el filtro granular, rodeados de geotextil, como se ilustra en la Figura 4.2.4.8.



Figura 4.2.4.7: 1.- Carpeta de rodado, 2.- Filtro granular, 3.- Base granular, 4.- Membrana impermeable, 5.- Subrasante, 6.- Tubo perforado o sin emboquillar.

Figura 4.2.4.8: 1.- Carpeta de rodado, 2.- Filtro granular, 3.- Base granular, 5.- Subrasante, 6.- Tubo perforado o sin emboquillar, 7.- Filtro geotextil

Filtro granular inferior o filtro geotextil. Este estrato tiene la función de evitar el paso de materiales finos desde el suelo de la subrasante hacia la subbase. Se puede utilizar un filtro geotextil o un filtro granular, que se diseñará de manera similar al filtro granular superior. Se recomienda emplear geotextiles de materiales sintéticos, no tejidos, de permeabilidad al menos igual a 10 veces la permeabilidad de la subrasante para pavimentos que filtran. Si la obra no ha sido diseñada para la percolación, este filtro se reemplaza por una membrana impermeable.

Subrasante. La subrasante de suelo nativo se deberá excavar evitando que el suelo original sea compactado, para conservar su capacidad de infiltración. Si la subrasante presenta una capacidad de soporte con un CBR menor de 6 no es recomendable la materialización de un pavimento poroso.



f. Detalles. El diseño de detalles considera todos los elementos adicionales para que la obra opere adecuadamente según las condiciones del lugar y los otros usos que se le han asignado.

Zarpas o separadores. En los pavimentos porosos que presentan pendientes longitudinales se debe colocar separadores en la subbase para evitar que en esta se genere un flujo en la dirección de la pendiente distorsionando la capacidad de almacenamiento. Estos separadores consisten en paredes o zarpas verticales de hormigón o asfalto, espaciadas en la dirección de máxima pendiente a distancias máximas dadas por:

L eSs

max =2 0

(4.2.4.6)

donde es es el espesor de la subbase en metros y S0 la pendiente longitudinal en tanto por uno.

Cunetas, soleras y bermas. Debe completarse el diseño de la sección transversal con las cunetas, soleras y bermas de acuerdo a las condiciones de servicio. En el caso de pavimentos porosos debe considerarse la forma en que se alimenta de agua el pavimento, de manera que ésta escurra sobre toda la superficie de manera pareja, y pueda recibir el flujo desde las superficies laterales que drena. Para ello es posible considerar soleras discontinuas.

Límites de la zona drenada. Es conveniente limitar la zona drenada por el pavimento poroso de manera que no lleguen a él flujos excesivos desde otras zonas no consideradas en el diseño, o flujo de agua de mala calidad, con sedimentos y aceites. Para ello lo ideal es que los límites de la cuenca aportante correspondan a la divisoria de aguas del sector de manera natural, sin que sea necesario entonces la materialización de ello mediante obras especiales. Si es necesario se puede recurrir a soleras, solerillas y terraplenes, o también a levantar el eje de las calzadas, levantar las veredas, y asignar pendientes a las superficies que definan claramente la dirección de los escurrimientos hacia el exterior del pavimento poroso.

g. Construcción. Los pavimentos porosos demandan un control y una instalación más rigurosa que los pavimentos tradicionales. En todo caso deben seguirse las recomendaciones de construcción propuestas para los pavimentos normales y agregarse las que se mencionan a continuación de manera de asegurar que adicionalmente satisfagan las condiciones de permeabilidad e infiltración que los hacen útiles para el drenaje urbano. Para ello pueden considerarse las recomendaciones contenidas en la publicación 291 del la División Técnica de Estudio y Fomento Habitacional del MINVU que reúne un Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación (versión 1994).



Precauciones para evitar la colmatación en la fase de construcción. Los pavimentos porosos son muy sensibles a la colmatación de la carpeta de rodado y de los estratos o capas inferiores. Para evitar este problema es importante impedir todo aporte de tierra, para lo cual se deben aislar del pavimento las superficies que aportan los finos (áreas verdes erosionadas, zonas con tierra) y proteger las entradas de agua durante la construcción, utilizando un relleno y un filtro geotextil, evitando que la obra entre en operación antes que se encuentre totalmente terminada. Es importante que exista una continua vigilancia de posibles fuentes de finos en la misma construcción, tales como almacenamiento de materiales en zonas cercanas, traslado de la tierra, desplazamiento de camiones y construcciones próximas. También es importante evitar el tránsito de personas y materiales sobre la obra misma en sus diferentes etapas.

En el caso de obras ubicadas en un grupo de viviendas que se entregarán terminadas, la colocación de la superficie del pavimento poroso debe ser realizada una vez que la construcción de las viviendas haya finalizado, y en lo posible cuando las áreas verdes de la zona aportante al pavimento se encuentren con vegetación desarrollada. Las zonas impermeables que aportan agua hacia los pavimentos también debieran encontrarse terminadas.

Para obras ubicadas en una urbanización para terrenos de libre construcción, se pueden adoptar varias estrategias aunque en general es poco recomendable iniciar la construcción de pavimentos porosos antes que todos los terrenos se encuentren construidos. Sin embargo, si es necesario, se recomienda la realización de una obra provisoria consistente en una fosa lateral que recibe el escurrimiento superficial e impida que este llegue al pavimento, o la realización de una pista de servicio paralela al pavimento poroso en construcción. No es recomendable que los pavimentos porosos se empleen como pistas para el tránsito de materiales y vehículos pesados de construcción.

En ningún caso debe permitirse la acumulación de materiales sobre los pavimentos porosos terminados, y menos aún la realización de faenas de construcción sobre ellos, como elaboración de morteros u hormigones.

En zonas urbanizadas densas ya construidas debe proveerse de accesos provisorios durante la construcción.

Control de las dimensiones. Además de las condiciones necesarias para que el pavimento se comporte bien desde el punto de vista estructural es importante respetar las dimensiones estimadas a partir del estudio hidráulico para que se satisfagan las condiciones de infiltración y almacenamiento.

Control de la altura o espesor de cada uno de los estratos de diferentes materiales colocados en terreno. Un espesor demasiado débil en algún estrato puede llevar a problemas mecánicos del pavimento, o a una reducción del volumen de almacenamiento, o cambios en las condiciones de infiltración.



Control de las pendientes. Un aumento de la pendiente reducirá el volumen de almacenamiento.

Control de la calidad de los materiales. Adicionalmente a las propiedades de calidad de los materiales de la superficie de rodado, los materiales utilizados para el almacenamiento en un pavimento poroso deben satisfacer diferentes requisitos. En primer lugar debe asegurarse que se encuentran limpios y lavados antes de su colocación de manera que estén libres de material fino que puede formar una capa impermeable una vez que la obra entra en servicio. Además se debe poner atención a la porosidad eficaz, con el fin de evitar una reducción del volumen de almacenamiento. Es recomendable controlar y medir la porosidad en las condiciones de colocación del material de la base y de la subbase del pavimento asegurando que sea al menos igual a 30%. Los materiales granulares deben poseer una dureza que asegure que no se desmenuzarán durante la colocación y vida útil de la obra, ni menos que se disolverán por la acción de la humedad. Para ello debe verificarse que el porcentaje de pérdida de masa en un ensayo de desgaste por el método de la máquina de Los Angeles sea menor que 35% de acuerdo a la Norma Chilena Nch1369. Se debe controlar la granulometría de los materiales utilizados para la base y filtros de grava, y evitar la presencia de finos. Para ello es recomendable efectuar ensayos del material antes de su colocación y compararlos con curvas granulométricas de aceptación construidas en base a las recomendaciones de diseño.

Precauciones durante las diferentes etapas de construcción. A continuación se mencionan algunas precauciones especiales que deben considerarse en la confección de los diferentes estratos de un pavimento poroso o en la colocación de los elementos que lo conforman.

El retiro del material superficial, capa de terreno vegetal o suelo no utilizable debe hacerse sin compactar la subrasante del pavimento. Este material de desecho debe retirarse evitando que los finos escurran hacia la excavación.

La excavación del volumen de almacenamiento no debe compactar en exceso la subrasante. En lo posible debe limitarse el tránsito sobre la excavación y no permitir el ingreso de agua ni material fino.

La colocación en terreno de los filtros geotextiles requiere algunos cuidados especiales. Entre otros se debe verificar el correcto recubrimiento de las telas de geotextil y su instalación en la obra, evitar los desgarros del material debidos a enganches en máquinas de la construcción o asperezas en el terreno. Evitar la presencia de finos que provoquen una colmatación prematura del geotextil.

Si se utilizan geomembranas se debe vigilar que no sean expuestas al sol ni a la intemperie durante largos períodos ni tampoco expuestos a perforaciones. Para ello es recomendable que se realice un mínimo de desplazamientos para evitar su deterioro, así como cuidar que el despliegue e instalación de la



geomembrana se realice correctamente, cuidando que se haga en las condiciones climáticas óptimas, dependiendo del tipo de geomembrana escogida.

En caso de colocarse drenes se debe controlar la pendiente y alineación del dren durante su instalación. Para evitar que el dren se desplace luego de la puesta en marcha de la obra, se puede construir una cuneta con el fin de alojar el dren o estabilizar el dren colocando sobre él un montón de piedras del estrato base. En la recepción de la construcción se debe asegurar un buen funcionamiento de los drenes, haciendo pruebas que verifiquen la salida de agua vaciada en grandes cantidades sobre la superficie del pavimento.

Aunque no se recomienda su uso para pavimentos porosos como obras de drenaje urbano, es conveniente considerar que la fabricación de un hormigón poroso y drenante demanda las mismas precauciones que un hormigón clásico. Es importante verificar el respeto de las proporciones de agua y arena del hormigón. Su instalación en la obra también es similar a la del hormigón clásico. Se debe poner especial atención en que la compactación sea realizada correctamente con el fin de asegurar la estabilidad del material. Se recomienda el uso de rodillos pesados o vibración superficial, pero no deben utilizarse compactadores con neumáticos, ya que pueden producir una degradación del hormigón. Los hormigones porosos son más susceptibles que los normales a la aparición de fisuraciones durante el secado, causadas por la sensibilidad del hormigón a variaciones térmicas e hídricas. Éstas se pueden prevenir colocando un toldo o algún método equivalente que evite el secado de la superficie. Se puede instalar un estrato de piedra triturada bajo el hormigón (5-6 cm) para interceptar la lechada y evitar una eventual colmatación del filtro geotextil.

La instalación de los asfaltos porosos demanda algunas precauciones. Durante su fabricación, se debe controlar que la temperatura del asfalto no sea demasiado elevada (<150°C después del amasado), que corresponda a las prescripciones y que varíe lo menos posible a lo largo de la fabricación ya que, en caso de recalentamiento, el asfalto escurre y el recubrimiento se debilita. Para lograr esto, es importante que los camiones de transporte sean cubiertos, y que la distancia entre el lugar de fabricación y el sitio donde se ubica la obra sea mínima. También es importante que se respete la proporción de arena. Según Azzout et al (1994) la dosificación de la arena fina es tan importante que un aumento de un 1% en su proporción puede producir una reducción de la porosidad de un 1-2%. Igualmente debe respetarse la dosificación del asfalto para evitar derrames durante el transporte.

Para la instalación del pavimento asfáltico en la obra se recomienda esparcirlo en todo el largo para evitar la aparición de junturas longitudinales. No descuidar la fase de compactación, ya que evita una reorganización de los elementos granulares bajo el efecto de un tráfico importante, lo que se traduciría en una reducción de la porosidad. Evitar una compactación demasiado grande, que



pueda romper las aristas de los materiales granulares y provocar una densificación del estrato drenante.

Control al final de la realización. Al final de la construcción se deben realizar ciertos controles para verificar el adecuado funcionamiento hidráulico y mecánico del pavimento poroso.

Desde el punto de vista hidráulico es de interés la verificación de la velocidad de infiltración. Para este control es posible utilizar un permeámetro o un drenómetro.

h. Mantención. Los pavimentos porosos requieren una vigilancia y mantención regular con la finalidad de mantener sus características de almacenamiento e infiltración. La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de las obras, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es del SERVIU. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias en sectores urbanos que se materialicen con recursos sectoriales. Sin embargo es necesario que esta responsabilidad sea aclarada legalmente de manera inequívoca. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto.

La superficie drenante está sujeta a una colmatación superficial que debe ser tratada en forma preventiva, ya que las acciones de decolmatación son más complicadas, y difícilmente se puede regenerar completamente la superficie. Una de la acciones preventivas más utilizadas, por su fácil uso y bajo costo, es la hidrolimpieza o la aspiración, que se realiza a una presión de 4 Mpa. No se recomienda el uso de barredoras, que tienen el inconveniente de hundir los materiales colmatantes al interior de la superficie. Dentro de las medidas curativas, que se efectúan cuando la superficie ya se encuentra colmatada, se encuentran la aplicación de alta presión y aspiración, el fresado de la superficie y el termorreciclaje de la superficie. Estas últimas técnicas se caracterizan por sus elevados costos y difícil realización. Una guía de la mantención sugerida para los pavimentos porosos, y la frecuencia con que ésta debe realizarse, considerando aspectos preventivos y curativos es la siguiente:

Mantención preventiva. Considera inspecciones y aseo general.

Inspección. Inspeccionar la carpeta de rodado para detectar pérdidas de porosidad, grietas, hundimientos locales. Observar el sistema de drenaje o los drenes, si existen, para verificar su operación.



Apreciar si se reciben aportes de aguas no consideradas desde otras áreas.

Rutinaria. Dos veces al año. Una al menos durante las lluvias.

Limpieza de la superficie (hidrolimpieza o aspiración). Los sedimentos acumulados sobre la carpeta de rodado deben ser removidos como una medida de control.

Rutinaria dependiendo de las condiciones locales (calidad del agua recibida, sedimentos que llegan a la superficie).

Mantención curativa. Recuperar las condiciones de operación de la obra.

Presión / aspiración. Eliminar materiales colmatantes de la carpeta de rodado del pavimento poroso.


Fresado de la superficie. Eliminar materiales colmatantes de la superficie del pavimento poroso.


Termorreciclaje de la superficie. Eliminar materiales colmatantes de la carpeta en el caso de asfaltos.


i. Ejemplo de Pavimento Poroso. Se considera la posibilidad de construir un pavimento poroso el pasaje y estacionamiento Peñuelas de una urbanización ubicada en la ciudad de Chillán. Se trata de una urbanización de sitios individuales, con viviendas de un piso que acceden a este pasaje vehicular y estacionamiento, cuya superficie total del área aportante es de 0,6 hectáreas. El pavimento poroso deberá drenar las aguas lluvias que son producidas en exceso por esta urbanización. Las características del uso del suelo son las siguientes:

Calles y veredas: 1460 m2

Techos: 1500 m2

Patios y jardines: 3100 m2

Superficie total urbanizada: 6060 m2

Los antecedentes del terreno indican que la pendiente es pequeña y que la profundidad mínima estacional de la napa es de más de 3 m. De ensayos de



infiltración se obtuvo que la tasa media de infiltración es de 28 mm/hora y el índice CBR obtenido del ensayo de poder de soporte California fue de 14.

El diseño geométrico del pasaje y estructural del pavimento propiamente tal se puede realizar en base a los antecedentes entregados en manuales como las publicaciones 197 (Marzo de 1984) y 291 (Julio de 1994) del MINVU. En este ejemplo sólo se desarrollarán los aspectos especiales adicionales relacionados con el drenaje de aguas lluvias.

Factibilidad. La instalación de un pavimento poroso en esta urbanización es factible, dado que se cumplen las siguientes condiciones: pendiente menor que 5%, tasa de infiltración mayor que 13 mm/hora, CBR mayor que 6, contenido de arcilla menor que 30% y superficie de área impermeable a drenar menor que el doble del área del pavimento e inferior a 40000 m2. Como se trata de un pasaje en un conjunto de viviendas la solicitud de tránsito es inferior a 150.000 E.E. en 20 años. La condición que se exige para la profundidad de la napa (mayor que 1,2 m bajo la base) impone una restricción al espesor total del pavimento poroso, el que deberá tener en este caso un valor máximo de 1,8 m, lo que no es una restricción importante.

Dimensionamiento. Consiste fundamentalmente en determinar el espesor total del pavimento y el de la subbase para el almacenamiento del agua que se infiltrará a través de su superficie. En este ejemplo se considera una lluvia de diseño de cinco años de período de retorno.

Espesor mínimo total del pavimento poroso. De acuerdo a las condiciones del suelo que tiene un CBR de 14, el espesor mínimo recomendado para el total del pavimento es de 17,5 cm, de acuerdo a la Tabla 4.2.4.1. Debe considerarse que en este total se incluye el espesor de la carpeta de rodado, que es de por lo menos 6cm. Además según recomendaciones de la Publicación 291 del MINVU, la base y subbase deben tener por lo menos 10 cm cada una que son los valores mínimos desde el punto de vista constructivo. En base a estas recomendaciones se puede adoptar para la carpeta de rodado un espesor de 6cm, para la base 10cm y la subbase se dimensionará de acuerdo a las necesidades de drenaje de la lluvia de diseño.

Subbase y volumen de almacenamiento. El volumen de almacenamiento, Valm, se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia, Vafl (t), para una lluvia de cinco años de periodo de retorno, y el volumen acumulado infiltrado, Vinf (t).


V t C A I t C A Pafl t t( ) , * , ,= =1 25 0 001 0 00125 5 (4.2.4.7)



donde A es el área total de la zona drenada, es decir 6060 m2 en este caso, C es el coeficiente de escorrentía de toda el área aportante, calculado ponderando las diferentes áreas del suelo como:

C = (C1 Atechos + C2 Apatios + C3 Apavimento )/A (4.2.4.8)

Los coeficientes de escorrentía C1 , C2 y C3 se obtienen de la Tabla 3.1.2.7 propuesta en el Capítulo de Hidrología, y resultan: C1 = 0,9, C2 = 0,5 y C3 = 1. Reemplazando, se obtiene que el coeficiente de escorrentía es C = 0,72.

Pt5 es la lluvia correspondiente a un período de retorno de 5 años y duración t,

variable desde unos pocos minutos hasta 24 horas o más si es necesario para determinar el volumen máximo de almacenamiento. Se estima en base a la precipitación de 10 años de periodo de retorno y 24 horas de duración y los coeficientes de duración y frecuencia correspondientes como:

(4.2.4.9) P P CD CFt t5

2410 24

10511= ,

donde P corresponde a la precipitación máxima para 10 años de período de retorno y 24 horas de duración, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.2 propuesta en el Capítulo de Hidrología para precipitaciones máximas diarias en las ciudades de Chile, o de la publicación de la DGA sobre Precipitaciones Máximas en 24, 48 y 72 horas. Para Chillán tiene un valor de 107,3 mm.

2410

CF510 corresponde al coeficiente de frecuencia para transformar la

precipitación de 10 años en otra de 5 años de período de retorno, es el que se obtiene de la Tabla 3.1.2.4 de coeficientes de frecuencia del Capítulo de Hidrología y arroja un valor de 0,88 para la ciudad de Chillán.


tCD24

Reemplazando en la ecuación (4.2.4.9) se observa que la precipitación de 5 años de periodo de retorno y duración t, para t entre 24 horas y una hora, está dada por:

P CD CDt t t5 24 2411 0 88 107 3 103 9= = ≥, * * , * , , * para 24 hora t 1 hora≥

m

≥

En particular para lluvias de una hora de duración el coeficiente en Chillán es 0,170 según la Tabla 3.1.2.3, con lo cual se obtiene:

P m15 103 9 0 170 17 7= =, * , ,


P CDt t5 117 7= ≥, * para 1 hora t 0



Con estos valores se calcula el volumen afluente acumulado al pavimento hasta el tiempo t con la expresión 4.2.4.7 como:

V t P PaflA t t( ) , * , * * , *= =0 00125 0 72 6060 5 455 5

A t


(4.2.4.10) V f pinf ,= 0 001 C s

donde f es la tasa de infiltración de diseño que corresponde a la determinada por ensayos en el terreno, Cs un factor de seguridad que en este caso se estima en 1,0 aceptando que el afluente es agua de buena calidad y se tendrá una mantención regular. Ap es el área filtrante del pavimento, 1102m2 en este caso. De manera que el volumen infiltrado, en metros cúbicos, hasta el tiempo t, en horas, está dado por:

Vinf(t) = 0,001*28*1,0*1102*t = 30,86t

Los valores obtenidos para los coeficientes de duración, las precipitaciones y lo volúmenes resultantes del agua afluente al pavimento y el agua infiltrada, así como el volumen almacenado en la subbase del pavimento para distintas duraciones se presentan a continuación:


(horas, min.) (1) (mm) (m3) (m3) (m3) 0h 0m 0,000 0,0 0,0 0,0 0,0 0h 5m 0,307 5,4 29,4 2,6 26,8 0h 10m 0,460 8,1 44,1 5,1 39,0 0h 20m 0,642 11,4 62,1 10,3 51,8 0h 30m 0,764 13,5 73,6 15,4 58,2 0h 40m 0,858 15,2 82,8 20,6 62,2 1h 0,170 17,7 96,5 30,9 65,6 2h 0,240 24,9 135,7 61,7 74,0 4h 0,360 37,4 203,8 123,4 80,4 6h 0,440 45,7 249,1 185,2 63,9 8h 0,520 54,0 294,3 246,9 47,4 10h 0,600 62,3 338,5 308,6 30,9 12h 0,670 69,6 379,3 370,3 9,0 14h 0,720 74,8 407,7 432,0 -24,3 18h 0,820 85,2 464,3 555,8 -90,7 24h 1,000 103,9 566,8 740,6 -174,4 (1) Para menos de una hora el coef. es en relación a la lluvia de 1 hora. Para más de una hora en relación a la de 24 horas.

Se puede apreciar que el valor máximo de almacenamiento corresponde a 80,4 m3 que se acumulan a las 4 horas. En la Figura 4.2.4.9 se muestra la estimación gráfica del volumen de almacenamiento, obtenido como la diferencia máxima entre el volumen afluente acumulado y el volumen infiltrado acumulado.



El volumen de la subbase del pavimento Vsubbase que puede almacenar este volumen de agua Valm se puede calcular considerando una porosidad p = 0,30 mediante la expresión:

Vsubbase = Valm/p = 80,4/0,3 = 268,0 m3

y el espesor de subbase es como

es = Vsubbase / Asubbase = 268/1102 = 0,24 m

donde Asubbase es la superficie del pavimento igual a 1102 m2. El espesor necesario de la subbase del pavimento resulta entonces de 24 cm.

0

100

200

300

400

500

0 5 10 15 20 25

Tiempo, horas

Volu

men

acu

mul

ado,

m3


Vol. Infiltrado acumulado

V Alm.

Figura 4.2.4.9: Estimación del volumen de almacenamiento como la diferencia máxima entre los volúmenes acumulados de recarga e infiltración.

Tiempo de vaciado. El tiempo máximo de vaciado del volumen de almacenamiento de la subbase debe ser inferior a 48 horas y se estima como:

ms

st p e

C f= =

×= <

Horas0 3 2401 0 28

2 57 48,, *

,

Superficie del pavimento y filtros granulares. La carpeta de rodado del pavimento poroso estará formado por una capa de asfalto poroso con un volumen de poros de 16% y un espesor de 6 cm, que es el mínimo recomendado para este tipo de obras. Esto se puede lograr con una granulometría de los agregados con una proporción en peso como la que se indica en la Tabla 4.2.4.2 y un 5,5% en peso de asfalto como ligante.



La subbase tendrá un espesor de 24 cm que es el necesario para el drenaje de la lluvia de diseño. La granulometría de los agregados corresponderá a gravas bien graduadas con una proporción de cada tamaño como una de las empleadas en E.E.U.U. en el estado de Kentucky, que se ilustran en la tabla 4.2.4.5, que se resume a continuación:

Porcentaje que pasa en peso Tamaño Mínimo Máximo

Tamiz mm % % 1 1/2” 38,1 100 100 1” 25,4 95 100 1/2” 12,7 25 60 #4 4,76 0 10 #8 2,38 0 5 #200 0,074 0 2

Estas dos capas solas tienen un espesor de 30cm en conjunto, bastante mayor que el total recomendado para el pavimento poroso desde el punto de vista constructivo que es de 17,5 cm para el CBR de 14 de la subrasante. Por lo tanto la base, o filtro granular superior, tendrá el espesor mínimo, que en este caso es de 10 cm. Esta capa estará formada por grava de tamaño medio 1,2cm, máximo 2,5 cm y menos del 5% bajo los 0,2 cm. De esta forma el espesor total del pavimento poroso es de 40cm. Sobre la subrasante se colocará un filtro geotextil.

Zarpas o separadores. Debido a que el pasaje presenta una pendiente longitudinal de 0,5% se colocarán zarpas o separadores de la subbase, para evitar que el agua escurra. La distancia entre estos separadores debe ser menor que:

L eS

ms= = =2

0 242 0 005

240

,* ,

Se colocarán separadores de asfalto, no poroso, cada 20 m a lo largo del pasaje.

En los planos adjuntos se muestran los detalles para esta obra, incluyendo su ubicación, planta, y perfiles constructivos, así como la cubicación de los materiales y obras consideradas.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto para la construcción del pavimento poroso del ejemplo.

Ítem Descripción Unidad CantidadPrecio (U.F.) UnitarioSubtotal



1 Excavación, en terreno blando, incluye el descepe y limpieza del terreno, a profundidad menor de 1m. Puede hacerse con máquina. El fondo de la excavación a nivel de la subrasante debe quedar limpio y nivelado.m3 608,3 0,308 187,356 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 608,3 0,06338,323 3 Suministro y colocación de geotextil tipo Fisira G40 o similar colocado según las recomendaciones del fabricante. m2 1319,0 0,096 126,624 4 Suministro y colocación de grava para la subbase según especificaciones. Colocado en una capa de 24 cm extendido con motoniveladora sobre el geotextil, y compactado con rodillo. m3 261,8 0,11730,631 5 Suministro y colocación de material de filtro granular de grava y arena gruesa, colocado en una capa de 10 cm extendido y compactado con motoniveladora y rodillo. m3 109,3 0,28130,713

6 Suministro y colocación de asfalto poroso con 16% de huecos, en espesor de 6 cm esparcido y compactado en caliente. m3 65 3,770 245,050 7 Asfalto no poroso para zarpas por metro cúbico colocado sin moldaje de acuerdo a la ubicación asignada en los planos. m3 5,8 3,77021,866 8 Soleras prefabricada de hormigón tipo A de 30 cm de alto, colocadas apoyadas sobre una cama de hormigón. m 246 0,529 130,134 Total 810,697 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al

7 de Octubre de 1996). Según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.





4.2.5. PAVIMENTOS CELULARES

a. Descripción. 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.

Los pavimentos celulares son un tipo especial de pavimentos de adoquines, en los cuales la carpeta de rodado está formada por bloques con aberturas, y la subbase permite la acumulación temporal del agua infiltrada, para percolarla posteriormente al suelo. Como tales, deben diseñarse y construirse siguiendo las recomendaciones de manuales como el del Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón sobre “Pavimentos de Adoquines, Manual de Diseño y Construcción”. En este capítulo se indican las características especiales adicionales que presentan este tipo de pavimentos para la infiltración, de manera que sean empleados como elementos constituyentes de sistemas alternativos de drenaje de aguas lluvias en zonas urbanas.

Considerando los cinco objetivos básicos que pueden lograrse con las técnicas alternativas de drenaje urbano, los pavimentos celulares se encuentran en la siguiente situación:



Para cumplir estos objetivos el uso de pavimentos celulares está limitado a zonas de bajo tráfico, tales como estacionamientos de todo tipo, pasajes, entradas vehiculares a residencias, paseos peatonales y veredas de poco uso, en las cuales los suelos permitan la infiltración. Su relación con la zona urbanizada puede apreciarse en el siguiente esquema:



Figura 4.2.5.1: Disposición de pavimentos celulares. 1.- Estacionamientos, 2.- Pasajes y calles, 3.- Accesos vehiculares, 4.- Manzanas de la zona urbanizada, 5.- Áreas verdes, 6.- Comercio.

Estos pavimentos están compuestos por varios estratos, tal como se muestra en el esquema siguiente. De abajo 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.

Figura 4.2.5.2: Esquema de los elementos principales de un pavimento celular. 1.- Carpeta de rodado, 2.- Cama de arena y filtro granular, 3.- Subbase, 4.- Geotextil, 5.- Subrasante o suelo inalterado, 6.- Confinamiento lateral.

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 en la cual, para lluvias poco intensas, se infiltra



todo localmente, y para lluvias más intensas menos frecuentes, parte se drena hacia aguas abajo.

Figura 4.2.5.3: (Arriba) Disposición difusa local. (Abajo) Disposición concentrada aparte. 1.- Carpeta de rodado, 2.- Cama de arena, 3.- Subbase, 4.- Geotextil, 5.- Membrana impermeable, 6.- Subrasante, 7.- Tubos perforados o drenes.

Los esquemas siguientes muestran ejemplos de disposiciones típicas de pavimentos celulares en combinación con otros elementos de drenaje urbano.



Figura 4.2.5.4: Ejemplos de disposiciones difusas de pavimentos celulares en estacionamientos. 1.- Estacionamientos o pavimento celular, 2.- Soleras o zarpas de confinamiento, 3.- Superficie impermeable.

b. Ventajas y desventajas. 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.

Otra ventaja que presentan los pavimentos celulares es su apariencia atractiva, pudiéndose emplear diferentes colores y diseños con propósitos funcionales y estéticos, proporcionando variedad a sitios uniformes. Pueden ser usados con pasto en las celdas, aunque se requerirá una mantención adicional y riego en



climas semiáridos. Además, son fáciles de reemplazar y reponer para efectuar reparaciones locales.

Una de sus principales desventajas es su elevado costo y la carencia de antecedentes respecto a su comportamiento frente a ciclos de congelamiento y descongelamiento. Presentan algunas desventajas prácticas en cuanto a su uso, tales 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, lo que restringe su uso a zonas con poco tránsito peatonal o vehicular. Requieren mantención, para evitar que los huecos se tapen con sedimentos.

c. Procedimiento de diseño. Se consideran tres etapas en el procedimiento de diseño: un análisis de factibilidad, un dimensionamiento de los elementos principales y, finalmente, el diseño de los elementos de detalle.

Factibilidad. El estudio de factibilidad permite determinar, en base a los antecedentes disponibles sobre las características del suelo y del agua subterránea, si se pueden infiltrar o no las aguas lluvias superficiales hacia el suelo bajo el pavimento y si es conveniente o no utilizar un pavimento celular.


Plano de ubicación de la obra, en el cual se indique claramente la superficie a pavimentar y su naturaleza (calle, estacionamiento, cancha, etc.), con identificación de la comuna y dirección. Agregar los límites de la cuenca o zona aportante de aguas lluvias que recibirá y el sistema de drenaje al cual se evacúan naturalmente los excesos.

Certificado de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en Región, que indique la profundidad estacional más alta estimada para la napa del agua subterránea en el lugar y que no existan impedimentos para infiltrar aguas lluvias.

Certificado emitido por un laboratorio autorizado con los resultados de ensayos de infiltración en terreno, hechos a la profundidad de la subrasante y según el método de Muntz o el método estándar (ver 3.2.2.b).

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento del pavimento celular requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando éste no sea el ejecutor de las obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la entidad pública fiscal o municipal.

Para poder infiltrar las aguas lluvias superficiales en el suelo, se debe verificar simultáneamente lo siguiente: el suelo debe ser permeable; el nivel más alto de



la napa debe estar alejado del pavimento al menos 1 metro; el suelo debe permitir la presencia de agua; el pavimento no debe encontrarse en una zona de infiltración reglamentada.

Además, para poder utilizar un pavimento celular, se debe verificar simultáneamente que el aporte de finos que llega de la superficie no sea importante, que la superficie del pavimento no esté sometida a esfuerzos de corte importantes y que el tráfico de vehículos no sea importante. Se prefiere este tipo de pavimentos en lugares como plazas, estacionamientos, veredas, vías peatonales y accesos vehiculares privados.

Dimensionamiento. El dimensionamiento de los pavimentos celulares y de sus elementos principales requiere disponer de las características del terreno y del suelo base, así como también de estudios hidrológicos e hidrogeológicos. Además de los antecedentes mencionados en la Factibilidad, para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes:

Plano a una escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan sobre el pavimento y la naturaleza de cada una.

Cuadro de superficies, con indicación de área y coeficiente de escorrentía de cada tipo, (techos, calles, áreas verdes, veredas y otros).


Con los antecedentes mencionados se abordan los siguientes aspectos de diseño:

Terreno. Se deberán analizar las características de ocupación y de ordenamiento del terreno donde será implantado el pavimento celular poroso. Específicamente, se determinará la superficie y la tasa de impermeabilización de los espacios drenados, sus usos, la presencia de espacios verdes, la topografía del terreno, la existencia de redes de alcantarillado y el tráfico. Con los antecedentes recopilados, se procede a determinar el volumen de almacenamiento que puede recibir el suelo, la naturaleza de las aguas que van a ser drenadas, las superficies que van a ser destinadas a espacios verdes, la pendiente de los terrenos, la posibilidad de conexión con las redes de drenaje existentes y el dimensionamiento estructural de los pavimentos porosos en función del tráfico previsto.

Características del suelo soportante. Se deberá estimar la capacidad de absorción del suelo soportante, así como su comportamiento en presencia del agua. La capacidad de absorción del suelo deberá ser determinada a partir de ensayos en varios lugares del terreno y su duración debe ser suficiente como para poder apreciar de manera certera las condiciones de infiltración en régimen permanente y



condiciones de saturación. Se deberá analizar el tipo de suelo soportante que va a recibir las aguas, de manera de evitar riesgos de contaminación de la napa o de deslizamientos de terreno bajo el pavimento. Se identificará la capacidad de soporte del suelo y la sensibilidad a la presencia del agua (CBR).

Hidrogeología e hidrología. Se deberá analizar la presencia, el uso, las fluctuaciones estacionales, la cota mas alta de las napas subterráneas y, eventualmente, sus características cualitativas y su vulnerabilidad. Se determinará el gasto máximo admisible de evacuación del proyecto, en base a las capacidades de la red aguas abajo o a la permeabilidad del suelo. Además, es necesario conocer la pluviometría, las zonas potenciales de almacenamiento y la impermeabilización de las superficies relacionadas con el pavimento.

Espesores y materiales de las capas. Se deberán estimar los espesores necesarios y escoger los materiales que componen el pavimento celular, es decir, el tipo de bloques, la cama de arena, el filtro granular graduado, la subbase de grava, el filtro geotextil o filtro granular. Los materiales deben elegirse en función del espesor máximo aceptado por la estructura y por las restricciones mecánicas que el pavimento deberá soportar. Se recomienda utilizar los materiales disponibles respetando los parámetros hidráulicos (porosidad) y mecánicos (dureza de los granos).

Diseño de detalle. El diseño de detalle se traduce en los planos de la obra y sus especificaciones técnicas generales y especiales. Seleccionar los elementos necesarios para que la superficie del pavimento reciba el agua a drenar de manera correcta, incluyendo bermas, soleras, solerillas. Sistemas de riego si es necesario para el pasto., así como todo lo necesario para que la obra satisfaga los usos adicionales que se esperan de ella.

d. Factibilidad y condiciones generales. La primera etapa del diseño es la factibilidad de la obra, para lo cual existen algunos requisitos, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes: el terreno debe tener una infiltración correspondiente a la de suelos de clasificación hidrológica A o B (SCS, sección 3.3.2.2) y el nivel máximo estacional de la napa y los estratos impermeables deben ubicarse al menos 1,2 m bajo la base. El Distrito de Control de Crecidas Urbanas de Denver, E.E.U.U. (U.D.F.C.D., 1992, Volumen 3) recomienda que el área impermeable aportante al pavimento no sea más del doble del área del pavimento e indica como referencia que el tamaño típico del total del área a drenar es del orden de 1.000 a 40.000 m2.



e. Dimensionamiento. Se trata de determinar el espesor y la composición de cada capa del pavimento, así como seleccionar los elementos que aseguran su funcionamiento para el drenaje. En el esquema siguiente se muestran los detalles de un pavimento poroso celular con fines de drenaje, así como las relaciones y disposición de cada uno de ellos.

Figura 4.2.5.5: Elementos de un pavimento celular. 1.- Carpeta de rodado, 2.-Cama de arena, 3.- Filtro granular, 4.- Subbase de material poroso, 5.- Subrasante, suelo inalterado, 6.- Geotextil o geomembrana, 7.- Tubos de drenaje (opcional), 8.- Solera de confinamiento lateral, 9.- Zarpas o separadora.

Análisis de tránsito. Un factor fundamental que se deberá considerar en el diseño de los pavimentos celulares es el tráfico al cual se verán sometidos durante su operación. Para ello, se pueden seguir las recomendaciones del Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón en el “Manual de Diseño y Construcción de Pavimentos de Adoquines” (1991), que se reproducen en la Tabla 4.2.5.1.

En pavimentos urbanos, la evaluación del tráfico debe considerar los diferentes

pesos por rueda, ejes simples o tándem y su frecuencia de operación en el período de diseño. Este análisis se realiza refiriendo el deterioro que produce cada vehículo en el pavimento al de un “eje estándar”, que corresponde a un eje simple con doble rueda, con un peso de 8,2 ton. Los daños equivalentes producidos por diferentes vehículos, referidos al eje estándar, para el cual se consideró un factor 1, se pueden considerar como los mostrados en la Tabla 4.2.5.1.

Tabla 4.2.5.1: Factor de daño según la carga y ejes.



Eje simple Eje tándem

Carga (ton) Factor de daño Carga (ton) Factor de daño 1 0,0002 4 0,0058

2 0,004 6 0,029

3 0,018 8 0,093

4 0,057 10 0,23

5 0,14 11 0,33

6 0,29 12 0,47

7 0,53 13 0,65

8 0,91 14 0,87

8,2 1,00 15 1,15

9 1,45 16 1,48

10 2,21 17 1,89

11 3,24 18 2,37

12 4,59 19 2,95

13 6,32 20 3,62

14 8,50 21 4,40

15 11,20 22 5,30

Fuente: “Manual de Diseño y Construcción de Pavimentos de Adoquines”, Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón, 1991.

Una vez que se determinan los ejes estándar equivalentes para el período de diseño, que normalmente es de 20 años, se define la curva de tránsito correspondiente, de acuerdo con la siguiente Tabla 4.2.5.2 la cual permite obtener una guía general de clasificación de calles si no se dispone de información previa. Para mayores detalles, el proyectista debe referirse al citado manual.

Tabla 4.2.5.2: Curva de tránsito y ejes estándar equivalentes.

Curva de Descripción de uso de cada pavimento Ejes estándar tránsito equiv. en 20 años de servicio T5 Patios, terrazas, veredas peatonales, plazas, pabellones de exposiciones, áreas alrededor



de piscinas, pistas de bicicletas. 0 T4 Entradas en conjuntos habitacionales. Estacio- namientos (sólo autos), calles o pasajes residenciales con menos de 15 vehículos comerciales/día. (1) 0-4,5×104 T3 Vías locales, calles residenciales (15 a 50 vehículos comerciales/día). Estaciones de servicio, estacionamientos comerciales. 4,5×104- 1,4×105 T2 Vías colectoras (50 a 150 veh. com./día). Terminales de buses, patios de almacenamiento, pisos en industrias livianas. 1,4×105- 4,5×105 T1 Vías principales, avenidas importantes (2) (150 a 500 veh. com./día). Acceso de áreas industriales. 4,5×105- 1,4×106 T0 Vías expresas, vías intercomunales importantes, avenidas (2) (500 a 1500 veh. com./día). Estacionamientos en áreas industriales con tránsito de camiones solamente. (3) 1,4×106- 4,5×106

(1) Vehículo comercial se define como aquel de más de 3 ton. brutas. (2) Límite de velocidad 65 km./h. (3) Se excluye entrada de cargadores frontales pesados.

Fuente: “Manual de Diseño y Construcción de Pavimentos de Adoquines”, Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón, 1991.

Carpeta de rodado. Existen varios tipos de elementos diferentes que pueden componer la superficie de los pavimentos celulares: bloques rugosos individuales y bloques enrejados con diferentes figuras formando aberturas. Las celdas de los pavimentos celulares deben ser llenadas con arena gruesa o arena limosa o maicillo para formar una superficie lisa y firme. También se pueden llenar con tierra vegetal para sembrar pasto.

Figura 4.2.5.6: Ejemplos de elementos prefabricados para pavimentos celulares.



En paseos peatonales, veredas, parques y zonas sin tránsito vehicular la carpeta de rodado puede consistir en una capa de 5 cm de maicillo compactado. Esto puede ser útil en zonas donde no es recomendable o posible el empleo de pasto para llenar los huecos del pavimento celular.

Cama de arena. Tiene por función servir de base para la colocación de los bloques de pavimento y proporcionar material para el relleno de los huecos. Debe tener un espesor mínimo de 3 cm una vez compactada. En el “Código de normas y especificaciones técnicas de obras de pavimentación” (MINVU, 1994, sección 6.2.3.4) se entregan algunas normas de diseño para este estrato que son válidas para los pavimentos celulares.

Filtro granular superior o base. El filtro granular debe tener como mínimo 10 cm de espesor, y estará formado por gravilla de 0,3 cm a 1,9 cm de diámetro, limpia y bien graduada, es decir con una buena proporción de piedras de todos los tamaños dentro del rango indicado. No es conveniente usar un filtro geotextil en este estrato.

Subbase. Normalmente la subbase está formada por gravas chancadas o partidas y limpias, de un diámetro variable entre 3,5 cm y 7,5 cm, es decir formado por gravas o ripios, con un espesor que depende del volumen de almacenamiento requerido y de las condiciones de tránsito.

El espesor mínimo de la subbase debe cumplir una restricción adicional relacionada con el índice CBR de la subrasante y con el tráfico que deberá soportar el pavimento. La Figura 4.2.5.7 reproduce las curvas de diseño para determinar el espesor mínimo de la subbase de material no tratado de acuerdo a la resistencia requerida.



Figura 4.2.5.7: Curvas de diseño para determinar el espesor de la subbase. Los valores de T0, T1, T2, ..., T5 corresponden al volumen de tránsito según la Tabla 4.2.5.2.

La distancia mínima entre el fondo de la subbase y la napa freática o un estrato impermeable deberá ser al menos de 1,2 m.

Selección de una lluvia de diseño. Se recomienda dimensionar el volumen de almacenamiento de la subbase seleccionando una lluvia de diseño del mayor periodo de retorno entre los siguientes:

T=5 años, si hacia aguas abajo existe una red de drenaje bien desarrollada.

T=10 años, si hacia aguas abajo no existe una red de drenaje bien desarrollada.

Sin perjuicio de lo anterior, la Municipalidad donde se ubique la obra, o el SERVIU correspondiente, podrán requerir periodos de retorno diferentes a los indicados, de acuerdo a las condiciones del lugar o de servicio de la obra.

Dada una lluvia de diseño el volumen de almacenamiento se estima como la máxima diferencia entre el volumen acumulado de aguas lluvias que recibe la subbase y el volumen acumulado infiltrado.

Tasa de infiltración. La tasa de infiltración del terreno debe estimarse en base a ensayos en terreno realizados por un laboratorio autorizado, tomando el promedio de los valores obtenidos en diferentes lugares representativos, de ensayos realizados al nivel de la subrasante de acuerdo al método estándar (ver



3.2.2b). Si la tasa de infiltración se estima en base a una descripción del suelo y no se mide mediante ensayos en terreno, considere para efectos de diseño, la mitad del valor estimado.

Volumen afluente acumulado. Se recomienda determinar el volumen a infiltrar acumulado para una lluvia de período de retorno de T años como el generado por las intensidades medias, de acuerdo a la curva IDF correspondiente. Es decir, el volumen acumulado de agua lluvia, Vafl, en metros cúbicos, para un tiempo t , en horas, se calcula como:

Vafl(t) =1,25* 0.001 C It A t = 0,00125 C A PtT (4.2.4.1)

donde C es el coeficiente de escurrimiento superficial del área total aportante A (metros cuadrados), It es la intensidad de la lluvia de período de retorno T y duración t, en mm por hora, y t es el tiempo acumulado en horas. Además Pt

T corresponde a la precipitación acumulada en el tiempo t para la lluvia de periodo de retorno de T años. El valor de Vafl en función de t se denomina “curva de recarga”. Se recomienda multiplicar por un factor de seguridad de 1,25 el volumen acumulado para considerar la porción de lluvia que cae antes y después de la porción más intensa de la tormenta, no incluida en las curvas IDF.

Volumen de almacenamiento. Para calcular el volumen de almacenamiento, Valm necesario del pavimento poroso se estima el volumen acumulado que puede ser drenado con la tasa de infiltración estimada en función del tiempo. Se puede determinar gráficamente como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia o volumen de recarga Vafl(t) y el volumen acumulado infiltrado Vinf(t), ambos en función del tiempo. Este último, en metros cúbicos, esta dado por:

Vinf (t) = 0,001 Cs f Ae t (4.2.4.2)

donde f es la capacidad de infiltración del suelo en mm por hora, Ae el área del pavimento poroso, en metros cuadrados, y t el tiempo acumulado, en horas. Cs es un coeficiente de seguridad que afecta la capacidad de infiltración dependiendo de las propiedades del agua y las condiciones de mantenimiento, que toma en cuenta los efectos de la colmatación en el tiempo que experimenta el suelo. Se recomienda calcularlo según el siguiente procedimiento:




Sí No


1 3/4

Sí No


3/4 1/3

Sí No

El volumen de almacenamiento necesario se calcula como:

V alm = Max ( Vafl(t) - V inf(t)) (4.2.4.3)

Si la tasa de infiltración del terreno es siempre mayor que la lluvia, incluso que la de menor duración, entonces no se requiere un volumen de acumulación en la subbase, sino que bastará con la superficie de contacto con la subrasante para la infiltración.

El espesor necesario de la subbase es:

e= Valm /( pAe) (4.2.4.4)

donde p es la porosidad del material de la subbase, considerado como 0,3 para efectos de diseño.

El espesor definitivo de la subbase será el mayor entre el requerido por condiciones de tránsito y de almacenamiento.

Tiempo de vaciado. Se recomienda que el tiempo máximo de vaciado del volumen almacenado en la subbase, sea inferior a 48 horas. Este tiempo máximo (en horas) se puede estimar como:

ms

st

p eC f

=

(4.2.5.5)

donde es es el espesor definitivo asignado a la subbase en milímetros, f es la tasa de infiltración del suelo o de la subrasante (en mm/hora), Cs es el coeficiente de seguridad adoptado, y p es la porosidad del relleno de la subbase, normalmente igual a 0,3.

Drenes. En el caso de pavimentos que no infiltran las aguas lluvias en el lugar es necesario instalar drenes en el fondo de la subbase. Estos drenes, normalmente tuberías de PVC perforadas, se colocan en una zanja rodeada de un filtro geotextil, para prevenir el ingreso de partículas, tal como se muestra en el esquema siguiente:



Figura 4.2.5.8: Tubería perforada para funcionar como dren. 1.- Pavimento, 2.- Filtro de arena, 3.- Subbase, 4.- Membrana impermeable, 5.- Subrasante, 6.- Tubería perforada o dren, 7.- Geotextil.

También se pueden instalar drenes para mejorar la evacuación en un pavimento que infiltra. En este caso los drenes se ubican en la parte superior de la subbase, inmediatamente bajo el filtro granular, rodeados de geotextil, como se ilustra en el siguiente esquema:

Figura 4.2.5.9: Drenes en un pavimento filtrante. 1 a 7 como en la Figura 4.2.5.8.

Filtro granular inferior o filtro geotextil. Este estrato tiene la función de evitar el paso de materiales finos hacia la subbase. Se puede utilizar un filtro geotextil o un filtro granular, que se diseñará de manera similar al filtro granular superior. Si la obra no ha sido diseñada para la percolación, este filtro se reemplaza por una membrana impermeable. Se recomienda emplear



geotextil de materiales sintéticos, no tejidos, de permeabilidad al menos igual a 10 veces la permeabilidad de la subrasante para pavimentos que filtran.

Subrasante. La subrasante de suelo nativo se deberá excavar evitando que el suelo original sea compactado, para conservar su capacidad de infiltración. Debe dejarse limpia de elementos sobresalientes para apoyar sobre su superficie el geotextil o la membrana.

f. Detalles. Se consideran los elementos adicionales necesarios para que la obra opere adecuadamente según las condiciones del lugar y los otros usos que se le han asignado.

Zarpas o separadores. En los pavimentos celulares se deben colocar paredes de concreto verticales para separar los bloques porosos y cortar el flujo horizontal de agua. El espacio entre las paredes debe ser tal que la distancia a lo largo de la subbase de pendiente S0 no exceda Lmax dado por:

maxLe

2 Ss

0= (4.2.5.6)

donde es es el espesor de la subbase en metros y S0 la pendiente longitudinal en tanto por uno.

Figura 4.2.5.10: Disposición de separadores en terrenos con pendiente. 1.- Superficie del pavimento, 2.- Separadores, 3.- Subbase, 4.- Subrasante, So : Pendiente, es: espesor de la subbase, Lmax: distancia máxima de los separadores.

Cunetas, soleras y bermas. Debe completarse el diseño de la sección transversal con las cunetas, soleras y bermas de acuerdo a las condiciones de servicio. Considerar la forma en que se alimenta de agua el pavimento, de manera que esta escurra sobre toda la superficie en forma pareja, y pueda recibir el flujo desde las superficies laterales que drena. Para ello es posible considerar soleras discontinuas en los bordes que recibe el agua.

Limites de la zona drenada. Es conveniente limitar la zona drenada por el pavimento celular de manera que no lleguen a él flujos excesivos desde otras



zonas no consideradas en el diseño, o flujo de agua de mala calidad, con sedimentos y aceites. Para ello lo ideal es que los límites de la cuenca aportante correspondan a la divisoria de aguas del sector de manera natural, sin que sea necesario entonces la materialización de ello mediante obras especiales. Si es necesario se puede recurrir a soleras, solerillas, terraplenes, levantar el eje de las calzadas, levantar las veredas, y asignar pendientes a las superficies que definan claramente la dirección de los escurrimientos hacia el exterior del pavimento celular.

Flujo superficial. Con el propósito de diseñar los sistemas de drenaje ubicados aguas abajo del pavimento celular, se puede asumir que las áreas del pavimento permeable son en un 30% impermeables, cuando la infiltración hacia el subsuelo es posible, y en un 60% impermeables, si no es posible en el lugar y el pavimento tiene un sistema de drenaje para evacuar el área infiltrada.

g. Construcción. Los pavimentos celulares para ser usados como elementos de drenaje demandan un control y una instalación más rigurosa que la tradicional. En todo caso deben seguirse las recomendaciones de construcción propuestas para los pavimentos normales de adoquines y agregarse las que se mencionan a continuación de manera de asegurar que adicionalmente satisfagan las condiciones de permeabilidad e infiltración que los hacen útiles para el drenaje urbano. Se recomienda adoptar las indicaciones de construcción elaboradoras por el I.Ch.C. y H. en su Manual de Diseño y Construcción de Pavimentos de Adoquines, (1991).

Precauciones para evitar la colmatación en la fase de construcción. Es conveniente impedir todo aporte de tierra durante la construcción, para lo cual se deben aislar del pavimento las superficies que aportan los finos (áreas verdes, zonas con tierra) y proteger las entradas de agua durante la construcción, utilizando un relleno y un filtro geotextil, evitando que la obra entre en operación antes que se encuentre totalmente terminada. Es conveniente evitar el tránsitos de personas y materiales sobre la obra misma en sus diferentes etapas.

La colocación de la carpeta de rodado del pavimento celular debe ser realizada una vez que la construcción de las viviendas haya finalizado, y en lo posible cuando las áreas verdes de la zona aportante al pavimento se encuentren con vegetación desarrollada. Las zonas impermeables que aportan agua hacia los pavimentos también debieran encontrarse terminadas.

En ningún caso debe permitirse la acumulación de materiales sobre los pavimentos celulares terminados, y menos aún la realización de faenas de construcción sobre ellos, como elaboración de morteros u hormigones.

Control de las dimensiones. Además de las condiciones necesarias para que el pavimento se comporte bien desde el punto de vista estructural es importante respetar las dimensiones estimadas a partir del estudio hidráulico para que se



satisfagan las condiciones de infiltración y almacenamiento. Ello se traduce en un control de la altura o espesor de cada uno de los estratos de diferentes materiales colocados en terreno. También es necesario un control de las pendientes. Un aumento de la pendiente reducirá el volumen de almacenamiento.

Control de la calidad de los materiales. Adicionalmente a las propiedades de calidad de los materiales de la superficie de rodado, ya sea que se trate de adoquines o elementos de cemento, los materiales utilizados para el almacenamiento en un pavimento celular deben cumplir diferentes requisitos. Debe asegurarse que se encuentran limpios y lavados antes de su colocación de manera que estén libres de material fino que puede formar una capa impermeable una vez que la obra entra en servicio. Para efectos prácticos deben tener menos de un 2% de finos que pasen por el tamiz de 0,02 mm. Además se debe poner atención a la porosidad eficaz, con el fin de evitar una reducción del volumen de almacenamiento, asegurándose que sea al menos igual al 30%. Es recomendable controlarla y medirla en las condiciones de colocación del material de la base y la subbase del pavimento. Los materiales granulares deben poseer una dureza que asegure que no se desmenuzarán durante la colocación y vida útil de la obra, ni menos que se disolverán por la acción de la humedad. Para ello debe verificarse que el porcentaje de pérdida de masa en un ensayo de desgaste por el método de la máquina de Los Ángeles sea menor que 35% de acuerdo a la Norma Chilena Nch1369. Se debe controlar la granulometría de los materiales utilizados para la subbase y filtros de grava, y evitar la presencia de finos. Para ello es recomendable efectuar ensayos del material antes de su colocación y compararlos con curvas granulométricas de aceptación construidas en base a las recomendaciones de diseño.

Precauciones durante las diferentes etapas de construcción. A continuación se mencionan algunas precauciones especiales que deben considerarse en la confección de los diferentes estratos de un pavimento celular o en la colocación de los elementos que lo conforman.

El retiro del material superficial, capa de terreno vegetal o suelo no utilizable, debe hacerse sin compactar en exceso la subrasante del pavimento. Este material de desecho debe retirarse evitando que los finos escurran hacia la excavación.

La excavación del volumen de almacenamiento no debe compactar la subrasante. En lo posible debe limitarse el tránsito sobre la base excavada y no permitir el ingreso de agua ni material fino.

La colocación en terreno de los filtros geotextiles requiere algunos cuidados especiales. Entre otros se debe verificar el correcto recubrimiento de las telas de geotextil y su instalación en la obra, evitar los desgarros del material debidos a enganches en máquinas de la construcción o asperezas en el terreno.



Evitar la presencia de finos que provoquen una colmatación prematura del geotextil.

Si se utiliza geomembrana se debe vigilar que no sean expuestas al sol ni a la interperie durante más de una semana ni que sean sometidas a perforaciones. Para ello es recomendable que se realice un mínimo de desplazamientos para evitar su deterioro, así como cuidar que el despliegue e instalación de la geomembrana se realicen correctamente, cuidando que se haga en las condiciones climáticas óptimas, dependiendo del tipo de geomembrana escogida.

En caso de consultarse drenes, se debe controlar la pendiente y alineación del dren durante su instalación. Para evitar que el dren se desplace luego de la puesta en marcha de la obra, se puede construir una cuneta con el fin de alojar el dren o estabilizar el dren colocando sobre él un montón de piedras del estrato base. En la recepción de la construcción se debe asegurar un buen funcionamiento de los drenes, haciendo pruebas que verifiquen la salida de agua vaciada en grandes cantidades sobre la superficie del pavimento.

Los pavimentos de adoquines requieren de una revisión previa para optimizar el número de adoquines y reproducir el diseño en cuanto a colocación, organización y colorido si corresponde. Los adoquines mismos se ubicarán sobre un lecho de arena. Luego se debe hacer una ligera compactación con un cilindro vibrante o una placa vibrante para estabilizar el conjunto.

Control al final de la realización. Al final de la construcción se deben realizar ciertos controles para verificar el adecuado funcionamiento hidráulico y mecánico del pavimento poroso.

Desde el punto de vista hidráulico es de interés la verificación de la velocidad de infiltración. Para este control es posible utilizar un permeámetro o un drenómetro. En el caso de pavimentos celulares o de adoquines se puede apreciar el comportamiento filtrante extendiendo una cantidad conocida de agua sobre el pavimento y observando su infiltración a través de la superficie.

h. Mantención. Los pavimentos celulares requieren una escasa mantención, pero cuando los estratos superiores sufren colmatación, o la subbase se llena con sedimentos finos, puede ser necesario realizar una costosa reparación. Estos pavimentos presentan la ventaja de que los adoquines pueden retirarse para reparar zonas puntuales y después volverse a utilizar. La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de la obra, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos



que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es del SERVIU. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias urbanas. Sin embargo es necesario que esta responsabilidad quede establecida legalmente en forma clara. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto. A continuación se presenta una guía de la mantención sugerida para los pavimentos celulares y la frecuencia con que ésta debe realizarse diferenciando entre una mantención preventiva y una curativa.

Mantención preventiva. Considera inspecciones, limpieza de las superficies, cuidado de la vegetación y control de los aportes.

Inspección. Inspeccionar áreas representativas del filtro de arena superficial, grava fina y arena limosa. Verificar que el sistema drena y no se acumula agua superficial. Observar el área que drena hacia al pavimento para detectar presencia de sedimentos y basuras.

Rutinaria y durante un evento de tormenta para asegurar que el agua no escurra lejos de la superficie

Mantención del césped. El cuidado del césped, el sistema de irrigación y la profundidad de las raíces deben ser inspeccionadas y mantenidas cuando sea necesario.

Rutinaria, de acuerdo con la inspección.

Remoción de basura y objetos extraños. El material acumulado debe ser removido como una medida de control.

No rutinaria. Cuando sea necesario.

Mantención curativa. Efectuar las reparaciones una vez detectados los problemas.

Reemplazo del estrato filtro superficial. Remover bloques individuales, remover, disponer y reemplazar el filtro superior.

No rutinaria. Cuando se hace evidente que el escurrimiento superficial no infiltra rápidamente a través de la superficie.

i. Ejemplo de Pavimentos Celulares. Se considera la posibilidad de construir un pavimento celular en el patio de estacionamientos de un sector comercial ubicado en la ciudad de Chillán, con la finalidad de drenar las aguas que recibe todo el sector. La superficie total es de aproximadamente 0,67 hectáreas y presenta una pendiente de 1,8%. Las características del uso del suelo son las siguientes:



Estacionamiento: 2150 m2 Techos: 1920 m2 Jardines: 500 m2 Calles y veredas 2160 m2 Total: 6730 m2

Los antecedentes del terreno indican que la pendiente es pequeña, la profundidad mínima estacional de la napa es de 3 m, y de ensayos de infiltración se obtuvo una tasa media de infiltración de 23 mm/hora. El índice CBR obtenido del ensayo de poder de soporte California fue de 12.

Factibilidad. La instalación de un pavimento celular en este sector es factible, dado que se cumplen las siguientes condiciones: pendiente menor que 5%, tasa de infiltración mayor que 13 mm/hora y superficie impermeable equivalente del área a drenar menor que el doble del área del pavimento poroso. El área total a drenar está dentro del orden de magnitud de los tamaños recomendados ya que es inferior a 40.000 m2. La condición impuesta para la profundidad de la napa (mayor que 1,2 m bajo la subbase) impone una restricción al espesor total del pavimento celular, el que deberá tener un valor máximo de 1,8 m.

Dimensionamiento. Consiste fundamentalmente en determinar el espesor de la subbase para el almacenamiento del agua que se infiltrará a través de su superficie. Para este ejemplo se considera una lluvia de diseño de cinco años de período de retorno.

Subbase y volumen de almacenamiento. El volumen de almacenamiento, Valm, se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua lluvia, Vafl (t), para una lluvia de cinco años de periodo de retorno, y el volumen acumulado infiltrado, Vinf (t).


V t C A I t C A Pafl t t( ) , ,= =0 001 0 001 5 (4.2.5.7)

donde A es el área total drenada, 6730 m2 en este caso, C es el coeficiente de escorrentía de toda el área aportante, calculado ponderando las diferentes áreas del suelo como:

C = (C1 Atechos + C2 Ajardin + C3Acalles + C4 Apavimento )/A (5.3.5.8)

Los coeficientes de escorrentía C1 , C2 , C3 y C4 se obtienen de la Tabla 3.1.2.7 propuesta en el Capítulo de Hidrología, y resultan: C1 = 0,9; C2 = 0,3; C3 =0,8 y C4 =1. Reemplazando, se obtiene que el coeficiente de escorrentía es C = 0,86.

Pt5 es la lluvia correspondiente a un período de retorno de 5 años y duración t,

variable desde unos pocos minutos hasta 24 horas o más si es necesario para



determinar el volumen máximo de almacenamiento. Se estima en base a la precipitación de 10 años de periodo de retorno y 24 horas de duración y los coeficientes de duración y frecuencia correspondientes como:

(4.2.5.9) P P CD CFt t5

2410 24

10511= ,

donde P corresponde a la precipitación máxima para 10 años de período de retorno y 24 horas de duración, que se obtiene de la Tabla 3.1.2.2 propuesta en el Capítulo de Hidrología para precipitaciones máximas diarias en las ciudades de Chile, o de la publicación de la DGA sobre Precipitaciones Máximas en 24, 48 y 72 horas. Para Chillán tiene un valor de 107,3 mm.

2410

corresponde al coeficiente de frecuencia para transformar la precipitación de 10 años en otra de 5 años de período de retorno, es el que se obtiene de la Tabla 3.1.2.4 de coeficientes de frecuencia del Capítulo de Hidrología y arroja un valor de 0,88 para la ciudad de Chillán.

105CF


tCD24

Entonces, reemplazando en la ecuación (4.2.5.9) se observa que la precipitación de 5 años de periodo de retorno y duración t, para t entre 24 horas y una hora, está dada por:

P CD CDt t t5 24 2411 0 88 107 3 103 9= = ≥, * * , * , , * para 24 hora t 1 hora≥

m

≥

En particular para lluvias de una hora de duración el coeficiente en Chillán es 0,170 según la Tabla 3.1.2.3, con lo cual se obtiene:

P m15 103 9 0 170 17 7= =, * , ,


P CDt t5 117 7= ≥, * para 1 hora t 0

Con estos valores se calcula el volumen afluente acumulado al pavimento hasta el tiempo t con la expresión 4.2.5.7 como:

V t P PaflA t t( ) , * , * * , *= =0 001 0 86 6730 5 795 5


(4.2.5.10) V t f A tpinf ( ) ,= 0 001 C s

donde f es la tasa de infiltración de diseño que corresponde a la del terreno, Cs un factor de seguridad que en este caso se estima en 0,75 ya que el afluente será de buena calidad pero no habrá una mantención regular. Ap es el área filtrante



del pavimento celular, 2150 m2 en este caso. Esto conduce a que el volumen infiltrado se calcule como:

Vinf(t) = 0,001*0,75*23*2150*t = 37,1 *t

donde t es el tiempo acumulado en horas. Los valores obtenidos para los coeficientes de duración, las precipitaciones y lo volúmenes resultantes del agua afluente al pavimento y el agua infiltrada, así como el volumen almacenado en la subbase del pavimento para distintas duraciones se presentan a continuación:


(horas, min.) (*) (mm) (m3) (m3) (m3) 0h 0m 0,000 0,0 0,0 0,0 0,0 0h 5m 0,307 5,4 31,2 3,1 28,1 0h 10m 0,460 8,1 46,9 6,2 40,7 0h 20m 0,642 11,4 66,0 12,4 53,6 0h 30m 0,764 13,5 78,2 18,6 59,6 0h 40m 0,858 15,2 88,0 24,7 63,3 1h 0,170 17,7 102,5 37,1 65,4 2h 0,240 24,9 144,2 74,2 70,0 4h 0,360 37,4 216,5 148,4 68,1 6h 0,440 45,7 264,6 222,6 41,5 8h 0,520 54,0 312,7 296,8 15,9 10h 0,600 62,3 360,7 371,0 -10,3 12h 0,670 69,6 403,0 445,2 -42,2 (1) Para menos de una hora el coef. es en relación a la lluvia de 1 hora. Para más de una hora en relación a la de 24 horas.

Se puede apreciar que el valor máximo de almacenamiento corresponde a 70,0 m3 que se acumulan a las 2 horas. En la Figura 4.2.5.11 siguiente se muestra la estimación gráfica del volumen de almacenamiento, obtenido como la diferencia máxima entre el volumen afluente acumulado y el volumen infiltrado acumulado.



0

100

200

300

400

500

0 5 10 15 20

Tiempo, horas

Volu

men

acu

mul

ado,

m3


Vol. Infiltrado acumuladoV Alm.

Figura 4.2.5.11: Estimación gráfica del volumen de almacenamiento.

El volumen de la subbase del pavimento Vsubbase que puede almacenar este volumen de agua Valm se puede calcular considerando una porosidad p = 0,30 mediante la expresión:

Vsubbase = Valm/p =70,0/0,3 = 233,3 m3

y el espesor de subbase es como

es = Vsubbase / Asubbase = 233,3/2150 = 0,11 m

donde Asubbase es la superficie del pavimento celular igual a 2150 m2. Desde el punto de vista del drenaje el espesor necesario de la subbase del pavimento resulta entonces de 11 cm.

Análisis de tránsito. Desde el punto de vista del tránsito el estacionamiento en el cual se colocará el pavimento celular corresponde a la curva T3. Para esta curva con un CBR de 12%, se requiere que la subbase tenga un espesor mínimo de 100 mm. Entonces se adoptará para el diseño un espesor de la subbase de 110 mm que satisface tanto los requisitos de drenaje como los del tránsito.

Tiempo de vaciado. El tiempo máximo de vaciado del volumen de almacenamiento en la base debe ser inferior a 48 horas y se estima como:

ms

st

p eC f

= = = <

Horas0 3 1100 75 23

1 9 48, *, *

,



Superficie del pavimento y filtros granulares. La superficie de rodado del pavimento celular estará formada por una capa de elementos prefabricados de cemento del tipo rejilla hexagonal con aberturas rectangulares, de 6 cm de espesor. Los huecos se llenarán con arena y tierra de hojas para sembrar pasto en ellos. El sistema requerirá riego eventual durante el verano.

En los planos adjuntos se muestran los detalles para esta obra, incluyendo su ubicación, planta, y perfiles constructivos.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto para la construcción del pavimento celular del ejemplo.

Ítem Descripción Unidad CantidadPrecio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, incluye el descepe y limpieza del terreno, a profundidad menor de 1m. Puede hacerse con máquina. El fondo de la excavación a nivel de la subrasante debe quedar limpio y nivelado. m3 911,0 0,308 280,588 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 911,0 0,06357,393 3 Suministro y colocación de geotextil según especificaciones de proyecto m2 3061,0 0,096 293,856 4 Suministro y colocación de grava para la subbase. Colocado en una capa de 11 cm extendido con motoniveladora sobre el geotextil, y compactado con rodillo. m3 23,8 0,117 2,785 5 Suministro y colocación de material de filtro granular de arena gruesa, colocado en una capa de 5 cm extendido y compactado con placa. m3 54,0 0,28115,174

6 Suministro y colocación de adoquines huecos prefabricados de hormigón de cemento tipo rejilla hexagonal con aberturas rectangulares. m2 2160,0 0,446 963,360 7 Tierra de hojas para sembrar pasto en las aberturas de las rejillas del pavimento. m3 65,0 1,01966,235 8 Suministro y colocación de semilla para césped. Se incluye sembrado, riego y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 1080,0 0,104 112,320



9 Hormigón de 212,5 kg. de cemento por metro cúbico colocado en zarpas sin moldaje de acuerdo a la ubicación asignada en los planos. m3 27,0 3,720 100,440 10 Soleras prefabricada de hormigón tipo A de 30 cm de alto, colocadas apoyadas sobre una cama de hormigón. m 210,0 0,529 111,090 11 Soleras discontinuas prefabricadas en hormigón colocadas sobre el pavimento celular, alineadas. m 57,0 0,167 9,519 Total 2012,760 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al

7 de Octubre de 1996). Según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.




4.3. 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 escorrentía, ya que sólo 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. Además necesitan espacios generosos.

Si se considera en términos estrictos prácticamente todas las obras alternativas necesitan un cierto volumen de almacenamiento. Se denominan entonces como obras de almacenamiento las que sólo actúan de esta forma, sin capacidad de infiltración de las aguas que reciben. Presentan como ventaja su gran efectividad en reducir los caudales máximos y la posibilidad de emplearlas para otros fines, especialmente recreativos. Como desventaja están las necesidades de espacio.

Como obras de almacenamiento se consideran estanques y lagunas. En ambos casos se trata de obras superficiales, construidas sobre la superficie del terreno, aguas abajo de la zona a la cual sirven, de la cual reciben las aguas lluvias que escurren superficialmente o conducidas mediante colectores locales. Los estanques están normalmente vacíos y se llenan de agua sólo durante las lluvias. Las lagunas están normalmente llenas de agua y se ocupa la parte superior para almacenar aguas lluvias. En ambos casos se puede hablar de almacenamiento concentrado o difuso, dependiendo de las alturas de agua con que operen.

Estas obras pueden operar en serie hidráulica con otras obras alternativas, como es el caso de obras de infiltración, o canales de drenaje urbano. De esta manera 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.


4.3.1. ESTANQUES DE RETENCIÓN

a. Descripción. 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 crecidas, con elementos que permiten su empleo en zonas urbanas. Estos estanques se consideran del tipo secos ya que, en general, no tienen una zona permanentemente llena de agua, y si la tienen, es de tamaño reducido.

El objetivo fundamental de estos estanques es reducir los caudales máximos hacia aguas abajo. 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 y poder emplear la mayor parte de la superficie del estanque con otros fines durante el periodo entre tormentas. Desde el punto de vista público son también importantes estos fines secundarios, de manera que en el diseño es indispensable prestar especial atención a los elementos relacionados con el paisajismo y los otros usos. 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 otras obras alternativas de control de aguas lluvias en zonas urbanas.

Frente a los cinco objetivos básicos propuestos para las obras alternativas de drenaje urbano el comportamiento de los estanques de retención es el siguiente:



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, como se ilustra gráficamente en el esquema de la Figura 4.3.1.1.

Figura 4.3.1.1: 1.- Manzanas de la zona urbanizada, 2.- Área verde, 3.- Red

interior de drenaje (opcional), 4.- Estanque de retención, 5.- Conexión a la red general de drenaje.

Estos estanques están formados por una serie de elementos básicos cuya disposición general se ilustra en la Figura 4.3.1.2.

Figura 4.3.1.2: Esquema de los elementos principales de un estanque de regulación. 1.- Entrada, 2.- Disipador de energía (opcional), 3.- Sedimentador (opcional), 4.- Zona compatible con otros usos, 5.- Canal de flujos bajos, 6.- Zona inferior, 7.- Obra de descarga, 8.- Vertedero de seguridad, 9.- Conexión a red de drenaje.

Las fotografías siguientes ilustran ejemplos de estanques de retención en Estados Unidos.



Figura 4.3.1.3: Ejemplo de estanque de retención como parque a lo largo de una calle, Fort

Collins, E.E. U.U.

Figura 4.3.1.4: Estanque de retención de un sólo nivel en Fort Collins, Colorado, EE.UU.

Figura 4.3.1.5: Estanque de retención con un muro vertical en Fort Collins, E.E.U.U.

Las figuras siguientes ilustran ejemplos adicionales de estanques de retención en Estados Unidos y en Francia.



Figura 4.3.1.6: Estanque de retención en Liourat, Francia. Los gastos menores pasan por un ducto subterráneo (3) bajo la cancha.

Figura 4.3.1.7: Estanque de retención en Denver, EE.UU. con canchas y estacionamientos.

Figura 4.3.1.8: Estanque de retención en un parque de Chicago, EE.UU. usado como área de recreación. Los flujos bajos pasan por un desvío lateral subterráneo (3).

Figura 4.3.1.9: Estanque de retención en Chemin de Cleres, Francia, construido en una hondonada cubierta de pasto.

b. Ventajas e inconvenientes. Además de reducir los caudales máximos y de mejorar la calidad de los efluentes, pueden diseñarse de manera de proporcionar beneficios adicionales por otros usos. Entre ellos se puede



considerar el aprovechamiento de espacios abiertos para recreación y paisajismo.

Como una ventaja adicional al control de crecidas la retención del agua lluvia durante tiempos prolongados en el estanque, del orden de 12 a 36 horas, puede tener efectos deseables en la calidad del efluente, debido a que la remoción de sólidos suspendidos y metales puede ser de moderada a alta, mientras la remoción de nutrientes es de moderada a baja. Si en el diseño se considera una pequeña zona con una laguna permanente se hace más eficiente la remoción de contaminantes solubles, así como también si se considera una canalización para flujos menores. El principal actor para controlar la remoción de contaminantes es el tiempo de vaciamiento proporcionado por el diseño de los elementos de evacuación. Metales, grasas, aceites y algunos nutrientes, tienen afinidad por los sedimentos suspendidos de manera que son removidos parcialmente por sedimentación.

Debido a que son diseñados para vaciarse lentamente, sus fondos y las partes más bajas son inundados frecuentemente y por periodos de tiempo relativamente prolongados, dependiendo de la frecuencia de lluvias en el lugar. En estas zonas frecuentemente inundadas los pastos tienden a morirse, prevaleciendo especies que pueden sobrevivir a estas condiciones. Adicionalmente el fondo es el depósito de todos los sedimentos que precipitan en el estanque. Como resultado el fondo puede estar barroso y presentar apariencias indeseadas. Para reducir estos inconvenientes y mejorar la capacidad del estanque para otros usos, como recreación pasiva, 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.

c. Procedimiento de diseño. El procedimiento de diseño para este tipo de obras considera tres etapas. Un análisis de factibilidad de la obra de acuerdo a las condiciones locales, en segundo lugar el dimensionamiento de los elementos principales y finalmente el diseño de los elementos de detalle. A continuación se plantea lo que debiera considerarse en cada una de estas etapas para el caso de un estanque de retención.

Factibilidad. En base a los antecedentes que consideran las condiciones climáticas, las características del suelo, la existencia de agua subterránea, las propiedades de la urbanización, incluyendo la disponibilidad de espacio, sus destinos y tipo, así como el comportamiento esperado de los usuarios y vecinos, se debe decidir si es conveniente recurrir a un estanque de retención para amortiguar el efecto de las aguas lluvias.



Para decidir la factibilidad del estanque de retención reúna los siguientes antecedentes:

Plano de ubicación de la obra, en el cual se indiquen la comuna, calle y número si corresponde o su relación a calles cercanas. Límites de las áreas aportantes de agua, ubicación del estanque y sector al cual rebasa.

Certificado de la municipalidad respectiva en el cual se indique que el emplazamiento del estanque no presenta inconvenientes de acuerdo al Plano Regulador Comunal para el uso del suelo con esos fines.

Certificado del SERVIU indicando las condiciones de descarga y evacuación hacia aguas abajo autorizadas para el estanque en ese lugar. Deberá indicarse si se autoriza alguna de las siguientes posibilidades: a) descarga a una zona con red de drenaje desarrollada, b) descarga a una zona sin red de drenaje desarrollada, c) Limitaciones de descarga según capacidad a determinar por el proyectista.

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento del estanque requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando este no sea el ejecutor de la obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la autoridad pública o fiscal.

Dimensionamiento. El dimensionamiento de los estanques de retención y de sus elementos principales requiere disponer de las características del terreno y del suelo base, así como también de estudios hidrológicos e hidrogeológicos. Además de los antecedentes mencionados en la Factibilidad para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes:

Plano a una escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan al estanque y la naturaleza de cada una.






Hidrología. Estimar los gastos máximos de las crecidas de periodo de retorno entre 2 y 200 años afluentes al lugar, tanto en condiciones naturales como totalmente urbanizadas. Se requiere conocer el uso del suelo, las características de las lluvias, la topografía del sector, y el proyecto de urbanización.

Terreno. Disponibilidad de espacio, elementos de la red de drenaje natural del sector. Existencia de redes de colectores hacia aguas abajo. Límites de la zona y el comportamiento de las aguas lluvias que pueden llegar por escurrimiento superficial. Estimar la capacidad máxima de descarga o evacuación del sistema hacia aguas abajo, la forma en que se realizará la descarga y sus efectos.

Volumen del estanque. Con los antecedentes disponibles se procede a determinar el volumen de almacenamiento necesario del estanque. Se determinan los volúmenes del nivel inferior y el superior. Establecer las cotas de fondo de cada nivel así como de los umbrales de los elementos de descarga, evacuación y entrada. Hacer un diseño en planta del estanque que considere los volúmenes mencionados de acuerdo al espacio disponible y los usos que se le darán a los terrenos adicionales al control de aguas lluvias. Establecer las curvas de volumen almacenado y de área inundada en función de la altura de agua en el estanque.

Descarga. Seleccionar un diseño para el elemento de descarga y proceder a su dimensionamiento para la crecida de diseño. Seleccionar un diseño para el evacuador de crecidas y proceder a su diseño. Determinar la curva de descarga en función de la altura de agua en el estanque, considerando ambos elementos.

Verificación de los volúmenes de almacenamiento necesarios procediendo a realizar un rastreo de las crecidas de diseño de los elementos de vaciamiento, descarga y evacuación, con las propiedades disponibles. Realizar los cambios necesarios en los elementos de descarga y evacuación.

Diseño de detalle. El diseño de detalle normalmente se traduce en los planos para la construcción de la obra y todos sus elementos complementarios. En esta etapa se debe proceder al diseño y dimensionamiento de las obras auxiliares como son la de entrada y su disipador de energía, si es necesario, el desarenador, el canal de flujos bajos y su entrega a la zona inferior, los muros del estanque, los caminos de acceso para la mantención del estanque y su



operación, la colocación de barandas, rejas, letreros. También debe considerarse la vegetación, necesidades de plantación, el riego y otros requisitos. Además deben agregarse todos los elementos necesarios para el empleos del lugar con propósitos múltiples como recreación, paisajismo, deportes.

d. Factibilidad y Condiciones generales. Normalmente el espacio requerido para este tipo de estanques es aproximadamente entre un 0,5 a un 2 por ciento del total del área aportante. Pueden instalarse en cualquier tipo de suelos, pero ello debe considerarse en el diseño. Aunque el suelo tenga capacidad de infiltración esas propiedades se verán alteradas una vez que opera el estanque de manera que pueden considerase nulas en el largo plazo. Similarmente los niveles altos de agua subterránea tampoco afectan la selección de este tipo de estanques, aunque ello debe considerarse en las condiciones de diseño. En el caso de zonas con niveles de agua subterránea muy altos es mejor considerar una laguna de retención que puede tener su fondo bajo estos niveles permitiendo manejar zonas permanentemente con agua. Los costos de construcción de estos estanque pueden ser prohibitivos si es necesario realizar grandes excavaciones. Se requieren ensayos de suelos y la confección de calicatas para verificar las condiciones del subsuelo. Es preferible instalarlos en pequeñas depresiones, o en el inicio de quebradas o elementos menores del sistema de drenaje natural.

Como volumen de amortiguación de crecidas de aguas lluvias urbanas en estos estanques se emplea principalmente el que queda sobre el umbral del elemento de descarga, el cual debe diseñarse de manera que sea capaz de evacuar los caudales máximos regulados y entregarlos al sistema de drenaje hacia aguas abajo de manera segura. Además debe proveerse de un vertedero de seguridad para caudales grandes con una revancha o borde libre que evite el vertido del agua por sectores no preparados para ello, evitando las fallas catastróficas.

Debe considerarse la forma en que se evitará que una vez construida la obra le lleguen aportes adicionales de cuencas laterales, por la urbanización de sectores ubicados aguas arriba o por trasvases desde otras urbanizaciones.

e. Dimensionamiento. Determinación del tamaño del estanque y los elementos principales. Los volúmenes comprometidos en un estanque de retención así



como los niveles de las principales obras en relación a ellos se ilustran en la Figura 4.3.1.10.

Figura 4.3.1.10: Volúmenes de almacenamiento: V1.- Crecidas frecuentes, V2.- Crecidas menores, V3.- Crecidas medianas, V4.- Crecidas mayores. Niveles: 1.- Fondo del estanque, 2.- Umbral de la cámara de descarga, 3.- Umbral del vertedero de seguridad, 4.- Muros del estanque.

La Figura 4.3.1.11 muestra un esquema en planta de los elementos que deben considerarse en el diseño de un estanque de retención y la relación que cumplen entre ellos, y en la 4.3.1.12 se muestra un perfil que permite apreciar los niveles de cada elemento en relación a las principales dimensiones del estanque.

Figura 4.3.1.11: Disposición en planta de los elementos típicos de un estanque de retención: 1.- Entrada, 2.- Disipador de energía (opcional), 3.- Zona de sedimentación, (opcional), 4.- Canal para flujo menores, 5.- Zona del nivel superior, para otros usos, 6.- Zona del nivel inferior, para tormentas frecuentes, 7.- Cámara de descarga, 8.- Ducto de descarga y vaciamiento, 9.-



Vertedero de seguridad, 10.- Salida, 11.- Acceso mantención, 12.- Muro de tierra.

Figura 4.3.1.12: Elementos en el perfil longitudinal del estanque: 1.- Entrada, 2.- Disipador de energía, 3.- Sedimentador, 4.- Separador de la zona de sedimentación, 5.- Canal de flujos bajos, 6.- Zona superior, 7.- Zona inferior, 8.- Cámara de descarga, 9.- Vertedero de seguridad, 10.- Muro principal, 11.- Entrega a la red de drenaje.

Geometría del estanque. La forma en planta del estanque debiera considerar una expansión gradual desde la zona de entrada del flujo y una contracción hacia la salida, de manera de evitar el efecto de cortocircuito del flujo en condiciones de diseño. La razón entre el largo del estanque y el ancho máximo no debe ser menor de 2, y cuando sea posible al menos del orden de 4.

Diseño en dos niveles. Se recomienda un diseño con dos niveles del estanque de manera que una parte de él, más profunda, se llene frecuentemente, con lo que se logra minimizar las veces que el agua permanece tiempos prolongados sobre todo el terreno ocupado por el estanque, así como el depósito de sedimentos en todas partes. El nivel superior debe tener profundidades del orden de 0,5 a 1,5 metros con su fondo en pendiente del 2% hacia un canal para flujos bajos. El nivel inferior debe estar 0,4 a 1,0 metros más profundo que el anterior y ser capaz de almacenar del 10 al 25% del volumen mínimo de regulación necesario para la crecida de diseño. Las Figuras 4.3.1.13 y 4.3.1.14 muestran ejemplos de diseño de estanques de uno y de dos niveles.



Figura 4.3.1.13: Ejemplo de un estanque de un sólo nivel, con el canal para flujos menores diseñado por un costado, de manera de maximizar la superficie destinada a otros usos. A.- Nivel de descarga, B.- Nivel de vertido, C.- Nivel de coronamiento de los muros.

Figura 4.3.1.14: Ejemplo de un estanque de retención de dos niveles con el canal para flujos bajos por el centro y la zona inferior junto a la cámara de descarga. A.- Nivel máximo de la zona inferior, B.- Nivel de descarga, C.- Nivel del vertedero, D.- Coronamiento de los muros.



Usos múltiples. Cuando sea posible es conveniente destinar los espacios ocupados por estos estanques a otros fines, como es la recreación pasiva o activa, o hábitat de vida silvestre. Cuando se considere la recreación es indispensable un diseño en dos niveles, así como limitar la inundación del nivel superior a pocas ocurrencias durante un año ( por ejemplo no más de dos en promedio). Generalmente el área ocupada por el volumen mínimo no es recomendable que se emplee para recreación activa, como canchas deportivas, zonas de juegos infantiles o picnic. Incluso esta parte del estanque puede estar frecuentemente llena de agua durante la temporada de lluvias.

Área aportante y coeficientes de escurrimiento. El área impermeable equivalente aportante de la cuenca que drena hacia el estanque se calcula como la suma de las áreas de cada tipo ponderadas por el coeficiente de escurrimiento que les corresponda, de acuerdo a las recomendaciones de la Tabla 3.1.2.7. Para el conjunto conviene calcular un coeficiente de escorrentía como esta suma ponderada dividida por el área total, considerando tanto la situación original previa a la urbanización como la totalmente desarrollada, con el máximo de superficies impermeables, al final del plazo de previsión o de la vida útil de la obra.

Tiempo de concentración. Para seleccionar lluvias de diseño adecuadas es necesario conocer el tiempo de concentración de la cuenca. Este se puede estimar con alguna de las relaciones propuestas en la Tabla 3.1.2.6, seleccionando la que mejor represente las condiciones del lugar. Se debe estimar un tiempo de concentración de la cuenca aportante en condiciones naturales, o previas al proyecto, y otro en condiciones de máximo desarrollo futuro para el fin del plazo de previsión o vida útil de la obra.

Lluvias de diseño. Para dimensionar los volúmenes del estanque y los elementos de entrada, vaciamiento, descarga y vertido hacia aguas abajo es necesario conocer las propiedades de las crecidas que llegan al estanque. Para ello se seleccionan lluvias de diferentes periodos de retorno. Se recomienda emplear las siguientes para los diferentes elementos a dimensionar:

Si hacia aguas abajo existe un sistema de drenaje, natural o artificial, desarrollado:

T=5 años para las lluvias menores.

T=10 años para las lluvias medianas

T=100 años para las lluvias grandes

Si hacia aguas abajo no existe una red de drenaje desarrollada:



T=5 años para las lluvias menores



La autoridad municipal o el SERVIU podrán requerir periodos de retorno diferentes a los indicados de acuerdo a las condiciones del lugar.

Las lluvias de diseño correspondientes se seleccionan con las intensidades de lluvias en el lugar del periodo de retorno respectivo y duración igual al tiempo de concentración de la cuenca aportante.

Crecidas de diseño. Una vez conocidas las lluvias de diseño es necesario estimar las características de las crecidas de diseño correspondientes, incluyendo los caudales máximos, tiempos de ascenso del hidrograma y volumen. Para ello puede emplearse el método racional modificado suponiendo un hidrograma triangular con un tiempo al máximo igual al tiempo de concentración de la cuenca y un gasto máximo, Q en m3/s, dado por:

Q CiA=

3 6, (4.3.1.1)

donde C es el coeficiente de escorrentía equivalente de toda la cuenca de área A, en km2, i la intensidad de la lluvia en mm/hora

Caudal máximo de descarga. El caudal máximo que puede descargar el estanque a través de la obra de descarga depende de las condiciones de aguas abajo, es decir de la capacidad de recibir caudales que tenga el sistema de drenaje, (natural, artificial o inexistente formalmente), hacia el cual el estanque entrega el agua retenida. Este caudal se determinará como el menor entre los siguientes:

El gasto máximo generado por la lluvia de diseño de periodo de retorno correspondiente a lluvias medianas, en condiciones naturales de la cuenca aportante.

La capacidad estimada con que puede operar el sistema de drenaje receptor para tormentas de periodo de retorno de lluvias medianas.

La capacidad de la obra que recibe los gastos descargados si el estanque opera en serie como elemento de regulación de otra obra



alternativa (otra obra de retención, obras de infiltración, canales de drenaje urbano, etc.).

La autoridad municipal o el SERVIU podrán establecer caudales inferiores a los que resulten de los cálculos indicados si así lo recomiendan las condiciones del lugar

Cámara de descarga. Esta permite controlar los caudales que el estanque entrega hacia aguas abajo, de manera que para las tormentas de diseño no se sobrepasen los caudales máximos permitidos. El volumen de almacenamiento del estanque hasta el nivel del umbral de la cámara de descarga permite almacenar las crecidas que llegan a él provocadas por lluvias de periodo de retorno correspondientes a lluvias menores, evacuándolos de manera continua a través del desagüe de fondo.

El fondo de la cámara se coloca a un nivel tal que sea posible vaciar totalmente el estanque mediante el elemento de vaciado. El nivel del umbral de la cámara se determina de manera que bajo él se puedan almacenar las tormentas menores. Las dimensiones interiores de la cámara de descarga deben permitir una adecuada mantención, para lo cual se recomienda que sean al menos de 0,8m, con una altura no superior a 2,0. Para alturas superiores a 1,5m es conveniente disponer de escalines por la parte interior para acceder al fondo.

Existen diferentes alternativas de diseño para la cámara de descarga, la mayoría de ellas en base a una cámara vertical conectada mediante una tubería al sistema de drenaje hacia aguas abajo a través de la cual se vacía continuamente el estanque. Esta tubería pasa bajo el muro principal del estanque. La cámara está abierta en su parte superior de manera que a través de ella puede verter el caudal una vez que el estanque se llena hasta ese nivel. En la pared frontal de la cámara, hacia el estanque, se puede disponer de diferentes elementos alternativos para vaciar totalmente el estanque. Las fotografías siguientes muestran casos típicos.



Figura 4.3.1.15: Cámara de descarga simple.

Figura 4.3.1.16: Cámara con una placa de acero y orificio de descarga controlada.



Figura 4.3.1.17: Cámara con orificio lateral y vertedero superior.

La forma de la cámara depende de la selección y disposición del sistema de vaciamiento del estanque. A continuación se muestran algunas alternativas típicas. En general se trata de un vertedero rectangular, conjunto de orificios, combinaciones de ambos o de una tubería de desagüe externa a la cámara. No se recomiendan sistemas mecánicos como válvulas o compuertas que requieran la acción de operarios durante las tormentas.

Figura 4.3.1.18: Cámara de descarga simple. 1.- Reja de basuras, 2.- Ducto de salida, 3.- Muro principal, 4.- Fondo del estanque.



Figura 4.3.1.19: Cámara de descarga con un orificio de vaciamiento total. 5.- Umbral de la cámara, 6.- Orifico de vaciamiento.

Figura 4.3.1.20: Cámara de descarga con múltiples orificios.

Figura 4.3.1.21: Cámara de descarga con tubo perforado para vaciamiento total. 7.- Tubo perforado, 8- Protección de bolones o enrocados.



Conducto de salida. El conducto de salida desde la cámara de descarga se dimensiona de manera que en las condiciones de descarga máxima, con el estanque lleno hasta el umbral del vertedero de seguridad, no se sobrepase el gasto máximo permitido hacia aguas abajo, considerando una tormenta de periodo de retorno correspondiente a lluvias medianas. El esquema siguiente permite relacionar los principales elementos de la descarga con los niveles del estanque para fines de diseño.

Figura 4.3.1.22: Definición de variables para el diseño del ducto de salida del estanque. A.- Nivel del umbral de la cámara de descarga. B.- Nivel del umbral del vertedero de seguridad. D.- Diámetro del ducto de salida. H.- Carga hidráulica de diseño. L.- Largo del ducto de salida.

Para dimensionar el conducto se puede relacionar el gasto máximo de evacuación, Qevac, con las propiedades del conducto mediante la relación:

Q A gHK

Qevac max=

≤2 1 2/

(4.3.1.2)

donde A, en m2, es el área transversal del conducto en la sección de salida, H, en metros, es la carga hidráulica, considerada como la diferencia de nivel entre el umbral del vertedero de seguridad y el eje de la sección de salida, si descarga libremente, o el nivel del agua a la salida si la descarga es sumergida; K es el coeficiente de pérdida de carga total en el conducto en términos de altura de velocidad de salida (KV2/2g), considerando las pérdidas en la entrada (0,2), la salida (1,0), y la fricción dependiendo de las propiedades del tubo y su largo, de manera que el valor total de K se calcula como:



K f LD

= + +0 2 1 0, , (4.3.1.3)

L es el largo del tubo, en metros, y D su diámetro, también en metros, f es el coeficiente de fricción que depende del material y las condiciones del escurrimiento. Se pueden adoptar los siguientes valores:

Material Factor de fricción, f.

Plástico ( PVC, Duratec) 0,012

Acero 0,015

Cemento asbesto 0,016

Cemento comprimido 0,020

En todo caso para facilitar la mantención se recomienda que el diámetro del tubo no sea muy pequeño, para lo cual se recomiendan los siguientes valores dependiendo de su longitud:

Largo (m) Diámetro mínimo, mm. Menor de 6 m 100 Desde 6 m a 20 m 200 Más de 20 m 300

Si el diámetro del ducto de salida resultante es inferior a los diámetros indicados por mantención es conveniente adoptar este último y restringir la descarga a las condiciones de diseño mediante una placa orificio de área A colocada a la salida de la cámara.

Elemento de vaciado. Se debe diseñar un elemento especial que asegure el vaciamiento total del volumen almacenado bajo el nivel del umbral superior de la cámara en un tiempo razonable, de manera de dejar el estanque disponible para la próxima tormenta, o para que la superficie inundada pueda ser empleada en otros fines durante los periodos entre tormentas. Si no se persigue el tratamiento del agua, por ejemplo la sedimentación de partículas finas, este tiempo de vaciamiento puede ser del orden de 12 a 24 horas. Para vaciar totalmente el estanque después de cada tormenta se recurre a varias posibilidades: orificios, vertederos o tubos perforados, conectando el fondo del estanque con la cámara de descarga. Una alternativa muy utilizada y que ha sido desarrollada especialmente para este tipo de estanques por el Distrito



de Control de Crecidas de Denver, USA, considera una tubería perforada vertical adosada a la pared de la cámara y protegida por enrocados, bolones o una reja, como se indica en la Figura 4.3.1.23.

Figura 4.3.1.23: Cámara de descarga con tubo perforado para el vaciamiento total. Definición de variables y condiciones de diseño. 1.- Fondo del estanque, 2.- Umbral de la cámara, 3.- Reja, 4.- Conducto de salida, 5.- Tubo perforado, 6.- Tapa, 7.- Enrocados.

Este elemento se diseña para vaciar el estanque en 12 horas, considerando que lo entrega a la cámara de descarga. Su gasto máximo debe ser menor que el que evacúa el tubo de descarga. El caudal que puede evacuar este tipo de tuberías, considerando la cámara prácticamente vacía, está dado por la relación (McEnroe et al. 1988):

( )Q

Ac d

gh Qvaciadop

evac=+

<0 612

32 3 2, / (4.3.1.4)

donde: Qvaciado gasto de descarga, menor que la capacidad del conducto de descarga Qevac , m3/s.

Ap Área de todas las perforaciones, m2. c distancia entre las líneas extremas de perforaciones bajo

agua, m. h Altura de agua medida desde la línea inferior de las

perforaciones, m. d distancia entre las líneas de perforaciones, m.



La cantidad total de perforaciones para diferentes diámetros de la tubería se recomienda en la Tabla de la Figura 4.3.1.24. El gráfico de la Figura 4.3.1.25 permite estimar el área total de perforaciones dado el volumen a evacuar y la altura de agua inicial, de manera de vaciar el estanque en 12 horas.


Tapa Rosca conVentilación de 2,5a 7,5 cm deDiámetro.

Perforaciones deDesagüe.

Canería de fierroDuctil o Acero.

DETALLEDIBUJO NO A ESCALA

Columnas

Filas

10 cm

10 cm

Notas: 1: Número mínimo de perforaciones = 82: Diámetro mínimo de las perforaciones =3mm.

Número Máximo de Columnas Perforadas

Diámetro Diámetro de la Perforación (mm)

Tubo (cm)

6 12 18 25

10 6 8 - - 15 8 12 9 - 20 12 16 12 8 25 20 20 14 1030 24 24 18 12

Diámetro de la Área de la Perforación(mm) Perforación (cm2)

3 0,07 6 0,28

10 0,79 12 1,13 16 2,01 18 2,54 22 3,80 25 4,91

Figura 4.3.1.24: Determinación del número de perforaciones en el tubo de vaciamiento total.


4.3.2. LAGUNAS DE RETENCIÓN

10

100

1000

10000

1 10 100 1000

Area de perforaciones requerida por fila (cm2)

Volu

men

Alm

acen

ado(

m3 )

25 cm30 cm40 cm50 cm65 cm90 cm120 cm

Figura 4.3.1.25: Gráfico para la determinación del área de las perforaciones por fila necesarias para vaciar el estanque en 12 horas.

Alternativamente puede emplearse un orifico de dimensiones reguladas ubicado en la parte baja de la pared de la cámara. El tamaño del orificio puede estimarse en base al tiempo de vaciado en estas condiciones. Si la superficie libre del estanque no cambia mucho con el nivel del agua, el tiempo de vaciado está dado por:

t S hCa gvac =2

2 (4.3.1.5)

donde: tvac : tiempo de vaciado, en segundos. S Área promedio de la superficie del agua en el estanque, m2. h altura de agua a vaciar, puede considerarse como la

diferencia entre el nivel del umbral de la cámara y el eje del orificio, m.

a: área del orificio, m2. C: Coeficiente de gasto del orificio, adimensional: orifico de aristas vivas C= 0,61 orificio de aristas redondeadas C=0,96

El gasto en m3/s que puede salir por este orificio está dado por:

Qvac = Ca (2gh)0,5 (4.3.1.6)

Profundidad enel vertedero



También debe verificarse que es menor que el que puede evacuar el ducto de salida.

Vertedero. El Vertedero de seguridad debe diseñarse sin elementos de control, con capacidad para evacuar crecidas de periodo de retorno de lluvias grandes (con TV igual a 100 a 200 años a lo menos según corresponda) considerando la cuenca aportante totalmente desarrollada, es decir con el máximo de áreas impermeables que puedan haber en el futuro. En el diseño del vertedero se emplearán los criterios y recomendaciones de la hidráulica para este tipo de obras. Se pondrá especial atención en la disipación de energía al pie de la obra y en la conexión al sistema de drenaje hacia aguas abajo.

Para el dimensionamiento de este vertedero se puede considerar el gasto adicional al evacuado por la obra de descarga, y sin considerar el posible efecto de amortiguación de la onda de crecida que puede provocar el estanque. El umbral del vertedero se coloca de manera que bajo él se pueda almacenar el volumen de la crecida de diseño de periodo de retorno de lluvias medianas. El caudal de diseño es:

Q Q Qvertedero TV evac= − (4.3.1.7)

Figura 4.3.1.26: Definición de variable para el diseño del vertedero de seguridad. A.- Estanque. B.- Umbral del vertedero de seguridad. C.- Rápido de descarga. D.- Disipador de energía. HV.- Carga hidráulica.

En el caso de un vertedero típico de umbral horizontal y pared gruesa el gasto evacuado, Qvertedero en m3/s, depende del ancho de la obra, bv en metros, la carga hidráulica sobre el umbral, Hv también en metros, y un coeficiente de descarga, m, adimensional, función del diseño:

Q mb gHvertedero v v= 2 3 2/ (4.3.1.8)



Para un vertedero grueso sin aristas se puede adoptar m = 0,36 y para uno con aristas vivas m = 0,31. ( F.J. Domínguez, Hidráulica).

Volúmenes de almacenamiento. En un estanque de retención seco el volumen total es la suma de varios volúmenes parciales, cada uno de los cuales se estima para satisfacer una función particular. La Figura 4.3.1.10 muestra estos volúmenes. A continuación se explica la manera en que pueden estimarse.

Volumen principal. El volumen de almacenamiento principal de un estanque de retención seco corresponde a la capacidad del estanque hasta el umbral del vertedero de seguridad. Equivale a la suma de V1+V2+V3 en la Figura 4.3.1.10. Este volumen se calcula para retener la crecida generada por tormentas medianas, del orden de 10 a 20 años de periodo de retorno, con la cuenca aportante en su condición de desarrollo máximo, de manera que hacia aguas abajo del estanque no se entreguen caudales máximos mayores que los permitidos.

Existen varios procedimientos para estimar el volumen necesario. Para disponer de una idea preliminar se puede recurrir a un método simple que supone una crecida de forma triangular de acuerdo al método Racional Modificado ( ver 3.1.2.d), y un gasto de salida por el evacuador que crece linealmente hasta el máximo. Entonces el volumen necesario está dado por:

( )V T Q Qestanque b me evac= −0 5, (4.3.1.9)

donde Vestanque es el volumen estimado para almacenar la crecida, en m3; Tb es el tiempo base del hidrograma de entrada, segundos, igual al doble del tiempo de concentración de la cuenca aportante, Qme es el gasto máximo del hidrograma de entrada para la crecida de periodo de retorno de diseño y condiciones de máximo desarrollo, m3/s; y Qevac es el gasto máximo que puede evacuar la cámara de descarga, m3/s, empleado para dimensionar el ducto de salida con la ecuación (4.3.1.2).

Otro método más preciso requiere realizar un tránsito de la crecida a través del estanque, para lo cual se debe disponer de al menos un diseño preliminar que permita conocer la relación entre el volumen almacenado en función de la altura de agua, V(h), así como el gasto que sale por el evacuador en función de esa misma altura de agua, Qs(h), además del gasto del hidrograma de entrada al estanque en función del tiempo, Qe(t). El procedimiento típico requiere considerar la ecuación de continuidad en su forma diferencial:

dVdt

Q Qe s= − (4.3.1.10)



Figura 4.3.1.27: Volumen de almacenamiento principal del estanque en relación al hidrograma de la crecida que entra y la crecida evacuada hacia aguas abajo. 1.- Hidrograma de entrada, 2.- Hidrograma de salida, 3.- Tiempo al máximo, 4.- Tiempo base, 5.- Tiempo con agua en el estanque.

Como hidrograma de entrada se puede considerar el triangular del método Racional Modificado u otro más sofisticado. Para integrar la ecuación diferencial de continuidad existen diferentes procedimientos que pueden consultarse en la literatura técnica especializada (Vargas y Fernández, 1994). A continuación se presenta uno de los métodos más tradicionales conocido como el de la curva de acumulación (Soil Conservation Service, 1964). En este método se supone que tanto el flujo de entrada como el de salida durante el intervalo de tiempo ∆t suficientemente pequeños se pueden representar por el promedio entre el gasto al inicio y al final del intervalo, es decir:

Q I Ie

t t t=+ +( )∆

2 (4.3.1.11)

representa el ingreso promedio de agua al estanque, mientras que el egreso, E,

está dado por:

Q E Es

t t t=+ +( )∆

2 4.3.1.12)

Entonces la ecuación de continuidad durante un intervalo se escribe como:

V V I I t E E tt t t t t t t t t+ + +− = + − +∆ ∆ ∆

∆ ∆( ) (2 2

)



Esta ecuación se puede reordenar para separar a la izquierda las cantidades conocidas al principio del instante ∆t y a la derecha las desconocidas:

( ) ( )I I Vt

E Vt

Et t tt

tt t

t t+ + − = +++

+∆∆

∆∆ ∆2 2 (4.3.1.13)

Se supone que todas las cantidades al principio del intervalo son conocidas. Además se conoce el valor del gasto de entrada al final del intervalo y debe determinarse el gasto de salida y el volumen almacenado al final del intervalo. Una vez seleccionado el intervalo de tiempo ∆t se puede construir una relación, gráfica o numérica, de la función 2V/∆t + E, en función de E, del nivel o altura de agua, h u otra variable identificable. Además se supone que se conoce la relación entre V y E. El esquema de solución es el siguiente:

Al inicio del intervalo, en el instante t, se conocen los valores de It, Et, Vt, y además el de It+∆t.

Con ellos se calcula el término del lado izquierdo de la ecuación (4.3.1.13).

El resultado del cálculo anterior es igual al término del lado derecho de la misma ecuación (4.3.1.13), el cual considera valores de almacenamiento y gasto de salida al final del intervalo. Con este valor y la relación construida de esta expresión en función del gasto de salida se obtiene Et+∆t.

Con el valor del gasto de salida al final del intervalo se puede conocer la altura de agua y el volumen almacenado al final del intervalo de tiempo de cálculo.

El tiempo t+∆t se considera el inicio de un nuevo intervalo de cálculo y se vuelve a la etapa inicial para repetir los cálculos.

Volumen de tormentas menores. Este volumen es el almacenamiento bajo el nivel del umbral de la cámara de descarga, desde el fondo del estanque. Corresponde a la suma de V1+V2 en el esquema de la Figura 4.3.1.10. Se calcula para almacenar el volumen generado por crecidas provocadas por tormentas menores, del orden de 2 a 5 años de periodo de retorno, con la cuenca totalmente desarrollada. En general puede ser del 50 al 80% del volumen principal del estanque. Se puede estimar con la ecuación 4.3.1.9 en la cual el gasto máximo de entrada y el tiempo base corresponden a la



crecida de tormentas menores y el gasto de evacuación al máximo del elemento de descarga.

Volumen de tormentas frecuentes. En el caso de estanques diseñados con dos niveles, con un volumen para tormentas frecuentes, este se estima para almacenar del 10 al 25% del volumen principal. Corresponde al V1 de la Figura 4.3.1.10.

Volumen de crecidas mayores. Corresponde al volumen máximo que puede almacenar el estanque en condiciones extraordinarias, cuando recibe una crecida provocada por tormentas mayores, del orden de 100 a 200 años de periodo de retorno. Es el volumen hasta el nivel de los muros, considerando una revancha de seguridad. En la Figura 4.3.1.10 es la suma de los volúmenes V1+V2+V3+V4.

En estos estanques de retención el volumen sobre el umbral del vertedero no se calcula como tal sino que resulta de considerar una altura de agua, o carga hidráulica, sobre el nivel del umbral del vertedero de seguridad, de manera que éste sea capaz de evacuar la crecida correspondiente. Sobre esta altura de agua se agrega una revancha de al menos 30 cm.

f. Detalles. Consiste en dimensionar los elementos complementarios para la correcta operación del estanque, así como los necesarios para los usos adicionales que tendrá la obra. A continuación se indican los elementos complementarios para la operación del estanque como regulador de aguas lluvias.

Canal de flujos bajos. Este canal permite conducir los flujos menores directamente desde la entrada hacia el nivel de almacenamiento inferior, evitando que para ello ocupe todo el estanque. Se debe proveer de protecciones para la erosión, especialmente en la llegada al nivel inferior.

Este canal puede consistir en una pequeña vereda pavimentada si los caudales son pequeños, o en una acequia, o un tubo enterrado. En el caso de estanques construidos en el curso de cauces naturales, este canal puede diseñarse como un canal de drenaje urbano siguiendo los procedimientos que se detallan en 4.5.3.



Figura 4.3.1.28: Canal de flujos bajos en el fondo de un estanque en Fort Collins, EE.UU.

Taludes laterales del estanque. Los taludes deben ser estables y tendidos para limitar la erosión y facilitar los accesos para la mantención del estanque por parte de operarios y maquinaria. Se recomienda que los taludes interiores de los muros sean al menos 4/1=H/V o más tendidos.

Entrada. Debe disiparse la energía del flujo a la entrada al estanque tanto para evitar la erosión como para facilitar la sedimentación. Para ello se puede recurrir a disipadores de energía convencionales o protecciones de enrocados.

Figura 4.3.1.29: Entrada a un estanque de retención en Fort Collins, EE.UU. Desarenador. Cerca de la entrada es conveniente ubicar un sedimentador de

partículas de mayor diámetro, en una zona en la cual se facilite su extracción posterior, con un fondo más firme o sólido. No se trata de un sedimentador convencional sino más bien de una zona del estanque en la cual se concentra el fenómeno para facilitar la limpieza, cerca de la entrada del estanque. Para conformar esta zona se le puede limitar mediante una berma o terraplenes de tierra compactados o enrocados, con un ancho en el coronamiento mínimo de 1,5m y taludes 4/1 o más tendidos, y unido a la parte principal del estanque a través de una conexión de sección transversal colocada de manera de evitar



cortocircuitos con un ancho basal no mayor que el del canal de flujos mínimos. El volumen de esta zona debe ser del 5 al 10 % del volumen principal del estanque.

Reja para basura. Si el elemento de salida no está protegido mediante enrocados, se debe disponer de una reja que evite que las perforaciones del tubo de vaciado se tapen con elementos extraños, o que entren a la cámara de descarga. Esta reja debe poderse remover para tener acceso al interior de la cámara.

Figura 4.3.1.30: Reja de acero galvanizado sobre la cámara de descarga, Fort Collins, EE.UU.

Muros del estanque. Los muros deben diseñarse de manera que no sean sobrepasados por tormentas mayores o extraordinarias de periodo de retorno de 100 a 200 años. El nivel del coronamiento debe considerar al menos un borde libre o revancha de 0,3m sobre el nivel máximo del agua para las condiciones indicadas. Los taludes del muro deben ser por lo menos 3/1=H/V o más tendidos, idealmente 4/1. Preferiblemente los muros deben plantarse con pasto. Los suelos de mala calidad o pobremente compactados deben removerse y reemplazarse en las zonas de fundación del muro. Los suelos de éste deben compactarse al menos hasta un 95% del Proctor Modificado

Vegetación. La vegetación en el fondo del estanque ayuda al control de la erosión y a atrapar sedimento. Se recomienda encarecidamente que tanto el fondo, como las bermas, los taludes y zonas laterales se planten con vegetación natural o con pasto regado, dependiendo de las condiciones del lugar y de los usos adicionales de la superficie del estanque.

Accesos para mantención Estos estanques deben tener accesos para vehículos que permitan llegar al fondo de la zona del desarenador y al elemento de descarga. Las pendientes máximas de estos accesos no deben ser superiores al 8%. Cuando sea posible se puede proveer de acceso pavimentados, o asfaltados y si no al menos estabilizados con grava o maicillo.



g. Construcción. La construcción de obras de almacenamiento es muy similar ya se trate de estanques o lagunas de retención. En general este tipo de obras empleadas en drenaje urbano son de pequeñas dimensiones en comparación con embalses y tranques para otros usos. Los aspectos más complejos de la construcción están ligados a la materialización de los muros de retención, para los cuales deben tomarse todas las precauciones posibles. Las recomendaciones que se mencionan a continuación son válidas sólo para muros de tierra de pequeña altura, menores de 3 metros. Otro aspecto importante es el control de los niveles de todas las obras de evacuación y descarga.

Los estanques corrientemente se construyen excavados en el terreno con pequeños muros que represan las zonas bajas del terreno. Además por condiciones de diseño las alturas de agua son pequeñas, menores de 2 metros en los puntos más profundos, y el estanque se encuentra vacío durante largos periodos, lo que reduce las cargas hidrostáticas y los problemas que pueden generar las filtraciones. Por efectos y consideraciones de otros usos, preocupaciones estéticas y de mantención, la inclinación de los taludes está muy por el lado de la seguridad, de manera que aspectos constructivos ligados a la estabilidad de taludes en cortes y muros no es habitualmente una condición crítica.

Las principales consideraciones de construcción se relacionan con: a) preparación de terreno antes de la construcción, b) estudios y análisis de los suelos para ser empleados en las diferentes estructuras, c) precauciones en la construcción de terraplenes y excavaciones.

Preparación del terreno. Se deben apreciar previamente todos los aspectos que pueden resultar en conflictos o problemas durante la construcción. Estos incluyen sitios con problemas geológicos, o ambientales conflictivos como rellenos, escombreras y basurales. Especial importancia debe darse a la existencia de otras obras o construcciones, necesidades de servidumbres de tránsito o accesos, existencia de redes de servicios ya sea aéreas o subterráneas, que puedan entrar en conflicto con las faenas de construcción.

Si la obra se ubica en cauces, quebradas, hondonadas o zonas bajas, es necesario considerar cuidadosamente la época del año y el tiempo de construcción, evitando estar en medio de la construcción cuando empiezan las tormentas y las crecidas.



Se debe planificar el uso de estructuras temporales. Estas construcciones deben diseñarse dependiendo del tiempo que necesitan ser usadas y de la época del año en que lo harán. Entre las estructuras temporales son relevantes las que evitan la llegada de aguas lluvias a las faenas, conduciéndolas hacia aguas abajo mediante obras provisorias de desvío.

Estudios y análisis de suelos. Para la construcción de un estanque es recomendable realizar algunos estudios complementarios que confirmen los realizados durante la etapa de proyecto y que permitan controlar el avance y la colocación adecuada de los materiales empleados en excavaciones y terraplenes. No existe un programa tipo de reconocimiento, ya que cada proyecto tiene sus propias singularidades impuestas por las características del sitio. La mayoría de estos estudios dependerán en gran medida del tamaño del muro o de la magnitud de las excavaciones necesarias, pudiéndose alterar durante el proyecto la cantidad, el tipo y frecuencia de los ensayos. Todas las recomendaciones que se mencionan a continuación son válidas para muros y excavaciones de pequeña altura, menores de 3m.

Sondajes bajo la fundación del muro. Estos sondajes se realizan para asegurar que la fundación será hecha en un lugar adecuado y que no se verificarán problemas de falla en el suelo. Ellos pueden variar mucho de una obra a otra y normalmente serán necesario si existen dudas sobre las condiciones de fundación. Los más común es recomendar sondajes de reconocimiento, ubicados a lo largo del eje del muro y en forma perpendicular a este eje en el lugar más alto del muro o ensayos en el lugar repartidos en el eje y el pie del muro en sectores que pueden esperarse como conflictivos. Las zonas a priori más críticas son las de mayor altura del muro, los extremos y los anclajes de obras en hormigón incluidas en el muro como cámaras de descarga, tubos de desagüe y vertederos. Todas estas zonas deben estar particularmente bien caracterizadas. Para muros pequeños los sondajes pueden ser reemplazados por calicatas.

Reconocimiento del sitio. Tiene por objeto principal la confirmación de los estudios y antecedentes disponibles sobre la impermeabilidad del estanque y la utilización de la tierra del lugar obtenida de las zonas con excavación o nivelación para la construcción del muro o terraplenes.

Si es necesario es el momento de verificar y comprobar las condiciones y características de infiltración para comparar los valores considerados en el diseño y hacer los ajustes que sean



necesarios, o tomar las providencias para proceder a impermeabilizar las zonas que corresponda si ello se requiere.

Ensayos de laboratorio. Las muestras recolectadas durante el reconocimiento deben llevarse al laboratorio para los ensayos de identificación y de comportamiento de suelos. Los objetivos de estos ensayos son los mismos que los del reconocimiento: definición de posible reutilización del suelo, estabilidad de la obra y permeabilidad del suelo. En las especificaciones de construcción debe indicarse la cantidad, tipo y frecuencia de estos ensayos, así como indicar los valores con los que se aceptarán los suelos para otros usos.

Los ensayos de laboratorio recomendados para este tipo de obras son los que se indican a continuación: a) ensayos de identificación como granulometría y límites de Atterberg, b) ensayos específicos de los movimientos de tierra para caracterizar el estado de los materiales entre los que se incluyen el contenido de humedad y proctor normal, c) ensayos específicos para verificar las hipótesis de cálculo de estabilidad de las obras como son los de peso volumétrico húmedo y seco, compresión simple, triaxial y cizalle, compresibilidad. d) ensayos destinados a medir el coeficiente de permeabilidad k, como por ejemplo el ensayo LEFRANC para terreno u otro en laboratorio bajo carga constante o variable.

Excavaciones y movimientos de tierra. Para efectuar y controlar las excavaciones deben establecerse los puntos en los cuales se medirán y controlarán los volúmenes excavados, la forma en que se considerará la sobre excavación y los rellenos necesarios, el destino de los materiales, ya sea provisorios si van a ser empleados en otras etapas de la construcción o definitivos si no van a ser empleados. En caso de necesitarse empréstitos su origen y reglas de aceptación.

Los trabajos previos a la excavación comprenden el talado de los árboles (si los hay y se requiere su remoción de acuerdo a las condiciones del proyecto), la remoción de la tierra vegetal, demoliciones varias, el desplazamiento de redes, la instalación de la faena (entre ellas el laboratorio si se considera realizar ensayos en terreno), la disposición de canchas de acopio y almacenamiento de materiales. Considerar la desviación eventual de cursos de agua o evacuación de aguas estancadas.

La excavación propiamente tal comienza después de esta preparación inicial en las zonas de desmonte y de terraplén con la remoción y recuperación de la tierra vegetal en las zonas de fundación y anclaje de los muros, la



eliminación de estratos o parte de estratos de suelo de calidad insuficiente en la base de los muros y obras o estructuras de hormigón, la nivelación de zonas altas y bajas en sectores que serán empleados para otros usos.

El movimiento de tierra debe considerar un sistema de extracción dependiendo del estado de humedad. Si existen grandes rocas que no pueden removerse por medios mecánicos se puede considerar la posibilidad de incorporarlas al proyecto como elementos naturales del paisaje.

Los materiales extraídos del sitio pueden servir para la fabricación del muro del estanque o laguna, si sus características mecánicas e hidráulicas lo permiten. Estas propiedades y las condiciones para ello deberán establecerse como especificaciones técnicas especiales en el proyecto. En caso contrario, se deben disponer en otro sitio y con otros usos.

En el caso de muros de pequeña altura el control en obra puede ser similar al empleado en la construcción de terraplenes menores de caminos ( ver Manual de Carreteras del M.O.P.).

Un aspecto importante en el control de los movimientos de tierra es el relacionado con los niveles en las condiciones de terminación para asegurar el correcto funcionamiento hidráulico de la obra. Debe establecerse un sistema de control topográfico que asegure la correcta posición de la obra y el nivel de las estructuras de operación y control, incluyendo las pendientes del fondo, la inclinación de los taludes, las cotas de umbrales, desagües, vertederos, cámaras, y demás estructuras consideradas. Para ello deben atenderse cuidadosamente las especificaciones técnicas generales de este tipo de obras, o incluir más detalles en las especificaciones técnicas especiales de las obras.

h. Mantención. Este tipo de obras requieren poca o moderada mantención. Es necesario mantenerlos en condiciones operativas, estéticas y para proteger su seguridad estructural. Los estanques de retención pueden generar problemas de suciedad si no se mantienen adecuadamente. En algunos casos puede ser necesario el empleo de pesticidas biodegradables para limitar lo problemas generados por exceso de insectos. La remoción frecuente de objetos flotantes y basuras, así como la mantención adecuada del césped reduce las quejas. Si el agua permanece estancada por periodos largos se generan problemas de mosquitos, olores desagradables y condiciones no deseadas. Debe prohibirse el acceso a las zonas críticas del estanque como son la entrada, la salida, el vertedero y las zonas en que se acumula sedimento.

La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona



particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de la obra, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es del SERVIU o de la empresa que tenga la concesión del servicio. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias en zonas urbanas. Sin embargo es necesario que esta responsabilidad quede claramente establecida desde el punto de vista legal. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto.

Las condiciones básicas de mantención consideran aspectos preventivos y curativos.

Mantención preventiva. Incluye inspecciones, cuidado de la vegetación y limpieza.

Inspecciones. Inspeccionar el estanque de manera de asegurar que continúa funcionando como se espera. Examinar las descargas para detectar obstrucciones, erosión, sedimentación excesiva, crecimiento excesivo de plantas, integridad del vertedero, de los muros de contención y cualquier daño estructural de los elementos.

Rutina. Inspección anual de los elementos estructurales e hidráulicos. También verificar problemas obvios durante las visitas de rutina especialmente la obstrucción de las descargas

Riego. Ajustar la frecuencia de riego según las condiciones climáticas para mantener una cubierta densa con un mínimo de humedad. No aplicar agua en exceso.

Rutina según necesidades del lugar.

Cortar el pasto y cuidados del césped. Cortar el pasto ocasionalmente para limitar la vegetación no deseada. Retirar la vegetación seca.

Rutina, dependiendo de las necesidades estéticas.

Remoción de basura y objetos extraños. Remoción de elementos extraños y basura de todo el estanque para mejorar la estética y evitar que se tapen las descargas.

Rutina. Considerar hacerlo antes de la temporada de lluvias y después de las tormentas importantes. Retiro de hojas y ramas durante el otoño.



Mantención curativa. Solucionar inconvenientes y efectuar reparaciones.

Control de erosión. Reparar y resembrar las zonas erosionadas en el estanque y en los canales relacionados.

No rutinario. Reparaciones periódicas de acuerdo a las necesidades detectadas en inspecciones

Control ambiental. Indicar la existencia de olores, insectos y sobrecrecimiento asociado con aguas estancadas en las partes bajas.

No rutinario. Manejar de acuerdo a las inspecciones y las quejas locales.

Remoción de sedimentos. Remover los sedimentos acumulados en el estanque principalmente a la entrada y en el fondo.

No rutinario. Realizarlo cuando los sedimentos acumulados llenen el 20 % del volumen de retención, o de acuerdo a las indicaciones de la inspección. La parte inicial del estanque puede requerir limpiezas más frecuentes.

Estructural. Reparación de las entradas, salidas, descargas, revestimientos de las soleras para flujos bajos, disipadores de energía y de cualquier daño que se detecte.

No rutinario. De acuerdo a las necesidades según inspecciones.

i. Ejemplo de Estanque de Retención. Considerar la posibilidad de desarrollar un estanque de retención para una urbanización de sitios individuales con viviendas de un piso en un terreno de aproximadamente 5 hectáreas en la comuna de Las Condes. Las características del uso del suelo son las siguientes:

Techos 11.960 m2 Calles 4.970 m2 Pasajes y veredas 3.340 m2 Áreas verdes públicas 5.620 m2

Patios, jardines y antejardines 23.520 m2

Superficie total urbanizada 49.400 m2

Los antecedentes del terreno indican que la superficie libre del agua subterránea se encuentra a más de 20 m de profundidad. Además existe por el lado nororiente de los terrenos un cauce natural que puede servir para descargar los caudales de aguas lluvias. Este cauce actualmente recibe las



aguas lluvias que se generan en estos terrenos en condiciones naturales, previo a la urbanización, y se mantendrá en esas condiciones una vez desarrollado el lugar, o se reemplazará por un colector de aguas lluvias enterrado en el futuro.

Factibilidad. En una primera aproximación se requiere del orden del 2% del terreno para un estanque de este tipo, lo que significa unos 1000 m2, que están disponibles en la esquina nororiente del terreno en un área destinada a parque que puede emplearse para la materialización de un estanque de retención de este tamaño. Además el terreno presenta una ligera pendiente hacia este sector, lo que facilitará la recolección de las aguas y hacia el sector del estanque. Según el Balance Hídrico de Chile de la DGA en esta zona la precipitación media anual es del orden de 350 mm, con 28 días de lluvias en promedio al año.

Dimensionamiento. Se requiere conocer las propiedades de las lluvias de diseño y dimensionar básicamente el volumen de almacenamiento y el tamaño de los elementos de captación, descarga y evacuación.

Aspectos hidrológicos. Para estimar el hidrograma de entrada de caudales al estanque se considera el método Racional Modificado el cual entrega un hidrograma triangular, con un tiempo al máximo igual al tiempo de concentración y un caudal máximo correspondiente al generado por una tormenta de duración igual al tiempo de concentración, Tc. Para calcular el tiempo de concentración de la cuenca aportante se empleará la fórmula de Morgali y Lindsley (Tabla 3.1.2.6) considerando como longitud del escurrimiento superficial L=420 m, un coeficiente de rugosidad de n = 0,02 y una pendiente de S =0,015 promedio para todo el recorrido. Como intensidad de lluvia, i, se estima, como una primera aproximación con la información disponible, la de una tormenta de una hora de duración en Santiago, para 10 años de periodo de retorno, que sería del orden de 12 mm/hora según la Tabla 3.1.2.1. Con estos valores el tiempo de concentración resulta ser:

T (mi L nS ic n) ,

,, min

, ,

, ,

, ,

, ,= = =7 7 420 0 020 015 12

32 70 6 0 6

0 3 0 4

0 6 0 6

0 3 0 4

Para el dimensionamiento se considerará una lluvia de 30 minutos de duración. El gasto máximo del hidrograma está dado por la ecuación típica del Método Racional:

Q C iA= / ,3 6

donde C es el coeficiente de escorrentía, i la intensidad de la lluvia de duración igual al tiempo de concentración y A el área de la cuenca aportante en km2.



Para la situación en condiciones naturales se estima un valor de C=0,30, equivalente al caso de suburbios residenciales según la Tabla 3.1.2.7. Para el caso urbanizado es necesario tomar en cuenta el uso de las distintas áreas y obtener un coeficiente ponderado para el total. Con los valores de las superficies de cada tipo y los coeficientes de la Tabla 3.1.2.7 se obtiene:

Tipo de superficie Coeficiente Techos 0,90 Calles 0,85 Pasajes 0,75 Áreas verdes 0,20 Patios y otros 0,50

El coeficiente de escurrimiento ponderado resulta ser:

C =urb∗ + ∗ + ∗ + ∗ + ∗

=0 90 11960 0 85 4970 0 75 3340 0 20 5620 0 50 23520

494000 61, , , , , ,

Para estimar la intensidad de la lluvia de 10 años de periodo de retorno y 30 minutos de duración se inicia el cálculo sabiendo que la lluvia de 24 horas y 10 años de periodo de retorno en la zona de Las Condes es de 83 mm, según la publicación de la DGA sobre Precipitaciones Máximas en 24, 48 y 72 horas. En este caso se ha preferido adoptar el valor que entregan los mapas de la D.G.A. sobre precipitaciones máximas dada la extensión de la ciudad de Santiago, en la cual se sabe que las precipitaciones aumentan considerablemente a los pies de la cordillera y dado que el valor de la tabla 3.1.2.1 es más representativo de lo que ocurre en las comunas céntricas de Santiago. La precipitación de 30 minutos se calcula con la ecuación (3.1.2.1):

P = (4.3.1.10) P CD CD CF T3010

2410

124

3060

1011,

donde P = 83; CD = 0,16 según la Tabla 3.1.2.3 y = 0,764 de acuerdo a la expresión (3.1.2.2). Además para un periodo de retorno de 10 años =1. Entonces:

2410

CF T10

124 CD30

60

P m m3010 11 83 0 16 0 764 1 0 11 2= =, ( )( , )( , )( , ) ,

lo que equivale a una intensidad de 22,4 mm/hora. Similarmente se pueden calcular las precipitaciones para otros periodos de retorno:

Precipitación máxima en 24 horas = 83 mm

Coeficiente de duración de 24 horas a 1 hora = 0,16



Coeficiente de duración de 1 hora a 30 minutos = 0,764

Periodo de retorno, años 5 10 100

Coeficiente de frecuencia (Tabla 3.1.2.4) 0,82 1,00 1,63

Precipitación de 30 min. en el lugar, mm 9,2 11,2 18,3

Intensidad de la lluvia, mm/hora 18,4 22,4 36,6

El gasto máximo que genera una tormenta de 30 minutos y 10 años de periodo de retorno con el terreno en condiciones naturales, previo a la urbanización, es:

Q CiA m3010 33 6 0 30 22 4 0 0494 3 6 0 092= = =/ , , ( , )( , ) / , , / s

Siguiendo el mismo procedimiento y empleando los coeficientes adecuados se pueden calcular los gastos máximos para otros periodos de retorno y otras condiciones de la cuenca, los que se resumen a continuación:

Condición Natural Urbanizada

Coeficiente de escorrentía 0,30 0,61

Periodo de retorno, años 5 10 100 5 10 100

Intensidad de la lluvia, mm/hr 18,4 22,4 36,6 18,4 22,4 36,6

Gasto máximo, m3/s 0,076 0,092 0,151 0,154 0,188 0,306

Volumen principal del estanque. Aceptando que hacia aguas abajo del estanque se puede evacuar el caudal máximo en condiciones naturales de la crecida de 10 años de periodo de retorno, se aceptará un caudal de evacuación máximo por la cámara de descarga de 92 l/s, con lo cual el volumen estimado de almacenamiento mínimo para el estanque se calcula para una crecida de 10 años de periodo de retorno con la zona urbanizada, con la ecuación (4.3.1.8) tomando en cuenta que según el método racional modificado el tiempo base del hidrograma de entrada es igual al doble del tiempo de concentración de la cuenca aportante:

V T Q Qes que b me evactan , ( ) , ( )( , , ) ,= − = ∗ ∗ − =0 5 0 5 2 30 60 0 188 0 092 172 8 3 m

Se propone un estanque de 180 m3 de capacidad total. Como se puede apreciar se trata de un estanque bastante modesto ya que sobre una superficie de 600 m2 la profundidad media necesaria es menor de 0,3m. Por lo tanto se hará un diseño de un sólo nivel. Si se estimara necesario hacer un diseño en



dos niveles, el inferior tendría un volumen del 20% del volumen total, igual a 40 m3. Dadas las condiciones del lugar se configurará como un estanque de forma rectangular en planta con dimensiones en la superficie de 15 m de ancho y aproximadamente 40 de largo, dispuesto paralelo a la calle Uno. Los muros del estanque coincidirán con las veredas del sector. La profundidad total de la parte más honda sería del orden de 0,7m donde se ubicará el sistema de evacuación. A lo largo del estanque, por el medio, se dispondrá de un canal de fondo, como una vereda pavimentada. El plano del fondo del estanque tendrá una pendiente hacia el desagüe de 1%.

Volumen de tormentas menores. Bajo el umbral de la cámara de descarga se dispondrá de un volumen para almacenar las tormentas menores. Este es del orden del 50% al 80% del volumen principal. En este caso se dejará un volumen del orden de 120 a 140 m3 para estos efectos.

Volumen de tormentas frecuentes. Debido a que la cantidad de tormentas al año en la zona de las Condes no son muchas, del orden de 25 a 30, no se dejará un volumen especial para ellas. Es decir en este caso el estanque será de un solo nivel.

Figura 4.3.1.31: Dimensiones y niveles de la cámara de descarga A.- Fondo de la cámara, B.- Fondo del estanque, C.- Umbral de la cámara, D.- Umbral del vertedero, E.- Coronamiento de los muros, F.- Salida desagüe.

Cámara de descarga. Para la evacuación se colocará una pequeña cámara rectangular de sólo 0,5 m de alto conectada mediante una tubería al canal que corre por el nororiente. Con esta altura de la cámara, y la superficie del estanque, se asegura la capacidad para el volumen de tormentas menores bajo el umbral de la cámara de descarga. La disposición de esta cámara es aproximadamente la de la Figura 4.3.1.31.



El sistema de evacuación debe ser capaz de entregar como máximo el caudal de 92 l/s cuando el estanque esté lleno hasta la cota del umbral del vertedero. Este se puede estimar de acuerdo a la relación (4.3.1.2) como:

Q A gHK

mevac =

≤2 0

3,5

/ 0,092 s

donde K es la suma del coeficiente de pérdidas en la entrada (0,2) la salida (1,0) y la fricción en el tubo (fL/D). Se puede adoptar f=0,02 para una tubería típica. Además el desnivel entre el umbral del vertedero, que corresponde al nivel del agua con el estanque lleno, y el eje de la tubería a la salida, es H=0,9 m, L=12 m.

Entonces evaluando la expresión para diferentes diámetros de la tubería se obtiene:

Diámetro (m) Área del tubo(m2) fL/D K Qevac (m 3/s)

0,10 0,0079 2,4 3,6 0,0175

0,20 0,0314 2,2 2,4 0,0851

0,30 0,0707 0,8 2,0 0,2100

Se observa que con un diámetro de 200 mm el gasto de salida es de 85 l/s, menor que el máximo permitido hacia aguas abajo, de manera que es el que se propone adoptar en este caso.

Si se considera la altura de agua desde el fondo del estanque, h en metros, el gasto que sale por la descarga está dado por la relación:

Q g h h=+

= +, ( , ),

, ( , ),5

,50314 2 0 22 4

0 0897 0 20

0 para 0,5m < h < 0,7m

Vaciamiento. Para el vaciamiento total del estanque, lleno hasta la cota +0,5, en el umbral de la cámara de descarga, se dispondrá de un orifico en la parte inferior, con el eje en la cota +0,0, que descarga hacia la cámara. El caudal que sale por este orificio de área a está dado por la ecuación (4.3.1.6):

Q Ca ghvac = ( ) ,52 0

donde h=0,5m. Con un orificio de aristas vivas (C=0,61), de diámetro d=0,1m el gasto máximo, cuando el estanque está con el volumen de tormentas menores lleno, es de 15 l/s. El tiempo de vaciamiento total del



estanque, sin gasto de entrada, y vaciándose sólo por este orificio, está dado por la ecuación (4.3.1.5):

t S hCa gvac =2

2

/

donde S es el área de la superficie del agua y a el área del orificio. C es el coeficiente de gasto igual a 0,61 en este caso. Con el nivel del agua en el umbral de la cámara de descarga la superficie del estanque es de 10 m de ancho y 40 de largo, es decir S=400 m2 y como para d=0,1m a=0,0079 m2, se obtiene un tiempo de 26.510 segundos que equivalen a 7,4 horas, lo que se estima razonable para las condiciones del lugar.

Con las dimensiones establecidas el gasto de vaciamiento en función de la altura de agua en el estanque, medida desde el fondo, h en metros, está dado por:

Q= 0,61*0,0079*(2gh)0,5 = 0,0213 h0,5 para 0m < h < 0,5m

Vertedero de seguridad. Este deberá ser capaz de descargar un gasto máximo igual a la diferencia entre el de la crecida de 100 años de periodo de retorno, 306 l/s, y el que sale por el evacuador, 80 l/s, de manera que el gasto de diseño es:

Q svert = − =0 306 0 080 0 226, , , m3

Para un vertedero con umbral horizontal de pared gruesa de ancho b, con una carga de agua HV, el caudal está dado por la ecuación (4.3.1.7):

Q mb gHvertedero v v= 2 3 2/

Adoptando un valor típico de m=0,36 y una altura máxima sobre el umbral de 0,10 m de manera que quede una revancha o borde libre de 0,2m hasta el coronamiento de los muros del estanque, se obtiene un ancho necesario de b= 3,84m para evacuar el gasto máximo de 0,226 m3/s. Se adoptará un vertedero como el mencionado de un ancho de 4m. En estas condiciones el gasto que evacúa el vertedero de seguridad, en función de la altura de agua en el estanque, h en metros, esta dado por:

Q= 0,35*4,0*(2g)0,5(h-0,7)1,5 = 6,375(h-0,7)1,5 para 0,7m < h < 1,0m



Entonces la función de descarga del estanque, considerando todos los elementos de salida de gasto, sería la siguiente:

Para 0m < h < 0,5m sólo por el orificio de vaciamiento:

Q = 0,0213 h0,5

Para 0,5m < h < 0,7m sólo por el tubo de descarga:

Q = 0,0897(h+0,2)0,5

Para 0,7m < h < 1,0m por el tubo de descarga y el vertedero:

Q=0,0897(h+0,2)0,5 + 6,375 (h-0,7)1,5

Disposición general. En base a las dimensiones establecidas para el volumen de almacenamiento y los niveles de los elementos de evacuación se puede establecer una disposición general del estanque, incluyendo los niveles de los elementos de vaciamiento, descarga y rebase, lo que se muestra en los planos adjuntos.

El área inundada y el volumen almacenado en función de la altura de agua en el estanque se puede determinar a partir de las dimensiones de la obra, conociendo las curvas de nivel para cada altura y midiendo el área encerrada por cada una de ellas. En este caso se han considerado las curvas de nivel cada 0,1m en el interior del estanque. Si Ai es el área superficial del estanque para la altura hi, el volumen parcial entre dos curvas de nivel consecutivas se calcula como:

∆Vi =0,5(hi -hi-1)(Ai +Ai-1)

Para el estanque propuesto el área inundada, el volumen almacenado, el gasto evacuado y la función de almacenamiento en función de la altura de agua se han tabulado en la Tabla siguiente:

Altura de Área Volumen Gasto Función agua (m) inundada (m2) almacenado (m3) evacuado (m3/s) De almac.

0,00 0 0,0 0,0000 0,0000 0,10 34 1,7 0,0067 0,0350 0,20 105 8,7 0,0095 0,1545 0,30 230 25,5 0,0117 0,4367 0,40 350 54,5 0,0135 0,9218



0,50 458 94,9 0,0151 1,5968 0,60 501 142,9 0,0802 2,4619 0,70 546 195,3 0,0851 3,3401 0,80 591 252,2 0,2913 4,4950 0,90 638 313,7 0,6643 5,8930

Verificación. Conocidas las dimensiones del estanque y las de los elementos de descarga se pueden establecer las curvas de área inundada y volumen almacenado en función de la altura de agua, así como la función del gasto evacuado en función de la misma altura de agua. Con esta información es posible efectuar el rastreo de una crecida por el estanque, es decir determinar los niveles de agua, volúmenes y caudales de salida, dado un hidrograma de entrada al estanque. Esto permite verificar las dimensiones y condiciones de diseño. El cálculo en esta oportunidad se ha efectuado integrando numéricamente las ecuaciones de continuidad para una crecida de entrada de 10 años de periodo de retorno estimada con el Método Racional. Según se determinó anteriormente la crecida de entrada presenta un hidrograma de forma triangular con un máximo de 188 l/s a los 30 minutos, es decir a los 1800 segundos, y termina en cero a los 3600 segundos. Se empleará como intervalo de tiempo para efectuar el análisis del tránsito de la crecida a través del estanque ∆t = 120 s. Con los valores conocidos de área inundada, volumen almacenado y gasto evacuado en función de la altura de agua se puede construir la relación del término del lado izquierdo, o función de almacenamiento, la que se incluye en la última columna de la tabla anterior.

Con estas funciones se integra la ecuación de continuidad numéricamente para cada intervalo de tiempo. Para efectuar la integración numérica se ha confeccionado la tabla siguiente en la cual para cada instante de tiempo se consigna el gasto de entrada, el nivel de agua en el estanque, el volumen almacenado, el gasto de salida y el término del lado izquierdo de la ecuación (4.3.1.13), que corresponde a la función de almacenamiento. Sólo se han incluido algunos intervalos que permiten seguir los cálculos.

Tiempo Gasto de Nivel Volumen Gasto de Función de (segundos) entrada (l/s) (metros) (m3) Salida(l/s) Almac. (l/s)

0 0 0 0 0 120 12,5 0,04 0,4 2,5 12,53 240 25,1 0,10 1,7 6,7 41,77 360 37,6 0,14 4,5 8,0 84,30 480 50,1 0,20 8,7 9,5 154,73



... ... ... ... ... ... 1560 162,9 0,50 95,0 15,1 1615,50

1680 175,5 0,53 109,0 34,6 1906,63 1800 188,0 0,56 124,0 54,2 2145,53 1920 175,5 0,59 138,0 73,7 2375,93 2040 162,9 0,61 148,0 80,2 2564,70 2160 150,4 0,63 159,0 81,7 2699,80 ... ... ... ... ... ... 3480 12,5 0,64 164 82,0 2854,60 3600 0,0 0,62 153 81,2 2663,87 3720 0,0 0,60 143 80,0 2468,80 3840 0,0 0,58 133 67,0 2303,33 ... ... ... ... ... ...

Los resultados como caudal de entrada y de salida en función del tiempo se muestran en la Figura 4.3.1.32. Para esta crecida no alcanza a operar el vertedero de seguridad y todo el caudal es evacuado por la obra de descarga. El gasto máximo de salida es un poco más de 80 l/s tal como estaba previsto en las condiciones de diseño.

0,020,040,060,080,0

100,0120,0140,0160,0180,0200,0

0 1000 2000 3000 4000 5000

Tiempo (segundos)

Gas

to (l

t/s)

Entrada

Salida

Vol. Almac.

Figura 4.3.1.32: Hidrogramas de entrada y salida de una crecida de 10 años de periodo de retorno.

El caudal evacuado por el estanque se entrega a un canal de drenaje disponible en el sector, el cual es capaz de conducir sin dificultades los 85 l/s de gasto máximo que entrega la descarga para la crecida de 10 años de periodo de retorno, ya que previo a la urbanización para esta misma crecida este canal operaba con caudales del orden de 92 l/s. Hay que hacer notar que



si no se construye el estanque una vez urbanizado el sector estas crecidas producirían gastos máximos de casi 190 l/s. De esta forma el estanque logra reducir los efectos de la urbanización y dejar el sector en condiciones similares, o mejores, que antes de urbanizar.

Detalles. Los detalles necesarios para completar el diseño de la obra se han establecido en el procedimiento de diseño. Para ello será conveniente considerar la participación de un profesional paisajista, de manera de aprovechar al máximo las características y oportunidades de la obra con otros fines al quedar incorporada a las áreas verdes del lugar.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto para la construcción del estanque de retención del ejemplo.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal A Estanque de retención propiamente tal. 1 Descepe del terreno, eliminación de vegetación y limpieza superficial e=10 cm. m2 1100 0,056 61,600 2 Excavación, en terreno blando, hecha a máquina, sin agotamiento ni entibación, a profundidad menor de 1 m, desplazando el material a la ubicación de los muros. m3 883,7 0,252 222,692 3 Excavación en terreno blando, hecha a máquina a profundidad mayor de 1 m. m3 28,8 0,281 8,093 4 Confección de terraplenes para los muros del estanque, con la tierra de la excavación compactada con rodillo por capas de 0,15m de espesor cada una m3 135,0 0,379 51,165 5 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 777,5 0,063 48,983 6 Suministro y colocación de una capa de arena de 3 cm sobre toda la superficie interior del estanque y los taludes interiores y exteriores de los muros. m3 294,6 0,328 96,6291 7 Suministro y colocación de una capa de tierra de hojas de 5 cm esparcida y compactada sobre la superficie interior del estanque y los taludes interiores y exteriores de los muros. m3 491,0 1,019 500,329 8 Suministro y sembrado de semilla de césped tipo Bermuda o similar de buena calidad en toda la superficie con tierra de hojas. Se considera sembrado, riegos y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 982,0 0,104 102,128



B Obras interiores. Se considera la obra de entrada, el canal de flujos bajos y la obra de descarga, en hormigón y hormigón armado. 9 Hormigón grado H-30 con una dosificación mínima de 385 kg. de cem. por metro cúbico, colocado con moldaje en cámaras de entrada, de descarga y vertedero de seguridad. m3 10,9 4,702 61,252 10 Emplantillado de ripio e=5 cm. m 3,0 0,117 0,351 11 Acero tipo A44-28H con resaltes para hormigón armado, en barras, doblado y colocado según los planos. 11.1 D=10mm Kg. 728,3 0,016 11,653 11.2 D= 8mm Kg. 7,7 0,016 0,123 12 Hormigón de 170 kg. cem /m3 para cubiertas y veredas de canal de flujos bajos. m3 8,6 3,250 27,950 13 Tubos de c.c. tipo alcantarillado para tubería de descarga. Suministro y colocación en zanja bajo el muro, emboquillados con mortero 1:4, ø=20 cm. m 10,7 0,363 3,884 14 Bolones de 20 cm de diámetro medio colocados a mano en una capa en el pedraplén de la entrada. m3 0,3 0,294 0,088 15 Reja de acero en pletina de 50x5mm soldada y galvanizada. Colocada en cámara de descarga. Kg 12,9 0,250 3,225 16 Bolones de 30 cm de diámetro medio colocados a mano en una capa en el pedraplén de salida. m3 5,3 0,294 1,558 Total 1189,123 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al 7 de

Octubre de 1996), según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.









4.3.2. LAGUNAS DE RETENCIÓN a. Descripción. Una laguna de retención mantiene un volumen permanentemente

ocupado por agua, 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. El volumen de retención requerido incluye el volumen permanente más el volumen mínimo a capturar para la amortiguación de crecidas. Pueden ser muy efectivas en la remoción de contaminantes, y, bajo ciertas condiciones, pueden satisfacer múltiples objetivos, como proveer de agua para incendios, riego y recreación.

Frente a los cinco objetivos básicos propuestos para las obras alternativas de drenaje urbano los que se pueden lograr con las lagunas de retención son los siguientes:



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 como se indica en el esquema siguiente:



Figura 4.3.2.1: 1.- Manzana de la zona urbanizada. 2.- Área verde. 3.- Red interior de drenaje (opcional). 4.- Laguna de retención. 5.- Conexión a la red exterior, o general, de drenaje.

Estas lagunas están formadas por una serie de elementos básicos cuya disposición general se ilustra en el siguiente esquema:

Figura 4.3.2.2: Esquema de los elementos principales de una laguna de

retención. 1.- Entrada, 2.- Disipador de energía (opcional) , 3.- Sedimentador (opcional), 4.- Zona laguna permanente, 5.- Zona litoral (opcional), 6.- Zona de inundación, 7.- Cámara de descarga, 8.- Tubería de descarga, 9.- Vertedero de seguridad, 10.- Conexión a la red de drenaje.



Las fotografías siguientes ilustran casos de lagunas de retención en Estados Unidos.

Figura 4.3.2.3: Laguna de retención en Fort Collins, EE.UU..

Figura 4.3.2.4: Laguna de retención aprovechando una hondonada, E.E.U.U.

Figura 4.3.2.5: Laguna de retención en un parque, E.E.U.U.



En las figuras siguientes se muestran ejemplos adicionales de lagunas de retención existentes en Francia y Estados Unidos:

Figura 4.3.2.6: Laguna de retención con zona litoral y de inundación, con embarcaderos.

Figura 4.3.2.7: Laguna de retención con un borde de muros verticales y zona litoral y de inundación en un sólo lado.

Figura 4.3.2.8: Laguna de retención en forma de canal con paredes verticales .



b. Ventajas e inconvenientes. Las lagunas de retención pueden ser muy apropiadas para áreas aportantes relativamente grandes. Además de la amortiguación de crecidas urbanas, con ellas se puede lograr una remoción de moderada a alta de la mayoría de los contaminantes urbanos, crear o proveer de espacio para la recreación, paisajismo y áreas abiertas, almacenar agua para otros fines como riego de áreas verdes y volúmenes de incendio entre las tormentas. Por otra parte la mayoría de los sedimentos que puedan atraparse en la laguna quedan depositados en la zona cubierta permanentemente con agua, de manera que no son vistos por el público.

Una de las principales desventajas de este tipo de obras son los problemas de seguridad. Además en ellas resulta más difícil limpiar los sedimentos atrapados que en los estanques, y si reciben aguas poco limpias pueden observarse problemas de cuerpos flotantes, espumas, crecimiento indiscriminado de algas, olores y en algunos casos mosquitos. El crecimiento de plantas acuáticas puede causar problemas en los elementos de evacuación. El volumen de agua permanente puede atraer una sobrepoblación de aves acuáticas, lo cual puede producir suciedad por materia fecal y exceso de nutrientes que entran y salen de la laguna, haciendo más difícil la mantención del lugar y el control de la calidad del agua retenida.

c. Procedimiento de diseño. El procedimiento de diseño para este tipo de obras considera tres etapas. Un análisis de factibilidad de la obra de acuerdo a las condiciones locales, en segundo lugar un dimensionamiento de los elementos principales y finalmente el diseño de los elementos de detalle. A continuación se plantea lo que debiera considerarse en cada una de estas etapas para el caso de una laguna de retención.

Factibilidad. En base a los antecedentes que consideran las condiciones climáticas, las características del suelo, la existencia de agua subterránea y su nivel, las propiedades de la urbanización, incluyendo la disponibilidad de espacio, sus destinos y tipo, así como el comportamiento esperado de los usuarios y vecinos, se debe decidir si es conveniente recurrir a una laguna de retención para amortiguar el efecto de las aguas lluvias.

Para decidir la factibilidad de la laguna de retención es necesario que el proyectista reúna los siguientes antecedentes:

Plano de ubicación de la obra, en el cual se indiquen la comuna, calle y número si corresponde o su relación a calles cercanas.



Delimitación de las áreas aportantes de agua, ubicación de la laguna y sector al cual rebasa.

Certificado de la municipalidad respectiva en el cual se indique que el emplazamiento de la laguna no presenta inconvenientes de acuerdo al Plan Regulador Comunal para el uso del suelo con esos fines.

Certificado del SERVIU indicando las condiciones de descarga y evacuación hacia aguas abajo autorizadas para la laguna de retención en ese lugar. Deberá indicarse si se autoriza alguna de las siguientes posibilidades: a) descarga a una zona con una red de drenaje desarrollada, b) descarga a una zona sin una red de drenaje desarrollada, c) limitaciones de descarga según capacidad a determinar por el proyectista.

Si la laguna se abastecerá para su volumen permanente de agua proveniente de cauces naturales o de la napa subterránea deberá proveerse de un certificado de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en región, autorizando dicho empleo. En este caso la DGA podrá requerir la constitución de derechos de aprovechamiento para estos fines. Si las aguas provienen de derechos de terceros, deberá disponerse de un certificado del propietario legal de los derechos de agua respectivos, autorizando estos usos.

Certificado, emitido por un laboratorio autorizado, de análisis a una muestra del agua que se utilizará para la mantención del volumen permanente de la laguna, verificando que satisface los requisitos de Calidad del agua para fines recreacionales según la norma Nch 1333 de Calidad del Agua para diferentes usos.

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento de la laguna requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando este no sea el ejecutor de la obra. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la autoridad pública o fiscal.

Dimensionamiento. El dimensionamiento de la lagunas de retención y de sus elementos principales requiere disponer de las características del terreno y del suelo base, así como también de estudios hidrológicos e hidrogeológicos. Además de los antecedentes mencionados en la Factibilidad para el dimensionamiento el proyectista reunirá los siguientes:



Plano a una escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan a la laguna y la naturaleza de cada una.




Hidrología. Estimar las crecidas de periodos de retorno entre 5 y 200 años afluentes al lugar, tanto en condiciones naturales como totalmente urbanizadas. Se requiere conocer el uso del suelo, las características de las lluvias, y la topografía del sector.

Terreno. Disponibilidad de espacio, elementos de la red de drenaje natural del sector. Existencia de redes de colectores hacia aguas abajo. Límites de la zona y el comportamiento de las aguas lluvias que pueden llegar por escurrimiento superficial. Estimar la capacidad máxima de descarga o evacuación del sistema hacia aguas abajo, la forma en que se realizará la descarga y sus efecto. Cantidad y calidad del agua disponible para otros usos, o la que se empleará para mantener el volumen mínimo de la laguna permanentemente lleno. Ubicación de la superficie de agua subterránea y la posibilidad de emplearla para mantener la laguna llena. Fluctuaciones esperadas de este nivel.

Volumen de la laguna. Con los antecedentes disponibles se procede a determinar el volumen de almacenamiento necesario de la laguna. Se determinan los volúmenes del nivel inferior y el superior. Establecer las cotas de cada nivel así como de los umbrales de los elementos de descarga, evacuación y entrada. Hacer un diseño en planta de la laguna que considere los volúmenes mencionados de acuerdo al espacio disponible y los usos que se le darán a los terrenos adicionales al control de crecidas. Determinar el volumen necesario para el almacenamiento permanente, así como la operación requerida de la laguna para satisfacer esas necesidades. Establecer las curvas de volumen almacenado y de área inundada en función de la altura de agua en el estanque.

Descarga. Seleccionar un diseño para el elemento de descarga y proceder a su dimensionamiento para la crecida de diseño. Seleccionar un



diseño para el evacuador de crecidas y proceder a su diseño. Determinar la curva de descarga en función de la altura de agua en la laguna, considerando ambos elementos.

Verificación de los volúmenes de almacenamiento necesarios procediendo a realizar un rastreo de las crecidas de diseño de los elementos de descarga y evacuación, con las propiedades predeterminadas. Realizar los cambios necesarios de volumen y en los elementos de descarga y evacuación si es necesario.

Diseño de detalle. El diseño de detalle normalmente se traduce en los planos para la construcción de la obra y sus elementos. En esta etapa se debe proceder al diseño y dimensionamiento de los elementos auxiliares como son la obra de entrada y su disipador de energía si es necesario, el desarenador, los muros de la laguna, los caminos de acceso para la manutención de la obra y su operación, la colocación de barandas, rejas, letreros. También debe considerarse la vegetación, necesidades de plantación, el riego y otros requisitos. Considerar el diseño de los elementos correspondientes al empleo del volumen permanente si se requieren. Además debe agregarse todos los elementos necesarios para el empleo del lugar con propósitos múltiples como recreación, paisajismo, deportes si se consideran como parte del proyecto.

d. Factibilidad y Condiciones Generales. El principal requisito del lugar es la necesidad de disponer de un flujo de agua continuo de buena calidad para mantener el volumen de agua permanente. Para ello se debe realizar un balance hídrico completo para asegurar que el agua disponible permite superar las condiciones de evaporación, evapotranspiración y filtraciones. Normalmente se trata de decidir entre un estanque o una laguna de retención, dependiendo de las condiciones climáticas y la disponibilidad de agua. Una manera de asegurar un flujo de agua permanente es colocar la laguna bajo el nivel del agua subterránea del lugar, si no está muy profundo.

Las necesidades de espacio son en general del orden del 0,5 al 2% del área tributaria. En las obras nuevas las altas tasas de filtración iniciales pueden hacer difícil mantener el volumen de agua permanente, pero normalmente el fondo rápidamente se llena de sedimentos finos e impermeabiliza al poco tiempo. Sin embargo es mejor sellar tanto el fondo como las paredes del volumen permanente y dejar solamente las áreas de contacto con los volúmenes superiores sin sellar.

Debe considerarse la forma en que se evitará que una vez construida la obra le lleguen aportes adicionales de cuencas laterales por la urbanización de sectores ubicados aguas arriba o por trasvases desde otras urbanizaciones.



e. Dimensionamiento. Determinación del tamaño de la laguna y de sus elementos principales.

Los volúmenes comprometidos en una laguna de retención, así como los niveles de las principales obras en relación a ellos se ilustra en la Figura 4.3.2.9.

Figura 4.3.2.9: Volúmenes de almacenamiento: V1.- Laguna permanente, V2.- Crecidas frecuentes, V3.- Crecidas medianas, V4.- Crecidas mayores, 100 o más años de periodo de retorno. Niveles: 1.- Fondo de la laguna, 2.- Umbral del orifico de vaciamiento, 3.- Umbral de la cámara de descarga, 4.- Umbral del vertedero de seguridad, 5.- Umbral de los muros de la laguna.

Las figuras siguientes muestran un esquema general de la planta, un perfil longitudinal y otro transversal de este tipo de obras, con los principales elementos que deben considerarse en el diseño. En general los criterios de diseño son muy similares a los propuestos para los estanques de retención, excepto que debe ponerse mayor atención a los problemas de filtraciones.

Figura 4.3.2.10: Disposición en planta de los elementos típicos de una laguna de retención: 1.- Entrada, 2.- Disipador de energía (opcional), 3.- Sedimentador (opcional), 4.- Zona de la laguna permanente, 5.- Zona litoral,(opcional) y de inundación, 6.- Cámara de descarga, 7.- Vertedero de seguridad, 8.- Tubería de descarga, 9.- Conexión a la red de drenaje, 10.- Acceso para mantención.



Figura 4.3.2.11: Elementos en el perfil longitudinal de la laguna: 1.- Entrada, 2.- Disipador de energía, 3.- Sedimentador, 4.- Zona litoral, 5.- Zona de laguna permanente, 6.- Zona de inundación, 7.- Umbral cámara de descarga y reja, 8.- Cámara de descarga, 9.- Descarga de fondo para vaciamiento total, 10.- Umbral de muros, 11.- Muros de la laguna, 12.- Vertedero de seguridad, 13.- Anillos para evitar filtraciones, 14.- Tubería de descarga, 15.- Conexión a la red de drenaje.

Figura 4.3.2.12: Perfil transversal de la zona litoral.

Geometría de la laguna. La forma en planta de la laguna debiera considerar una expansión gradual desde la zona de entrada del flujo y una contracción hacia la salida, de manera de evitar el efecto de cortocircuito del flujo en condiciones de diseño. La razón entre el largo y el ancho máximo no debe ser menor de 2, y cuando sea posible al menos del orden de 4.

Diseño en dos niveles. Se recomienda un diseño con dos niveles de la laguna, considerando una zona litoral de menor profundidad y otra central más profunda. La zona litoral debiera tener profundidades del orden de 0,15 a 0,5 metros y ocupar entre el 25% y el 50% de la superficie de la laguna. En esta zona, que debiera tener un ancho de al menos 3m, se favorece el crecimiento de plantas acuáticas y actúa además como borde de seguridad. La zona central con profundidades entre 1,2m y hasta 2,5m permite la sedimentación y la digestión de nutrientes por parte del fitoplancton. La profundidad máxima no debiera ser mayor que 3,5m para el nivel de agua permanente.



Usos múltiples. Los usos múltiples de estas lagunas se orientan a proveer de volúmenes de regulación para otros usos, como riego o incendios, y a la recreación, incluyendo la pesca o navegación de pequeños botes. Para ello se puede proveer de muelles y sectores litorales protegidos y diseñados especialmente. No se recomienda el lugar para nadar ni para bañarse.

Área aportante y coeficientes de escurrimiento. El área impermeable equivalente aportante de la cuenca que drena hacia la laguna se calcula como la suma de las áreas de cada tipo ponderadas por el coeficiente de escurrimiento que les corresponda, de acuerdo a las recomendaciones de la Tabla 3.1.2.7. Para el conjunto conviene calcular un coeficiente de escorrentía como esta suma ponderada dividida por el área total, considerando tanto la situación original previa a la urbanización como la totalmente desarrollada, con el máximo de superficies impermeables, al final del plazo de previsión o de la vida útil de la obra.

Tiempo de concentración. Para seleccionar lluvias de diseño adecuadas es necesario conocer el tiempo de concentración de la cuenca. Este se puede estimar con alguna de las relaciones propuestas en la Tabla 3.1.2.6, seleccionando la que mejor represente las condiciones del lugar. Se debe estimar un tiempo de concentración de la cuenca aportante en condiciones naturales, o previas al proyecto, y otro en condiciones de máximo desarrollo futuro para el fin del plazo de previsión o vida útil de la obra.

Lluvias de diseño. Para dimensionar los volúmenes de la laguna y los elementos de captación, entrada, vaciamiento, descarga y vertido hacia aguas abajo es necesario conocer las propiedades de las crecidas que llegan a la laguna. Para ello se seleccionan lluvias de diferentes periodos de retorno. Se recomienda emplear las máximas de entre las siguientes:

Si hacia aguas abajo existe un sistema de drenaje, natural o artificial, desarrollado:

T=5 años para las lluvias menores.



Si hacia aguas abajo no existe una red de drenaje desarrollada:

T=5 años para las lluvias menores





La autoridad municipal o el SERVIU podrán imponer periodos de retorno mayores a los indicados de acuerdo a las condiciones del lugar.

Las lluvias de diseño correspondientes se seleccionan con las intensidades de lluvias en el lugar del periodo de retorno indicado y duración igual al tiempo de concentración de la cuenca aportante.

Crecidas de diseño. Una vez conocidas las lluvias de diseño es necesario estimar las características de las crecidas de diseño correspondientes, incluyendo los caudales máximos, tiempos de ascenso del hidrograma y volumen. Para ello puede emplearse el Método Racional Modificado suponiendo un hidrograma triangular con un tiempo al máximo igual al tiempo de concentración de la cuenca y un gasto máximo, en m3/s, dado por:

Q CiA=

3 6, (4.3.2.1)

donde C es el coeficiente de escorrentía equivalente de toda la cuenca de área A, en km2, i la intensidad de la lluvia en mm/hora

Caudal máximo de descarga. El caudal máximo que puede descargar la laguna a través de la obra de descarga depende de las condiciones de aguas abajo, es decir de la capacidad de recibir caudales que tenga el sistema de drenaje, (natural, artificial o inexistente formalmente), hacia el cual la laguna entrega el agua retenida. Este caudal se determinará como el menor entre los siguientes:

El gasto máximo generado por la lluvia de diseño de periodo de retorno correspondiente a lluvias medianas, en condiciones naturales de la cuenca aportante.

La capacidad estimada con que puede operar el sistema de drenaje receptor para tormentas de periodo de retorno de lluvias medianas.

La capacidad de la obra que recibe los gastos descargados si la laguna opera en serie como elemento de regulación de otra obra alternativa (otra obra de retención, obras de infiltración, canales de drenaje urbano, etc.).

La autoridad municipal o el SERVIU podrán requerir caudales diferentes a los que resulten de los cálculos indicados si así lo recomiendan las condiciones del lugar



Cámara de descarga. Esta es una obra que permite controlar los caudales que la laguna entrega hacia aguas abajo, de manera que para las tormentas de diseño no se sobrepasen los caudales máximos permitidos. El volumen de almacenamiento de la laguna hasta el nivel del umbral de la cámara de descarga permite almacenar las crecidas que llegan a él provocadas por lluvias de periodo de retorno correspondientes a lluvias menores.

El fondo de la cámara se coloca a un nivel tal que sea posible vaciar totalmente la laguna mediante un dispositivo especial para ello. El nivel del umbral de la cámara se determina de manera que bajo él se puedan almacenar las tormentas menores. Las dimensiones interiores deben permitir una adecuada mantención, para lo cual se recomienda que sean al menos de 0,8m, con una altura no superior a 2,0. Para alturas superiores a 1,5m es conveniente disponer de escalines por la parte interior para acceder al fondo.

Existen diferentes alternativas de diseño para la cámara de descarga, la mayoría de ellas en base a una cámara vertical conectada al sistema de drenaje hacia agua abajo mediante una tubería que pasa bajo el muro principal de la laguna. La cámara está abierta en su parte superior de manera que a través de ella puede verter el caudal en exceso una vez que la laguna se llena hasta ese nivel. En este caso la cámara debe disponer de dos elementos adicionales. Uno para vaciar el volumen de crecidas y el otro para vaciar el volumen permanente de la laguna para fines de mantención. La Figura 4.3.2.13 muestra un esquema general de la disposición de los elementos en la cámara y los niveles a considerar para fines de dimensionamiento.

Figura 4.3.2.13: Elementos de la cámara de descarga : 1.- Base de anclaje, 2.- Tubería de descarga, 3.- Descarga de fondo para vaciamiento total, 4.- Orificio para vaciamiento del volumen de regulación de crecidas menores, 5.- Umbral de la cámara de descarga, 6.- Reja, 7.- Puente de acceso (opcional), 8.- Baranda, (opcional). Niveles: A.- Fondo de la laguna, B.- Nivel permanente, C.- Nivel de regulación para crecidas habituales o menores de 2 a 5 años de periodo de retorno.



La forma de la cámara depende de la selección y disposición de los elementos de vaciamiento de la laguna. Para cámaras pequeñas puede seleccionarse una disposición simple y para otras mayores una más sofisticada. Los dispositivos de vaciamiento de las aguas lluvias no deben tener mecanismos, de manera que operen automáticamente. Además, en el fondo de la cámara, se debe agregar un sistema para vaciar totalmente la laguna. Este puede consistir en una válvula o una compuerta. Dependiendo del tamaño se pueden agregar barandas u otros elementos de operación.

Las Figuras 4.3.2.14 a 4.3.2.16 muestran esquemas de diferentes alternativas típicas. Estas consisten en orificios, vertederos, tubos perforados o combinaciones de ellos.

Figura 4.3.2.14: Cámara de descarga con orificio de vaciamiento. 1.- Base de anclaje, 2.- Tubería de descarga, 3.- Vaciamiento de fondo, 4.- Orifico de vaciamiento, 5.- Umbral de la cámara, 6.- Reja.

Figura 4.3.2.15: Cámara de descarga con vertedero. 7.- Vertedero de vaciamiento



Figura 4.3.2.16: Cámara de descarga con tubo perforado. 8.- Tubo perforado, 9.- Pantalla.

Conducto de salida. El conducto de salida desde la cámara se dimensiona de manera que en las condiciones de descarga máxima, con la laguna llena hasta el umbral del vertedero de seguridad, no se sobrepase el gasto máximo permitido hacia aguas abajo, considerando una tormenta de periodo de retorno correspondiente a lluvias medianas.

Figura 4.3.2.17: Definición de variables para el diseño del ducto de salida de la laguna: A.- Nivel del umbral de la cámara de descarga. B.- Umbral del vertedero de seguridad. D.- Diámetro del ducto de salida. H.- Carga hidráulica de diseño. L.- Largo del ducto de salida.

Para dimensionar el conducto se puede relacionar el gasto máximo de evacuación, Qevac, con las propiedades del conducto mediante la relación:



Q A gHK

Qevac max=

≤2 1 2/

(4.3.2.2)

donde A, en m2, es el área transversal del conducto en la sección de salida, H, en metros, es la carga hidráulica, considerada como la diferencia de nivel entre el umbral del vertedero de seguridad y el eje de la sección de salida, si descarga libremente, o el nivel del agua a la salida si la descarga es sumergida; K es el coeficiente de pérdida de carga total en el conducto en términos de altura de velocidad de salida (KV2/2g), considerando las pérdidas en la entrada (0,2), la salida (1,0), y la fricción dependiendo de las propiedades del tubo y su largo, de manera que el valor total de K se calcula como:

K f LD

= + +0 2 1 0, , (4.3.2.3)

L es el largo del tubo, en metros, y D su diámetro, también en metros, f es el coeficiente de fricción que depende del material y las condiciones del escurrimiento. Se pueden adoptar los siguientes valores:

Material Factor de fricción, f.

Plástico ( PVC, Duratec) 0,012

Acero 0,015

Cemento asbesto 0,016

Cemento comprimido 0,020

En todo caso para facilitar la mantención es conveniente que el diámetro del tubo no sea muy pequeño, para lo cual se recomiendan los siguientes valores dependiendo de su longitud:

Largo (m) Diámetro mínimo, mm. Menor de 6 m 100 Desde 6 m a 20 m 200 Más de 20 m 300

Si el diámetro del ducto de salida resultante es inferior a los diámetros indicados es conveniente colocarlo del diámetro mínimo y restringir la descarga a las condiciones de diseño mediante una placa orificio de área A colocada a la salida de la cámara.



Elemento de vaciado. Se debe diseñar un elemento especial que asegure el vaciamiento total del volumen de la crecida almacenado bajo el nivel del umbral del vertedero de seguridad y sobre el nivel de almacenamiento permanente de la laguna en un tiempo razonable, de manera de dejar la laguna disponible para la próxima tormenta. Si no se persigue el tratamiento del agua, por ejemplo la sedimentación de partículas finas, este tiempo de vaciamiento puede ser del orden de 12 horas o menos. Para el vaciamiento total del volumen de crecida almacenado después de cada tormenta se dispone de varias posibilidades: orificios, vertederos, tubos perforados.

Una alternativa desarrollada especialmente para este tipo de lagunas por el Distrito de Control de Crecidas de Denver, USA (Urban Drainage and Flood Control District, 1992), considera una tubería perforada vertical adosada a la pared de la cámara y protegida por una reja o un separador de cuerpos flotantes como se indica en el esquema de la Figura 4.3.2.18. Este dispositivo se diseña para vaciar la laguna en 12 horas, entregando directamente al interior de la cámara de descarga. El caudal que puede evacuar este tipo de tuberías está dado por la relación (McEnroe et al. 1988):

( )Q

Ac d

ghp=+

0 612

32 3 2, / < Qevac (4.3.2.4)

donde: Q : gasto de descarga, menor que la capacidad de la tubería de descarga, m3/s.

Ap : Área de todas las perforaciones, m2 c : distancia entre las líneas extremas de perforaciones bajo agua, m. h : Altura de agua medida desde la línea inferior de perforaciones, m.

d : distancia entre las líneas de perforaciones, m.

Figura 4.3.2.18: Cámara de descarga con tubo perforado para vaciamiento del volumen de regulación de crecidas menores. 1.- Base de anclaje, 2.- Cámara ancho mínimo 0,8m, 3.-



Tubo de descarga, 4.- vaciamiento de fondo, 5.- Tapa del tubo, 6.- Reja, 7.- Pantalla , 8.- Tubo perforado, 9.- Tubo de acero. C.- Zona perforada del tubo, d.- Distancia entre filas perforadas.

La cantidad total de perforaciones para diferentes diámetros de la tubería se

recomienda en la tabla de la Figura 4.3.2.19. El gráfico de la Figura 4.3.2.20 permite estimar el área total de perforaciones dado el volumen a evacuar y la altura de agua inicial, de manera de vaciar el volumen de almacenamiento de la laguna en 12 horas.

Número Máximo de Columnas Perforadas

Diámetro Diámetro de la Perforación (mm)Tubo (cm) 6 12 18 25

10 6 8 - - 15 8 12 9 - 20 12 16 12 8 25 20 20 14 10 30 24 24 18 12

Diámetro de la Area de la Perforación(mm) Perforación (cm2)

3 0,07 6 0,28

10 0,79 12 1,13 16 2,01 18 2,54 22 3,80 25 4,91

Tapa Rosca conVentilación de 2,5a 7,5 cm deDiámetro.

Perforaciones deDesagüe.

Canería de fierroDuctil o Acero.

DETALLEDIBUJO NO A ESCALA

Columnas

Filas

10 cm

10 cm

Notas: 1: Número mínimo de perforaciones = 82: Diámetro mínimo de las perforaciones =3mm.


Figura 4.3.2.19: Determinación del número de perforaciones en el tubo de

vaciamiento.

10

100

1000

10000

1 10 100 1000

Area de perforaciones requerida por fila (cm2)

Volu

men

Alm

acen

ado(

m3 )

25 cm30 cm40 cm50 cm65 cm90 cm120 cm

Profundidad enel vertedero

Figura 4.3.2.20: Gráfico para la determinación del área de perforaciones por fila necesarias para vaciar el volumen de regulación de la laguna en 12 horas.

Alternativamente puede emplearse un orifico de dimensiones reguladas ubicado en la pared de la cámara justo sobre el nivel de almacenamiento permanente de la laguna, y en la parte inferior del volumen de regulación. Su tamaño puede estimarse en base al tiempo de vaciado en estas condiciones. Si la superficie libre de la laguna no cambia mucho con el nivel del agua, el tiempo de vaciado está dado por:

t S hCa gvac =2

2 (4.3.2.5)

donde: tvac : tiempo de vaciado en segundos S Área promedio de la superficie del agua en la laguna, m2 h altura de agua a vaciar, puede considerarse como la

diferencia entre el nivel del umbral de la cámara y el eje del orificio de vaciado, m

a: Área del orificio, m2 C: Coeficiente de gasto del orificio, adimensional: orificio de aristas vivas C= 0,61 orificio de aristas redondeadas C=0,96



El gasto que puede salir por un orificio de este tipo está dado por:

Qvac = Ca (2gh)0,5 (4.3.2.6)

Pantalla protectora.. Si el elemento de salida no está protegido mediante capa de enrocados, se debe disponer de una pantalla que evite que las perforaciones del tubo de vaciado se tapen con elementos extraños. Esta también evita que se drenen cuerpos flotantes, grasas y aceites. En este caso en que el tubo de salida se encuentra generalmente rodeado de agua, puede ser suficiente una pantalla como la que se indica en la Figura 4.3.2.18.

Vertedero. El vertedero de seguridad debe diseñarse sin elementos de control, con capacidad para evacuar crecidas de al menos el periodo de retorno de lluvias grandes o extraordinarias (100 a 200 años) considerando la cuenca aportante totalmente desarrollada, es decir con el máximo de áreas impermeables que puedan haber en el futuro. En el diseño del vertedero se emplearán los criterios y recomendaciones de la hidráulica de este tipo de obras. Se pondrá especial atención en la disipación de energía al pie de la obra y en la unión con el sistema de drenaje hacia aguas abajo.

Para el dimensionamiento de este vertedero se puede considerar el gasto adicional al evacuado por la obra de descarga, y sin considerar el posible efecto de amortiguación de la onda de crecida que puede provocar el estanque. El umbral del vertedero se coloca de manera que bajo él se pueda almacenar el volumen de la crecida de diseño de periodo de retorno de lluvias medianas. El caudal de diseño es:

Q Q Qvertedero TV evac= − (4.3.2.7)

Para TV se puede adoptar 100 ó 200 años según corresponda dependiendo de las condiciones de aguas abajo.



Figura 4.3.2.21: Definición de variables para el diseño del vertedero de seguridad. A.- Laguna. B.- Umbral del vertedero de seguridad. C.- Rápido de descarga. D.- Disipador de energía. HV.- Carga hidráulica.

En el caso de un vertedero típico de umbral horizontal y pared gruesa el gasto evacuado, Qvertedero en m3/s, depende del ancho de la obra, bv, en metros, la carga hidráulica sobre el umbral, Hv, también en metros, y un coeficiente de descarga, m, función del diseño:

Q mb gHvertedero v v= 2 3 2/ (4.3.2.8)

Para un vertedero grueso sin aristas se puede adoptar m = 0,36 y para uno con aristas vivas m = 0,31 (F. J. Domínguez, Hidráulica, 1979).

Volúmenes de almacenamiento. En una laguna de retención el volumen total es la suma de varios volúmenes parciales, cada uno de los cuales se estima para satisfacer una función particular. La Figura 4.3.2.9 muestra estos volúmenes. A continuación se explica la manera en que pueden estimarse.

Volumen principal. El volumen de almacenamiento principal de una laguna de retención corresponde a la capacidad de la laguna desde el nivel de agua permanente hasta el umbral del vertedero de seguridad. Equivale a la suma de V2+V3 en la Figura 4.3.2.9. Este volumen se calcula para retener la crecida generada por tormentas medianas, del orden de 10 a 20 años de periodo de retorno, con la cuenca aportante en su condición de desarrollo máximo, de manera que hacia aguas abajo de la laguna no se entreguen caudales máximos mayores que los permitidos.

Existen varios procedimientos para estimar el volumen de regulación necesario. Para disponer de una idea preliminar se puede recurrir a un método simple que supone una crecida de forma triangular de acuerdo al método Racional Modificado ( ver 3.1.2.d), y un gasto de salida por el evacuador que crece linealmente hasta el máximo.



Figura 4.3.2.22: Volumen de almacenamiento principal de la laguna en relación al hidrograma de la crecida que entra y la crecida evacuada hacia aguas abajo. 1.- Hidrograma de entrada, 2.- Hidrograma de salida, 3.- Tiempo al máximo, 4.- Tiempo base, 5.- Tiempo con agua en el volumen de regulación.

Entonces el volumen necesario está dado por:

( )V T Q Qlaguna b me evac= −0 5, (4.3.2.9)

donde Vlaguna es el volumen estimado para almacenar la crecida, en m3; Tb es el tiempo base del hidrograma de entrada, segundos, igual al doble del tiempo de concentración de la cuenca aportante, de acuerdo al Método Racional Modificado; Qme es el gasto máximo del hidrograma de entrada para la crecida de periodo de retorno de diseño y condiciones de máximo desarrollo, m3/s; y Qevac es el gasto máximo que puede evacuar la cámara de descarga, m3/s, empleado para dimensionar el ducto de salida con la ecuación (4.3.2.2).

Otro método más preciso requiere realizar un tránsito de la crecida a través de la laguna, para lo cual se debe disponer de al menos un diseño preliminar que permita conocer la relación entre el volumen almacenado en función de la altura de agua, V(h), así como el gasto que sale por el evacuador en función de esa misma altura de agua, Qs(h), además del gasto del hidrograma de entrada a la laguna en función del tiempo, Qe(t). El procedimiento típico requiere considerar la ecuación de continuidad:

dVdt

Q Qe s= − (4.3.2.10)

Como hidrograma de entrada se puede considerar el triangular del método Racional Modificado u otro más sofisticado. Para integrar la ecuación diferencial de continuidad existen diferentes procedimientos que pueden consultarse en la literatura técnica especializada (Vargas y Fernández, 1994).



A continuación se presenta uno de los métodos más tradicionales conocido como el de la curva de acumulación (Soil Conservation Service, 1964). En este método se supone que tanto el flujo de entrada como el de salida durante el intervalo de tiempo ∆t suficientemente pequeño se pueden representar por el promedio entre el gasto al inicio y al final del intervalo, es decir:

Q I Ie

t t t=+ +( )∆

2 (4.3.2.11)

representa el ingreso promedio de agua al estanque, mientras que el egreso, E, está dado por:

Q E Es

t t t=+ +( )∆

2 4.3.2.12)

Entonces la ecuación de continuidad durante un intervalo se escribe como:

V V I I t E E tt t t t t t t t t+ + +− = + − +∆ ∆ ∆

∆ ∆( ) (2 2

)

Esta ecuación se puede reordenar para separar a la izquierda las cantidades conocidas al principio del instante ∆t y a la derecha las desconocidas:

( ) ( )I I Vt

E Vt

Et t tt

tt t

t t+ + − = +++

+∆∆

∆∆ ∆2 2 (4.3.2.13)

Se supone que todas las cantidades al principio del intervalo son conocidas. Además se conoce el valor del gasto de entrada al final del intervalo y debe determinarse el gasto de salida y el volumen almacenado al final del intervalo. Una vez seleccionado el intervalo de tiempo ∆t se puede construir una relación, gráfica o numérica, de la función 2V/∆t + E, en función de E, del nivel o altura de agua, h u otra variable identificable. Además se supone que se conoce la relación entre V y E. El esquema de solución es el siguiente:

Al inicio del intervalo, en el instante t, se conocen los valores de It, Et, Vt, y además el de It+∆t.

Con ellos se calcula el término del lado izquierdo de la ecuación (4.3.2.13).



El resultado del cálculo anterior es igual al término del lado derecho de la misma ecuación (4.3.2.13), el cual considera valores de almacenamiento y gasto de salida al final del intervalo. Con este valor y la relación construida de esta expresión en función del gasto de salida se obtiene Et+∆t.

Con el valor del gasto de salida al final del intervalo se puede conocer la altura de agua y el volumen almacenado al final del intervalo de tiempo de cálculo.

El tiempo t+∆t se considera el inicio de un nuevo intervalo de cálculo y se vuelve a la etapa inicial para repetir los cálculos.

Volumen de tormentas menores. Este volumen es el almacenamiento bajo el nivel del umbral de la cámara de descarga, desde el nivel de agua permanente. Corresponde a V2 en el esquema de la Figura 4.3.2.9. Se calcula para almacenar el volumen generado por crecidas provocadas por tormentas menores, del orden de 5 años de periodo de retorno, con la cuenca totalmente desarrollada. En general puede ser del 50 al 80% del volumen principal de la laguna. Se puede estimar con la ecuación 4.3.2.9 en la cual el gasto máximo de entrada y el tiempo base corresponden a la crecida de tormentas menores y el gasto de evacuación al máximo del elemento de descarga.

Volumen de agua permanente. En el caso de lagunas de retención existe siempre una zona permanentemente llena de agua. Corresponde al V1 de la Figura 4.3.2.9. Este volumen depende de los otros fines de regulación de la laguna, los aportes que reciba, o los niveles del agua subterránea en el lugar. Para ello el fondo de la laguna debe colocarse a un nivel que asegure que esta zona esté permanentemente con agua.

Volumen de crecidas mayores. Corresponde al volumen máximo que puede almacenar la laguna en condiciones extraordinarias, cuando recibe una crecida provocada por tormentas mayores, del orden de 100 a 200 años de periodo de retorno. Es el volumen hasta el nivel de los muros, considerando una revancha de seguridad. En la Figura 4.3.2.9 es la suma de los volúmenes V2+V3+V4.

En estas lagunas de retención el volumen sobre el umbral del vertedero no se calcula como tal, sino que resulta de considerar una altura de agua, o carga hidráulica, sobre el nivel del umbral del vertedero de seguridad, de manera



que éste sea capaz de evacuar la crecida correspondiente. Sobre esta altura de agua se agrega una revancha de al menos 30 cm.

Flujo Base. Para que la laguna pueda contar con un volumen almacenado permanentemente es necesario que el balance anual de agua sea positivo. Ello puede lograrse si se coloca el nivel de vertido de la obra de evacuación bajo el nivel de la napa freática del agua subterránea, con lo cual se asegura una alimentación permanente y la obra se emplea como una obra de descarga del acuífero. Para asegurar un volumen permanente es necesario que los volúmenes que ingresan superen la pérdidas, para lo cual se puede emplear la siguiente relación de balance:

V V V V Vneto ingresa evap il E T= − − −inf . . (4.3.2.14)

donde Vneto es el volumen anual acumulable en la laguna, el cual debe ser positivo; Vingresa es la cantidad total de agua ingresada a la laguna por el flujo base de la cuenca, o los aportes de agua conducida por canales o por la descarga de agua subterránea; Vevap es la evaporación anual desde la superficie del agua en la laguna estimada en base a la evaporación en el lugar; Vinfil es una estimación de la filtraciones o percolación profunda desde la laguna; y VE.T. es la evapotranspiración de las plantas de la zona costera o litoral, o sobre la superficie no considerada en la evaporación desde el agua.

f. Detalles. Consiste en seleccionar y dimensionar los elementos complementarios para la correcta operación de la laguna, así como los necesarios para los demás usos que se desee darle. A continuación se mencionan los elementos mínimos que deben tenerse en cuenta para la operación de la laguna como regulador de aguas lluvias.

Figura 4.3.2.23: Taludes laterales con zona litoral y muros de tierra. A.- Fondo de la laguna, B.- Nivel de la laguna permanente. C.- Nivel de las crecidas medianas. D.- Nivel de los muros de la laguna.



Taludes laterales de la laguna. Los taludes deben ser estables y tendidos para limitar la erosión y facilitar los accesos para la mantención de la laguna por parte de operarios y maquinaria. Los taludes de la laguna permanente deben ser por lo menos 4/1=H/V, y preferiblemente 5/1 o más tendidos. La zona litoral exterior debe ser muy plana, por ejemplo 20/1=H/V o más, con profundidades del orden de 0,15 m en la costa hasta no más de 0,5 en el borde con la zona interior. Figura 4.3.2.23. El talud entre la zona exterior y la más profunda puede ser 3/1=H/V o más tendido.

Figura 4.3.2.24: Taludes laterales en base a un muro vertical, sin zona litoral.

Entrada. Debe disiparse la energía del flujo a la entrada tanto para evitar la erosión como para facilitar la sedimentación. Para ello se puede recurrir a disipadores de energía convencionales o protecciones de enrocados. El volumen permanente puede facilitar la disipación de energía.

Desarenador. En caso en que se espere un aporte de sedimentos importante cerca de la entrada es conveniente ubicar un sedimentador de partículas de mayor diámetro, en una zona en la cual se facilite su extracción posterior, para evitar que estos queden depositados en toda la laguna. El volumen de esta zona debe ser del 5 al 10 % del volumen principal de la laguna. Para este elemento puede proveerse de una zona más profunda en la parte costera de la laguna cerca de la entrada, con taludes 3/1=H/V o más tendidos. Esta zona de sedimentación inicial se puede separar del resto de la laguna mediante un sector litoral menos profundo.

Muros de la laguna. Los muros deben diseñarse de manera que no sean sobrepasados por tormentas de periodo de retorno de 100 a 200 años. El nivel del coronamiento debe considerar al menos un borde libre o revancha de 0,3m sobre el nivel máximo del agua para las condiciones indicadas. Los taludes del muro deben ser por lo menos 3/1=H/V o menores, idealmente 4/1. Preferiblemente los muros deben plantarse con pasto para evitar la erosión por lluvia. Los suelos de mala calidad o pobremente compactados deben



removerse y reemplazarse en las zonas de fundación del muro. Los suelos de este deben compactarse al menos hasta un 95% del Proctor Modificado.

Reja para basura. Sobre la cámara de descarga se coloca una reja para atrapar basura y cuerpos flotantes. Es conveniente que esta reja pueda removerse para tener acceso al interior de la cámara. Para evitar problemas de corrosión esta reja debiera ser de acero cincado o galvanizado. La Figura 4.3.1.30 muestra un ejemplo de una reja de este tipo.

Vegetación. Las bermas, los taludes y zonas laterales pueden plantarse con vegetación natural o con pasto regado, dependiendo de las condiciones del lugar y de los usos adicionales de la superficie que rodea la laguna. La zona litoral menos profunda puede cubrirse inicialmente con una capa de suelo vegetal y plantarse con especies acuáticas adecuadas a la condiciones del lugar.

Accesos para mantención. Estas lagunas deben tener accesos para vehículos que permitan llegar a la zona del desarenador y al elemento de descarga. Las pendientes máximas de estos accesos no deben ser superiores al 8%. Cuando sea posible se puede proveer de acceso pavimentados, o asfaltados y si no al menos estabilizados con grava o maicillo.

g. Construcción. La construcción de obras de almacenamiento es muy similar ya se trate de estanque de retención o lagunas. En general este tipo de obras empleadas en drenaje urbano son de pequeñas dimensiones en comparación con embalses y tranques para otros usos. Los aspectos más complejos de la construcción están ligados a la materialización de los muros de retención, para los cuales deben tomarse todas las precauciones posibles. Las recomendaciones que se mencionan a continuación son válidas sólo para muros de tierra de pequeña altura, menores de 3 metros.

Las lagunas de retención corrientemente se construyen excavadas en el terreno con pequeños muros que represan las zonas bajas. Además por condiciones de diseño las alturas de agua son pequeñas, menores de 2 metros en los puntos más profundos, lo que reduce las cargas hidrostáticas y los problemas que pueden generar las filtraciones. Por efectos y consideraciones de otros usos, preocupaciones estéticas y de mantención, la inclinación de los taludes está muy por el lado de la seguridad, de manera que la estabilidad de taludes en cortes y muros de tierra, no es habitualmente una condición crítica.

Las principales consideraciones de construcción se relacionan con los siguientes aspectos: a) preparación del terreno antes de la construcción, b)



estudios y análisis de los suelos para ser empleados en las diferentes estructuras, c) precauciones en la construcción de excavaciones y terraplenes.

Preparación del terreno. Se deben apreciar previamente todos los aspectos que pueden resultar en conflictos o problemas durante la construcción. Estos incluyen sitios con problemas geológicos o ambientales como escombros, rellenos recientes y basurales. Especial importancia debe darse a la existencia de otras obras o construcciones, necesidades de servidumbres de tránsito o accesos, existencia de redes de servicios ya sea aéreas o subterráneas, que puedan entrar en conflicto con las faenas de construcción. Considerar cuidadosamente la época del año, los factores climáticos y la duración de las faenas, evitando estar en medio de la construcción cuando empiezan las tormentas y las crecidas.

Las estructuras temporales deben diseñarse dependiendo del tiempo que necesitan ser usadas y de la época del año en que lo harán. Entre ellas son relevantes las que evitan la llegada de aguas lluvias a las faenas, conduciéndolas hacia aguas abajo mediante obras provisorias de desvío. En el caso de lagunas con partes permanentemente inundadas debe considerarse la forma en que se realizarán trabajos en los sectores bajo agua, las necesidades de agotamiento y control.

Estudios y análisis de suelos. Es recomendable realizar algunos estudios complementarios que confirmen los realizados durante la etapa de proyecto y que permitan controlar el avance y la colocación adecuada de los materiales empleados en excavaciones y terraplenes. No existe un programa tipo de reconocimiento, ya que cada proyecto tiene sus propias singularidades impuestas por las características del sitio. La mayoría de estos estudios dependerán en gran medida del tamaño del muro o de la magnitud de las excavaciones necesarias, pudiéndose alterar durante el proyecto la cantidad, el tipo y frecuencia de los ensayos. Todas las recomendaciones que se mencionan a continuación son válidas para muros y excavaciones de pequeña altura, menores de 3m.

Sondajes bajo la fundación del muro. Estos sondajes se realizan para asegurar que la fundación será hecha en un lugar adecuado y que no se verificarán problemas de falla en el suelo. Ellos pueden variar mucho de una obra a otra y normalmente serán necesario si existen dudas sobre las condiciones de fundación. Lo más común es recomendar sondajes de reconocimiento, ubicados a lo largo del eje del muro y en forma perpendicular a este eje en el lugar más alto del muro o ensayos en el lugar repartidos en el eje y el pie del muro en sectores que pueden esperarse como conflictivos. Las zonas a priori



más críticas son las de mayor altura del muro, los extremos y los anclajes de obras en hormigón incluidas en el muro como cámaras de descarga, tubos de desagüe y vertederos. Todas estas zonas deben estar particularmente bien caracterizadas. En el caso de muros pequeños, o suelos de fundación uniformes, estos sondajes pueden reemplazarse por calicatas.

Reconocimiento del sitio. Tiene por objeto principal la confirmación de los estudios y antecedentes disponibles sobre la impermeabilidad del vaso de la laguna y la utilización de las tierras del lugar obtenidas de las zonas con excavación o nivelación para la construcción del muro o terraplenes. En el caso de lagunas en contacto con la napa de agua subterránea es importante conocer los niveles del agua en las diferentes zonas de construcción para adecuar los procedimientos constructivos cuando corresponda.

Si es necesario es el momento de verificar y comprobar las condiciones y características de infiltración para comparar los valores considerados en el diseño y hacer los ajustes que sean necesarios, o tomar las providencias para proceder a impermeabilizar las zonas que corresponda si ello se requiere.

Ensayos de laboratorio. Las muestras recolectadas durante el reconocimiento deben llevarse al laboratorio para los ensayos de identificación y de comportamiento de suelos. Los objetivos de estos ensayos son la definición de posible reutilización del suelo, estabilidad de la obra y permeabilidad del suelo. En las especificaciones de construcción debe indicarse la cantidad, tipo y frecuencia de estos ensayos.

Los ensayos de laboratorio recomendados para este tipo de obras son los que se indican a continuación: a) ensayos de identificación como granulometría y límites de Atterberg, b) ensayos específicos de los movimientos de tierra para caracterizar el estado de los materiales entre los que se incluyen el contenido de humedad y proctor normal, c) ensayos específicos para verificar las hipótesis de cálculo de estabilidad de las obras como son los de peso volumétrico húmedo y seco, compresión simple, triaxial, cizalle y compresibilidad. d) ensayos destinados a medir el coeficiente de permeabilidad k, como por ejemplo el ensayo LEFRANC para terreno u otro en laboratorio bajo carga constante o variable.

Excavaciones y movimientos de tierra. Para efectuar y controlar las excavaciones debe establecerse los puntos en los cuales se medirán y



controlarán los volúmenes excavados, la forma en que se considerará la sobre excavación y lo rellenos necesarios, el destino de los materiales, ya sea provisorios si van a ser empleados en otras etapas de la construcción o definitivos si no van a ser empleados. En caso de necesitarse empréstitos, su origen y reglas de aceptación.

Los trabajos previos a la excavación comprenden el talado de los árboles (si los hay y se requiere su remoción de acuerdo a las condiciones del proyecto), la remoción de la tierra vegetal, demoliciones varias, el desplazamiento de redes, la instalación de la faena (entre ellas el laboratorio si se harán ensayos en terreno), la disposición de canchas de acopio y almacenamiento de materiales. Considerar la desviación eventual de cursos de agua o evacuación de aguas estancadas.

La excavación propiamente tal comienza después de esta preparación inicial en las zonas de desmonte y de terraplén con la remoción y recuperación de la tierra vegetal en las zonas de fundación y anclaje de los muros, la eliminación de estratos o parte de estratos de suelo de calidad insuficiente en la base de los muros y obras o estructuras de hormigón, la nivelación de zonas altas y bajas en sectores que serán empleados para otros usos.

El movimiento de tierra debe considerar un sistema de extracción dependiendo del estado de humedad que se encuentre. Si existen grandes rocas que no pueden removerse por medios mecánicos se puede considerar la posibilidad de incorporarlas al proyecto como elementos naturales.

Los materiales extraídos del sitio pueden servir para la fabricación del muro, si sus características mecánicas e hidráulicas lo permiten. En caso contrario, se deben disponer en otro sitio y con otros usos.

En el caso de muros de pequeña altura el control en obra puede ser similar al empleado en la construcción de terraplenes menores de caminos, ( ver Manual de Carreteras, Dirección de Vialidad del MOP).

Un aspecto importante en el control de los movimientos de tierra es el relacionado con los niveles en las condiciones de terminación para asegurar el correcto funcionamiento hidráulico de la obra. Debe establecerse un sistema de control topográfico que asegure la correcta posición de la obra y el nivel de las estructuras de operación y control, incluyendo las pendientes del fondo, la inclinación de los taludes, las cotas de umbrales, desagües, vertederos, cámaras, y demás estructuras consideradas.



h. Mantención. Las principales actividades de mantención de este tipo de lagunas están relacionadas con la remoción de sedimentos, cuya frecuencia depende de la producción de ellos en la cuenca aportante, y por lo tanto de las medidas de control de erosión y actividades de construcción que se desarrollen. Con un programa de control de erosión bien desarrollado en la cuenca aportante se estima que la frecuencia de remoción de sedimentos de estas lagunas es del orden de una vez cada 5 a 20 años. Si la generación de sedimentos es importante, la mantención de las laguna puede ser frecuente, o quedar inutilizada, sin volumen de almacenamiento suficiente, después de cada tormenta de consideración.

La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas generales de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentran emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de la obra, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una conservación técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, veredas, pasajes y similares, la responsabilidad por esta mantención técnica es del SERVIU. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje de aguas lluvias en zonas urbanas. Sin embargo es necesario que esta responsabilidad quede claramente establecida desde el punto de vista legal. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto.

A continuación se resumen las labores básicas de mantención y su frecuencia, considerando una mantención preventiva y otra curativa.

Mantención preventiva. Considera inspecciones, limpieza y cuidado de la vegetación.

Inspecciones. Observar el funcionamiento de la laguna de acuerdo a sus condiciones de diseño. Poner atención en la obstrucción de los elementos de descarga. Notar erosiones, niveles de sedimentación, crecimiento excesivo de plantas, integridad de los muros y el vertedero, daños estructurales en los disipadores de energía y capacidad de los elementos de evacuación hacia aguas abajo.

Rutinario. Al menos anualmente de las estructuras hidráulicas y los elemento estructurales de la obra. Una vez por lo menos en condiciones de operación durante tormentas significativas.



Cuidado y corte del pasto. Cortar el pasto ocasionalmente para limitar el crecimiento de vegetación indeseada. Césped de riego mantenerlo en 5-10cm y pasto natural entre 10 y 15 cm.

Rutina, dependiendo de las necesidades estéticas

Remoción de basuras y objetos extraños. Recolectar y retirar todo tipo de basuras y objetos extraños de la superficie total de la laguna y sus alrededores para minimizar la obstrucción de las descargas y por necesidades estéticas. Considerar la remoción de objetos flotantes en la superficie del agua.

Rutina. Incluir justo antes de la época de tormentas y después de las tormentas importantes. Retiro de hojas y ramas durante el otoño.

Mantención curativa. Corregir problemas de erosión, sedimentación y ambientales, así como reparaciones estructurales si es necesario.

Control de erosión y sedimentación. Reparar y resembrar vegetación en las zonas erosionadas que rodean la laguna y a lo largo de los canales. Reparar zonas dañadas en los disipadores de entrada y salida.

No rutinario. Periódico o reparar de acuerdo a las necesidades detectadas en las inspecciones

Control ambiental. Controlar problemas ambientales como malos olores, insectos y crecimiento excesivo de malezas con medias apropiadas.

No rutinario. De acuerdo a las necesidades según antecedentes de la inspección o por quejas de los vecinos.

Control de crecimiento de plantas acuáticas. Remover las plantas acuáticas de crecimiento excesivo y disponer de ellas fuera de la laguna.

No rutinario. Puede ser cada 2 a 5 años o de acuerdo a las necesidades para controlar la acumulación excesiva.

Remoción de sedimentos. Se requiere vaciar totalmente la laguna, redireccionar el flujo base para que no entre a ella durante la faena, y retirar los sedimentos del fondo de la laguna.

No rutinario. De acuerdo a las indicaciones de la inspección o según el ritmo de acumulación de sedimentos.

Reparaciones estructurales. Reparar elementos tales como entradas y descargas y revestimientos de disipadores de energía y canales. Estabilizar los muros y bermas. Reparar daños causados por



tormentas importantes. Revisar mecanismos, compuertas, pintura de estructuras metálicas.

No rutinario. De acuerdo a las necesidades detectadas en la inspección.

i. Ejemplo de Laguna de Retención. Considerar la posibilidad de desarrollar una laguna de retención para una urbanización consistente en conjuntos de viviendas, un sector comercial, y otro educacional en terrenos de aproximadamente 35 hectáreas en la ciudad de Concepción. Los terrenos presentan una forma aproximadamente rectangular de 780 por 470 metros, con una pendiente del 0,4%. Una vez que esté totalmente desarrollado las características del uso del suelo serán las siguientes:

Techos 112.000 m2 Calles 43.000 m2 Pasajes y veredas 25.200 m2 Estacionamientos 5.400 m2 Áreas verdes públicas 30.800 m2

Patios, jardín y antejardín 136.600 m2

Superficie total urbanizada 353.000 m2

De acuerdo a la distribución del uso del suelo en la urbanización se ha dejado un lugar para áreas verdes en la parte baja, en la cual se dispone de espacio para la colocación de una laguna de retención de las aguas lluvias. Además, en el sector donde se ubicará, la profundidad de la napa oscila entre 3 y 4 metros bajo el nivel del suelo. Las aguas lluvias de toda la urbanización se dirigirán a través de las calles, sumideros y un sistema de colectores superficiales y subterráneos hasta el sector de la laguna. Desde ésta se entregará al sistema general de la ciudad. La laguna tiene por objeto lograr que el caudal máximo de aguas lluvias después de urbanizado el sector no supere el que se produce previo a la urbanización, de manera de no sobrecargar el sistema receptor hacia aguas abajo. Hacia aguas abajo se dispone de una red de drenaje natural desarrollada.

Factibilidad. En una primera aproximación se requiere del orden del 0,5 al 2% de la superficie de la cuenca aportante para una laguna de este tipo, lo que significa menos de 7000 m2, que se suponen disponibles para la materialización de una laguna de retención. Según el Balance Hídrico de



Chile de la DGA en esta zona la precipitación media anual es del orden de 1162 mm, con 74 días de lluvias en promedio al año como se indica en la Tabla 3.1.1.1. La evaporación en la zona es del orden de 1250 mm anuales. De manera que las condiciones son apropiadas para una obra de este tipo. La parte inferior de la laguna se llenará a partir de las primeras lluvias. Posteriormente se requerirán en promedio 90 mm anuales, que es la diferencia entre las precipitaciones y la evaporación, para mantener este volumen. Dado el tamaño de la laguna esta cantidad de agua se estima en 120 m3 al año, en promedio, la que será entregada por el sistema de riego del parque.

Dimensionamiento. Se requiere conocer las propiedades de las lluvias de diseño y dimensionar el volumen de almacenamiento y el tamaño de los elementos de descarga y evacuación.

Aspectos hidrológicos. Para estimar el hidrograma de entrada de caudales a la laguna se considera el método Racional Modificado el cual entrega un hidrograma triangular, con un tiempo al máximo igual al tiempo de concentración de la cuenca aportante y un caudal máximo correspondiente al generado por una tormenta de duración igual al tiempo de concentración. Para calcular el tiempo de concentración de la cuenca aportante se empleará la fórmula de Kirpich (Tabla 3.1.2.6) considerando como longitud del escurrimiento superficial 1300m a lo largo de las calles, desde el punto más alejado, y una pendiente de 0,004 promedio para todo el recorrido. Con estos valores el tiempo de concentración se estima como:

T min L S min( ) , , ( ) ( , ) ,, , , ,= = =− −0 0195 0 0195 1300 0 004 40 80 77 0 385 0 77 0 385

Para el dimensionamiento se considerará una lluvia de 40 minutos de duración. El gasto máximo del hidrograma está dado por la ecuación típica del Método Racional:

Q CiA= / ,3 6

donde C es el coeficiente de escorrentía, i la intensidad de la lluvia de duración igual al tiempo de concentración y periodo de retorno considerado y A el área de la cuenca aportante en km2. Para el dimensionamiento de los diferentes elementos de la laguna se toman en cuenta distintas lluvias de diseño, con periodos de retorno desde 5 a 100 ó 200 años.

Para la situación en condiciones naturales se estima un valor de C=0,30, equivalente al caso de suburbios según la Tabla del Capítulo de Hidrología y dadas las condiciones naturales con muchos espacios abiertos del sector. Para el caso urbanizado es necesario tomar en cuenta el uso de las distintas áreas y



obtener un coeficiente ponderado para el total. Con los valores de las superficies de cada tipo y los coeficientes de la Tabla 3.1.2.7 se obtiene:

Tipo de superficie Coeficiente Techos 0.90 Calles 0.85 Estacionamiento 0.80 Pasajes y veredas 0.75 Áreas verdes 0.20 Patios y otros 0.50

El coeficiente de escurrimiento ponderado resulta ser:

Curb

=∗ + ∗ + ∗ + ∗ + ∗ + ∗

=0 90 112000 0 85 43000 0 80 5400 0 75 25200 0 20 30800 0 50 136600

3530000 67

, , , , , ,,

Para estimar la intensidad de la lluvia de 10 años de periodo de retorno y 40 minutos de duración se inicia el cálculo sabiendo que la lluvia de 24 horas y 10 años de periodo de retorno en la zona es de 105 mm, según la publicación de la DGA sobre Precipitaciones Máximas en 24, 48 y 72 horas, y también la Tabla 3.1.2.2 en el Capítulo de Hidrología. La precipitación de 40 minutos se calcula con los coeficientes de duración y frecuencia:

P P CD CD CF T4010

2410

124

4060

1011= ,

donde P = 105; = 0,19 según la Tabla 3.1.2.3 y CD = 0,858 de acuerdo a la expresión 3.1.2.2. Además para un periodo de retorno de 10 años =1. Entonces, la cantidad de agua caída en 40 minutos es:

2410

CF T10

CD124

4060

P m4010 11 105 0 19 0 858 1 0 18 8= =, ( )( , )( , )( , ) , m

lo que equivale a una intensidad de 28,2 mm/hora. Similarmente se pueden calcular las precipitaciones para otros periodos de retorno:

Precipitación máxima en 24 horas = 105 mm

Coeficiente de duración de 24 horas a 1 hora = 0,19

Coeficiente de duración de 1 hora a 40 minutos = 0,858

Periodo de retorno, años 5 10 100 Coeficiente de frecuencia (Tabla 3.1.2.4) 0,85 1,00 1,46



Precipitación de 40 min. en el lugar, mm 16,0 18,8 27,5

Intensidad de la lluvia, mm/hora 24,0 28,2 41,3

El gasto máximo que genera una tormenta de 40 minutos y 10 años de periodo de retorno con el terreno en condiciones naturales, previo a la urbanización, es:

Q CiA m4010 33 6 0 30 28 2 0 353 3 6 0 830= = =/ , , ( , )( , ) / , , / s

Siguiendo el mismo procedimiento y empleando los coeficientes adecuados se pueden calcular los gastos máximos para otros periodos de retorno y otras condiciones de la cuenca, los que se resumen a continuación:

Condición Natural Urbanizada

Coeficiente de escorrentía 0,30 0,67

Periodo de retorno, años 5 10 100 5 10 100

Intensidad de la lluvia, mm/hr 24,06 28,2 41,3 24,0 28,2 41,3

Gasto máximo, m3/s 0,706 0,830 1,215 1,577 1,854 2,713

Como se puede apreciar se trata de caudales apreciables para situaciones urbanas.

Volumen principal de la laguna. Aceptando que hacia aguas abajo de la laguna se puede evacuar el caudal máximo en condiciones naturales de la crecida de 10 años de periodo de retorno, se aceptará un caudal máximo de evacuación por la cámara de descarga de 800 l/s, con lo cual una aproximación para estimar el volumen de almacenamiento mínimo para la laguna está dado por la ecuación (4.3.2.9) considerando que el tiempo base del hidrograma de la crecida de diseño es igual al doble del tiempo de concentración de la cuenca:

V T Q Qlaguna b me evac= − = ∗ ∗ − =0 5 0 5 2 40 60 1 854 0 800 2530 3, ( ) , ( )( , , ) m

Se propone una laguna con una capacidad de regulación de 2500 m3. Para tener una primera idea del tamaño se puede apreciar que este volumen se logra con una superficie de 3000m2 y 0,83 m de profundidad media. Esta superficie es menos de la mitad de la que se había estimado inicialmente para el lugar. Se hará un diseño típico en dos niveles, empleando el inferior para el agua permanente y el superior para la regulación de crecidas de aguas lluvias. El nivel inferior estará ocupado por agua subterránea.



Dadas las condiciones del lugar la laguna tendrá un diseño tradicional en planta, de forma ovalada, excavada en el terreno de manera que el agua subterránea llene la parte inferior

Cámara de descarga. Para la evacuación se colocará una pequeña cámara rectangular de casi 2,0 m de alto conectada mediante una tubería a la descarga. La disposición de esta cámara es aproximadamente como se indica en la Figura 4.3.2.25.

Figura 4.3.2.25: Dimensiones y niveles de la cámara de descarga. A.- Fondo de la laguna , B.- Nivel laguna permanente, C.- Umbral del vertedero de la cámara, D.- Umbral vertedero de seguridad, E.- Coronamiento muros, F.- Salida desagüe.

El sistema de evacuación debe ser capaz de entregar como máximo el caudal de 800 l/s cuando la laguna esté llena hasta la cota del umbral del vertedero de seguridad, que es la 2,0. Este se puede estimar como:

Q A gHK

l sevac =

≤2 800

0 5,

/ (4.3.2.15)

donde K es la suma del coeficiente de pérdidas en la entrada (0,2) la salida (1,0) y la fricción en el tubo (fL/D). Se puede adoptar f=0,02 para una tubería típica. Además el desnivel entre el umbral del vertedero de seguridad, que corresponde al nivel del agua con la laguna llena, y el eje de la tubería a la salida, es H=2,20m y L=30m. Entonces evaluando la expresión para diferentes diámetros se obtiene:

Diámetro (m) Área del tubo (m2) fL/D K Qevac (l/s) 0,40 0,126 1,5 2,7 503,5 0,50 0,196 1,2 2,4 830,8



Se colocará un tubo de salida de diámetro D=0,5m En estas condiciones el gasto máximo es de 831 l/s, similar al permitido hacia aguas abajo y es el que se propone adoptar para el evacuador en este caso. La tubería tendrá cada 3 metros pantallas de hormigón de 1x1 m2 y 0,15m de espesor para disminuir las filtraciones por la parte exterior del tubo.

En estas condiciones la descarga por el ducto en función de la altura de agua en la laguna está dado por:

Q g h h=+

= +0 196 2 0 22 4

0 560 0 20 5

0 5, ( , ),

, ( , ),

, para 1,7m < h < 2,0 m

Vaciamiento. Para el vaciamiento total del volumen de regulación de la laguna, entre la cota +1,7m en el umbral de la cámara del evacuador y la cota +1,0m, se dispondrá de un tubo perforado vertical adosado a la cámara colocado según las recomendaciones de diseño. Se empleará una tubería de 0,30 m de diámetro, con perforaciones en la parte superior de 0,7m de alto (c=0,7m), con 8 filas de perforaciones separadas a 0,10m en altura (d=0,1m). Para vaciar el volumen de la laguna de 2500 m3 en 12 horas con una altura de agua de 0,7m, se requiere un área de perforaciones de aproximadamente 60 cm2 por fila, según el gráfico de la Figura 4.3.2.20. Con perforaciones de 25mm, de 4,91cm2 de área cada una, esto se logra con 12 perforaciones por fila. En la Figura 4.3.2.19 se puede verificar que este número es igual al máximo número de perforaciones por fila para un tubo de 30 cm de diámetro. El caudal máximo que evacúa esta tubería está dado por la ecuación 4.3.2.3:

QA h

c dghvac

p=+

0 612

32,

( )

donde Ap es el área total de perforaciones, igual a 8 filas de 12 hoyos cada una con 4,91 cm2 por perforación, que resulta en 471 cm2. Además c=0,7m, d=0,1m y h=0,7m. Entonces:

Q gvac =+

=0 612 0 0471 0 73 0 7 0 1

2 0 7 0 062, * , * ,( , , )

, , / m3 s

Este valor es menor que la capacidad de evacuación de la cámara, lo que le permite salir fácilmente.

Con las dimensiones establecidas el gasto de vaciamiento de este dispositivo en función del nivel del agua en la laguna es:



Q = 0,106 (h-0,2)1,5 para 1,0m< h < 1,7m

Vertedero de seguridad. Este deberá ser capaz de descargar un gasto máximo igual a la diferencia entre el de la crecida de 100 años de periodo de retorno con la cuenca totalmente desarrollada, 2713 l/s, y el que sale por el evacuador a plena capacidad, 830 l/s, sin tomar en cuenta el efecto regulador de la laguna, de manera que el gasto de diseño es:

Q svert = − =2 713 0 830 1883, , , m3 /

Para un vertedero con umbral horizontal de pared gruesa de ancho b, con una carga de agua h, el caudal está dado por la relación 4.3.2.8:

Q mb gHvertedero v v= 2 3 2/

Adoptando un valor típico de m=0,36 y una altura máxima sobre el umbral de 0,50 m de manera que quede una revancha o borde libre de 0,3m hasta el coronamiento de los muros de la laguna como factor de seguridad adicional, se obtiene un ancho necesario de b= 3,34m para evacuar el gasto máximo de 1,883 m3/s. Se adoptará un vertedero como el mencionado de un ancho de 3,5m.

En estas condiciones el gasto evacuado por el vertedero en función de la altura de agua en la laguna es:

Q=0,36*3,5*(2g)0,5(h-0,2)1,5 = 5,578 (h-0,2)1,5 para 2,0m < h < 2,8m

Desagüe de fondo. Además se conecta en el fondo de la cámara un desagüe tanto para controlar el flujo base y manejar el volumen de la parte inferior de la laguna, como para poderla vaciar totalmente ante cualquier eventualidad. Este elemento no opera para fines de regulación. En este caso se colocará una válvula de compuerta de 0,30m de diámetro alojada en una cámara lateral y entregando al mismo tubo de vaciamiento, conectado a la cámara de descarga.

Curva de descarga de la laguna. La función de descarga de la laguna, considerando el tubo de vaciamiento, la cámara de evacuación y el vertedero de seguridad en función de la altura de agua en la laguna desde el fondo, h en metros, es la siguiente:

Para 0 < h < 1,0m

Q=0,0

Para 1,0m <h < 1,7m



Q=0,106(h-1,0)1,5

Para 1,7m < h < 2,0m

Q = 0,560 ( h + 0,2)0,5

Para 2,0m < h < 2,8m

Q= 5,578 ( h- 2,0)1,5 + = 0,560 ( h + 0,2)0,5

La laguna se supone que está llena hasta el nivel permanente (h=1,0), cuando comienza una tormenta, de manera que el volumen de regulación se considera a partir de este nivel hacia arriba.

Disposición general. En base a las dimensiones establecidas para el volumen de almacenamiento y los niveles de los elementos de evacuación se puede establecer una disposición general de la laguna, incluyendo los niveles de los elementos de evacuación y descarga. El área inundada y el volumen almacenado en función de la altura de agua se pueden determinar conocidas las dimensiones de la obra y las curvas de nivel al interior de la laguna. Para ello se mide el área encerrada por cada curva de nivel. Si Ai es el área superficial de la laguna para la altura hi, el volumen parcial entre dos curvas de nivel consecutivas se calcula como:

∆Vi =0,5(hi -hi-1)(Ai +Ai-1)

En estas condiciones la superficie inundada y el volumen almacenado para tormentas están dados por los siguientes valores, en función de la altura de agua sobre el fondo de la laguna. Se considera solamente el volumen útil de regulación y no el permanente de la laguna. Además se agrega el gasto que sale y la función de almacenamiento dada por la ecuación 4.3.2.13 para intervalos de tiempo de 120 segundos.

Altura Área Volumen Gasto Función de agua (m) inundada (m2) almacenado (m3) evacuado (l/s) de almac. (l/s) 1,00 3204 0(1) 0,0 0 1,20 3385 659 9,5 10953 1,40 3569 1354 26,8 22593 1,60 3762 2087 49,3 34833 1,80 3955 2859 792,0 48442 2,00 4147 3667 830,6 61947 2,20 4376 4519 1366,0 76682 2,40 4605 5417 2314,0 92597

(1) No se considera el volumen permanente.



Verificación. Conocidas las curvas de área inundada y volumen almacenado en función de la altura de agua, así como la función del gasto evacuado en función de la misma altura de agua, es posible efectuar el rastreo de una crecida por la laguna, es decir determinar los niveles de agua, volúmenes y caudales de salida, dado un hidrograma de entrada. Esto permite verificar las dimensiones y condiciones de diseño. El cálculo en esta oportunidad se ha efectuado integrando numéricamente las ecuaciones de continuidad para una crecida de entrada de 10 años de periodo de retorno estimada con el Método Racional.

Según se determinó anteriormente la crecida de entrada presenta un hidrograma de forma triangular con un máximo de 1854 l/s a los 40 minutos, es decir a los 2400 segundos, y termina en cero a los 4800 segundos. Se empleará como intervalo de tiempo para efectuar el análisis del tránsito de la crecida a través del estanque ∆t = 120 s. Con los valores conocidos de área inundada, volumen almacenado y gasto evacuado en función de la altura de agua se puede construir la relación del término del lado izquierdo, o función de almacenamiento, la que se incluye en la última columna de la tabla anterior.

Con estas funciones se integra la ecuación de continuidad numéricamente para cada intervalo de tiempo. Para efectuar la integración numérica se ha confeccionado la tabla siguiente en la cual para cada instante de tiempo se consigna el gasto de entrada, el nivel de agua en el estanque, el volumen almacenado, el gasto de salida y el término del lado izquierdo de la ecuación (4.3.2.13), que corresponde a la función de almacenamiento. Sólo se han incluido algunos intervalos que permiten seguir los cálculos.

Tiempo Gasto de Nivel Volumen Gasto de Función de (segundos) entrada (l/s) (metros) (m3) Salida(l/s) Almac. (l/s)

0 0 0 0 0 120 92,7 1,01 33 1,0 93 240 185,4 1,01 35 1,0 827 360 278,1 1,01 66 1,0 1046 480 370,8 1,02 70 1,5 1748 ... ... ... ... ... ... 2400 1854,0 1,59 2050 48,0 33908 2520 1761,0 1,65 2280 250,0 37743 2640 1669,0 1,69 2430 380,0 41180 2760 1576,0 1,73 2600 520,0 45872 2880 1483,0 1,77 2740 680,0 45872



3000 1391,0 1,79 2800 750,0 47860 ... ... ... ... ... ... 4920 0,0 1,76 2710 643,0 45642 5040 0,0 1,75 2627 600,0 44524 5160 0,0 1,73 2600 520,0 43183 5280 0,0 1,72 2550 495,0 42813 ... ... ... ... ... ...

Los resultados como caudal de entrada y de salida en función del tiempo se muestran en la Figura 4.3.2.26. Para esta crecida no alcanza a operar el vertedero de seguridad y todo el caudal es evacuado completamente por la obra de descarga.

El caudal máximo de salida es del orden de 800 l/s siendo el máximo de entrada superior a 1800 l/s, lo que pone en evidencia el efecto regulador de la laguna. Se supone que estos caudales no generarán inconvenientes hacia aguas abajo ya que ellos son inferiores a los que se presentaban en condiciones naturales previos a la urbanización, y como se puede apreciar en los cálculos anteriores muy inferiores a los que se habrían generado si al urbanizar no se hubiera considerado una laguna de retención para amortiguar los caudales máximos de las crecidas de aguas lluvias.

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

2000,0

0 1000 2000 3000 4000 5000

Tiempo (segundos)

Gas

to (l

t/s)

Entrada

Salida

Vol. Almac.

Figura 4.3.2.26: Hidrogramas de entrada y salida para una crecida de 10 años de periodo de retorno.

Detalles. Los detalles necesarios para completar el diseño de la obra se han establecido en el procedimiento de diseño. Para ello será conveniente



considerar la participación de un paisajista, de manera de aprovechar al máximo las características de la obra para otros fines.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto para la construcción la laguna de retención del ejemplo.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal A Laguna de retención propiamente tal. 1 Descepe del terreno, eliminación de vegetación y limpieza superficial, espesor de 10 cm. m2 6280 0,056 351,680 2 Excavación, en terreno blando, hecha a máquina, sin agotamiento ni entibación, a profundidad menor de 1 m, desplazando el material para la ubicación de los muros. Sólo se trata de perfilar el terreno para lograr la geometría de la laguna. m3 1270,0 0,252 320,040 3 Confección de terraplenes para los muros de la laguna, con la tierra de la excavación compactada con rodillo por capas de 0,15m de espesor. m3 1045,0 0,379 396,059 4 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia de hasta a 10 km. m3 853,0 0,063 53,739 5 Suministro y colocación de una capa de arena de 3 cm sobre toda la superficie de los taludes interiores y exteriores de los muros, hasta el límite de la zona litoral. m3 89,1 0,328 29,225 6 Suministro y colocación de una capa de tierra de hojas de 5 cm esparcida y compactada sobre la capa de arena del punto anterior. m3 148,5 1,019 151,322 7 Suministro y sembrado de semilla de césped tipo Bermuda o similar de buena calidad en toda la superficie con tierra de hojas. Se considera sembrado, riegos y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 2970,0 0,104 308,880 8 Suministro y sembrado de plantas palustres en la zona litoral. Gl 1,0 15,602 15,602



9 Suministro y colocación de una capa de maicillo de 5 cm de espesor, compactado formando una vereda de 1,5m de ancho en el coronamiento de los muros. m2 9,5 0,087 0,827 B Cámara de descarga, confeccionada en hormigón armado visto. 10 Hormigón grado H-30 con una dosificación mínima de 385 kg. de cem. por metro cúbico, colocado con moldaje para terminación de hormigón visto. m3 5,8 4,702 27,272 11 Acero tipo A44-28H con resaltes para hormigón armado, en barras, doblado y colocado según los planos. D=10mm Kg. 232,9 0,016 3,726 12 Ripio para emplantillado. Suministro y colocación, compactado en espesores de 5 cm bajo hormigones. m3 0,3 0,117 0,035 13 Tubos de c.c. tipo alcantarillado para tubería de evacuación. Suministro y colocación en zanja bajo el muro, emboquillados con mortero 1:4., D=0,3m m 30 0,543 16,290 14 Bolones de 30 cm de diámetro medio colocados a mano en una capa en el pedraplén de la cámara de descarga. m3 0,6 0,294 0,176 15 Rejas para sumidero grande tipo alcantarillado, de 0,91m de largo. U 4,0 3,971 15,884 16 Pantalla acero, PL acero de 2,9x0,7x0,003. Kg. 48,0 0,030 1,440 17 Tubo de acero de 200 mm de diámetro para conexión de válvula, con bridas de conexión. m 0,7 1,105 0,774 18 Tubo de vaciamiento en acero de 300mm de diámetro, con perforaciones según planos y soldado, colocado en cámara de descarga. m 2,0 1,682 3,364 19 Válvula tipo compuerta de 200mm con bridas de conexión. Suministro y coloca- ción, para operar con manguito. U 1,0 11,359 11,359 20 Tapa de cámara de hormigón armado tipo acera de 0,70x0,70 U 1,0 2,398 2,398 C Vertedero de seguridad, en rocas para simular una caída natural tipo estero de alta montaña. 21 Suministro y colocación de una capa de ripio para emplantillado y filtro de 10cm de espesor, compactado. m3 12,4 0,117 1,451 22 Piedras tipo enrocado de 30cm de diámetro



medio, colocadas una a una sobre el emplantillado de ripio. Ordenadas para dar una apariencia natural, sin emparejar. m3 37,1 0,490 18,179 23 Mortero para cementar las piedras en la parte inferior. Mortero 1/4 colocado según detalle en los planos. m3 11,1 3,553 39,438 24 Piedras de tamaño 0,6 m para colocar en el colchón disipador. m3 1,0 0,293 0,293 D Muro vertical. 25 Hormigón grado H-30 con una dosificación mínima de 385 kg. de cem. por metro cúbico, colocado con moldaje. m3 140,4 4,702 660,161 26 Acero tipo A44-28H con resaltes para hormigón armado, en barras, doblado y colocado según los planos. 26.1 D=12mm Kg. 3596,0 0,016 57,536 26.2 D=10mm Kg. 2088,0 0,016 33,408 26.3 D=16mm Kg. 2552,0 0,016 40,832 Total 2561,386 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al 7 de

Octubre de 1996), según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.









4.4. OBRAS ANEXAS Para el control y gestión de las aguas lluvias 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 soluciones alternativas. Estas se han agrupado como obras anexas ya que complementan a otras más importantes propuestas en capítulos anteriores, o se pueden considerar profusamente para la desconexión de zonas impermeables. Se incluyen en este capítulo las franjas filtrantes cubiertas de pastos, las zanjas con vegetación, canales para drenaje urbano, caídas, sedimentadores y cámaras de inspección.

Las franjas filtrantes y las zanjas con vegetación se consideran como obras anexas importantes en la desconexión de áreas impermeables, lo que justifica su inclusión, si bien se trata más de elementos complementarios que de obras propiamente tales.

En las áreas de expansión urbana de la zona central de Chile, en la cual muchas de las ciudades se han extendido sobre terrenos agrícolas, es común encontrar conflictos entre la infraestructura de riego existente previamente y los intereses de la urbanización. Es posible que un rediseño de los canales de riego para zonas urbanas, de manera de integrarlos más amigablemente al nuevo entorno pueda evitar muchos de los conflictos. Esto requiere que los diseños de estos canales no respondan exclusivamente a objetivos de mínimos costos de construcción o de eficiencia de conducción, sino que también tomen en cuenta las oportunidades de que sean incorporados al entorno urbano para fines paisajísticos e incluso de recreación.

A lo largo de los canales de drenaje, o como elementos de entrega o descarga de estos a los estanques o lagunas de retención, puede ser necesario disponer de caídas, o descensos bruscos de fondo, y disipadores de energía hidráulica asociados a ello. Estos se presentan como caídas.

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.



Se incluyen entonces como obras anexas las siguientes:

Franjas filtrantes cubiertas de pasto

Zanjas con vegetación

Canales para drenaje urbano de aguas lluvias

Caídas y disipadores de energía

Sedimentadores

Cámaras de inspección


4.4.1. FRANJAS FILTRANTES

a. Descripción. 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. En climas semiáridos es fundamental el riego, pues se necesita mantener un pasto denso y saludable. Estas franjas no son otra cosa que una forma de organizar los jardines y áreas verdes pequeñas de manera de favorecer el escurrimiento uniforme en láminas y promover la infiltración de las aguas lluvias en el lugar.

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 depende de que el flujo escurra como una lámina uniforme y de poca altura sobre la superficie de la franja, es que se debe limitar el tamaño del área aportante y por lo tanto el volumen asociado. Los flujos pueden ser aplicados a las Franjas Filtrantes directamente desde superficies impermeables, como estacionamientos, calles, pasajes y veredas o techos de edificios, entregando el caudal en forma pareja mediante algún elemento de distribución con un umbral horizontal en el extremo más alto del plano. Las Franjas Filtrantes si se emplean profusamente en una zona son eficaces en reducir el volumen de escurrimiento de tormentas pequeñas.

Las franjas filtrantes son estructuras sencillas, compuestas por unos pocos elementos, cuya organización se muestra en la Figura 4.4.1.1.


4.4.2. ZANJAS CON VEGETACIÓN

Figura 4.4.1.1: Elementos típicos de una franja filtrante. 1.- Zona impermeable, 2.- Repartidor de flujo, 3.- Franja filtrante, 4.- Colector.

b. Ventajas y desventajas. El pasto y otro tipo de vegetación de estas franjas da un efecto agradable a cualquier espacio verde, y por lo tanto se pueden incorporar a los planes de paisajismo de cualquier urbanización. Además, 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. El pasto y los árboles que se pueden utilizar de manera opcional, ayudan a disminuir el escurrimiento gracias a la infiltración que se produce, por pequeña que esta sea.

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%. El área aportante 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.



c. Procedimiento de diseño. En general las franjas filtrantes son elementos complementarios de un plan más ambicioso, de manera que su diseño se decide en un contexto más amplio. De todas maneras se puede pensar que el procedimiento de diseño considera las tres etapas típicas. Un análisis de factibilidad de la obra de acuerdo a las condiciones locales, en segundo lugar un dimensionamiento de los elementos principales y finalmente el diseño de los elementos de detalle. A continuación se plantea lo que debiera considerarse en cada una de estas etapas para el caso de un estanque de retención.

Factibilidad. En base a los antecedentes que consideran las condiciones climáticas, las características del suelo, la existencia de agua subterránea, las propiedades de la urbanización, incluyendo la disponibilidad de espacio, sus destinos y tipo, así como el comportamiento esperado de los usuarios y vecinos, se debe decidir si es conveniente recurrir a un empleo relativamente masivo y organizado de franjas filtrantes, como parte de un plan más general.

Dimensionamiento. El dimensionamiento es relativamente sencillo aunque requiere disponer de antecedentes de terreno y específicos del lugar en base a los cuales se calcularán las dimensiones de acuerdo a los criterios de diseño establecidos para la obra. Como antecedentes es necesario recopilar los siguientes:

Hidrológicos. Es conveniente conocer los gastos y volúmenes resultantes de tormentas de 5 y 10 años de periodo de retorno en el sector para condiciones naturales, urbanizadas y con la aplicación de técnicas de desconexión con diferentes niveles, de manera de apreciar su efecto y decidir su conveniencia. Se requiere conocer el uso del suelo, las características de las lluvias, y la topografía del sector.

Terreno. Disponibilidad de espacio, elementos de la red de drenaje natural del sector, así como de los demás elementos que forman el plan de gestión o desconexión de áreas impermeables. Límites de la zona y el comportamiento de las aguas lluvias que pueden llegar por escurrimiento superficial. Estimar la capacidad máxima de evacuación del sistema hacia aguas abajo, la forma en que se realizará la descarga y sus efecto. Si bien las franjas filtrantes no necesariamente se diseñan para infiltrar una cantidad específica o el total del agua que reciben, es conveniente conocer la capacidad de infiltración del suelo, de manera de poder estimar el gasto que entregan hacia los elementos de aguas abajo.

Diseño de detalle. El diseño de detalle normalmente se traduce en los planos para la construcción de la obra y sus elementos necesarios. En esta etapa se debe proceder al diseño y dimensionamiento de los elementos auxiliares



como son el empalme con las superficies contiguas, la existencia de elementos de separación como soleras discontinuas, y la conexión con el drenaje general. También debe considerarse la vegetación, necesidades de plantación, el riego y otras necesidades.

d. Factibilidad. La factibilidad de emplear franjas filtrantes depende básicamente de la existencia en el sector urbanizado de áreas verdes, o sectores destinados a ellas, que puedan aprovecharse para ser empleados como franjas de filtración. La pendiente del terreno debe ser menor que 10% y debe permitir formar planos relativamente uniformes, en los cuales no se concentre el flujo. La necesidad de disponer de pasto o de otra cobertura superficial, así como los requisitos de riego en algunos climas puede ser un aspecto básico en la decisión de emplear este tipo de elementos.

e. Dimensionamiento. El criterio básico del diseño de las Franjas Filtrantes cubiertas de pasto es mantener un flujo uniforme de pequeña altura sobre toda la superficie de esta franja cubierta de pasto denso. La Figura 4.4.1.2 muestra algunas configuraciones posibles incluyendo sus elementos básicos.

Figura 4.4.1.2: Ejemplos de franjas filtrantes. 1.- Zona impermeable, 2.- Solerilla, 3.- Franja filtrante, 4.- Bajada de aguas lluvias, 5.- Repartidor tipo zanja, 6.- Solera.

Lluvia de diseño. Para la lluvia de diseño debe seleccionarse un periodo de retorno, T, según los siguientes criterios:

T = 5 años, si la franja filtrante forma parte de una política de Desconexión de Áreas Impermeables con una red de drenaje desarrollada.

T = 10 años, si la red de drenaje no está desarrollada.



La autoridad municipal o el SERVIU podrá requerir periodos de retorno diferentes de acuerdo a las condiciones del lugar.

Geometría. Se prefiere la forma rectangular, libre de zanjas o cárcavas que concentren el flujo.

Distribución del flujo. El escurrimiento debe ser distribuido en forma pareja sobre la Franja. Se pueden utilizar solerillas, bermas, zanjas, soleras discontinuas u otro tipo de repartidor de flujo para lograr que esto ocurra. Para los flujos concentrados es absolutamente necesario utilizar estos dispositivos para poder lograrlo.

Figura 4.4.1.3: Distribución de flujos con soleras discontinuas (arriba) y con zanja rellena (abajo). 1.- Zona impermeable, 2.- Repartidor de flujo, 3.- Franja filtrante, 4.- Zanja, 5.- Drenes.

Pendientes del terreno. Se recomiendan las siguientes pendientes máximas para el plano de las franjas en el sentido del escurrimiento.

Tipo de cubierta Máxima pendiente permitida I (m/m) Pasto con riego Jardines en general 0,100 Laderas de zanjas 0,250 Pasto sin riego Jardines en general 0,050 Laderas de zanjas no se recomienda

Flores y arbustos densos 0,010



Ancho (perpendicular al escurrimiento). Se sugiere aplicar una carga hidráulica no mayor que 4,5 l/s por metro lineal de Franja para una tormenta de diseño de manera de mantener una lámina de escurrimiento de menos de 2,5 cm de alto sobre toda la superficie de pasto. Es decir que en estas condiciones la altura de agua no sea superior a la mitad de la altura del pasto, que a lo más tiene 5 cm de alto.

Como una primera aproximación se puede estimar el ancho de la franja Bf como:

B Qf =

4 5, (4.4.1.1)

donde Q(l/s) es el gasto total aportante a la franja desde superficies impermeables que evacuan hacia ella. La altura de agua h(m) de una lámina de gasto Q (m3/s) repartida en todo el ancho Bf(m) de la franja, con una pendiente longitudinal I(m/m) se puede estimar con la relación

h QB If

=

0 053 5

,/

(4.4.1.2)

Largo (en el sentido del escurrimiento). El largo (Lf) debe ser mayor que el mayor de los valores siguientes para que resulte efectiva:

Lf > 2,5m (4.4.1.3)

Lf > 0,2 Limpermeable (4.4.1.4)

Donde Limpermeable es la longitud del recorrido del agua sobre la superficie impermeable antes de ingresar a la Franja.

Figura 4.4.1.4: Largo de la franja

f. Detalles. Considera el resto de los elementos para que la franja opere adecuadamente.



Vegetación. Se necesita un pasto denso para favorecer la sedimentación y la filtración además de que ello protege contra la erosión. Los pastos deben mantenerse de un largo aproximado de 3 a 5 cm. Las Franjas deben ser regadas en la época seca si es necesario. A pesar de que los árboles y arbustos pueden favorecer la infiltración, pueden tener el inconveniente de destruir el flujo parejo sobre la superficie del pasto.

Recolección del flujo de salida. Para la mayor parte de las tormentas grandes las Franjas no son capaces de infiltrar todo y requieren de algún tipo de conducción posterior. Las zanjas son una buena alternativa para conducir estos escurrimientos, pues incorporan otro nivel en la desconexión de zonas impermeables. También resultan una manera efectiva de alimentar zanjas de infiltración u otros elementos similares. Por supuesto, las Franjas también pueden drenar a los sistemas clásicos de recolección de aguas lluvia, hacia la solera de calles, cauces o drenes de cualquier tipo.

g. Construcción. Las franjas filtrantes no demandan una técnica particular debido a que se trata de jardines de dimensiones modestas, pero es esencial realizar algunos controles.

Precaución para evitar colmatación en la fase de construcción. Una vez iniciada la construcción de la obra, es importante limitar los aportes de finos hacia la franja. Es necesario evitar el tránsito de vehículos y maquinaria que produzcan una compactación excesiva del terreno de la franja.

Si la franja va a ser sembrada con pasto artificial es conveniente que este se coloque sobre una pequeña capa de arena de 3 a 5 cm bajo la capa de tierra vegetal o tierra de hojas.

Control de las dimensiones. Con el fin de asegurar el adecuado escurrimiento de las aguas lluvias es importante que las dimensiones estimadas en el estudio sean respetadas, fundamentalmente el que se logre una superficie plana sin cauces que concentren el flujo. Además debe verificarse cuidadosamente la ubicación y nivel de los elementos de alimentación y de rebase, tanto en relación a la franja misma como a la red de drenaje hacia la cual evacúan.

h. Mantención. Las franjas filtrantes requieren una escasa o moderada mantención, la que puede ser más costosa cuando es necesario reemplazar el pasto o la cubierta que conforma la superficie. La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentren emplazadas. Conviene distinguir los



problemas de mantención derivados del aseo y ornato de la obra, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una responsabilidad técnica propiamente tal. En este último caso, tratándose de obras en las vías públicas, la responsabilidad podría recaer en el SERVIU, sin embargo es necesario que esta responsabilidad sea aclarada legalmente. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quien detente legalmente el recinto.

Una guía de la mantención preventiva y curativa sugerida para las franjas filtrantes y la frecuencia con que ésta debe realizarse es la siguiente.

Mantención preventiva. Considera inspecciones, cuidado de la vegetación y limpieza.

Inspección. Inspeccionar la superficie para verificar la necesidad de una limpieza. Verificar que la alimentación no causa problemas y que el exceso de agua se evacúa correctamente.

Rutinaria . Al menos una vez al año.

Mantención del césped o de la cubierta. El cuidado del césped, el sistema de riego y la profundidad de las raíces deben ser inspeccionadas y mantenidas cuando sea necesario.

Rutinaria. De acuerdo con la inspección y el clima. En conjunto con la mantención del sector en el cual se ubica la franja.


No rutinaria. Cuando sea necesario. Retirar hojas y ramas durante el otoño.

Mantención curativa. Reemplazo del material que conforma la superficie. Reemplazar el pasto por

especies resistentes al agua, o por otro tipo de cubierta si se observan daños permanentes.

No rutinaria. Cuando se observa que la vegetación en la superficie del estanque está deteriorada.

i. Ejemplo de franja filtrante. Se considera la posibilidad de construir franjas filtrantes a lo largo de un camino de servicio en una urbanización industrial en la ciudad de Valdivia, con el objeto que las aguas lluvias de los



estacionamientos laterales pasen por ella antes de drenar hacia el camino. Se trata de un estacionamiento de 12 m de ancho total que serán drenados hacia esta franja, separada del camino mediante soleras discontinuas. El conjunto tiene una pendiente longitudinal del 2% y el sector de estacionamientos una pendiente transversal del 1% hacia la franja de pasto. Para la franja se dispone de 3 m entre el estacionamiento y el camino. La franja se dimensionará para lluvias de 5 años de periodo de retorno y 5 minutos de duración.

Dimensionamiento. En este caso se trata más bien de verificar las

dimensiones de la franja para una operación correcta, más que un dimensionamiento propiamente tal.

Lluvia de diseño. La precipitación de 24 horas y 10 años de periodo de retorno en Valdivia es de 102,9mm según la tabla 3.1.2.2. El coeficiente de frecuencia para periodos de retorno de 5 años es de 0,89 según la tabla 3.1.2.4. El coeficiente de duración para lluvias de una hora es de 0,16 y el de 5 minutos en relación a las lluvias de una hora es de 0,31 según la tablas 3.1.2.3 y 3.1.2.5 respectivamente. Entonces la precipitación de 5 minutos de duración y 5 años de periodo de retorno es:

P P CD CD CF mmminañ os

horasañ os

horashora

horamin

añ osañ os

55

2410

241

15

105 102 9 016 0 31 0 89 4 54= = ∗ ∗ ∗, , , , ,=

Esto supone una intensidad media de 4,54 *60/5 = 54,5 mm/hora.

Ancho de la franja. Para verificar que el ancho de la franja es adecuado, se estima el caudal aportante por metro de ancho. Dado que la superficie drenada tiene una longitud de 12m la franja recibe por metro de ancho con la lluvia de diseño:

Q= CiA= 1,0*54,5(mm/hr)*0,001(m/mm)*1,0m*12m= 0,654m3/hora

Esto equivale a un gasto de 0,18 lt/s por cada metro de ancho, el cual es bastante menor que los 4,5lt/s máximos recomendados para las franjas.

Largo. El largo mínimo es de 2,5 m y mayor que 0,2 veces el largo de la zona impermeable que sirve, que resulta ser 0,2*12=2,4m. Por lo tanto la franja de 3m es adecuada.

Vegetación. La franja tendrá la vegetación de la zona, con pasto, el cual se mantendrá de un largo no superior a 10cm para conservarlo sano.

Salida. Esta franja drena hacia la cuneta del camino que reúne los caudales longitudinalmente. Se supone que posteriormente estos caudales así reunidos tendrán una disposición adecuada.



Detalles. El plano adjunto muestra los detalles de esta franja filtrante.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto aproximado para la construcción de una franja de infiltración como la del ejemplo, considerando una longitud de 100m.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Descepe y limpieza del terreno, así como el emparejamiento, nivelación y limpieza del fondo, e=10 cm. m2 300,0 0,056 16,800 2 Transporte de excedentes de la nivelación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 30,0 0,063 1,890 3 Suministro y colocación de una capa de arena sin contenido de arcilla de 3cm, esparcida y compactada con pisón. m3 9,0 1,081 9,729 4 Suministro y colocación de una capa de 5cm de tierra de hojas, esparcida y nivelada y compactada . m3 15,0 1,019 15,285 5 Suministro, distribución y siembra de pasto artificial. Incluyendo semilla, sembrado, riegos y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 300,0 0,104 31,200 6 Suministro y colocación de soleras discontinuas tipo C. m 54,0 0,392 21,168 Total 96,072 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al 7 de Octubre

de 1996), según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.






a. 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.

Figura 4.4.2.1: Elementos de una zanja con vegetación. 1.- Alimentación, 2.- Taludes, 3.- Fondo, 4.- Gradas de control.



b. Ventajas y desventajas. Las Zanjas con Vegetación son estéticamente más agradables que los canales de drenaje revestidos en concreto o roca, además de ser más baratos 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. Pueden emplearse como elemento de división y cercado natural.

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. En climas secos pueden requerir riego para mantener la vegetación en la temporada estival.

Cuando el suelo es altamente permeable, la zanja puede usarse para infiltrar una parte del agua, aunque la efectividad de este tipo de obras alternativas no depende de la permeabilidad del suelo y son más bien obras de conducción y almacenamiento temporal.

Las tasas de remoción de contaminantes de estas obras citadas en la literatura indican que esta está en el rango medio-bajo. Con buenas condiciones de suelo ( suelos permeables de la clase A o B de acuerdo a la clasificación del SCS) y bajas velocidades de escurrimiento ( menores a 0,6 m/s), se puede esperar una remoción moderada de sólidos suspendidos y otros contaminantes asociados. Si las condiciones del suelo lo permiten, la infiltración puede remover cantidades bajas a moderadas de contaminantes disueltos que el agua pudiera llevar. Por lo tanto, para tormentas pequeñas y frecuentes tendrán un máximo de remoción de estos contaminante disueltos.

c. Procedimiento de diseño. En general las zanjas con vegetación son elementos complementarios de un plan más ambicioso, de manera que su diseño se decide en un contexto más amplio. De todas maneras se puede pensar que el procedimiento de diseño considera las tres etapas típicas. Un análisis de



factibilidad de la obra de acuerdo a las condiciones locales, en segundo lugar un dimensionamiento de los elementos principales y finalmente el diseño de los elementos de detalle. A continuación se plantea lo que debiera considerarse en cada una de estas etapas para el caso de una zanja cubierta de vegetación.

Factibilidad. En base a los antecedentes que consideran las condiciones climáticas, las características del suelo, la existencia de agua subterránea, las propiedades de la urbanización, incluyendo la disponibilidad de espacio, sus destinos y tipo, así como el comportamiento esperado de los usuarios y vecinos, se debe decidir si es conveniente considerar una zanja como parte de un plan más general.

Dimensionamiento. El dimensionamiento es relativamente sencillo aunque requiere disponer de antecedentes de terreno y específicos del lugar en base a los cuales se calcularán las dimensiones de acuerdo a los criterios de diseño establecidos para la obra. Como antecedentes es necesario recopilar los siguientes:

Hidrológicos. Estimar los caudales máximos provocados por lluvias frecuentes de periodo de retorno de 5 y 10 años, afluente al lugar proveniente de las zonas impermeables que drenan hacia la zanja y considerar su punto final o por tramos dependiendo de su extensión. Considerar también lluvias grandes de 50 y 100 años de periodo de retorno. Se requiere conocer el uso del suelo, las características de las lluvias, y la topografía del sector.

Terreno. Disponibilidad de espacio, elementos de la red de drenaje natural del sector, así como de los demás elementos que forman el plan de gestión o desconexión de áreas impermeables. Límites de la zona y el comportamiento de las aguas lluvias que recibirá. Estimar la capacidad máxima de evacuación del sistema hacia aguas abajo, la forma en que se realizará la descarga y sus efecto.

Propiedades geométricas. En base a ello se debe determinar la sección transversal, la pendiente de fondo y el trazado en planta de la zanja. Se decide la necesidad de contar o no con gradas y si puede operar como obra de retención.

Diseño de detalle. El diseño de detalle normalmente se traduce en los planos para la construcción de la obra y sus elementos necesarios. En esta etapa se debe proceder al diseño y dimensionamiento de los elementos auxiliares



corno son el empalme con las superficies contiguas. También debe considerarse la vegetación, necesidades de plantación, de riego y otras.

d. Factibilidad. Las zanjas con vegetación son prácticas sólo en lugares con pendientes menores que el 3 o 4% y definitivamente no lo son en lugares con pendientes superiores al 6%. La pendiente longitudinal del canal debe ser menor que 1%, y a menudo necesitan gradas, escalones o pequeños muros transversales para reducir la pendiente longitudinal.

e. Dimensionamiento. La figura muestra la configuración típica de las zanjas cubiertas de vegetación de secciones trapezoidales y triangulares.

Figura 4.4.2.2: Sección típica de zanja. b.- Ancho basal, z.- Talud, h.- Altura de agua.

La clave de este diseño es que las zanjas deben ser capaces de mantener velocidades de escurrimiento bajas durante tormentas pequeñas y que recojan y conduzcan las aguas de tormentas más grandes. El diseño debe considerar condiciones en que el uso del suelo del área aportante está totalmente desarrollado. Si no es así, se corre el riesgo de que la obra quede subdimensionada.

Lluvia de diseño. Para verificar la velocidad para lluvias con el siguiente periodo de retorno:

T = 5 años, si la zanja forma parte de un programa de desconexión de áreas impermeables en un sector con red de drenaje desarrollada.

T = 10 años, si no hay una red de drenaje desarrollada.

Para verificar la capacidad de la sección completa debe adoptarse los siguientes valores:



T = 50 años, si hacia aguas abajo del lugar existe una red de drenaje desarrollada.

T = 100 años, si no existe una red de drenaje desarrollada.

La autoridad municipal o el SERVIU podrá requerir periodos de retorno diferentes de acuerdo a las condiciones del lugar.

Geometría de la Zanja. Se prefiere una sección triangular o trapezoidal amplia. Se recomienda una profundidad del agua no mayor de 0,8 m para tormentas de 5 ó 10 años de periodo de retorno. Las pendientes laterales de los taludes no deben ser más empinadas que 4:1 (H:V) y preferiblemente 5:1 (H:V) o más tendidas para facilitar la mantención (corte de pasto).

Pendiente Longitudinal. Las pendientes deben ser suaves para lograr velocidades bajas. Generalmente, las pendientes están entre 0,2% y 0,5% y en lo posible no mayores que el 1%. En lugares con pendientes mayores se pueden utilizar gradas para controlar la velocidad o pequeñas estructuras de caída de manera de mantener la pendiente del terreno requerida.

Figura 4.4.2.3: Gradas de control.

Gradas de control. Mediante el uso de gradas de control en las Zanjas se puede lograr la reducción de velocidad requerida, además de favorecer la sedimentación y la infiltración. Se pueden usar cuando se necesite mantener una pendiente longitudinal y/o limitar la velocidad máxima de escurrimiento.

Estas gradas son de poca altura, del orden de 0,30 m de altura máxima sobre el fondo de la zanja, de manera que no presentan problemas estructurales o de disipación de energía al pie. Es preferible recurrir a una mayor cantidad de gradas, colocadas más cerca unas de otras, que a gradas de mayor altura. La grada de control propiamente tal puede confeccionarse de piedras sueltas, terraplenes de piedras, troncos, durmientes y materiales similares.

Velocidad. Mantener una velocidad de escurrimiento baja para tormentas pequeñas y frecuentes. Esto favorece la sedimentación y la infiltración. Diseñar la Zanja para velocidades de 0,6 m/s o menores para la lluvia de diseño, 5 a 10años de periodo de retorno. Usar un coeficiente de Manning



igual a 0,035 y dimensionar la sección transversal y la pendiente longitudinal de manera de limitar la velocidad. La velocidad media se puede estimar con la denominada ecuación de Manning, dada por:

V R In

=2 3 1 2/ /

(4.4.2.1)

donde V es la velocidad media en m/s; n un coeficiente para tomar en cuenta la rugosidad de la superficie, igual a 0,035 para pasto; I la pendiente del fondo de la zanja, en tanto por uno; R el radio hidráulico de la sección transversal, calculado como la razón:

R AP

= (4.4.2.2)

siendo A el área de la sección transversal ocupada por el agua, m2; y P el perímetro mojado de la sección, en metros.

Para canales triangulares y trapeciales el área y el perímetro mojado en función de la altura de agua están dados por las relaciones que se indican a continuación:

Canal triangular Canal trapecial

Área zh2 (b zh h+ )

Perímetro mojado 2 1 2h z+ b h z+ +2 1 2

donde h es la altura de agua medida sobre el fondo y z el talud de las paredes, como z/1=H/V. En estas condiciones la zanja conduce un gasto Q ( m3/s) igual al producto de la velocidad media por el área.

f. Detalles. Completar el diseño con los detalles que se señalan a continuación.

Vegetación. Hay que tener un cuidado especial en utilizar pastos vigorosos, que sean capaces de soportar inundaciones frecuentes y mantener una vegetación densa, puesto que muchas tormentas pueden ocurrir en los inicios de la primavera cuando el césped aún esta creciendo y es más propenso a la erosión. Es necesario también considerar el riego, fertilización y protección contra la erosión para pastos recién plantados, al igual que el riego



permanente en climas semiáridos. Se recomienda el uso de pastos densos puesto que ello facilita la sedimentación, la infiltración, la recuperación de nutrientes, también limitan la erosión y ayuda a mantener la velocidad de escurrimiento baja.

Cruce de calles. Para que la franja resulte conveniente es necesario que no existan excesivos cruces de calles o entradas de vehículos. En estos casos se pueden ubicar pequeñas alcantarillas en los cruces de las calles o entradas de vehículos. En ellas pueden colocarse tubos de cemento comprimido del tipo alcantarillado cubiertos por una capa de suelo de al menos el diámetro o un mínimo de 0,5 m. Si el volumen es suficiente la zanja se puede utilizar como un estanque de retención e infiltración extendido, con una no despreciable capacidad de almacenamiento entre calles.

Drenaje y control de crecidas. Verificar el nivel del agua para eventos más grandes como tormentas de 50 ó 100 años de periodo de retorno de manera de asegurar que el drenaje de estos eventos se puede conducir por las zanjas sin provocar inundaciones en ninguna parte de su recorrido. Para estas tormentas extraordinarias las velocidades medias no debieran superar los 2,0 m/s.

g. Construcción. Las zanjas con vegetación no demandan una técnica particular

debido a que se trata de canales de dimensiones modestas, pero es esencial realizar algunos controles, fundamentalmente de las dimensiones

Control de las dimensiones. Con el fin de asegurar el adecuado escurrimiento de las aguas lluvias es importante que las dimensiones estimadas en el estudio sean respetadas, fundamentalmente el que se logre una pendiente de fondo uniforme y taludes planos. Además debe verificarse cuidadosamente la ubicación y nivel de los elementos de control como gradas.

h. Mantención. Las zanjas con vegetación requieren una escasa o moderada mantención. La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentren emplazadas.



Una guía de la mantención sugerida para las zanjas con vegetación y la frecuencia con que ésta debe realizarse es la siguiente. En este caso sólo se considera una mantención preventiva. Inspección. Inspeccionar la superficie para verificar la necesidad de una

limpieza. Verificar que la alimentación no causa problemas y que el exceso de agua se evacúa correctamente.


Mantención de la vegetación. El ideal es que se trate de vegetación nativa que no requiere cuidados especiales, pero deben efectuarse podas y controles para evitar un crecimiento excesivo.

Rutinaria. De acuerdo con la inspección y el clima. En conjunto con la mantención del sector en el cual se ubica la zanja.

Remoción de basura y objetos extraños. El material acumulado debe ser removido como una medida de control general, sanitaria y con fines estéticos. Es importante que estas zanjas no se conviertan en depósitos de basura, para lo cual deben mantenerse limpias.


i. Ejemplo de zanja con vegetación. Se considera la posibilidad de construir una

zanja con vegetación a lo largo de un camino de servicio en una urbanización industrial en la ciudad de Valdivia, con el objeto de recibir las aguas lluvias del camino, de los techos y superficies impermeables del lugar para favorecer su almacenamiento temporal e infiltración. La zanja recibe transversalmente aguas lluvias de superficies impermeables de 60m2 por cada metro y ocupa una cuadra de extensión. La pendiente longitudinal de la calle es de 0,5%.

Dimensionamiento. Se trata de determinar la sección transversal de la zanja

y su pendiente de fondo. Lluvia de diseño. La zanja se dimensionará para lluvias de 5 años de periodo

de retorno y 5 minutos de duración, y se verificará para lluvias de 50 años de periodo de retorno.

La precipitación de 24 horas y 10 años de periodo de retorno en Valdivia es de 102,9mm según la tabla 3.1.2.2. El coeficiente de frecuencia para periodos de retorno de 5 años es de 0,89 y para 50 años de 1,24 según la tabla 3.1.2.4. El coeficiente de duración para lluvias de una hora es de 0,16 y el de 5



minutos en relación a las lluvias de una hora es de 0,31 según la tablas 3.1.2.3 y 3.1.2.5 respectivamente. Entonces la precipitación de 5 minutos de duración y 5 años de periodo de retorno es:

P P CD CD CF mmmin

añ oshorasañ os

horashora

horamin

añ osañ os

55

2410

241

15

105 102 9 016 0 31 0 89 4 54= = ∗ ∗ ∗, , , , ,=

Similarmente la de 50 años de periodo de retorno es de 6,33 mm Esto supone una intensidad media de 4,54 *60/5 = 54,5 mm/hora para las

lluvias de 5 años y de 75,9mm/hr para la de 50 años.

Geometría de la zanja. Se diseñará una zanja de sección transversal triangular con taludes H:V = 4:1, con una profundidad total de 0,4m en la parte central.

Pendiente longitudinal. Esta será igual a la del camino, esto es 0,005, de manera de mantener la sección transversal de profundidad constante.

Grada de control. Cada 30m se colocará una grada de control, consistente en un franja de piedras de tamaño medio 20cm que sobresalgan de la sección en 10cm, con una ancho de dos hileras de piedras, esto es 40cm. Esto permitirá asegurar la sección transversal y fijar el fondo para controlar la pendiente.

Velocidad. Se verificará que las velocidades se encuentren dentro de los límites recomendados para las condiciones de diseño.

Se estima el caudal aportante a la zanja por metro de ancho con la lluvia de diseño de 5 años, dado que la superficie drenada tiene una longitud de 60m, es:

Q= CiA= 1,0*54,5(mm/hr)*0,001(m/mm)*1,0m*60m= 3,27m3/hora

Esto equivale a acumular a lo largo de la zanja un gasto de 0,91 (l/s) por cada metro de ancho. En 100 metros de zanja se tendrá un gasto de 91 (l/s), el que se empleará para verificar la velocidad y la sección transversal. Similarmente para 50 años de periodo de retorno se tendrá un gasto de 127 (l/s).

Para el gasto de 5 años de periodo de retorno, 91 (l/s), se obtiene una altura normal de agua de 0,22m. Con ella las demás variables de interés son:

Área de la sección transversal = zh2= 4*0,222= 0,1936m2

Perímetro mojado = 2h(1+z2)0,5=2*0,22*(1+42)0,5=1,81m

Radio hidráulico = A/P= 0,1936/1,81= 0,10696m



Velocidad media = R2/3I1/2/n=0,106962/30,0050,5/0,035=0,455 m/s.

Para esta velocidad se puede verificar que el área es de A= Q/V = 0,091/0,455 = 0,20 m2, lo que comprueba el cálculo.

Esta velocidad es menor que 0,6 m/s que es la máxima recomendada para este tipo de zanjas, por lo tanto se considera aceptable.

Además en la sección completa debe ser capaz de conducir el gasto generado por una tormenta de 50 años de periodo de retorno, esto es 127 lt/s.

La capacidad de la sección completa está dada por las siguientes propiedades para una altura de agua máxima de 0,4m:

Área de la sección transversal = zh2= 4*0,402= 0,64m2

Perímetro mojado = 2h(1+z2)0,5=2*0,40*(1+42)0,5=3,3m

Radio hidráulico = A/P= 0,64/3,3= 0,194m

Velocidad media = R2/3I1/2/n=0,1942/30,0050,5/0,035=0,68 m/s.

Capacidad de la zanja llena = A*V= 0,64*0,68=0,43 m3/s= 430 lt/s

Como se aprecia la capacidad de la zanja llena supera con creces el caudal de la tormenta de 50 años de periodo de retorno con una velocidad aceptable, menor de 2 m/s, para crecidas extraordinarias.

Vegetación. La zanja tendrá vegetación de la zona, en especial plantas que se adapten bien a las condiciones de humedad permanente.

Detalles. El plano adjunto muestra los detalles de esta zanja con vegetación.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto aproximado para la construcción de una zanja con vegetación como la del ejemplo, considerando una longitud de 100m.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Descepe y limpieza del terreno, así como el emparejamiento, nivelación y limpieza del fondo, e=10 cm. m3 112,0 0,056 62,72 2 Transporte de excedentes de la nivelación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 112,0 0,063 7,056 3 Suministro y colocación de piedras



en las gradas de control, ø=20 cm. m3 2,6 0,294 0,764 4 Suministro y sembrado de plantas palustres dentro de la zanja entre gradas de control. Gl 1,0 5,531 5,531 5 Suministro y sembrado de semilla de césped en franjas laterales. m2 800,0 0,104 83,200 6 Suministro y colocación de una capa de arena gruesa sin contenido de arcilla de 3 cm sobre las franjas laterales. m3 24,0 1,081 25,944 7 Suministro y colocación de una capa de tierra de hojas de 5 cm esparcida sobre la arena del punto anterior. m3 40,0 1,019 40,760

Total 225,754 Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al 7 de Octubre





4.4.3. 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 usos múltiples como recreación, aportes estéticos y al paisaje, 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.

Una situación corriente en las urbanizaciones de la zona central de Chile es la existencia de canales de regadío que siguen operando con posterioridad a la urbanización del lugar. Estos canales en general presentan un diseño poco adecuado para las nuevas condiciones urbanas y son motivo de conflicto una vez que los terrenos son totalmente urbanizados. Si se aprovechan como elementos de flujo permanente y se incorporan razonablemente a la urbanización con un diseño adecuado, similar al que se propone para canales de drenaje urbano, pueden constituir elementos de interés. 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


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA generen conflictos en otro ubicado aguas abajo. Sin embargo, manteniendo su condición, y sin que sea necesario incorporarles caudales de aguas lluvias, se puede modificar su diseño en zonas urbanas de manera de aprovecharlos como elementos de entorno urbanizado en términos provechosos tanto para los regantes, que continúan ocupándolos, como para la comunidad urbana. Si en la zona urbanizada coexisten terrenos de riego, debe tenerse especial cuidado con mantener y mejorar el sistema de drenaje de esos suelos para la evacuación de derrames y aguas no empleadas en el riego.

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. Los canales artificiales sin ningún tipo de revestimiento no deben considerarse como alternativa para situaciones urbanas. 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. A medida que se urbaniza la cuenca tributaria, se pueden presentar problemas de erosión y puede ser necesario algún grado de control de fondo y protección localizada de taludes.

Figura 4.4.3.1: Canal Natural.

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.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA

Figura 4.4.3.2: Canal revestido de pasto.

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. En algunas áreas pueden requerir revestimientos para protegerlos de la erosión.

Figura 4.4.3.3: Canal con vegetación en el fondo.

Canales revestidos de hormigón o albañilería. Los canales con revestimientos de hormigón o albañilería para soportar velocidades altas del flujo no se recomiendan como parte de sistemas de drenaje urbano. Sin embargo en condiciones especiales o en tramos cortos en las cuales las velocidades pueden ser importantes y no se dispone de espacio para desarrollar otras soluciones alternativas este tipo de canal puede ofrecer ventajas.



Figura 4.4.3.4: Canal revestido.

Canales revestidos de enrocados. Este tipo de canales ofrecen una alternativa entre los canales revestidos con vegetación y la solución de revestimientos de hormigón. Pueden disminuir las necesidades de espacio aumentando las velocidades del canal, pero son más difíciles de mantener limpios, por lo tanto sólo se recomiendan en situaciones donde las condiciones de crecida puede generar velocidades importantes que requieren una protección de este tipo. Son una buena alternativa para soluciones localizadas en tramos pequeños de canales naturales o con vegetación o de pasto.

Figura 4.4.3.5: Revestimiento de enrocado.

Otros canales revestidos. En el mercado existe actualmente una gran diversidad de revestimientos para canales, todos ellos destinados a proteger las paredes y el fondo del canal contra la erosión de las velocidades altas. Estos incluyen los gaviones, bloques de concretos anclados o amarrados, mantas de diferentes materiales, así como distintos tipos de revestimientos y tejidos sintéticos. Al igual que el caso de los revestimientos de hormigón y los enrocados, estos tipos de materiales se consideran razonables para resolver problemas locales de erosión y altas velocidades en situaciones con condiciones ya desarrolladas, pero no para nuevas urbanizaciones, ni para tramos largos de cauces de drenaje de aguas lluvias urbanas. Cada tipo de revestimiento debiera ser analizado por sus méritos, aplicabilidad, y por como satisface las necesidades de la comunidad, su integridad en el largo plazo y los costos de mantención.



Figura 4.4.3.6: Revestimiento de gaviones.

Canales de tierra sin revestir. Este tipo de canales no debe ser considerado como una alternativa para cauces de drenaje urbano de aguas lluvias.

Figura 4.4.3.7: Canal excavado en tierra.

Las figuras muestran ejemplos de canales revestidos de pasto y con vegetación en el fondo.

Figura 4.4.3.8: Canal de pasto y protección de enrocados.



Figura 4.4.3.9. Canal de pasto con alcantarilla bajo calzada.

Figura 4.4.3.10: Canal con vegetación en el fondo.

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. Finalmente el canal puede proveer de una zona abierta en condiciones naturales agregando beneficios sociales y oportunidades de espacio para la recreación y esparcimiento.

Uno de los problemas reconocidos en hidrología urbana en relación al uso de canales naturales está relacionado con la estabilidad debido al incremento de los flujos base, el aumento de los caudales máximos y la frecuencia de


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA crecidas una vez que el lugar se urbaniza. Por lo tanto los canales naturales deben estudiarse con atención para determinar las medidas que deben adoptarse para evitar la erosión del fondo y los taludes. Para ello se pueden adoptar medias que mantengan la apariencia natural de la canalización, que no son necesariamente costosas y funcionan apropiadamente.

c. Procedimiento de diseño. Los canales de drenaje de aguas lluvias en zonas urbanas son elementos importantes del sistema y tienen un efecto marcado sobre la zona en la cual se desarrollan. Es por lo tanto necesario considerar su diseño con especial atención desde las primeras etapas del proyecto. Muchas de las decisiones necesarias para adoptar valores específicos de diseño requieren la intervención de un equipo multidisciplinario y de expertos que recomienden a las acciones a seguir. Es absolutamente imposible definir en detalle los procedimientos que deben seguirse para lograr un diseño adecuado y que satisfaga todas las expectativas de una obra de este tipo. Sin embargo para que los resultados sean razonables es importante considerar que criterios como secciones de mínimo costo, o canales de alta velocidad con poca excavación, son totalmente descartados para este tipo de obras en ambientes urbanos. En todo caso debe entenderse que las recomendaciones y criterios de esta guía son válidos para canales relativamente modestos, excluyendo los cauces naturales de régimen permanente que se generan más allá de las cuencas urbanas.

Factibilidad. Se deben considerar los antecedentes de sistema natural de drenaje en el lugar, las oportunidades de aprovechamiento del espacio destinado al cauce, la magnitud y frecuencia de los caudales generados por las aguas lluvias, y la existencia de gastos permanentes de otras fuentes para decidir la conveniencia de desarrollar cauces abiertos de drenaje. Es importante considerar la descarga segura de las aguas conducidas por el canal. La factibilidad debiera establecer claramente el trazado de la canalización y decidir el tipo de cauce para cada uno de los tramos, así como las cuencas aportantes en las secciones principales.

En general estos canales de drenaje urbano corresponden a mejoramientos de cauces naturales o de canales de otro tipo existentes en el lugar previamente, por lo tanto no se trata de una obra totalmente nueva. Sin embargo es conveniente que para decidir la factibilidad el proyectista reúna los siguientes antecedentes:

Plano del trazado en planta del canal, en el cual se indiquen la comuna, calle o calles cercanas. Delimitación de las áreas aportantes de agua y sector al cual entrega el caudal recolectado.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Certificado de la municipalidad respectiva en el cual se indique que el

emplazamiento del canal no presenta inconvenientes de acuerdo al Plano Regulador Comunal para el uso del suelo con esos fines.

Si el canal corresponde al mejoramiento de cauces naturales existentes previamente deberá proveerse de un certificado de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en región, autorizando el uso para fines de drenaje urbano. Si se trata de canales existentes, de regadío o para otros fines pertenecientes a terceros, deberá disponerse de un certificado del propietario legal del cauce autorizando estos usos.

Como toda obra de infraestructura el emplazamiento del canal requerirá de los espacios necesarios para su construcción. La autorización para el uso del suelo con estos fines deberá requerirse del propietario respectivo cuando este no sea el ejecutor de la obra. Debe considerarse el ancho suficiente para desarrollar totalmente la sección transversal del canal. El permiso deberá gestionarse según el caso ante el particular o la autoridad pública o fiscal.

Dimensionamiento. El dimensionamiento requiere disponer de antecedentes hidrológicos, de terreno, del proyecto de urbanización o del entorno ya urbanizado, de manera de estimar las dimensiones principales de la obra de acuerdo a los criterios propuestos.

Como antecedentes hidrológicos es necesario conocer las precipitaciones para estimar los caudales afluentes de crecidas de 2,5,10 y 100 años de periodo de retorno, tanto en condiciones naturales como con la zona totalmente desarrollada. Además debe conocerse las condiciones climáticas del lugar para establecer las necesidades de riego de las superficies revestidas con pasto. Se deben estimar los caudales base aportados por otras fuentes y los gastos mínimos que pueden escurrir fuera de las temporadas de lluvias.

En relación al terreno es esencial disponer de información topográfica detallada para trazar el canal, determinar las pendientes necesarias por tramo, establecer las servidumbres y conocer los espacios disponibles para la sección completa del canal. Además es necesario conocer las características de los suelos para estimar costos de excavación, necesidades de relleno y de plantaciones.

En base a los antecedentes disponibles y con los criterios establecidos se debe determinar el trazado en planta del canal, las pendientes de fondo por tramo, las velocidades medias del escurrimiento y las características de la sección transversal. En este sentido debe considerarse coeficientes de rugosidad equivalentes a canales nuevos y limpios para estimar las velocidades con


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA fines de establecer límites de erosión. Para calcular la sección completa y las revancha, así como las servidumbres, deben considerarse rugosidades equivalentes a situaciones con vegetación totalmente desarrollada.

Una vez establecidas las condiciones de escurrimiento normal es necesario determinar las obras especiales que se requieran para acomodar la pendiente a las condiciones del terreno: caídas, angostamientos, ensanches, cruces, alcantarillas, puentes y similares. Con esta información se calcula un eje hidráulico de toda la canalización y se establece la necesidad de protecciones en secciones especiales. Las condiciones básicas de diseño hidráulico de cada tramo se establecen de manera que en cada uno de ellos se verifique escurrimiento normal, es decir con una pérdida de energía por unidad de longitud igual a la pendiente de fondo del tramo en cuestión, de manera que tanto el fondo, como la superficie del agua, como la línea de energía específica sean paralelas.

Diseño de detalle. El diseño de detalle debe indicar el tipo de vegetación a establecer, así como los diseños de los elementos complementarios para otros fines que se incluirán en la sección completa de la canalización. Ubicación de veredas, accesos para mantención y similares, de manera de confeccionar planos y especificaciones de construcción.

d. Consideraciones generales y criterios de diseño. La selección definitiva del tipo de canalización y sus características se basa en una serie de factores multidisciplinarios y consideraciones complejas, las cuales incluyen aspectos hidráulicos, estructurales, ambientales, sociológicos y económicos.

Entre los hidráulicos se cuentan los que definen las dimensiones principales como son la pendiente de la canalización, el caudal máximo, la producción de sedimentos de la cuenca, el ancho disponible, la topografía del terreno y la habilidad del cauce para drenar los terrenos adyacentes.

Como estructurales de considera la disponibilidad de materiales, la existencia de zonas de relleno o depósito de materiales de excavación, los esfuerzos de corte, las filtraciones y fuerzas de empuje, las presiones y fluctuaciones de presión, y otras solicitaciones menores.

Desde el punto de vista ambiental es interesante observar las características del barrio, los requerimientos estéticos de la comunidad, las necesidades de nuevas áreas verdes, el diseño de calles y tráfico local, políticas municipales, hábitat natural, necesidades de la flora y fauna local.

También debe tomarse en cuenta el comportamiento social del vecindario, la población infantil, el tráfico de peatones y las necesidades recreacionales.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Desde el punto de vista económico además de los costos de construcción es

importante la vida esperada del proyecto, las necesidades de mantención y reparación, y la accesibilidad.

Antes de la elección de un tipo de canalización en particular se recomienda revisar las diferentes áreas mencionadas, de manera que el canal seleccionado maximice los beneficios en la mayor cantidad de aspectos posibles. Siempre que sea posible el canal debiera tener características de bajas velocidades, ser ancho y poco profundo, y tener una apariencia y funcionamiento natural. La primera etapa en esta selección debiera determinar si la canalización se desea o es necesaria. En muchos casos un sistema de drenaje natural bien establecido con sus espacios de inundación asociados pueden ser una excelente solución si se protegen y conservan razonablemente tanto de la erosión, como de problemas típicos en los espacios públicos de muchas ciudades de Chile como es el vandalismo, el depósito de basuras y escombros y el aprovechamiento para otros fines. Por lo tanto, antes de decidir la canalización de un cauce natural, o la construcción de un canal de drenaje, es necesario considerar si el valor de los terrenos recuperados justifican no sólo el costo de la canalización sino su mantención futura y los riesgos de uso de esos terrenos, así como si el nuevo canal entrega beneficios mayores, a la comunidad o ambientales, que los que puede proveer el sistema natural existente.

A continuación se detallan los criterios de diseño para dos tipos de canales de drenaje urbano, como son los canales revestidos de pasto y los canales con vegetación en el fondo, ya que ellos son especialmente apropiados para estos fines y presentan diferencias importantes de criterio en relación al diseño de otro tipo de canales.

e. Dimensionamiento de canales revestidos de pasto. Este tipo de canales se puede considerar como el más deseable para ser empleado como cauce abierto en el drenaje urbano de aguas lluvias. Ofrece varias ventajas sobre los demás tipos, entre las cuales está el proveer de un buen volumen de almacenamiento, tener bajas velocidades, presentar espacio para el desarrollo de flora y fauna local, su buena adaptación estética y paisajista al entorno, así como la posibilidad de obtener beneficios adicionales para recreación y generación de áreas verdes. El diseño debe considerar tan importante como los aspectos hidráulicos, las condiciones estéticas y paisajísticas, el control de la erosión y de la sedimentación.

Los criterios que se indican a continuación son especialmente útiles en el diseño y selección inicial. Cualquier diseño definitivo que no satisfaga estos criterios debe ser cuidadosamente revisado para ver si se adecúa a los fines que se persiguen.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Lluvia de diseño. El gasto de diseño del canal debe considerar todos los

aspectos generados por una lluvia de un periodo de retorno seleccionado de acuerdo a lo siguiente:

T = 100 años, si el canal fuera parte de una red de drenaje desarrollada.

T = 200 años, si no forma parte de una red desarrollada.

A los gastos máximos así resultantes deben agregarse los aportes adicionales generados por otras causas, o por los otros usos del canal si los tiene.

La autoridad municipal, o el SERVIU podrá requerir otros periodos de retorno si lo estima conveniente de acuerdo a las condiciones del lugar.

Velocidad de diseño y número de Froude. La velocidad media del escurrimiento, V, puede estimarse en función de las condiciones geométricas de la sección y de la pendiente de fondo, I, con la ecuación de Manning:

V R In

=2 3 1 2/ /

(4.4.3.1)

donde n es el coeficiente de rugosidad del lecho, R el radio hidráulico de la sección, calculable como:

R AP

= (4.4.3.2)

siendo A el área de la sección transversal y P el perímetro mojado.

Debe reconocerse el potencial erosivo sobre los suelos vegetales que presentan durante las crecidas importantes, por ejemplo las de 100 años de periodo de retorno. Se sugiere calcular las velocidades medias de cada sección en base a un eje hidráulico del canal, y no sólo en base a la altura normal, de manera de considerar el efecto de caídas, ensanches, angostamientos y otras obras, para detectar las secciones en las cuales se pueden producir problemas locales de erosión. Las velocidades deben mantenerse bajas, de acuerdo a los valores que se recomiendan en la Figura 4.4.3.1, suponiendo que la cubierta de pasto se mantiene en buenas condiciones.

El número de Froude de una sección, F ( sin dimensiones), es un indicador de las condiciones del flujo, calculado como:


F V

g AL

= (4.4.3.3)

4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA donde V, m/s, es la velocidad media en la sección, A, m2, el área y L, m, el

ancho superficial. La aceleración de gravedad, g, puede tomarse como 9,8 m/s2. El valor máximo para el número de Froude también se indica en la Tabla 4.4.3.1. En general se trata de mantener el escurrimiento en régimen de río, con F < 1,0, evitando los torrentes.

Tabla 4.4.3.1: Velocidades máximas ( y números de Froude máximos) recomendadas.

Cubierta de pasto Velocidad máxima, m/s (número de Froude) Suelos cohesivo Suelos no cohesivos

Sin vegetación 1,2 (0,5) 0,7 (0,3) Pastos de jardín, mezclas nativas 2,1 (0,8) 1,5 (0,6)

Pastos naturales, alfalfa 1,3 (0,5) 0,9 (0,3)

Altura de agua de diseño. La altura máxima de agua debe reconocer que el potencial de erosión se incrementa con la altura de agua, y con el tiempo que se mantenga al flujo. Como criterio preliminar se recomienda que la altura máxima de agua sobre suelos con vegetación no sobrepase de 1,5 m.

Pendiente de fondo. Los canales revestidos de pasto para que funcionen bien tienen pendientes entre 0,001 y 0,006. Cuando la topografía del terreno presenta pendientes mayores es necesario recurrir a caídas.

Coeficiente de rugosidad. El coeficiente de rugosidad de canales artificiales revestidos de pasto depende del largo al cual se corte el césped, el tipo de pasto, así como de la profundidad relativa del flujo. En todo caso se pueden emplear para el diseño los valores de la Tabla 4.4.3.2 para situaciones de canales rectos, sin matorrales, maleza ni árboles al interior de la sección mojada.

Tabla 4.4.3.2: Coeficientes de rugosidad para canales de pasto.

Condiciones Profundidad (*) Menor de 0,5m Más de 0,9m

Césped, pastos de jardín Cortado a 5-10cm 0,035 0,030 Cortado a 10-15cm 0,040 0,030 Cualquier pasto en buenas condiciones 25 cm de largo 0,070 0,035 Hasta 50cm de largo 0,100 0,035 Cualquier pasto en regular estado Hasta 25 cm de largo 0,060 0,035

Hasta 50cm de largo 0,070 0,035 (*) Para profundidades intermedias entre 0,5m y 0,9m se puede interpolar linealmente

los valores de la tabla.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Normalmente los valores de la primera columna son razonables para calcular

las condiciones de tormentas habituales, hasta 2 ó 10 años de periodo de retorno, mientras los valores de la segunda columna lo son para las tormentas mayores. Cuando la altura de agua es superior a 0,6m el pasto se tiende a alinear con el lujo y genera una superficie más suave al escurrimiento, lo que disminuye el coeficiente de rugosidad y produce velocidades medias mayores que incrementan la capacidad de erosión. Algo similar ocurre durante el periodo en que el pasto está en crecimiento, periodo en el cual se pueden producir velocidades altas erosivas.

Curvas. Cuanto más suaves sean las curvas horizontales es mejor para el funcionamiento del canal. El eje del canal no debiera tener curvas con un radio menor a dos veces el ancho superficial con flujo máximo, y es recomendable que no sea inferior a 30m.

Sección transversal. La forma del canal puede ser prácticamente cualquiera que se adapte a las condiciones locales y ambientales. La Figura 4.4.3.11 muestra secciones típicas para estos canales. A menudo la forma de la sección transversal debe elegirse para satisfacer necesidades de recreación, espacio abierto para otros usos, paisajismo, espacio para fauna u otros beneficios que se deseen obtener.

Figura 4.4.3.11: Secciones típicas de canales revestidos con pasto. 1.- Solera de fondo, 2.- Canal flujos menores, 3.- Área recreacional.

Taludes. Cuanto más tendidos mejor. No se recomienda que sean más verticales que 4H:1V, para permitir el uso de maquinaria de mantención y corte de pasto. Además para que puedan ser atravesados sin problemas por los peatones cuando no tiene agua.

Ancho basal. Debe seleccionarse un ancho que permita conducir el caudal máximo de diseño reconociendo las limitaciones de velocidad, profundidad y número de Froude.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Revancha de diseño. En condiciones urbanas la revancha normalmente está

determinada por los tableros de puentes u otras estructuras que atraviesan sobre el canal. En general la magnitud de la revancha puede quedar condicionada a las características locales, y las propiedades de los terrenos adyacentes al canal. En ciertas condiciones puede ser beneficioso permitir un cierto rebase hacia terrenos laterales de inundación que pueden proveer de volumen de almacenamiento beneficiosos. En todo caso cuando existan terraplenes u otras obras en las cercanías debe considerarse una revancha de 0,3 a 0,5 m para las condiciones de flujo máximo en tormentas de diseño, dependiendo de las condiciones locales y el tamaño del canal.

Solera de fondo. Para canales revestidos de césped de cierta importancia, o si existen flujos permanentes mínimos, se requiere disponer de una solera en el fondo para los flujos bajos, más permanentes, o los escurrimientos menores. Este es un pequeño revestimiento en el fondo que puede ocupar parcialmente el ancho basal del cauce principal. Una pequeña solera revestida de hormigón puede ser suficiente y presenta pocos problemas de mantención. También son aceptables otros tipos si se diseñan adecuadamente. Esta solera puede no ser práctica en el caso de cauces importantes, esteros, o en canales emplazados sobre suelos arenosos. En estas condiciones se recurre a un canal de fondo.

Figura 4.4.3.12: Canal con solera de fondo. b.- Ancho de fondo, F.- Solera, ancho mínimo 1,2 m, C.- Camino, T.- Taludes de pasto, I.- Área inundada, B.- Ancho total mínimo, H.- Altura de agua mínima, menor que 1,5 m, R.- Revancha.

Canal de fondo. En zonas urbanas debe darse especial atención a los flujos menores, a veces flujos base que ocurren con posterioridad a las tormentas. Algunos cauces que normalmente están secos antes de la urbanización, con posterioridad presentan un flujo permanente debido al riego de jardines y áreas verdes. Estos flujos continuos sobre zonas de césped destruyen el pasto y pueden causar la degradación de la sección transversal por erosión localizada del fondo una vez que la capa de pasto desaparece.

Debido a lo expuesto estos flujos menores permanentes deben conducirse mediante un pequeño canal de fondo, o un ducto subterráneo bajo el centro del canal de pasto. La capacidad de diseño de este pequeño canal de fondo es


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA del 2% al 10% del gasto de la crecida de 100 años de periodo de retorno. En caso en que se use una tubería enterrada debe ser de un diámetro mínimo de 0,6m, y disponer de accesos y cámaras, con una velocidad media de 0,9 m/s con la tubería llena hasta la mitad. Si el flujo resultante para el canal de fondo es mayor que 20 l/s se recomienda considerar un canal protegido, como el que se indica en la Figura 4.4.3.13. Estos canales de fondo o de flujos menores están muy expuestos a la erosión por lo tanto deben adoptarse todas las precauciones para protegerlos. Es por ello que puede ser preferible considerar para ello un revestimiento de hormigón. Debe asegurarse que los flujos bajos ocupen este canal y evitar que se generen flujos paralelos por zonas no protegidas.

Figura 4.4.3.13: Canal con cauce para flujos menores. b.- Ancho basal, E.- Enrocados, C.- Camino , T.- Taludes con pasto, I.- Área inundada, B.- Ancho total mínimo, H.- Altura de agua máxima, 1 a 1,5 m, R.- Revancha.

Pasto. El pasto de revestimiento de canales es un aspecto esencial para el éxito de este tipo de estructuras. En este sentido no es posible dar criterios específicos en cuanto al tipo de semilla a emplear, ya que depende de manera importante de condiciones locales. La selección debe basarse en las condiciones del suelo, clima y las necesidades de resistencia a la erosión por el empleo del cauce en la conducción de las aguas lluvias.

Algunas recomendaciones generales para conseguir un buen revestimiento de pasto son las siguientes: preparar una buena base, con una capa vegetal firme formada por residuos de cultivos o tierra de hojas para proteger las semillas del pasto mientras este se establece. Seleccionar una mezcla de semillas simple que se adecue a las condiciones del cauce, formada por semillas de buena calidad, con pastos de origen conocido y adaptables al lugar. Plantar en la época más adecuada para la semilla seleccionada. Usar métodos de sembrado que den una distribución uniforme de las semillas. Proveer del riego necesario mientras se establece el pasto. Fertilizar de acuerdo a las necesidades del pasto y las características del suelo. Posteriormente debe permitirse por lo menos un año para observar si el pasto crece adecuadamente. Resembrar en los espacios desnudos con pasto y tierra de hojas. Evitar el tránsito sobre el sector plantado hasta que se establezca una base firme de césped. Cortar el pasto cuando pueda recrecer. Inspeccionar el revestimiento frecuentemente, especialmente después de tormentas. Reparar


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA inmediatamente cualquier daño. Mantener equipos y elementos pesados fuera del cauce.

Control de la erosión. Los canales revestidos con césped son erosionables en cierto grado. La experiencia ha demostrado que no es económico diseñar estos canales para protegerlos frente a todas las eventualidades de erosión durante tormentas muy severas. Es recomendable proveer de secciones verticales fijas, por ejemplo de hormigón, a intervalos regulares para controlar la erosión y que presentan en su parte superior una forma geométrica igual a la sección que se trata de proteger. Pueden emplearse para estos fines caídas verticales o inclinadas con disipadores de energía al pie, como las que se proponen en el punto 4.4.4. También pueden usarse muros verticales transversales a la sección. Estos muros son además útiles para mantener los flujos menores al interior de las soleras o de los canales de fondo. Estos muros están formados por una zarpa de hormigón armado de 0,2 a 0,3 m de espesor y 1 a 2m de profundidad, colocados a lo ancho de toda la sección transversal. A menudo se pueden emplear para estos fines algunos ductos que atraviesan el cauce, como sifones o alcantarillas de otras conducciones. Bajo los puentes el pasto no crece y por lo tanto estos sectores son susceptibles de erosión. Es una buena práctica colocar una zarpa en toda la sección aguas abajo de los puentes, o revestir con otro tipo de cubierta todo el fondo bajo el tablero.

Para mantener una pendiente de fondo pequeña puede ser necesario disponer de caídas. En estas condiciones existe tendencia a la erosión inmediatamente aguas arriba y aguas abajo de la estructura, incluso si las caídas son de pequeña altura. En este caso es necesario el uso apropiado de revestimientos de enrocado y disipadores de energía.

Eje Hidráulico. Se designa como eje hidráulico a una línea por la mitad de la superficie libre del agua en función de la longitud del canal. En base a ella es posible apreciar el nivel del agua para cada sección y definir las cotas de los bordes. Una vez definidas las características de cada tramo, y de las obras de arte necesarias, es conveniente calcular el eje hidráulico del conjunto, ya que en general las obras de arte pueden modificar las condiciones de escurrimiento normal en sus cercanías. Para ello se deben establecer las secciones control, es decir aquellas en las cuales la altura de agua se puede estimar independientemente de las condiciones de aguas arriba o de aguas abajo. A partir de estas secciones se calcula la influencia hacia aguas arriba en los tramos con escurrimiento de río y hacia aguas abajo en los tramos con escurrimiento de torrente, hasta alcanzar las condiciones de escurrimiento normal. Al conocer en detalle las alturas de agua en cada sección, así como las velocidades medias, es posible proponer las alturas totales de los muros del borde, las revanchas y las protecciones contra la erosión si ello es necesario.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Sin embargo un buen diseño del canal y de las obras de arte considera que

estas no alteren demasiado las condiciones de escurrimiento normal en los tramos inmediatos, de manera que el eje hidráulico no sea muy diferentes del que corresponde al flujo normal.

f. Dimensionamiento de Canales con vegetación en el fondo. Estos consisten en canales en los cuales se permite y promueve la existencia de vegetación natural en el fondo. Es especialmente útil cuando existen zonas bajas con abundante y permanente humedad como para mantener esta vegetación, o cuando se modifica un cauce natural en el cual existe. Este tipo de canales pueden ser concebidos como canales revestidos con pasto en los cuales se permite que en el fondo crezca vegetación permanente más abundante propia de zonas húmedas. La forma más simple de lograr esto puede ser eliminando la solera o el canal de fondo revestido y limitando la pendiente superficial para asegurar el crecimiento de vegetación. En la Figura 4.4.3.14 se muestra una sección típica de un canal con vegetación.

Algunas de las ventajas potenciales de este tipo de canales es que proveen de espacio para la vida acuática terrestre y también aves. Pueden disminuir los costos de mantención en relación a los canales de pasto y tienen un aspecto más natural. Entre los inconveniente debe considerarse que la tendencia a un exceso de crecimiento con mucha densidad de vegetación impide una mantención adecuada y los trasforman en lugares de apariencia descuidada. Esta abundante vegetación del fondo atrapa sedimentos y reduce la capacidad de transporte del cauce total. Aunque esto se puede considerar en el diseño, en algunos casos puede ser necesario restaurar las condiciones iniciales mediante dragado. Pueden convertirse en un buen hábitat para los mosquitos y otros insectos no deseados. Debido a la tendencia a disminuir la capacidad de transporte estos canales deben diseñarse un poco sobredimensionados. Como resultado requieren mayor espacio.



Figura 4.4.3.14: Sección típica de un canal con vegetación en el fondo. E.- Enrocados, T.- Taludes de pasto, R.- Revancha, I.- Área inundada, B.- Ancho total mínimo, C.- Camino de mantención.

El diseño de este tipo de canales puede requerir de varias iteraciones hasta lograr un diseño definitivo. Para ello es necesario adoptar ciertas suposiciones en relación al efecto que tiene la altura de agua sobre la vegetación y como esta interactúa sobre el deposito de sedimentos.

Los criterios de diseño son similares a los de los canales revestidos con pasto. La principal diferencia es que en este caso no se permite el uso de soleras o del canal de fondo, aunque si se considera un canal para flujos bajos. Adicionalmente deben considerarse dos condiciones de diseño en relación a la rugosidad. Para asegurar las condiciones de estabilidad se selecciona la pendiente de fondo suponiendo que no existe vegetación, es decir como si se tratara de un canal nuevo. Después, para asegurar la capacidad de diseño una vez que la vegetación esté establecida y ocurra un cierto grado de depósito de material, la revancha del canal se calcula usando coeficientes de rugosidad en condiciones de desarrollo total de la vegetación.

Lluvia de diseño. El gasto de diseño del canal debe considerar todos los aspectos generados por una lluvia de un periodo de retorno seleccionado de acuerdo a lo siguiente:

T = 100 años, si el canal fuera parte de una red de drenaje desarrollada.

T = 200 años, si no forma parte de una red desarrollada.

A los gastos máximos así resultantes deben agregarse los aportes adicionales generados por otras causas, o por los otros usos del canal si los tiene.

La autoridad municipal, o el SERVIU podrá requerir otros periodos de retorno si lo estima conveniente de acuerdo a las condiciones del lugar.

Velocidad media y Número de Froude. La velocidad media en condiciones normales para la crecida de diseño suponiendo el cauce sin vegetación no debe exceder de 2,0 m/s en suelos no erosionables, cohesivos, y de 1,5 m/s en


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA suelos erosionables. El número de Froude para las condiciones de canal nuevo debe ser menor de 0,7.

Pendiente de fondo. Empleando un coeficiente de rugosidad equivalente al de canales nuevos (se recomienda n=0,030), seleccione una pendiente de fondo de manera que la velocidad media para el caudal máximo de la crecida de diseño, de 100 ó 200 años de periodo de retorno, no exceda los valores especificados en el párrafo precedente.

Revancha. Se recomienda una revancha mínima de 0,3m sobre el nivel del agua correspondiente al gasto máximo de la crecida de diseño en condiciones de vegetación desarrollada.

Coeficiente de rugosidad. Para determinar la pendiente longitudinal y las condiciones iniciales de la sección se recomienda emplear un coeficiente de rugosidad de Manning de 0,030. Para determinar las alturas de aguas y la sección transversal se debe emplear un coeficiente mayor, equivalente a las condiciones de desarrollo total de la vegetación.

En este caso se calcula un coeficiente de rugosidad ponderado de acuerdo a la siguiente relación:

( )nn P n P

P Pcb b

b

=++

0 0

0

(4.4.3.4)

donde nc es el coeficiente de rugosidad de la sección completa a usar en los cálculos, n0 es el de la sección con pasto, sin vegetación, que en el caso de canales revestidos de pasto puede ser 0,035, y nb es el coeficiente de rugosidad del canal de fondo con vegetación, cuyo valor depende de la profundidad del flujo y está dado por la relación de la figura 4.4.3.15. P es el perímetro mojado de cada parte.

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0 1 2 3

Altura normal, m

Rug

osid

ad

Figura 4.4.3.15: Estimación de la rugosidad del canal con vegetación en función de la altura de agua normal.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Sección transversal. El diseño de la sección transversal debe considerar las

condiciones locales y ajustarse para aprovechar al máximo las características del canal.

Se recomienda que el canal de flujos bajos se diseñe para conducir una crecida de 2 ó de 5 años de periodo de retorno, sin revancha. Este canal debe ser de al menos 0,8 m de profundidad pero de no más de 1,5m. Es conveniente que sus taludes e incluso el fondo estén protegidos con enrocados y reservados para el desarrollo de la vegetación. Ver Figura 4.4.3.10.

Ancho de fondo. Debe estimarse de manera que el canal conduzca el gasto de diseño en las condiciones indicadas de velocidad, pero se recomienda que no sea inferior a 2,0m.

Ancho superficial total. Considerar un ancho generoso para incluir el nivel del agua total, la revancha y los elementos de mantención y accesos necesarios.

Taludes. Los taludes laterales del cauce deben ser 4H:1V o más tendidos. Los taludes del canal de fondo pueden ser 2,5H:1V o más tendidos.

Curvas. El radio de las curvas horizontales debe ser superior al doble del ancho superficial para las condiciones de gasto máximo, y por lo menos de 30m.

Vegetación. Fuera de la sección más baja en la cual se desarrolla la vegetación de fondo la parte alta de estos canales puede sembrase con pasto al igual que los canales revestidos de pasto. La vegetación del fondo debe ser la típica de zonas húmedas adaptable a las condiciones locales.

g. Construcción. La construcción de canales revestidos con pasto y de canales con vegetación en el fondo es muy similar a la de canales con otros fines, agregando las necesidades de plantar el pasto si es necesario de manera de transformar el lugar en un área verde. Para las faenas típicas del movimiento de tierras requerido para configurar la sección del canal se pueden emplear sistemas constructivos y especificaciones técnicas generales similares a las de canales de riego (Ver Especificaciones Técnicas Generales, Departamento de Construcción, Dirección de Riego, Ministerio de Obras Públicas, 1991).

Trazado, perfiles y pendientes. Debe ponerse especial cuidado en reproducir las dimensiones de la sección transversal y longitudinal de los planos del proyecto, efectuando un replanteo en terreno que debe ser aprobado por la inspección técnica de la obra antes de comenzar las faenas. Las cotas de


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA radier del fondo del canal y las de secciones de control no debieran apartarse de las del proyecto en más de 1cm. Las líneas que definen la sección transversal no debiera diferir del proyecto en más de 5cm.

Preparación de la faja. Antes de comenzar las faenas de movimiento de tierras debe prepararse la faja en todo el ancho de la sección. Esto incluye labores como corte de árboles, descepe, limpieza, demoliciones, reubicación de obras, desvío de cauces, cercos , etc. En general los materiales resultantes de estas labores serán llevados a botadero previamente autorizados. En caso de canales en cauces existentes es necesario desviar el flujo temporalmente, evitando que inunde las faenas.

Excavaciones. Las excavaciones serán las estrictas para lograr la sección transversal de proyecto, con los taludes especificados. Los materiales que se obtengan de esta excavación podrán emplearse en terraplenes de la misma obra, o de relleno de sectores que lo requieran. El sobrante se llevará a botadero. La excavación de la cuneta para canales de flujos bajos puede hacerse en una segunda etapa, una vez que está perfilada la sección completa.

Terraplenes. Para los terraplenes se empleará de preferencia el material proveniente de las excavaciones siempre que tengan un porcentaje de finos superior al 12%, prefiriéndose los materiales arcillosos y limosos. Los materiales se colocan en capas de espesor menor a 20cm, eliminando las piedras de tamaño superior a 2/3 el espesor de la capa, regando y compactando hasta la densidad preespecificada en el proyecto.

Vegetación. Es importante preparar la superficie de plantación evitando que aparezcan cauces preferenciales, compactando las capas de arena y tierra de hojas y empleando una semilla adecuada a las condiciones del lugar. Debe considerarse la plantación hasta el primer corte del pasto.

h. Mantención. Los canales revestidos con pasto o con vegetación en el fondo requieren una moderada mantención. La responsabilidad por estas funciones, de acuerdo con las reglas de la legislación, recae sobre el propietario de las obras, el cual será una persona particular o pública según sea el dominio del terreno en el cual se encuentren emplazadas. Conviene distinguir los problemas de mantención derivados del aseo y ornato de la obra, en cuyo caso implican una responsabilidad municipal, de aquellos que significan una responsabilidad técnica propiamente tal. En este último caso tratándose de vías públicas la responsabilidad podría recaer en el SERVIU, sin embargo es necesario que ella se aclare legalmente. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quien detente legalmente el recinto.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA A continuación se indica la mantención sugerida para los canales, revestidos

con pasto o con vegetación en el fondo, y la frecuencia con que ésta debe realizarse.

Mentención preventiva. Considera la inspección de la obra, mantención de la vegetación y limpieza.

Inspección. Inspeccionar la superficie para verificar la necesidad de una limpieza en especial el fondo de los canales con vegetación. Verificar que los flujos menores no causan problemas y que el agua escurre correctamente.


Mantención de la vegetación. El ideal es que se trate de vegetación nativa que no requiere cuidados especiales, pero deben efectuarse podas y controles para evitar un crecimiento excesivo. Estos cuidados deben estar incorporados en el área verde en la cual se ubica el canal.

Rutinaria. De acuerdo con la inspección y el clima. En conjunto con la mantención del sector en el cual se ubica la zanja.



Mantención curativa. Reparación de canal de fondo y cunetas. Reparar sectores dañados o

erosionados para restaurar las condiciones de proyecto. Verificar que los flujos bajos se mantienen en el interior de la sección correspondiente.

No rutinaria. Cuando sea necesario de acuerdo a la inspección. i. Ejemplo de canal revestido con pasto. Se trata de dimensionar un canal

revestido con pasto para conducir un gasto máximo de 1,8m3/s, que es el aporte de una lluvia de 100 años de periodo de retorno con la cuenca totalmente desarrollada. El canal se construirá en suelos no cohesivos y se revestirá con pastos naturales. La franja destinada al canal presenta una pendiente longitudinal de 0,4% en promedio en el tramo a diseñar.

Dadas las condiciones del lugar el ancho basal del canal será de 4,0m y los taludes laterales 5/1. Debe considerarse un camino como paseo y de


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA mantención general de las obra a lo largo del canal. Los caudales permanentes se estiman en un 2% del gasto de diseño.

Velocidad y número de Froude. De acuerdo a las condiciones de diseño para pastos naturales y suelos no cohesivos se recomienda una velocidad máxima de 0,9m/s y un número de Froude máximo de 0,3 de acuerdo a las recomendaciones de la Tabla 4.4.3.1.

Para una primera aproximación se supondrá la velocidad máxima permitida para estimar la altura de agua y con ella el número de Froude. Si es menor que el máximo permitido se aceptará el diseño. En caso contrario se disminuye la velocidad hasta que ambos valores sean aceptables.

Con V=0,9m/s el área del canal es A=Q/V=1,8/0,9=2m2.

La altura de agua para esta área es tal que A=h(b+zh). Con b=4, z=5 el valor de h resulta ser h=0,35m.

El ancho superficial es L=b+2zh=4+2*5*0,35=7,5m.

Entonces el número de Froude es F=V/(gA/L)0,5 = 0,9/(9,8*2/7,5)0,5= 0,55.

Como este valor es mayor que el máximo permitido de 0,3 se debe disminuir la velocidad media de diseño. Estos cálculos se resumen en la siguiente tabla:

V A h L A/L F

0,90 2,00 0,35 7,5 0,27 0,55

0,70 2,57 0,42 8,2 0,31 0,40

0,55 3,27 0,50 9,0 0,36 0,29

Este último valor satisface las dos condiciones de diseño en relación a velocidad máxima y número de Froude, por lo tanto se acepta como valor inicial para continuar el dimensionamiento.

Pendiente de fondo. Para tener el valor indicado de velocidad y altura de agua con una rugosidad de n=0,030, la mínima para este tipo de revestimiento, la pendiente de fondo debe ser la dada por la ecuación 4.4.3.1, con A=3,27m2, n=0,030 y el radio hidráulico R=A/P donde P=b+2h(1+z2)0,5 = 9,1m. De estos valores se obtiene para I:

I V n

AP

=

=

=2 2

43

2 2

43

0 55 0 030

3 279 1

0 00106, ,

,,

,

La pendiente de fondo del canal será de 0,00106, es decir 1,06 metros cada kilómetro.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Caídas. Como la pendiente del terreno es de 0,004, superior a la del fondo

del canal, se dispondrá de 5 caídas regularmente espaciadas por kilómetro a una distancia de doscientos metros y de una altura de caída H tal que:

1000*0,00106+5H=1000*0,004

de donde se deduce que las caídas deben ser de una altura de 0,59m cada una. Estas caídas serán del tipo Caída Inclinada con Enrocados (ver 4.4.4).

Altura de agua. Para efectos de estimar la altura de agua se considerará un coeficiente de rugosidad en condiciones de pasto en regular estado con profundidades entre 0,5 y 0,9m adaptándose un coeficiente de n=0,05. Para este cálculo se considera la mayor rugosidad razonable para el revestimiento de pasto, de manera de tomar en cuenta las peores condiciones desde el punto de vista del efecto sobre la altura de agua.

Para una pendiente de 0,00106 un ancho basal de 4m y taludes z=5 con un gasto de 1,8m3/s se obtiene la altura de agua empleando la ecuación de Manning (4.4.3.1). En este caso el área está dada por:

A=h(b+zh) = h(4+5h)

El perímetro mojado:

P=b+2h(1+z2)0,5 = 4+2h(1+52)0,5 = 4+10,2h

La ecuación (4.4.3.1) exige:

Qni

A

P=

53

23

donde Qn= =

i1 8 0 05

0 001062 76, * ,

,,

Entonces el valor de h se obtiene de resolver numéricamente la igualdad:

( )[ ]

( )2 76

4 5

4 10 2

53

23

,,

=+

+

h h

h

La que se satisface para h = 0,65m, que corresponde entonces a la altura normal del tramo.

Revancha. La revancha para las condiciones de gasto máximo será de 0,35m, de manera de llegar a una altura total para la sección de 1,0m.

Canal de fondo. Para un gasto permanente del 2% del máximo, es decir de 36lt/s se construirá un pequeño canal en el fondo de la sección. Este tendrá una base de hormigón de 1,0m a 1,5 m de ancho y paredes de piedra, de


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA manera que puede suponerse rectangular. Con un n=0,04 resulta una altura de agua de 0,18m. Por lo tanto las paredes de este canal de fondo serán de 20cm de alto. Este canal podrá tener curvas horizontales de manera de ocupar toda la base del canal principal y ajustarse a las necesidades de uso del sector para otros fines.

Sección completa. La sección completa del canal considera un ancho basal de 4,0m, en el cual se incluye el canal de flujos bajos, taludes 5/1 hacia los dos lados, un camino para peatones de 2m de ancho a una altura de 1,0m sobre el fondo y sobre él una altura adicional de 0,5m. Todo ello requiere un ancho total de B=4+2+5+5*0,5+5*1,5=21m.

En el interior de esta sección no podrán construirse ni instalarse obras con otros fines. Tampoco se plantarán arbustos que entorpezcan el flujo de las aguas. Las rocas de tamaño importante, mayores de 0,5m podrán dejarse en el lugar incorporándolas al paisaje.

Curvas. El canal podrá tener curvas de radio superior a 42m en el eje del canal.

Detalles. En el plano adjunto se muestra un diseño completo de la sección del canal con las dimensiones calculadas en este ejemplo. Se considera la plantación de pasto natural sobre una capa de tierra de hojas en toda la sección del canal, con excepción del canal de fondo y el camino. Este último será de 2,0m de ancho, con un espesor de 5cm de maicillo sobre el suelo natural compactado o no removido.

Cubicación y presupuesto. Este presupuesto considera la sección completa por un largo de 100 metros de canal. No se incluyen las caídas ni el precio del terreno. La cubicación y presupuesto de las caídas necesarias, así como su diseño, se presentan en 4.4.4.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a máquina, sin agotamiento ni entibación, incluye el descepe y limpieza del terreno, así como el emparejamiento, nivelación y limpieza de la sección. m3 400,0 0,252 100,800 2 Rellenos con tierra de terraplenes para perfilar la sección transversal en zonas que se requiera según los perfiles transversales del proyecto. Compactada y perfilada con el mismo material extraído de la excavación. m3 320,0 0,379 121,280 3 Transporte de excedentes de la excavación


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 80,0 0,063 5,040 4 Suministro y colocación de una capa de arena de 3cm, esparcida y compactada con pisón. m3 54,1 0,328 17,745 5 Suministro y colocación de una capa de 5cm de tierra de hojas, esparcida y nivelada. m3 90,2 1,019 91,914 6 Suministro, distribución y siembra de césped artificial. Incluyendo semilla, sembrado, riegos y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 1804,8 0,104 187,699 7 Suministro y colocación de una capa de grava compactada para apoyo de hormigón en canal . Espesor 3cm. m3 4,5 0,117 0,527 8 Suministro y colocación de hormigón para radier de fondo de canal de flujos bajos. Colocado en espesor de 5cm y nivelado. m3 7,5 3,250 24,375 9 Suministro y colocación de piedras tipo cantera o natural colocadas apoyadas sobre hormigón y niveladas. Tamaño medio 20cm. m3 5,0 0,317 1,585

10 Compactación del suelo bajo el camino m3 6,0 0,056 0,336 11 Suministro y colocación de una capa de maicillo para vereda en espesor de 5cm. m2 200,0 0,087 17,400 Total 568,701

Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al 7 de Octubre de 1996), según “Lista Oficial de Precios de Obras de Pavimentación para Cobro por Gastos de Inspección año 1995”, MINVU y el “Boletín de Precios Nº 276 de Mayo-Junio de 1996” del SERVIU Metropolitano.




4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA j. Ejemplo de canal con vegetación en el fondo. Se trata de dimensionar un canal con vegetación en el fondo para un gasto de diseño correspondiente a la crecida de 100 años de periodo de retorno que aporta 2,3m3/s con la cuenca totalmente desarrollada. La crecida con 5 años de periodo de retorno es de 1,1 m3/s. El canal se construirá sobre una pequeña hondonada que se incorporará a un área verde formada por suelos no cohesivos y los taludes se revestirán con pasto natural. La hondonada presenta una pendiente longitudinal promedio de 1,2%.

Dado el tamaño natural de la hondonada se adoptará una ancho basal de 3m y taludes 4/1. No se considera necesario incluir un camino en la sección del canal, ya que existirá otro paralelo al cauce.

Velocidad y número de Froude. Según las recomendaciones para este tipo de canales se aceptará una velocidad máxima de 1,5m/s y un Froude menor que 0,7.

Para una primera aproximación se supondrá la velocidad máxima permitida para estimar la altura de agua y con ella el número de Froude. Si es menor que el máximo permitido se aceptará el diseño. En caso contrario se disminuye la velocidad hasta que ambos valores sean aceptables.

Con V=1,5m/s el área del canal es A=Q/V=2,3/1,5=1,53m2.

La altura de agua para esta área es tal que A=h(b+zh) con b=3, z=4 el valor de h resulta ser h=0,35m.

El ancho superficial L=b+2zh=3+2*4*0,35=5,8m.

Entonces el número de Froude es F=V/(gA/L)0,5 = 1,5/(9,8*1,53/5,8)0,5= 0,93.

Como este valor es mayor que el máximo permitido de 0,7 se debe disminuir la velocidad media de diseño. Este cálculo inicial y los siguientes hasta lograr una velocidad y un número de Froude admisibles se resumen en la siguiente tabla:

V A h L A/L F

1,50 1,53 0,35 5,80 0,26 0,93

1,20 1,92 0,41 6,28 0,31 0,69

Este último valor satisface las dos condiciones de diseño en relación a velocidad máxima y número de Froude, por lo tanto se acepta para continuar el dimensionamiento.

Pendiente de fondo. Para tener el valor indicado de velocidad y altura de agua con una rugosidad de 0,03, la mínima para un revestimiento de pasto en los taludes y sin considerar la base con vegetación por seguridad, la pendiente


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA de fondo debe ser la dada por la ecuación 4.4.3.1, con A=1,92m2, n=0,030; R=A/P donde P=b+2h(1+z2)0,5 = 6,38m. De estos valores se obtiene para I:

I V n

AP

=

=

=2 2

43

2 2

243

1 20 0 030

1 926 38

0 0064, ,

,,

,

La pendiente de fondo del canal será de 0,0064, es decir 6,4 metros cada kilómetro.

Caídas. Como la pendiente del terreno es de 0,012, superior a la del fondo del canal, se dispondrá de 5 caídas regularmente espaciadas por kilómetro a una distancia de doscientos metros y de una altura tal que:

1000*0,0064+5H=1000*0,012

de donde se deduce que las caídas deben ser de una altura de 1,12m cada una. Estas caídas serán del tipo Caída Inclinada con Enrocados. (Ver 4.4.4). Estas caídas se dimensionarán de manera que para el gasto de diseño respeten las condiciones de escurrimiento normal en los tramos de aguas arriba y aguas abajo, con el objeto de que alteren lo menos posible el eje hidráulico del canal.

Altura de agua. Para efectos de estimar la altura de agua y la sección transversal completa del canal, se considerará un coeficiente de rugosidad compuesto considerando el fondo del canal en condiciones de plantas totalmente desarrolladas, y con los taludes con pasto en regular estado con profundidades entre 0,5 y 0,9m estimándose un coeficiente de n=0,04 para los taludes. Para el fondo con vegetación la rugosidad depende de la profundidad de agua en el canal según la figura 4.4.3.15. En este caso se supone que el canal de fondo, con vegetación, no aporta al escurrimiento, de manera que la sección de cálculo es trapecial de 3m de base y taludes 4/1. Como la rugosidad compuesta, nc, , que se calcula con la ecuación 4.4.3.4 depende de la altura de agua, debe procederse por aproximaciones sucesiva. Estas condiciones son las más desfavorables desde el punto de vista del tamaño de la sección transversal.

La rugosidad de la sección con pasto se estima en 0,035. El perímetro mojado de la base es constante igual a 3m. El de la sección con pasto depende de la altura de agua y está dado por Po=2h(1+42)0,5. Primero se propone una altura de agua con la cual se estima una rugosidad inicial. Con ella y la ecuación de Manning, se calcula una altura de agua para verificar la rugosidad supuesta.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Los cálculos necesarios hasta lograr una solución se muestran en la siguiente

tabla:

hinicial nbinicial Po Pb nc h Po nb nc

0,50 0,110 4,12 3,00 0,067 0,62 5,11 0,10 0,059 0,60 0,100 4,95 3,00 0,060 0,59 4,87 0,10 0,060

Como la altura de agua es de 0,59 m se adoptará una altura de diseño de 0,6m.

Revancha. La revancha para las condiciones de gasto máximo será de 0,30m, que es la mínima para este tipo de canales, de manera de llegar a una altura total para la sección de 0,9m, sobre el canal de fondo.

Canal de fondo. El canal del fondo se diseña para conducir crecidas de 5 años de periodo de retorno, con una altura mínima de 0,8m y una máxima de 1,5m. De acuerdo a los antecedentes disponibles esta crecida produce un gasto de 1,1 m3/s. Se considera una rugosidad con plantas totalmente desarrolladas, de acuerdo a la figura 4.4.3.15. Para estas condiciones no se le agrega revancha. El canal de fondo con vegetación es de sección rectangular de 3m de ancho y debe conducir 1,1 m3/s.

Cuando el canal esté nuevo, sin vegetación, debe tener una velocidad menor de 1,5 m/s. En estas condiciones para una pendiente de 0,0064, una rugosidad de n=0,030 resulta una altura de agua de 0,33m de acuerdo a la ecuación de Manning, y una velocidad media de 1,11m/s que cumple con la restricción.

Cuando la vegetación esté desarrollada el coeficiente de rugosidad depende de la altura de agua. Adoptando un valor seguro de n=0,100 para el gasto de diseño y la pendiente de fondo se obtiene una altura de agua de 0,73m, menor que 0,8m. Por lo tanto para el canal de fondo se propone una altura total de 0,8m.

Sección completa. La sección completa del canal considera un canal con vegetación en el fondo de 3m de ancho y 0,8m de profundidad y una sección completa con taludes de pasto con inclinación 4/1 y una altura de 0,9m. Esto requiere un ancho total de 3+2*4*0,9= 10,2m, que será el ancho de la franja destinada al canal.

Curvas. El canal podrá tener curvas de radio superior a 30m en el eje del canal.

Detalles. En el plano adjunto se muestra un diseño completo de la sección del canal con las dimensiones estimadas en este ejemplo. Se considera la


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA plantación de pasto natural sobre una capa de tierra de hojas en los taludes exteriores del canal, y plantas palustres en el fondo.

Cubicación y presupuesto. Este presupuesto considera la sección completa por un largo de 100 metros de canal. No se incluyen las caídas ni el precio del terreno. La cubicación y presupuesto de las caídas, así como su dimensionamiento, se presentan en 4.4.4.g.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a máquina, sin agotamiento ni entibación, incluye el descepe y limpieza del terreno, así como el emparejamiento, nivelación y limpieza de la sección. m3 290,0 0,252 79,080 2 Rellenos con tierra de terraplenes para perfilar la sección transversal en zonas que se requiera según los perfiles transversales del proyecto. Compactada y perfilada con el mismo material extraído de la excavación.m3 230,0 0,379 87,170 3 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10km. m3 60,0 0,063 3,780 4 Suministro y colocación de una capa de arena gruesa de 3cm, esparcida y compactada sobre los taludes exteriores de la sección. m3 22,3 0,281 6,267 5 Suministro y colocación de una capa de 5cm de tierra de hojas, esparcida y nivelada, sobre la capa de arena. m3 37,1 1,019 37,703 6 Suministro, distribución y siembra de césped artificial. Incluyendo semilla, sembrado, riegos y cuidados hasta el primer corte del pasto. m2 742,2 0,104 77,189 7 Suministro y colocación de piedras tipo cantera o natural colocadas apoyadas sobre el fondo y niveladas. Tamaño medio 0,8m. m3 26,2 0,317 8,305

Total 293,494






4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE

ENERGÍA

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.

En la literatura hidráulica existe una gran cantidad de obras propuestas para lograr los fines mencionados, la mayoría de las cuales están concebidas para ser empleadas en obras de dimensiones importantes, o como parte de sistemas de conducción de agua para riego. Se pueden consultar por ejemplo las obras propuestas con estos fines en el Manual de Carreteras, ( Dirección de Vialidad, MOP 1988) y en el Manual de Diseño de Obras Tipo Para la Conducción y Distribución de Agua de Riego, (Dirección de Riego, MOP, 1978). Todas ellas pueden ser empleadas para los mismos fines en sistemas de conducción de aguas lluvias, sin embargo en general adolecen de un carácter excesivamente pragmático que las hacen poco adaptables desde el punto de vista estético para ser empleadas en zonas urbanas o lugares de uso público.

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, CIE. Ambas pueden adoptarse con muy buenos resultados a condiciones paisajísticas en parques y lugares públicos de zonas urbanas.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA 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. Por razones de seguridad la altura de caída máxima es de 1m y el caudal máximo se restringe a 5 m3/s

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; por lo tanto, la cubeta debe dimensionarse para contener el flujo supercrítico y el resalto en su interior. Generalmente, conviene usar una cubeta rugosa que resulta más corta y económica. 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.

Figura 4.4.4.1: Configuración general de una CVR. 1.- Canal de aguas arriba, 2.- Canal de aguas abajo, 3.- Muro vertical, 4.- 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 importantes 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. La CIE se diseña para operarla como un disipador de resalto, aún cuando algo de la energía que se pierde se deba a la rugosidad


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA del lecho de enrocado. El diseño tiene por objeto la integridad estructural y la contención del resalto dentro del área de la obra.

Las caídas enrocadas deben ser construidas de piedras o rocas de tamaño uniforme, ubicados a través del área de aproximación, por los taludes y en el fondo de la caída y consolidadas con mortero. La Figura 4.4.4.2 ilustra la configuración general de una CIE.

Figura 4.4.4.2: Configuración general de una CIE. 1.- Canal aguas arriba, 2.- Canal aguas abajo, 3.- Rápido, 4.- Cubeta, 5.- Zarpa, 6.- Emplantillado filtro, 7.- Grada de término de la cubeta.

En ambos tipos de caídas, si se usan enrocados, es importante que la profundidad del mortero de consolidación del enrocado no sea menor de los dos tercios inferiores del tamaño nominal de las rocas. La apariencia y la disipación de energía se pueden mejorar si la profundidad consolidada del enrocado se mantiene a un máximo de tres cuartos del tamaño de las rocas, tal como se ve en la Figura 4.4.4.3. Para el éxito del diseño es importante adoptar cuidados adecuados en relación al control de las filtraciones, para lo cual es conveniente que el enrocado consolidado se apoye en una capa drenante y se dispongan barbacanas de alivio en el eje de la obra.

Figura 4.4.4.3: Detalle del enrocado consolidado. D.- Tamaño medio del enrocado, d.- Espesor de la consolidación, dado por 0,67Droca<d<0,75Droca.

b. Ventajas y Desventajas. 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


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA 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.

c. Consideraciones generales y criterios de diseño. Estas obras forman parte de otras más complejas como son los canales de drenaje urbano o como evacuadores de obras de retención, como lagunas o estanques, ya que desde el punto de vista estricto del drenaje urbano no se justifican por sí solas. De esta manera la factibilidad depende de la obra básica a la cual se incorporan y no requieren por lo tanto un análisis de factibilidad especial. Similarmente para el dimensionamiento los antecedentes necesarios provienen de las condiciones de la obra principal, en relación al gasto de diseño, condiciones de terreno y otros.

d. Dimensionamiento de Caídas Verticales Reforzadas CVR. La Figura 4.4.4.4 muestra un detalle de los elementos de una CVR con una cubeta en base a enrocados. Se considera un canal de flujos bajos en la parte central y una zona de disipación más ancha con enrocados en el fondo y las paredes para los flujos importantes de crecidas. La caída propiamente tal está formada por una pared vertical de hormigón armado que presenta en su parte central la sección para el canal de flujos bajos o permanentes, si este existe en el canal principal. En el caso de caídas ligadas a obras de retención puede no ser necesario.



Figura 4.4.4.4: Caída Vertical con Cubeta Reforzada. 1.- Muro de hormigón, 2.- Canal de flujos bajos, 3.- Canal de crecidas, 4.- Cubeta, 5.- Meandros y rocas grandes, 6.- Piedras enterradas, 7.- Aproximación.

Figura 4.4.4.5: CVR. Corte AA. 1.- Pared de hormigón, 2.- Canal de flujos bajos, 3.- Sección aguas arriba, 4.- Sección aguas abajo.

Figura 4.4.4.6: CVR. Corte BB. 1.- Cubeta, 2.- Canal de flujos bajos, 3.- Rocas de mayor tamaño, 4.- Taludes de enrocado consolidado.

Condiciones hidráulicas. El método de diseño hace uso de los gasto unitarios “q” en el canal central de flujos bajos y en el total de crecidas de todo el ancho de la cubeta, para determinar separadamente el eje hidráulico y la ubicación del resalto en estas zonas. Se conoce el caudal de diseño, Q, la altura de la caída, Hd, el ancho del canal central, o de flujos menores, bt, y el ancho total del vertedero en el umbral de la caída, b. El método de cálculo sigue uno planteado por Chow (1959). La altura de caída Hd corresponde a la diferencia de nivel entre el fondo del canal de flujos bajos de aguas arriba y un punto similar en el canal de aguas abajo.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA En primer lugar se considera la obra funcionando con caudales menores o

permanentes, Qt, que es el gasto de diseño del canal central para flujos bajos a plena capacidad. Se calcula el número de caída, Dt como:

D

Qb

gYt

t

t

f

=

2

(4.4.4.1)

donde : Qt: gasto de diseño del canal de flujos bajos, m3/s.

bt: ancho del canal de flujos bajos, m.

Yt: Altura efectiva de caída desde el borde superior, es decir desde el fondo del canal de flujos bajos de aguas arriba, hasta el fondo de la cubeta, en metros, calculada como:

Yt = Hd + B

siendo Hd la altura de caída, metros, y B la profundidad de la cubeta, también en metros.

g: aceleración de gravedad, 9,8 m/s2.

En la Figura 4.4.4.7. es posible identificar los parámetros mencionados.

Las variables que definen las condiciones hidráulicas en el punto inmediatamente aguas abajo de donde la lámina golpea el fondo de la cubeta, se estiman con las siguientes relaciones:

Ld/Yf = 4,3 Dt0,27 (5.5.4.2)

Yp/Yf = 1,0 Dt0,22 (5.5.4.3)

Y1/Yf = 0,54 Dt0,425 (5.5.4.4)

Y2/Yf = 1,66 Dt0,27 (5.5.4.5)

Siendo: Ld = longitud desde la pared vertical hasta el punto de choque del chorro en el piso o la longitud de la lámina de agua, metros.

Yp = profundidad del agua bajo la lámina inmediatamente aguas abajo del vertedero, metros.

Y1 = profundidad del escurrimiento en la cubeta justo en el punto donde la lámina hace contacto con ella, metros.

Y2 = profundidad del cauce (altura aguas abajo) , requerida para provocar que el resalto se forme en el punto indicado, metros.



Figura 4.4.4.7: Parámetros que definen el funcionamiento hidráulico de la caída vertical. Ld .- longitud de la lámina vertiente, Lj .- longitud del resalto, Lb.- longitud de la cubeta.

En el caso en que el escurrimiento de aguas abajo en el canal de flujos bajos no provea una altura equivalente o mayor a Y2, el flujo seguirá hacia aguas abajo en escurrimiento supercrítico hasta que la fuerza específica se reduzca lo suficiente como para permitir que el resalto ocurra. En este caso será necesario aumentar la profundidad B de la cubeta.

La longitud del resalto, Lj, es aproximadamente seis veces la profundidad de río, Y2. El largo de diseño de la cubeta, Lb , incluye la longitud de la lámina, Ld , la distancia al resalto, Dj , y al menos 60% de la longitud del resalto, Lj. De manera que en la zona del canal central se dimensiona de un largo dado por:

Lbt = Ldt + Djt + 0,6(6Y2t) (4.4.4.6)

Si la altura normal de aguas abajo más la profundidad de la cubeta es mayor o igual a Y2 entonces Dj es nulo ya que el resalto se forma inmediatamente a partir de la altura Y1. Si ello no es así es conveniente profundizar la cubeta, es decir aumentar el valor de B hasta que se satisfaga la condición mencionada. En general es mejor aumentar la profundidad de la cubeta en lugar de alargarla con un valor de Dj diferente de cero. De esta forma se puede considerar para el diseño Dj =0.

A continuación deben repetirse los cálculos considerando ahora el ancho total de la obra, bm, con el caudal máximo de diseño del canal total, Qm, de manera que el número de caída Dm en estas condiciones es:

Dm = (Qm/bm)2/(gYf3) (4.4.4.7)

En base a él se estiman las características del resalto, y el largo de la zona de protección lateral del canal principal como:


Lbm = Ldm + Djm + 0,6(6Y2m) (4.4.4.8)

4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA En este caso a Djm se le aplican las mismas consideraciones hechas para Dj

en el canal de flujos bajos, de manera que para el diseño se adopta el valor de B que hace que el resalto se ahogue y se considera Djm = 0.

Fondo de la cubeta. Se debe tener cuidado con la alta energía del escurrimiento en la zona de poca altura. La ubicación de grandes rocas sobresalientes como deflectores y meandros en el canal central se utilizan para ayudar a disipar el chorro. El enrocado se extiende hacia aguas abajo a lo largo del canal donde el escurrimiento es de poca altura. Cuando se utilizan grandes rocas como disipadores en el área de choque, la longitud de la cubeta allí, Lbt , puede reducirse, pero no a menos de Lbm . Las rocas pueden sobresalir 0,6 a 0,8 veces la altura crítica. Deben ubicarse entre el punto donde la lámina golpea la cubeta y hasta antes de 3 metros del fin de ella.

Profundidad de la cubeta. La cota del fondo de la cubeta está a una profundidad B, variable según sea la altura de la caída y tal que permita el drenaje del escurrimiento hacia el canal de flujos bajos. Se debe notar que la profundidad de la cubeta B se suma a la profundidad efectiva del escurrimiento subcrítico para el cálculo de la ubicación del resalto. La cubeta puede ser construida de hormigón o de enrocado. El uso de cada material debe evaluarse según cuales sean las fuerzas hidráulicas y la subpresión de las filtraciones, la disponibilidad de materiales y las condiciones estéticas requeridas.

Se recomienda un valor de B mínimo de 0,30m para caídas menores a 0,65m o de 0,45m si la caída es mayor que 0,65m pero siempre menor de 1,0m.

Largo de la cubeta. La longitud de la cubeta debe permitir confinar el resalto en su interior. El largo recomendado es de por lo menos 4m para caídas menores a 0,65m y de 5m para caídas superiores.

Ancho de la cubeta. El ancho debe ser el menor entre el ancho basal del canal de crecidas y el de la base del vertedero en el umbral de la caída.

Grada. Existe una grada al final de la cubeta para ayudar a que el agua alcance la altura de río (subcrítica) dentro de la cubeta, de manera que el resalto se desarrolle dentro de ella. La protección con enrocados también debe usarse aguas abajo de la grada para minimizar cualquier socavación local causada por el despegue de la lámina de agua.

Muro de la caída. Las dimensiones de la pared vertical y de la zapata se determinan a través de métodos estructurales convencionales considerando las cargas debidas a los efectos hidrostáticos de las subpresiones. Los requerimientos de drenaje usando un análisis de las infiltraciones. Es conveniente proveer de barbacanas en la pared del muro vertical de la caída y


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA en el fondo de la cubeta así como apoyar el enrocado consolidado sobre una capa drenante de ripio apisonado.

La configuración de la caída supone altura crítica en la sección del umbral del paramento, sin que se produzca una aceleración del flujo hacia aguas arriba. Esto se logra construyendo un vertedero de sección trapecial con una base y unos taludes tales que cumplan con la relación:

H1 = Hc (4.4.4.9)

Donde: H1 = Energía de escurrimiento aguas arriba de la transición de

entrada a la obra suponiendo la existencia de escurrimiento normal, de manera que:

H h Qg bh zh1 1

2

1 12 22

= ++( )

(4.4.4.10)

siendo h1: altura de agua normal en el tramo de aguas arriba, metros. Q: Gasto de diseño del canal de crecidas en el tramo de aguas

arriba, m3/s. b: Ancho basal del canal de crecidas de aguas arriba, m. z: Talud del canal de crecidas de aguas arriba, como H:V=z:1. g: aceleración de gravedad, 9,8 m/s2.

además Hc = Energía crítica sobre el vertedero, se puede estimar dependiendo de la forma de la sección transversal como:

Sección rectangular de ancho bv:

H Qbc

v

=

0 702

23

, (4.4.4.11)

Sección trapecial de ancho basal bv y talud z:1=H:V:

H h Qg b h zhc c

v c c

= ++

2

2 22 ( ) (4.4.4.12)

donde hc debe encontrarse resolviendo numéricamente la siguiente ecuación:

Qg

b h zhb zhv c c

v c

2 3

2=

++

( ) (4.4.4.13)



Enrocado. Se recomienda emplear para las protecciones rocas sanas de tamaño medio mínimo de 30cm para caídas de menos de 0,65m y de 0,45m para caídas mayores. Las rocas deben ser de dimensiones uniformes, de manera que la dimensión mínima medida en cualquier sentido no sea menor a 0,7 veces la dimensión máxima.

El enrocado de protección debe consolidarse en su parte inferior con mortero. El espesor consolidado no debe ser inferior a 0,67 ni superior a 0,75 del tamaño medio del enrocado, de manera de asegurar la consolidación y permitir una apariencia natural con alta rugosidad.

Se recomienda emplear grandes rocas, tres a cuatro, como deflectores del chorro en el centro de la cubeta, sobre el canal de flujos bajos, colocadas a partir del punto donde cae el chorro desde el vertedero hacia aguas abajo.

Continuar con el enrocado en el fondo y las paredes del canal de flujos bajos hasta unos tres metros aguas abajo del fin de la cubeta.

e. Ejemplo de caída vertical reforzada. Dimensionar una caída del tipo vertical reforzada para un canal trapecial de 4m de ancho basal y taludes 5/1 con una altura total de 1,0m y un gasto de diseño de 1,8m3/s. El canal de flujos bajos es de 1,0m de ancho y 0,2m de profundidad para conducir 36lt/s. La altura de la caída es de Hd =0,59m. La altura normal del canal para el gasto de diseño es de 0,5m y en el canal de flujos bajo de 0,18m.

Condiciones hidráulicas para el canal de flujos bajos. Las condiciones de funcionamiento hidráulico para el canal de flujos bajos se basan en un gasto de Qt = 0,036m3/s, un ancho de bt = 1,0m y una altura total de caída de Yf = Hd + B = 0,59+0,3m =0,89m, suponiendo una profundidad de la cubeta de B = 0,3m que es la mínima para esta altura de caída. Entonces el número de caída es:

Dt=(0,036/1,0)2/(g0,893)=1,67 x10-4

En base a él, empleando las relaciones 5.5.4.2, 3, 4 y 5 los valores de los parámetros hidráulicos son:

Ld=4,3D0,27 0,89=0,36m

Yp=1,0D0,22 0,89=0,13m

Y1 = 0,54 D0,425 =0,013m

Y2=1,66D0,27 0,89 = 0,14m


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Como Y2 es menor que la profundidad de la cubeta más la altura normal

hacia aguas abajo, 0,3+0,18=0,48m, el resalto queda totalmente confinado en la cubeta. Esto indica que el resalto se forma inmediatamente después de la caída del chorro, de manera que Djt = 0.

El largo mínimo requerido para la cubeta está dado por la ecuación (4.4.4.6):

Lbt = Ld + Djt +0,6(6Y2) = 0,36 + 0 + 0,6*6*0,14= 0,86m

Esta longitud es menor que el mínimo recomendado para esta obra, de manera que la cubeta tendrá un longitud mayor que la indicada por este cálculo, lo que se traduce en que el resalto que genera la caída de flujos bajos no presenta dificultades para ser contenido en el interior de la cubeta.

Condiciones hidráulicas para el canal de crecidas. Las condiciones de funcionamiento hidráulico para el canal mayor, o total que conduce las crecidas, se basan en un gasto de Qm = 1,80 m3/s, un ancho de bm = 4,0m y una altura total de caída de Yf = 0,59+0,3m =0,89m, contando la profundidad de la cubeta de B = 0,3m. Entonces el número de caída es:

Dm = (1,8/4,0)2/ (g0,893) = 0,0293

En base a él los valores de los parámetros hidráulicos son:

Ld = 4,3D0,27 0,89 =1,48m

Yp = 1,0D0,22 0,89 = 0,34m

Y1 = 0,54 D0,425 = 0,12m

Y2 = 1,66D0,27 0,89 = 0,64m

Y2 también resulta ser menor que la profundidad de la cubeta más la altura normal hacia aguas abajo, 0,3+0,5=0,8m, por lo tanto el resalto queda totalmente confinado en la cubeta. En este caso también Dj =0.

El largo requerido para que la cubeta contenga la mayor parte del resalto generado por el caudal de crecidas es:

Lbm = Ld + Dj + 0,6(6 Y2 ) = 1,48 + 0 + 0,6*(6*0,64) = 3,78m.

Para este tipo de caídas se recomienda un largo mínimo de 4,0 m. En este caso se adoptará el criterio de alargar la cubeta para contener la totalidad del resalto en su interior y no sólo el 60% como lo recomienda el criterio de largo mínimo. Es por ello que se construirá una cubeta de 6,0 m de largo.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Muro de la caída. El muro de la caída debe tener un ancho que genere sobre

él escurrimiento crítico con la misma energía que el canal de aproximación de manera que la caída no distorsione el eje hidráulico hacia aguas arriba. Este para un gasto de 1,8 m3/s tiene una altura normal de 0,5m, lo que representa una velocidad media de 0,55 m/s. Entonces la energía específica es:

H = h + V2/2g = 0,50 + 0,552/(2g) = 0,52m

Suponiendo, en una primera aproximación, que el vano del vertedero es de forma rectangular la energía específica sobre él es una vez y media la altura crítica, de manera que:

0,52 = 1,5hc = 1,5*0,468* (1,8/bv)2/3

de donde se deduce que el ancho basal de la sección del vertedero, bv , debe ser igual a 2,8m si es de forma rectangular. Si se adopta una sección trapecial de 2,8m de base y taludes 0,25:1 = H:V, la altura crítica para un gasto de 1,8 m3/s corresponde a la que satisface la ecuación (4.4.4.13), es decir:

( )2 8 0 25

2 8 2 0 251 89 8

0 33062 3

2, ,

, * ,,,

,h h

hc c

c

+

+= =

de donde se obtiene hc = 0,345m que se traduce en una energía específica, según la ecuación (4.4.4.12) de 0,51m, que difiere sólo en 0,01m de las condiciones normales, por lo tanto generará una depresión despreciable hacia aguas arriba. Se adopta por lo tanto una sección trapecial de 2,8m de ancho basal y taludes 0,25/1.

Enrocado. Para la protección de la caída se empleará enrocado de tamaño medio 30cm, consolidado en los 20cm inferiores y manteniendo la apariencia natural. Se agregarán 3 rocas de mayor tamaño, por lo menos 0,7m de diámetro en el fondo de la cubeta, colocadas a una distancia de 1,5m aguas abajo del muro.

Detalles. El plano adjunto muestra los detalles de la caída.

Cubicación y presupuesto. Este presupuesto considera una caída como la descrita en el ejemplo.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a máquina, sin agotamiento ni entibación, incluye el emparejamiento, nivelación y


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA limpieza de la sección de fondo. Sólo considera la sobre excavación debida a la caída ya que el resto se incluye en el canal. m3 24,0 0,252 6,048 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 24,0 0,063 1,512 3 Suministro y colocación de una capa de ripio de 10cm, esparcida y compactada sobre todo el fondo de la caída en las zonas con protección de enrocados, m3 2,6 0,117 0,304 4 Suministro y colocación de piedras tipo cantera o natural colocadas apoyadas sobre el fondo y niveladas. Tamaño medio 30cm. m3 7,8 0,294 2,293

5 Consolidación de las piedras con mortero m3 2,3 3,553 8,172 6 Hormigón H30 con 385 kg. de cem. por m3 para el muro vertical, con moldaje. m3 14,1 3,702 52,198 7 Hormigón grado H10 para emplantillado de la zapata del muro. m3 1,0 3,250 3,250 8 Acero H44 28 redondo con resaltes doblados según indicación de los planos, colocados con trabas y separadores de moldaje. D=16mm Kg. 352,0 0,016 5,200 D=12mm Kg. 240,0 0,016 3,840 D=8mm Kg. 192,0 0,016 3,072 9 Piedras de cantera de D=0,7m U 3 0,317 0,951 Total 86,840






f. Dimensionamiento de Caída Inclinada con Enrocado Consolidado (CIE). La principios generales que gobiernan el comportamiento hidráulico de la obra son similares a los que se describen en el punto anterior en relación a las caídas verticales. La Figura 4.4.4.8 muestra un detalle en planta de los elementos de una CIE. Las Figuras 4.4.4.9 y 4.4.4.10 presentan las propiedades de los elementos en un perfil longitudinal y transversal respectivamente. Se considera un canal de flujos bajos en la parte central y una zona de disipación más ancha con enrocados consolidados con mortero en el fondo y las paredes.

Figura 4.4.4.8: Caída inclinada con enrocados. 1.- Canal de flujos bajos, 2.- Zona de aproximación, 3.- Plano del vertedero, 4.- Rápido de descarga, 5.- Cubeta de disipación, 6.- Grandes rocas, b.- ancho basal del canal principal, bt .- ancho del canal de flujo bajos.

Figura 4.4.4.9: Perfil longitudinal de una CIE. y Parámetros de diseño hidráulico. 1.- fondo canal principal aguas abajo, 2.- fondo canal de flujos bajos, LA.- largo aproximación, LR .-largo del rápido, LC .- largo cubeta de disipación, LT .- largo transición aguas abajo.



Figura 4.4.4.10: Sección de la cubeta de una CIE.

Condiciones Hidráulicas. Las condiciones de funcionamiento hidráulico de este tipo de caídas son las típicas de un disipador de resalto. Desde aguas arriba existe una zona de transición desde un canal en régimen de río para pasar a condiciones críticas en el umbral del vertedero. Para ello el ancho de éste se calcula de manera de no generar una aceleración de la corriente hacia aguas arriba.

La energía disponible en el canal de aguas arriba está dada por:

H h Qg bh zh1 1

2

1 12 22

= ++( )

(4.4.4.14)

siendo h1: altura de agua normal en el tramo de aguas arriba, metros. Q: Gasto de diseño del canal de crecidas en el tramo de aguas

arriba, m3/s. b: Ancho basal del canal de crecidas de aguas arriba, m. z: Talud del canal de crecidas de aguas arriba, como H:V=z:1. g: aceleración de gravedad, 9,8 m/s2.

además Hc = Energía crítica sobre el vertedero, se puede estimar dependiendo de la forma de la sección transversal como:

Sección rectangular de ancho bv:

H Qbc

v

=

0 702

23

, (4.4.4.15)

Sección trapecial de ancho basal bv y talud z:1=H:V

H h Qg b h zhc c

v c c

= ++

2

2 22 ( ) (4.4.4.16)

donde hc debe encontrarse resolviendo numéricamente la siguiente ecuación:



Qg

b h zhb zhv c c

v c

2 3

2=

++

( ) (4.4.4.17)

El rápido de descarga se protege con enrocados que provocan una fricción importante durante la caída. Sin embargo para el diseño de la cubeta es conveniente suponer despreciables estas pérdidas y estimar las condiciones del torrente que llega al pie del rápido suponiendo el total de la energía disponible, de manera que si la altura de caída es Hd, la profundidad de la cubeta B, la energía el pie del rápido es:

H H HR d= + +1 B (4.4.4.18)

Con ella se estima la altura del torrente al pie del resalto con la ecuación:

( )H h Q

g b hR tv t

= +

2

22 (4.4.4.19)

La altura mínima necesaria para confinar el resalto dentro de la cubeta corresponde a la denominada altura conjugada de resalto de la altura de torrente así estimada. Esto requiere resolver la siguiente ecuación para h2:

hh

hh

hh

hh

c

t

t

c

c

c

+ = +2

22

22

22 2 (4.4.4.20)

Se debe verificar entonces que h2 es menor que la suma de B + la altura de río del canal hacia aguas abajo.

El largo del resalto se puede estimar como :

LR = 6 2h (4.4.4.21)

La cubeta debe tener al menos una longitud igual al largo del resalto.

Aproximación. La zona de aproximación aguas arriba tiene una longitud de 3 metros de enrocado consolidado y se debe cubrir también el área de la cresta y la zona del vertedero. Esta zona debe permitir el empalme de las secciones del canal de aguas arriba con la sección del vertedero. Al principio de la zona de aproximación se recomienda una zarpa de hormigón de 0,3m de profundidad.


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Vertedero. El vertedero, es decir la sección más angosta, se localiza aguas

arriba del cambio de pendiente a un mínimo de 1m. Este se materializa mediante un muro vertical de hormigón o con los enrocados consolidados en todo el ancho de la caída. El ancho de la sección basal es bv.

Rápido de descarga. Generalmente, no se deben usar pendientes más pronunciadas que 4:1. Si bien las pendientes más acostadas que 4:1 usualmente aumentan los costos, se puede obtener una mejoría en la apariencia. El enrocado debe apoyarse en una capa de grava que sirva de filtro y proveer de barbacanas para disipar la presión. La sección transversal del rápido debe ser del mismo ancho que el vertedero y los muros laterales también estar protegidos con enrocado. En el centro se mantiene un canal de flujos bajos de las mismas dimensiones que presenta en el canal principal, si existe. Las rocas pueden ser cuidadosamente ubicadas para crear una apariencia escalonada, la cual ayuda a aumentar la rugosidad.

Cubeta de disipación. La zona de la cubeta de contención está más baja, por lo menos a 60 cm de profundidad bajo la cota de fondo del canal de aguas abajo para ayudar a estabilizar el resalto. Una fila de rocas se ubica al final de la cubeta para crear una grada de transición con la altura de río (subcrítica) aguas abajo. Es aconsejable un enrocado enterrado en una distancia de 3 m. aguas abajo de esta grada para minimizar cualquier erosión que pueda ocurrir originada por corrientes secundarias. La protección con enrocado puede extenderse hasta el canal principal y se pueden usar grandes rocas y curvas en el canal de flujos menores para disipar la energía.

El largo de la cubeta debe ser de al menos 4m para caídas de menos de 1m y de 5m para caídas mayores. En todo caso debe ser igual o mayor que la longitud del resalto. El ancho del fondo es igual al ancho del vertedero y los muros se extienden hasta la altura del borde del canal de aguas abajo.

Enrocado. Se recomienda emplear para las protecciones rocas sanas de tamaño medio mínimo de 45cm para caídas de menos de 1,0m y de 0,60m para caídas mayores. Las rocas deben ser de dimensiones uniformes, de manera que la dimensión mínima medida en cualquier sentido no sea menor a 0,7 veces la dimensión máxima.

El enrocado de protección debe consolidarse en su parte inferior con mortero. El espesor consolidado no debe ser inferior a 2/3 ni superior a ¾ del tamaño medio del enrocado, de manera de asegurar la consolidación pero permitir una apariencia natural con alta rugosidad.

Se recomienda emplear tres a cuatro grandes rocas, de tamaño igual al doble del enrocado base, como deflectores del chorro en el centro de la cubeta,


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA sobre el canal de flujos bajos. Conviene colocarlas al centro de la cubeta de disipación.

Además es conveniente continuar con el enrocado en el fondo y las paredes del canal de flujos bajos hasta unos tres metros aguas abajo del fin de la cubeta.

g. Ejemplo de caída inclinada con enrocado consolidado. Dimensionar una caída inclinada con enrocado consolidado para un canal trapecial de 4m de ancho basal y taludes 5/1 con un gasto de diseño de 1,8m3/s. El canal de flujos bajos es de 1,0m de ancho y 0,2m de profundidad para conducir 36lt/s. La altura de la caída es de 1,18m. La altura normal del canal para el gasto de diseño es de 0,5m y en el canal de flujos bajo de 0,18m. Esta caída es para el mismo canal del ejemplo de la caída vertical pero para el doble de altura, de manera que podría reemplazar a dos de ellas.

Condiciones hidráulicas. Las condiciones de funcionamiento hidráulico consideran el canal mayor que conduce las crecidas, con un gasto de diseño de 1,8 m3/s, un ancho de 4,0m y una altura total de caída total de 1,18+0,6m = 1,78m, contando la profundidad de la cubeta de 0,6m. La energía en el canal de aproximación es:

Hg1

2

0 5 0 552

0 52= + =, , , m

Entonces el ancho basal de la sección del vertedero y de la caída, adoptando en una primera aproximación una sección rectangular, está dado por:

0 52 1 5 1 5 0 468 1 82 3

, , , * , ,/

= =

h

bcv

La altura crítica es de 0,35m, de donde se obtiene bv=2,8m.

A partir de este valor se puede verificar si se satisfacen las condiciones de no influencia hacia aguas arriba si la sección es trapecial con taludes 4/1 (H/V). En este caso la altura crítica según la ecuación 4.4.4.17 satisface las condiciones:

( )2 8 42 8 2 4

1 89 8

0 3312 3

2,, *

,,

,h h

hc c

c

+

+ += =


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA de donde se obtiene hc = 0,30m. Con este valor la energía crítica en la

sección de control sería:

Hg

mc = ++

=0 3 1 82 2 8 0 3 4 0 3

0 4382

2 2, ,( , * , * , )

,

Esta energía es menor que la del canal de aproximación de aguas arriba en 8cm, de manera que genera una aceleración del escurrimiento, que aunque pequeña conviene corregir. Para ello es necesario angostar aún más la sección control del vertedero. Si se adopta para ella un ancho basal de 1,5m y se repiten los cálculos anteriores la altura crítica resultante es de 0,38m y la energía crítica de la sección es de 0,51m, que resulta aceptable comparada con los 0,52m disponibles aguas arriba. Se propone entonces un ancho basal de 1,5m para el vertedero y la sección del rápido de la caída inclinada.

La energía el pie del rápido es:

H H H BR d= + + = m+ + =1 0 52 118 0 60 2 3, , , ,

Con ella se estima la altura del torrente al pie del resalto con la ecuación:

2 3 1 82 1 5 4

2

2 2, ,( , )

= ++

h

g h htt t

de donde se obtiene ht = 0,135m

La altura mínima necesaria para confinar el resalto dentro de la cubeta corresponde a la denominada altura conjugada de resalto de la altura de torrente así estimada. Esto requiere resolver la siguiente ecuación 4.4.4.20 para h2:

0 380135

01352 0 38

2 88 0 382 0 38

2

22

22

2

,,

,* ,

, ,* ,

+ = = +h

h

Se obtiene para h2 el valor de 0,84m.

Se debe verificar entonces que h2 es menor que la suma de B + la altura de río del canal hacia aguas abajo, lo que ocurre ya que esta suma es 0,6+0,5=1,1m. Por lo tanto el resalto queda confinado en la cubeta.

El largo del resalto se puede estimar como:

L hR = = =6 6 0 84 5 042 * , , m


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA La cubeta tendrá una longitud igual a 5,5m

Enrocado. Para la protección de la caída se empleará enrocado de tamaño medio 60cm, consolidado en los 40cm inferiores y manteniendo la apariencia natural, para lo cual se recomienda que el rápido sea escalonado. Se agregarán 3 rocas de mayor tamaño, por lo menos 0,8m de diámetro en el fondo de la cubeta, junto al canal de flujos bajos distribuidas aleatoriamente en el centro, colocadas a una distancia de 1,5m desde el inicio de la cubeta.

Detalles. El plano adjunto muestra los detalles de la caída.

Cubicación y presupuesto. Este presupuesto considera una caída como la descrita en el ejemplo.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a máquina, sin agotamiento ni entibación, incluye el emparejamiento, nivelación y limpieza de la sección de fondo. Sólo considera la sobre excavación debida a la caída ya que el resto se incluye en el canal. m 147,8 0,252 37,246 3

2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10km. m3 147,8 0,063 9,311 3 Suministro y colocación de una capa de ripio de 10cm, esparcida y compactada sobre todo el fondo de la caída en las zonas con protección de enrocados. m3 15,9 0,117 1,860 4 Suministro y colocación de piedras tipo cantera o natural colocadas apoyadas sobre el fondo y niveladas según las dimensiones establecidas en los planos. Tamaño medio 60cm. No se aceptarán piedras de menos de 40cm ni superiores a 80cm. m3 507,6 0,317 160,909 5 Mortero 1:4 para consolidar rocas según especificaciones en plano. m3 12,1 3,553 42,991 6 Piedras de cantera o naturales de ø=0,9m. U 3 3,250 1,191

7 Hormigón grado H10 para las zarpas de aguas arriba y el umbral de aguas abajo m3 65,0 3,250 211,25 Total 464,758


4.4.4. CAÍDAS Y DISIPADORES DE ENERGÍA Nota: Precios de referencia en UF ( Unidades de Fomento, 1 UF=$13.081,89 al 7 de Octubre





4.4.5. 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 transporte 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% de 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, alimentándolas con aguas limpias provenientes de techos y sectores pavimentados en los que no se produzca erosión, a intercalando zonas de pasto que atrapen sedimentos. Sólo en casos en que otras alternativas no sean factibles se recomienda recurrir a un sedimentador.

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. Además la remoción de los sedimentos se hará en forma manual y periódica ya que no dispondrán de sistemas automáticos de lavado. Desde el punto de vista de la operación serán de formas simples, sin mecanismos de operación o regulación y de flujo horizontal.

b. Dimensionamiento. La figura muestra un esquema de los principales elementos que intervienen en un sedimentador convencional de forma rectangular. Estos aparatos también pueden dimensionarse de acuerdo a la Norma Nch 1367 como desarenadores para plantas de tratamiento de agua potable. En las plantas de tratamiento de agua potable los sedimentadores operan prácticamente de manera continua y están sometidos a una mantención y cuidado regular. A continuación se propone un procedimiento de dimensionamiento alternativo que permite algunas opciones más amplias de las variables involucradas.

Figura 4.4.5.1: Esquema de los elementos de un sedimentador convencional. 1.- Entrada, 2.- Sedimentador propiamente tal, 3.- Salida. 4.- Zona para sedimentos. 5.- Espacio para retirar los sedimentos.

Velocidad de sedimentación. El tamaño y dimensiones de un sedimentador por gravedad depende de la velocidad con que caen las partículas que se trata de separar, o velocidad de sedimentación. Esta es función del tamaño, forma y peso de las partículas, así como de las condiciones del flujo en el cual se intenta producir la sedimentación.

La velocidad de sedimentación de las partículas puede determinarse en laboratorio en base a una muestra del material en suspensión. Para el caso de partículas de arena existen mediciones y ecuaciones que explican la velocidad de sedimentación en función de las propiedades de las partículas. Como referencia pueden considerarse los valores de la Tabla 4.4.5.1 para arenas de peso específico 2,65 Ton/m3 en agua detenida a 10ªC de temperatura. Se indica además la velocidad de arrastre de las partícula, que corresponde a la



velocidad del flujo horizontal que pone en resuspensión las partículas sedimentadas.

Tabla 4.4.5.1. Velocidad de sedimentación de partículas de arena.

Diámetro (mm) Velocidad de Velocidad de sedimentación, (cm/s) Arrastre (cm/s) 1,0 15,0 60 0,5 7,2 42 0,3 4,0 32 0,1 0,7 20 0,05 0,15 15 0,01 0,01 5 0,005 0,0015 1

Una manera simple de estimar la velocidad de sedimentación de las arenas de diámetro representativo entre 0,085mm y 1,0 mm es mediante la relación propuesta en la mencionada Norma Nch 1367, para una temperatura de 10ªC propone:

V = 100 d para 0,085mm < d < 1,0m (4.4.5.1)

donde V es la velocidad de sedimentación en mm/s y d el diámetro de la partícula en mm.

Otra manera más general de estimar la velocidad es calcularla con la fórmula de Newton que considera varias alternativas del flujo:

Vd g

Cn

ns f

f

214

3−

+

=−( )ρ ρ

ρ (4.4.5.2)

donde: V velocidad final de sedimentación en cm/s d diámetro de la partícula, en cm g aceleración de gravedad, 981 cm/s2

ρs masa específica del sólido, arenas usar 2,65 ton /m3 ρf masa específica del fluido, agua usar 1ton /m3 C Coeficiente de arrastre de la partícula, depende de su forma

y las condiciones del flujo. Se calcula como:

C=2aR-n donde R es el número de Reynolds a, n coeficientes función de R.



El número de Reynolds se interpreta como la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas, se puede estimar como:

R Vd=

ν (4.4.5.3)

donde V es la velocidad del flujo en m/s, d el diámetro de la partícula en m y ν la viscosidad cinemática del agua, que es función de su temperatura. Para agua a 10o C se puede considerar igual a 1,5 10-6 m2/s.

Los valores de a y n dependen del número de Reynolds, de acuerdo a la Tabla 4.4.5.2.

Tabla 4.4.5.2: Parámetros a y n en función del Número de Reynolds.

Reynolds a n Fórmula 10-4<R<1 24 1 de Stokes 1<R<103 18,5 0,6 de Allen 103<R<4.105 0,44 0 de Newton

La mencionada ecuación de Newton permite estimar la velocidad de sedimentación de partículas de cualquier material en un fluido.

Tamaño del sedimentador. Para estimar el tamaño del sedimentador se suponen condiciones ideales de uniformidad de flujo y sin resuspensión de las partículas una vez que sedimentan.

Para ello se define el tiempo de retención del sedimentador como la razón entre el volumen y el caudal que recibe. El volumen se estima como el área en planta, A en m2, por la altura media, H en metros, de manera que el tiempo de retención está dado por:

t VolumenGasto

AHQR = = (4.4.5.4)

donde Q es el gasto de diseño en m3/s.



Por otra parte el tiempo de sedimentación de las partículas se calcula como el tiempo que tarda en llegar al fondo del sedimentador una partícula que posee una velocidad de sedimentación V, m/s:

t HVS = (4.4.5.5)

El tamaño del sedimentador ideal se selecciona de manera que, para un cierto tipo de partículas, que son las que se desea retener, el tiempo de retención del aparato sea igual o mayor que el tiempo necesario para que la partícula llegue al fondo. Esto conduce a que el área superficial del sedimentador, A en m2, esté dada por:

A Q=

V (4.4.5.6)

Forma en planta. En este caso se recomienda sedimentadores de forma rectangular en planta, con una razón entre el largo y el ancho de al menos igual a 5. Es decir si L es el largo en metros y B el ancho, debe cumplirse:

LB

≥ 5 (4.4.5.7)

La norma Nch 1367 recomienda que la longitud del sedimentador sea 9 veces la profundidad.

Profundidad del sedimentador. La profundidad del sedimentador se elige de manera que la velocidad media en la sección transversal no levante las partículas sedimentadas. Esto significa que la profundidad, H en metros, debe ser al menos la que cumpla la siguiente relación:

H QBW

> (4.4.5.8)

donde Q es el gasto en m3/s, B es el ancho en metros y W la velocidad de arrastre de las partículas sedimentadas en m/s, estimadas de acuerdo a los valores de la Tabla 4.4.5.1.

Para facilitar las faenas de limpieza y remoción de los sedimentos decantados es conveniente que el sedimentador no tenga una profundidad superior a



1,2m, sobre todo si la limpieza se hace en forma manual. La norma Nch 1367 recomienda profundidades entre 1,5 y 3 metros, pero debe recordarse que se trata de desarenadores para plantas de agua potable en las cuales las faenas de extracción de sedimentos pueden ser facilitadas por otros medios.

Eficiencia de remoción. En la práctica un sedimentador no logra retener el 100% de las partículas para las cuales ha sido diseñado. A la razón entre la concentración de partículas de un cierto tipo retenidas en el aparato con respecto a la concentración de esas partículas en el afluente se le denomina eficiencia del sedimentador para ese tamaño. Esta eficiencia depende de una gran cantidad de factores, entre los que se mencionan las condiciones del flujo, la concentración de sedimentos, las condiciones de la entrada y salida, las corrientes secundarias.

Vetters (1992) propone la siguiente relación para considerar la eficiencia de remoción de un sedimentador, η, para partículas de velocidad de sedimentación V, en m/s, área superficial A, en m2, y gasto de diseño Q, en m3/s:

η = −−

1 eVAQ (4.4.5.9)

donde e (=2,71828) es la base de los logaritmos naturales.

Una vez decidida las dimensiones de un sedimentador es conveniente verificar la eficiencia de remoción para un conjunto de tamaños de partículas que pueden estar presentes en el agua.

Zona de ingreso. En general se está de acuerdo en que uno de los aspectos más importantes en la eficiencia de un sedimentador es la forma en que ingresa el agua al aparato. Se trata de lograr un flujo uniforme, sin cortocircuitos y que el agua ocupe lo antes posible toda la sección del escurrimiento, sobre todo en el plano horizontal. Para ello se emplean antecámaras con expansiones graduales, muros perforados o vertederos.



Figura 4.4.5.2: Formas de entrada a un sedimentador. 1.- Expansión gradual, 2.- Vertedero, 3.- Muro perforado.

Zona de salida. Normalmente la salida es mediante un vertedero de umbral grueso y se aprovecha de colocar una pantalla para retener cuerpos flotantes y líquidos livianos como aceites y grasas.

Depósito de sedimentos. En el fondo del sedimentador debe proveerse de un espacio para acumular los sedimentos. Para ello se puede hacer una estimación del volumen retenido entre los periodos en que se efectúa la mantención. Si no es posible estimar se puede destinar un volumen mínimo igual al 25% del volumen del sedimentador.

Este espacio debe tener una pendiente en el fondo de al menos 3% hacia un extremo en el cual se construye un pequeño pozo para poder instalar una bomba de extracción de fangos que permita retirar los depósitos con medios alternativos. Si el sedimentador es tapado este pozo se ubicará bajo la tapa de la cámara de entrada en la sección de aguas abajo del aparato.

Además es necesario proveer de una espacio en el suelo que rodea al sedimentador para depositar los volúmenes de sedimentos extraídos y poder ser cargados en un medio de transporte adecuado.

c. Ejemplo de sedimentador. Dimensionar un desarenador simple para retener al menos el 90% de las partículas iguales o mayores a un diámetro de 0,3mm. Considerar un gasto de 40 lt/s que posteriormente será infiltrado en una zanja de infiltración. Una muestra del agua ensayada en laboratorio indica una concentración de sólidos de 6% en peso con la siguiente granulometría:



Diámetro de la partícula % que pasa en peso (mm) %

2 94 1 67 0,5 32 0,3 28 0,2 23 0,1 21 0,01 14

0,005 6

Velocidad de sedimentación. De acuerdo a la Tabla 4.5.4.1 la velocidad estimada de sedimentación de partículas de 0,3mm es de 4 cm/s. Con este valor aproximado se puede estimar el Número de Reynolds y calcular una mejor aproximación para la velocidad de sedimentación con la fórmula de Newton. El Número de Reynolds, adimensional, es:

R Vd= =

∗∗

=−ν0 04 0 0003

15 1086

, ,,

Según la Tabla 4.4.5.2 para este valor corresponde la fórmula de Allen con a=18,5 y n=0,6. Entonces el coeficiente de arrastre, C adimensional, de las partículas es:

C aR n= = ∗ ∗ =− −2 2 18 5 8 10 60 6, ,,

La velocidad de sedimentación se calcula con la ecuación 4.4.5.3 como:

V 2 0 61 64 0 03 981 2 65 1 03 10 6 1 0

0 745− =∗ ∗ −

∗ ∗=,

,( , ) ( , , ), ,

,

de donde se obtiene V=0,81 cm/s. Que resulta bastante menor que la que se había estimado inicialmente.

Eficiencia de remoción. Para conseguir una eficiencia de 90% de remoción de las partículas de diámetro 0,3mm o mayores es necesario un área superficial del sedimentador que cumpla con la ecuación 4.4.5.8, es decir:

0 9 10 0081

0 04,,

,= − eA

de donde se obtiene A= 11,4m2. Se adoptará A=12 m2.



Forma en planta. Se diseñará un sedimentador rectangular de 12 m2, con un ancho de 1,5m. Con ello el largo resulta de 8m, con lo cual se obtiene una razón de largo a ancho de 8/1,5= 5,3 que es mayor que el mínimo de 5 recomendado.

Profundidad. Se adoptará una profundidad del sedimentador que no arrastre partículas de un diámetro de 0,01 mm o superiores, una vez que estas han sedimentado. Para ello es necesario que la velocidad media sea inferior a 5 cm/s. Para un gasto de 40 lt/s y un ancho de 1,5m el área transversal resulta ser:

H QBW

m> = =0 040

1 5 0 050 53,

, * ,,

Se adoptará una profundidad mínima de 0,6m para el sedimentador.

Tiempo de retención. El tiempo de retención medio del gasto de 40 lt/s es la razón entre el volumen del sedimentador y el gasto:

t VolGasto

Area erficial profundidadGasto

segR = =∗

= = =sup * ,

,min.12 0 6

0 04180 3

Volumen de sedimentos. Conociendo la granulometría de los sedimentos que ingresan y la concentración se puede estimar la cantidad de sedimentos retenidos. Para ello es necesario estimar la eficiencia de retención para cada tamaño de la curva granulométrica, empleando la relación de Newton para estimar la velocidad de sedimentación y la fórmula de Vetters para la eficiencia. La Tabla 4.4.5.3. presenta los valores relevantes para cada fracción de la curva granulométrica.

Tabla 4.4.5.3: Estimación de la cantidad de sedimentos retenidos en el sedimentador.

Tamaño pasa fracción R a n C V η(%) atrapado mm % % (mm/s) gr/lt

2 94 6 267 18,5 0,6 1,3 317 100 3,6 1 67 27 100 18,5 0,6 2,3 96 100 16,1 0,5 32 35 24 18,5 0,6 5,5 23 99 20,8 0,3 28 4 8 18,5 0,6 10,6 8,1 91 2,2 0,2 23 4 2 18,5 0,6 23,4 2,9 58 1,4 0,1 21 7 0,5 24 1 96,0 0,02 0,5 0,02 0,01 14 7 7E-3 24 1 6800 3E-6 0,0 0,0 0,005 6 8 5E-5 24 1 1E4 5E-8 0,0 0,0

Total retenido en gramos por litro de afluente: 44,12



Como la concentración de sedimentos en peso que trae el afluente es de 6% significa que cada litro de agua trae 60gramos de sólidos. La cantidad de gramos por litro retenidos de cada fracción granulométrica se calcula como el producto de estos 60 gramos por el porcentaje retenido en esa fracción por el porcentaje de ese tamaño en la muestra. Estos valores se han colocado en la última columna de la tabla anterior. En total el sedimentador proyectado retiene 44,12 gramos por litro de afluente formado fundamentalmente por las partículas mayores de 0,2mm. Para los 40 lt/s de gasto que llega al aparato se retienen entonces 1,764 Kg. de arena por segundo. En una hora este aparato ha retenido 6,35 toneladas que ocupan un volumen de 2,4 m3. Si se considera un esponjamiento de 30% es necesario proveer de un volumen de por lo menos 3m3. Para ello se profundizará el sedimentador en 40cm dándole una profundidad de total de 1,0m.

Entrada. Para la entrada se dispone de un muro perforado formado por ladrillos tipo rejilla dispuestos en forma de pandereta sin estuco.

Salida. La entrega final se realiza mediante un vertedero con un interceptor transversal de cuerpos flotantes.

Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto aproximado para la construcción de un sedimentador como el descrito. Se consideran precios típicos de enero 1996.

Sedimentador rectangular de 12m2 y 1,0m de profundidad.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, sin agotamiento ni entibación. m3 30,2 0,252 7,560 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 26,4 0,063 1,663 3 Relleno compactado por capas de 0,2m con los excedentes de la excavación. m3 3,8 0,379 1,440 4 Emplantillado de hormigón de 255 kg de cem por m3, e=10 cm. m3 1,9 3,720 7,068 5 Hormigón armado grado H-20 con dosi- ficación mínima de 297,5 kg. de cemento por m3, colocado. m3 12,5 4,339 54,238 6 Acero A44-28H con resaltes, colocado y doblado de acuerdo a los planos, con separadores de moldaje. D= 8mm kg. 291,0 0,016 4,656 7 Albañilería de ladrillo tipo rejilla colocado



en pandereta con mortero 1:3, e=15 cm. m2 1,5 0,453 0,680 8 Estucos a grano perdido con mortero 1:4 de espesor mínimo 2,5 cm. m3 1,1 3,553 3,908 9 Acero ES ángulo 40x40x5 anclado al muro para marco de tapas. m 23,4 0,084 1,966 10 Parrilla tipo Acustermic en acero galvanizado modelo ZZ/S tipo 5 m2 15,0 3,355 53,25 Total 136,429





4.4.6. CÁMARAS DE INSPECCIÓN

a. 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. El tramo de la canalización entre cámaras debe ser recto. Si es necesario colocar una cámara en lugares públicos como complemento de obras alternativas de drenaje urbano deben diseñarse y construirse de acuerdo a las recomendaciones de este capítulo. 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, como es el caso de cámaras ubicadas en calzadas, estacionamientos, pasajes para vehículos, patios de carga y descarga e incluso veredas. Estas se construyen en hormigón armado y disponen para el acceso de una tapa circular tipo calzada.

Cámaras tipo B. Para ser empleadas en lugares sin tránsito de vehículos, como es el caso de áreas verdes, recintos privados, patios, jardines, interiores de instituciones de acceso controlado. Se pueden construir en albañilería de ladrillo y disponen para su acceso de una tapa tipo calzada.

Adicionalmente también pueden usarse cámaras de inspección prefabricadas del tipo de las empleadas en redes públicas de alcantarillado dimensionadas de acuerdo a la Norma Chilena Nch 1623.

b. Dimensionamiento. Las dimensiones de estas cámaras están preestablecidas. Debe seleccionarse una profundidad total adecuada a cada situación dentro del rango de profundidades máximas recomendadas. Es necesario también seleccionar el diámetro de los tubos de entrada y salida de acuerdo a la obra a la cual sirve y según las exigencias de la conducción.

La conexión de los tubos de entrada y salida puede ubicarse en paredes opuestas como se indica en las láminas o en paredes adyacentes.

En el caso de cámara anexas a zanjas de infiltración es posible ubicar la cámara inmediatamente en un extremo de la zanja, de manera que la pared por la cual sale el tubo de alimentación es a su vez una pared de la zanja.

Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. 503

4.5. SELECCIÓN Y USO DE LAS OBRAS

Para ambos tipos de cámaras se emplearán tapas tipo calzada con marco, según norma Nch 1632. Of79. En el futuro la autoridad municipal o el SERVIU podrán requerir el uso de tapas similares especialmente diseñadas para sistemas de aguas lluvias en zonas urbanas.

c. Cubicación y presupuesto. A continuación se presenta una cubicación y presupuesto aproximado para la construcción de una cámara de cada tipo. Se consideran precios de la ciudad de Santiago.

Cámara tipo A, profundidad total 2,0m.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal 1 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, sin agotamiento ni entibación m3 2,42 0,252 0,610 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10 km. m3 2,18 0,063 0,137 3 Relleno compactado por capas de 0,2m con los excedentes de la excavación. m3 0,24 0,379 0,091 4 Hormigón de radier de 212,5 Kg. de cem. por m3 m3 0,18 3,720 0,670 5 Hormigón armado grado H-20 con dosi- ficación mínima de 297,5 kg. de cemento por m3, colocado. m3 1,1 4,339 4,773 6 Acero A44-28H con resaltes, colocado y doblado de acuerdo a los planos, con separadores de moldaje. D= 8mm kg. 85,9 0,016 1,374 7 Tapa losa de hormigón armado tipo calzada, puesta en obra. un 1 2,398 2,398 Total 10,053


Cámara tipo B, profundidad total 1,5m.

Ítem Descripción Unidad Cantidad Precio (U.F.) Unitario Subtotal



1 Excavación, en terreno blando, hecha a mano, sin agotamiento ni entibación. m3 2,1 0,252 0,529 2 Transporte de excedentes de la excavación incluyendo carguío y depósito, a distancia menor a 10km. m3 1,7 0,063 0,107 3 Relleno compactado por capas de 0,2m con los excedentes de la excavación. m3 0,4 0,379 0,152 4 Hormigón de radier de 212,5 kg. de cemento por m3. m3 0,3 3,720 1,116 5 Albañilería de ladrillo muralla con mortero 1:4, e=20cm. m2 5,2 0,538 2,798 6 Estuco a grano perdido con mortero 1:3. e=2 cm. m3 0,1 3,891 0,389 7 Tapa de cámara tipo acera tipo calzada, con marco y colocada. un 1 2,398 2,398 Total 7,489









A continuación se revisan cuatro aspectos básicos necesarios para seleccionar obras alternativas de drenaje urbano en casos específicos. Ellos corresponden a criterios de selección considerando las condiciones del lugar, de la urbanización, las perspectivas de otros usos y la influencia de la ubicación geográfica. Posteriormente se proponen acciones específicas para el uso de las obras presentadas en este estudio en el caso de urbanizaciones consolidadas y nuevas, de manera de lograr que las denominadas obras alternativas contribuyan a solucionar los problemas de aguas lluvias en ambas situaciones de zonas urbanas. Por último se hace un análisis de las probabilidades de ocurrencia, periodo de retorno y riesgo en relación a las aguas lluvias, como una guía para seleccionar las condiciones de diseño de cada obra en particular.

4.5.1. Criterios de selección. Como una guía para la selección de las obras posibles de diseñar se propone en primer lugar revisar las propiedades del lugar en términos físicos para visualizar el tipo de obra más conveniente, así como descartar otras que no se recomiendan. Similarmente se puede observar los posibles beneficios y desventajas que puede presentar cada tipo de obra frente a las características de la urbanización. También es de interés analizar los posibles usos adicionales que se pueden potenciar con cada obra. Finalmente se hacen algunas observaciones en relación a la ubicación geográfica de las obras y su efecto sobre la selección de soluciones. Todo esto en conjunto entrega una primera visión global para plantear un esquema de solución en que el uso de obras alternativas puede tener enormes ventajas en relación a soluciones más tradicionales.

Como criterios generales de selección para las obras propuesta se plantea un esquema general basado en cuatro aspectos: condiciones del lugar, características urbanas, potencialidades de las obras y ubicación geográfica. Para los dos primeros se indica en cada obra cuando es factible su utilización y en que condiciones no se recomienda ya que pueden generarse incompatibilidades que impidan su correcto funcionamiento. Además se agregan comentarios en algunas circunstancias que permiten modificar esta situación recurriendo a precauciones especiales o agregando obras adicionales.


a. Condiciones del lugar. En la Tabla 4.5.1.1 se muestra el conjunto de obras propuestas y una serie de características relevantes del lugar. Estas incluyen propiedades del suelo, del subsuelo y climáticas generales. Muchas de estas


características se pueden conocer o percibir con un conocimiento general de la ubicación o una visita inspectiva. Algunas pueden requerir un análisis más detallado, consultas a especialistas o pruebas de terreno. En general las propiedades que se analizan son inhibitorias al empleo de la obra.

Aunque no se indica explícitamente, el caso complementario de cada propiedad presenta un comportamiento también complementario. Por ejemplo para el caso en que las aguas lluvias con sedimentos se indica que existe incompatibilidad con casi todas las obras, excepto estanques y lagunas. Es obvio que si el agua no tiene sedimentos, esta incompatibilidad no existe.

En el caso en que se muestra la casilla blanca la obra no presenta incompatibilidades serias con la característica en cuestión y por lo tanto se puede recurrir a ella para abordar los problemas de las aguas lluvias.

En el caso en que la casilla se muestra gris no se recomienda el empleo de ese tipo de obra. En algunos casos especiales para ambas situaciones, tanto aceptadas como no recomendadas, se agregan notas aclaratorias que pueden alterar estas decisiones si se recurre a obras o cuidados adicionales, o para indicar el motivo por el cual se recomienda no emplearlas. En general es posible en todos los casos encontrar un tipo de obra que se acomoda mejor que otra dadas las características especiales del lugar.

Esta revisión es importante para destacar los aspectos que se deben considerar con especial atención al momento de decidir emplear cualquier tipo de obra alternativa o estar atento a los inconvenientes que se pueden generar una vez iniciado el proyecto. En particular no se debieran emplear estas obras en casos en que pueden presentar conflictos o su eficiencia puede verse tan afectada que al poco tiempo pierden su utilidad. Tampoco es recomendable emplearlas en casos en que la mantención de la obra sea demasiado onerosa, o se tengan antecedentes para predecir que no se realizará.



Tabla 4.5.1.1: Incompatibilidades de las obras con condiciones del lugar, (1).

Condiciones del lugar

D.A.I.

(2)

Elementos de infiltración Elementos de almacenamiento

Pavimento Estanque Zanjas Pozos Estanque Laguna Suelo poco propicio a la presencia de agua

Si el suelo presenta esponjamiento con el agua la infiltración puede provocar inestabilidad de obras. Debe considerarse una salida de rebase hacia otro receptor.

Agua subterránea vulnerable

Pueden emplearse con reserva y previa verificación de las medidas de protección del acuífero receptor y sus usos

Poca capacidad de infiltración

Si la capacidad de absorción profunda es

buena

Aguas contaminadas

Prever pretratamien

to

Prever pre-tratamiento

No para otros usos

No para otros usos

Aguas con sedimentos

Se colmatan rápidamente

Se colmatan rápidamente Prever decantador

Agua subterránea poco profunda

Problemas constructivos y estructurales

Mejor menos extendida y más profunda

Sin agua permanente

Sin salida posible del agua

Tráfico intenso

No hay experiencia

Poca capacidad de soporte

Puede provocar

problemas

Puede provocar

problemas

Pendiente fuerte

Disponer de divisiones

En zonas bajas

Disponer divisiones

En zonas bajas de la red de drenaje

natural



Condiciones del lugar

D.A.I.

(2)


Pavimento Estanque Zanjas Pozos Estanque Laguna Poco espacio

Clima de montaña

Poca experiencia

Sector con muchas redes

No es factor inhibitorio si se planifica al

principio

No es factor inhibitorio si se

planifica al principio

(1) Se recomienda no emplear la solución en los casos en que el casillero correspondiente está oscurecido totalmente. Si esta semioscurecido debe atenderse la observación incluida.

(2) D.A.I.: Desconexión de áreas impermeables.

b. Características urbanas. Otro aspecto importante en la decisión son las características de la urbanización, el destino y uso de los terrenos que recibirán el agua lluvia, al cual se supone que deben servir las obras, o en los cuales se implantarán. Para ello se consideran diferentes categorías de urbanización de acuerdo a un esquema típico que es fácilmente reconocible en la mayoría de las ciudades del país. Algunos de ellos se prestan con mayor facilidad para aceptar algunas soluciones y, más importante aún, en otros casos existen incompatibilidades que hacen poco recomendable recurrir a ciertas obras. Es así como en general las zonas construidas en densidad, tienen inconvenientes con obras que requieren espacios generosos, mientras otros tipos de urbanizaciones no presentan inconvenientes con ningún tipo de solución, como ocurre con las clasificadas como ciudad jardín o casas y edificios aislados. Los posibles problemas en esos casos se pueden deber más a las características del lugar o las condiciones de diseño específico que presenten. Los sectores industriales son en general conflictivos y requerirán un tratamiento especial, ya que es difícil proponer soluciones generales en estos casos dada la gran diversidad de productos contaminantes de todo tipo que pueden llegar a ser arrastrados por las aguas lluvias. Sin embargo el tipo de soluciones propuestas en esta guía pueden ser muy útiles en sectores industriales si se dispone de los antecedentes necesarios para adoptar las decisiones correctas, o se asegura un tratamiento previo de las aguas.



La Tabla 4.5.1.2 presenta para cada una de las categorías urbanas comentadas, los elementos de decisión que pueden considerarse en relación a las obras alternativas típicas.

En el caso de las áreas verdes, de recreación o esparcimiento se han separado en dos ya que existen mucho terrenos destinados a áreas verdes que en realidad no son tales por problemas de mantención o excesivo uso. Las áreas verdes con vegetación se prestan muy bien a cualquier solución alternativa, y de hecho constituyen en sí mismas un control eficaz de la escorrentía urbana al facilitar la infiltración y retención de las aguas lluvias, además de proveer de espacio para la materialización de soluciones en superficie. Sin embargo en el caso de espacios abiertos destinados a la recreación, pero que en sí no son áreas verdes, es decir sin vegetación permanente, se debe poner especial cuidado en el control de las condiciones superficiales que rápidamente impermeabilizan el terreno, o generan cantidades importantes de polvo y barro.

Tabla 4.5.1.2: Incompatibilidades de las obras con características de la urbanización, (1).

Aspectos urbanos

D.A.I. (2)


Pavimento Estanque

Zanjas Pozos Estanque Laguna

En densidad Ciudad Jardín

Edificio o casa

Semirural Depende del tamaño

Mejor pozos poco profundos

Depende del tamaño de la parcela y del volumen

Industrial Es difícil tener un control total de los elementos que se producen en una zona industrial y resulta muy arriesgado infiltrarlos.

Alto riesgo de contaminación

Comercial Si bien no hay restricciones en sí para el uso de cualquier técnica depende de los destinos del sector comercial y debe estarse atento a que se generen problemas como en los sectores industriales

Áreas verdes

Controlar polvo y barro en lugares deportivos sin pasto



Aspectos urbanos

D.A.I. (2)


Pavimento Estanque


Estacionamientos

Pasajes o veredas

Calles o avenidas

Considerar pretratamiento para evitar colmatación

(1) Se recomienda no emplear la solución en los casos en que el casillero correspondiente está oscurecido totalmente. Si esta semioscurecido debe atenderse la observación incluida.


c. Potencialidades de las obras. Es necesario recalcar que la mayoría de estas soluciones alternativas para las aguas lluvias urbanas se materializan a través de obras que presentan una gran potencialidad de ser empleadas con fines múltiples. En países donde este tipo de soluciones se ha empleado durante varias décadas, el público a veces relaciona estas obras con sus fines secundarios y no reconoce en ellas un objetivo de control de las aguas lluvias. Resulta entonces importante reconocer las potencialidades que cada tipo de obra presenta, de manera de aprovecharlas al máximo, así como reconocer que por mucho interés que exista, algunas obras no pueden emplearse con ciertos fines. Por ejemplo es obvio que resulta muy difícil emplear las obras de infiltración para fines recreativos. En contraste las obras de almacenamiento se prestan muy bien para ello. En la Tabla 4.5.1.3 se muestra el caso de las obras propuestas frente a diferente usos múltiples potenciales, destacando el caso en que se facilite o no esta otra finalidad.

Tabla 4.5.1.3: Potencialidades de las obras para otros usos.

Potencial de Usos

múltiples

D.A.I. (1)


Pavimento Estanque


Recarga de acuíferos

No contribuye

Potencialmente pueden ser útiles con un diseño adecuado

Son muy útiles

No sirve para estos fines

Áreas Pueden ser útiles con un No con- No sirve Puede ser útil



Potencial de Usos

múltiples

D.A.I. (1)


Pavimento Estanque


verdes diseño adecuado tribuye Paisajismo Pueden ser útiles con un

diseño adecuado No contribuyen Son muy útiles

Recreación No contribuyen a estos fines Son muy útiles Regulación, incendio, riego

No contribuyen a estos fines Son muy útiles

Importancia de su función

Es más importante el fin adicional al control de las aguas lluvias

Poco notorio para el público sino se advierte especialmente


Los usos más destacados se relacionan con el efecto sobre el agua subterránea, para emplear las obras de infiltración en la recarga de acuíferos, el uso de los terrenos para áreas verdes, paisajismo o recreación. Así como otros usos destinados a disponer de reservas de agua para incendios, lavado o riego. Además se indica cuando el fin de control de las aguas lluvias es considerado importante por el público que no cuenta con antecedentes específicos sobre el tema. Resulta curioso destacar que ello sólo ocurre en las obras subterráneas (zanjas y pozos de infiltración) que no tiene usos destacados en la superficie.

d. Ubicación geográfica. La gran variabilidad geográfica que presentan las ciudades en Chile se refleja en la diversidad de climas, suelos, topografía, drenaje, urbanización y otros aspectos que influyen en la selección. Desde el punto de vista práctico puede no ser tan importante la ciudad en la cual se ubicará la obra como sus aspectos de detalle, ya mencionados en los párrafos precedentes. Sin embargo se menciona a continuación algunas ideas generales que pueden influir en la selección de las obras más adecuadas. Es claro que en una misma ciudad es posible encontrar diferentes condiciones del lugar y urbanísticas cuya influencia en las decisiones puede ser más importante que las generales o regionales. Ello hace que los criterios que se indican en la Tabla 4.5.1.4 deban tomarse sólo como una referencia general.



Tabla 4.5.1.4: Influencia de la ubicación regional (1).

Ubicación regional

D.A.I. (2)


Estanques Pavimentos Zanjas Pozos Estanques Lagunas Región I No se

reco- Prevenir la colmatación

Emplear materiales de cubierta Evitar la

formación Sólo si es posible

Región II mienda. Difícil

en base a gravas o maicillo Evitar aportes de áreas extensas

de barro. Usar con

tener agua

Región III de mate-rializar

cubiertas adecuadas

permanente

Región IV Las obras

Evitar polvo en verano y barro en invierno.

Usar con agua directa desde

techos.

Requiere riego

Sólo si hay agua

Región V anexas necesita

n

Preferible si el área aportante no genera

Prevenir la colmatación.

o el uso de cubier-

permanente.

Región XIII riego. Por lo

sedimentos. Para estanques con

En sectores con sedimentos prefe-

tas de otro tipo.

Preferible en zonas

Región VI tanto es factible

césped proveer de riego. Aprovechar

rir alimentación superior o poner

Muy apropiado

bajas con otros usos

Región VII en áreas verdes

áreas verdes y jardines.

sedimentador previo

en áreas verdes

Muy con-veniente

Región VIII Se

puede

Verificar profundidad de la napa

Evitar hu-medad

en zonas con agua

Región IX emplear vegeta-

y riesgos de conta- minación del agua

excesiva o

constante

subterrá- nea alta.

Región X ción natural en

subterránea. que impide

Preferir en lugares

Región XI obras anexas.

No hay experiencia

otros usos alternati-

con muchas

Región XII con la nieve.

vos lluvias

(1) Se recomienda no emplear la solución en los casos en que el casillero correspondiente está semioscurecido o atender la observación incluida.




En general puede apreciarse que en las ciudades del norte del país el problema para el empleo de soluciones alternativas radica principalmente en la escasez de precipitaciones, o en lo esporádico que se presenta el problema de aguas lluvias. Esto hace que la mayoría de estas técnicas presenten problemas de mantención para permanecer operativas frente a eventos demasiado distanciados en el tiempo. Sin lugar a dudas en algunos casos especiales podrá justificares la incorporación de obras como las que se proponen en este estudio, sin embargo en términos generales la escasez de vegetación o las dificultadas para mantener una cubierta vegetal sana, no sólo en la obra sino en toda el área aportante, harán que este tipo de obras o se colmaten rápidamente o se transformen en zonas barrosas una vez que comienzan a recibir agua. En estos casos debe ponerse especial cuidado en las cubiertas de las capas superiores del suelo, las que a falta de una vegetación sana, podrían emplearse con gravillas, maicillo, filtros de arena u otras alternativas similares que no demanden una mantención excesiva.

En las regiones de la zona central deberán tomarse precauciones especiales para

mantener una vegetación adecuada en las obras superficiales y para evitar que se colmaten por polvo los pavimentos y las obras de infiltración. Sin embargo en estas regiones para las áreas verdes habitualmente se recurre a vegetación artificial y al riego para mantenerla, de manera que pueden aprovecharse estas circunstancias para incorporar este tipo de soluciones donde corresponda. Las soluciones en base a lagunas dependerán de la disponibilidad de agua para mantener un volumen base durante los periodos de estiaje.

En las regiones de la zona central sur, de la VIII a la X, en las cuales la

precipitación supera a la evaporación, normalmente es más fácil mantener una vegetación natural saludable, lo que facilita el empleo de soluciones en superficie, al mismo tiempo que se genera una escorrentía con menos sedimentos. En estos casos los estanques de retención pueden permanecer tiempos prolongados con agua debido a lo frecuente de las precipitaciones lo que desincentiva su empleo para otros fines como recreación. Por el contrario las soluciones de almacenamiento basadas en lagunas con un volumen permanente pueden resultar más abordables. En las obras de infiltración es posible encontrar la superficie del agua subterránea muy cerca de suelo sobre todo en ciudades con topografía plana cruzadas por ríos importantes.

En las ciudades del extremo sur es frecuente encontrar nieve durante el invierno, de manera que los pavimentos porosos pueden presentar dificultades. Sin embargo todo el resto de las obras no tienen ninguna contraindicación regional específica si se consideran cubiertas adecuadas.



4.5.2. Empleo de soluciones alternativas de aguas lluvias. En el Capítulo 1 se plantea un enfoque global para enfrentar el problema de las aguas lluvias en sectores urbanos complementando el procedimiento tradicional de colectores mediante obras alternativas que favorecen la disposición local de las aguas lluvias, incluyendo una explicación de los criterios, ventajas y limitaciones, la tipificación de las obras que se consideran en este enfoque alternativo y las oportunidades que se visualizan para conseguir la cooperación entre este tipo de soluciones y otros actores que participan en la urbanización.

En esta sección se presenta un enfoque más práctico para enfrentar el problema de las aguas lluvias en urbanizaciones consolidadas y en nuevas urbanizaciones, con especial énfasis en el uso de las obras. Esto complementa la selección de las obras dadas las condiciones específicas de cada lugar analizadas en los párrafos anteriores.

En general las obras que se proponen pueden emplearse en cualquier tipo de urbanización, sean estas nuevas o ya desarrolladas, dependiendo de las condiciones de espacio y las causas de los problemas que se desea resolver, teniendo siempre presente que el tipo de obras alternativas planteadas tienen por objetivo la disposición local de las aguas lluvias, es decir sólo pretenden abordar el problema de las aguas lluvias que se generan en el mismo lugar. No están concebidas para hacerse cargo de inundaciones producidas por desborde de cauces o canales, sobreelevación del agua subterránea, mareas, zonas litorales bajas, ni tampoco para las aguas lluvias que escurren desde otras cuencas laterales y que no han sido tratadas en el lugar de origen. Todas estas situaciones significan volúmenes excesivos de agua o caudales instantáneos muy elevados.

A continuación se mencionan acciones concretas que podrían adoptarse para enfrentar problemas de aguas lluvias en el caso de áreas urbanas consolidadas y en nuevas urbanizaciones.

a. Urbanizaciones consolidadas. En el caso de urbanizaciones ya consolidadas los problemas de aguas lluvias pueden tener diferentes causas. De hecho la situación más corriente es aquella en que se superponen varias de ellas, dando origen a situaciones aparentemente muy complejas.

Para intentar solucionarlos uno de los primeros pasos consiste en detectar el origen de los problemas de aguas lluvias en el lugar. Si se deben a aguas lluvias de origen local las técnicas alternativas que se proponen pueden ser de utilidad. Si se deben a otras causas el empleo de obras alternativas puede ayudar a disminuir los problemas pero no logrará solucionarlas totalmente.



En el caso de urbanizaciones ya desarrolladas las obras alternativas pueden colaborar a recuperar aunque sea parcialmente la capacidad de infiltración del suelo, de manera de disponer de los excesos de aguas lluvias en el lugar. A continuación se mencionan algunas acciones concretas orientadas a mejorar las condiciones en zonas ya urbanizadas.

Áreas verdes. Reponer la capacidad de infiltración del suelo en áreas verdes y despejadas, si ellas existen. Una de las acciones más efectivas para contribuir a mejorar la situación de las aguas lluvias es favorecer la infiltración en el lugar y evitar que la erosión del suelo incremente los problemas con el arrastre de sedimentos. Las zonas abiertas, libres de construcciones, deben recuperar su capacidad de retener e infiltrar las aguas lluvias que caen sobre ellas, sin comportarse como impermeabilizadas por la formación de capas superficiales de barro. Esto requiere inversión en los lugares públicos para recuperar la vegetación y mantenerla. En el caso de lugares con abundante pluviometría es posible recuperar la vegetación natural. En el caso en que la cantidad de lluvia no sea suficiente se requiere riego. En estas condiciones la cubierta vegetal puede reemplazarse por zonas cubiertas por grava o maicillo, niveladas de manera que no generen escorrentía localizada que pueda aportar sedimentos hacia aguas abajo.

Techos. Un buen avance puede lograrse con la infiltración de aguas lluvias provenientes de techos. Esta es una acción que es posible adoptar en terrenos que disponen de poco espacio despejado en superficie tomando las aguas que caen sobre los techos, antes que ellas alcancen a escurrir por el suelo. Para ello se pueden emplear zanjas y pozos de infiltración. Es necesario que los suelos tengan capacidad de infiltración suficiente y que la napa freática se encuentre profunda.

Pavimentos. Infiltración de aguas lluvias provenientes de áreas pavimentadas en pequeñas zonas evitando la acumulación excesiva de aguas lluvias. En la medida en que sea posible se pueden reemplazar algunos pavimentos por pavimentos porosos.

Retención. Aprovechar las áreas verdes para la materialización de elementos de retención. Si existen áreas verdes con espacios disponibles se puede intentar la materialización de estanques o lagunas de retención que amortigüen los gastos máximos para descargarlas posteriormente a las tormentas a tasas mucho menores, que no provoquen problemas aguas abajo. En el caso de zonas urbanizadas con problemas de inundaciones por aguas lluvias es posible aprovechar los sectores que habitualmente acumulan aguas superficiales para transformarlas en estanques o lagunas, dándoles un carácter de mejor calidad urbana aprovechando la acumulación natural en el lugar de las aguas lluvias.



b. Nuevas urbanizaciones. En el caso de nuevas urbanizaciones es posible adoptar un conjunto de medidas si ellas se incorporan a los planes de urbanización desde las primeras etapas del proyecto. El objetivo básico mínimo debiera ser mantener al menos la capacidad de retención e infiltración del terreno previo a la urbanización. Para lograrlo se puede emplear como criterio para el dimensionamiento de las obras que el caudal y volumen generado por las aguas lluvias después de la urbanización no sea superior al que se generaba previamente en condiciones de terreno natural. En algunos casos es posible incluso mejorar estas metas si existen en el lugar las condiciones apropiadas.

Aunque se adopten todo tipo de medidas para disponer localmente de las aguas lluvias, y se incluyan ellas desde el inicio del proyecto de la urbanización, de manera que no existan restricciones mayores para impulsar libremente todo tipo de medidas, ello no significa que no deban abordarse la inclusión de sistemas convencionales de drenaje, incluyendo las redes de colectores. De hecho una de las medidas básicas que debiera tomarse en toda urbanización nueva es considerar la forma en que el drenaje al interior de la urbanización se incorpora en la red general de la ciudad, si ella existe, o cómo afecta al drenaje hacia aguas abajo, se disponga o no de un sistema convencional o desarrollado de drenaje.

Una vez que los escurrimientos sobrepasan la capacidad de las obras alternativas, lo que ocurrirá inevitablemente para condiciones más exigentes que las de diseño, se generarán flujos hacia aguas abajo, aunque menores que los que se generarían si las obras no existieran, cuyo destino y consecuencias deben visualizarse en el proyecto de la urbanización.

A continuación se menciona un conjunto amplio de acciones que pueden adoptarse para facilitar la disposición local de las aguas lluvias en nuevas urbanizaciones. En casos reales no necesariamente deben materializarse todas ellas.

Respetar la red de drenaje incipiente. Como un antecedente inicial para el proyecto de urbanización es conveniente reconocer la red de drenaje natural del sector a urbanizar, independientemente de su tamaño y desarrollo. Ello puede hacerse en base a un mapa topográfico del lugar con curvas de nivel, y una visita al lugar. En este mapa es conveniente agregar la forma en que esta red se inserta en el sistema general hacia aguas abajo independientemente del grado de desarrollo que ella tenga, sea esta natural o artificial. Es conveniente considerar la forma en que la urbanización incorporará la red de drenaje natural detectada, reconociendo que las aguas lluvias una vez urbanizado el sector tenderán a ocupar el espacio de su sistema natural de drenaje. Los lugares bajos concentrarán las aguas lluvias y puede ser conveniente desarrollar las áreas



verdes y espacios abiertos en concordancia con esta red de drenaje.

Los problemas de aguas lluvias en el sector urbanizado pueden generarse aguas arriba de la urbanización propiamente tal. Para evitar sorpresas una vez que la urbanización se encuentre desarrollada debe reconocerse como se evitará o abordará la llegada, desde aguas arriba, de aguas lluvias no generadas en el sector. Ello puede significar respetar cauces naturales existentes cuyo origen se encuentra más allá de los límites de la urbanización, evitar el ingreso de aguas o redireccionar flujos hacia otros sectores.

Sedimentos. Como medida general hay que considerar que los problemas de aguas lluvias se agravan si además estas vienen cargadas de sedimentos y contaminantes. Es, por lo tanto, importante realizar todos los esfuerzos para que la escorrentía urbana no erosione las superficies del suelo y no produzca sedimentos. Las obras de infiltración deben disponerse para infiltrar aguas limpias, antes que estas corran el riesgo de contaminarse. Los elementos de retención que reciban sedimentos deben mantenerse periódicamente para que recuperen su capacidad de retención. La labor más eficaz de mantención puede consistir en evitar las superficies erosionables, ya sea cubriéndolas de vegetación natural si no se necesita riego, de pasto artificial con riego si ello es factible, o de otras cubiertas como maicillo, gravillas o jardines de rocas si la naturaleza del lugar lo admite. Evitar la producción de sedimentos en los aportes de aguas lluvias contribuye eficazmente a la solución de problemas.

Desconexión de las áreas impermeables. Esta es una de las medidas que puede emprenderse con mayor facilidad en las nuevas urbanizaciones. El éxito de esta medida depende de que se desarrolle ampliamente con una gran cobertura de aplicación y no de una obra específica. Se puede imponer como parte de los requisitos de la urbanización a todas las construcciones que se realicen en su interior. Si ella se adopta junto con las primeras etapas de la nueva urbanización tiene más posibilidades de contribuir a disminuir los excesos de aguas lluvias generados en el lugar. Consiste básicamente en recomendar que el agua que escurre desde cada superficie impermeable no pase directamente a otra superficie impermeable, sino que antes escurra sobre una permeable, permitiendo y favoreciendo su retención e infiltración.

Una medida eficaz en este sentido consiste en imponer a todos los sitios con patio interior que las aguas lluvias de los techos sean dirigidas al fondo del patio y que sólo rebasen a la calle después de haber escurrido sobre los jardines interiores, si ellos se consideran en el lugar. Los jardines interiores deberán diseñarse de manera que retengan el agua que escurre desde los techos de la misma casa. Esta medida se complementa con la materialización de franjas



filtrantes, zanjas con vegetación y el tratamiento adecuado de las superficies permeables.

Franjas filtrantes. Las franjas filtrantes son planos cubiertos con vegetación que reciben las aguas lluvias en toda su extensión por un extremo, las retienen e infiltran para evacuar sólo los excesos por el otro. En una urbanización nueva se puede asociar a todas las veredas, pasajes y estacionamientos, que son impermeables, una franja filtrante a su lado hacia donde escurre el agua que cae sobre ellas y tiene la oportunidad de infiltrarse. Las calles con bandejones o jardines centrales deben drenar hacia ellos, para lo cual estos jardines se proyectan a un nivel inferior y conectados a las calle mediante soleras discontinuas que permitan el paso del agua.

Zanjas con vegetación. En los lugares en que exista espacio, o cuando se junte una cantidad de agua suficiente, a los costados de los caminos e interceptando el flujo que sale de los terrenos privados, se puede disponer de zanjas con vegetación que acumulen, retengan e infiltren las aguas lluvias. Este tipo de obras depende de las características de la urbanización ya que no siempre es posible incorporarlas.

Superficies. Las superficies no impermeabilizadas debieran ser lo más horizontales posible, de manera que retengan el agua que cae sobre ellas y la infiltren, evitando el flujo con velocidades altas, la formación de cárcavas y la erosión del suelo. Ello da oportunidad de tratar las superficies mediante aterrazamientos, muros de contención, y jardineras en las zonas con pendiente. Se recomienda nivelar las superficies mediante aterrazamiento para impedir el flujo de alta velocidad.

Infiltración. Recurrir a obras de infiltración para evitar que las superficies que deben impermeabilizarse por diferentes motivos contribuyan a incrementar la escorrentía. En los predios que no dispongan de jardines interiores por los cuales hacer escurrir las aguas lluvias, estas debieran infiltrarse en el mismo terreno, directamente desde los techos y demás superficies impermeables, antes de que escurran por la superficie del suelo y se contamine, empleando para ello estanque de infiltración si existe espacio suficiente, y si no recurriendo a zanjas y pozos de infiltración.

Pavimentos. Emplear pavimentos porosos en las veredas, pasajes y calles que se pueda, de manera de lograr que los pavimentos no aporten escorrentía directa, es decir, que no se comporten como superficies totalmente impermeables.



Estacionamientos. En el caso de estacionamientos de importancia, como los de instituciones, centros comerciales, educacionales y similares, recomendar la adopción de pavimentos celulares porosos, que puedan hacerse cargo en el mismo lugar de las aguas lluvias que caen sobre ellos y sus aceras.

Entradas de vehículos. Cuando se construyan urbanizaciones con viviendas terminadas, que se entreguen con entradas de vehículos y estacionamientos interiores, promover la ejecución de pavimentos celulares porosos en esos lugares.

Retención. Cuando las urbanizaciones sean de dimensiones importantes, de manera que se propongan espacios verdes agrupados con el tamaño suficiente para desarrollar en ellos áreas de diferente naturaleza, es posible emplearlos como estanques o lagunas de retención. Para ello se recomienda colocarlos en lugares en los cuales se pueda reunir las aguas lluvias en exceso generadas en la urbanización, es decir las que no han podido ser infiltradas o retenidas ya sea por falta de capacidad de infiltración o porque superan la capacidad de las obras destinadas a ello, antes de que estas aguas se dirijan hacia aguas abajo. Estos elementos de retención, de tamaño más importante, son obras comunitarias o públicas en el sentido de que sirven a varios terrenos y difícilmente puede proyectarse para terrenos individuales, a menos que se trate de instituciones con predios grandes. Estos elementos de retención debieran proyectarse para evitar que la urbanización genere hacia aguas abajo gastos máximos mayores que los establecidos para el lugar.

Cauces y canales. Si en el lugar urbanizado aparecen canales o cauces naturales que conduzcan agua concentrada se intentará desarrollarlos como canales de características urbanas, con bajas velocidades, pocas alturas de agua que favorezcan la retención e infiltración según corresponda, y que generen un entorno aprovechable para fines urbanos, o por lo menos no deteriorante de él.


4.5.3. Selección de lluvias de diseño. Las obras alternativas para solucionar problemas planteados por las aguas lluvias en los sectores urbanos necesariamente deben diseñarse para enfrentar condiciones reales del comportamiento de las precipitaciones en el lugar en el cual se implantan. Se designa como lluvia de diseño aquella para la cual la obra opera en condiciones límites, de manera que si ocurre una situación más exigente la capacidad de la obra se ve superada, lo cual puede tener diferentes consecuencias dependiendo de la naturaleza de la obra y las condiciones del evento. En la elección de la lluvia de diseño debe tenerse en cuenta que las precipitaciones tienen un comportamiento eminentemente aleatorio, en el sentido de que las características de las tormentas, como su duración, intensidad, magnitud, no se


pueden predecir con exactitud sino sólo mediante una descripción estadística o probabilística. Sin embargo, para determinar las dimensiones de las obras se deben seleccionar valores concretos y específicos de las variables que definen las lluvias. En todo caso, dada la naturaleza probabilística de los eventos lluviosos es claro que siempre debe aceptarse un cierto riesgo de que la obra sea superada, ya que aunque sea poco probable siempre es posible concebir un evento peor al de diseño. Lo importante es seleccionar una lluvia de diseño que entregue un riesgo razonable, o aceptable para los fines que persigue la obra y concordante con la aversión al riesgo de mal funcionamiento que tenga la comunidad a la cual sirve. Ello dependerá en gran medida de las consecuencias que tenga el hecho de que la obra sea superada por eventos mayores que los de diseño y la frecuencia con que ello ocurra.

Período de retorno. Para describir estadísticamente el comportamiento de los eventos de precipitaciones es necesario establecer la distribución de probabilidades de las características de las lluvias en un lugar. Normalmente ello se hace asignando a cada valor de la magnitud de precipitación de una duración determinada una probabilidad de ocurrencia durante un periodo de tiempo. Para ello se establece la probabilidad de que un cierto valor de la precipitación máxima diaria sea sobrepasado en un año cualquiera.

En hidrología es corriente referirse al período de retorno en lugar de la probabilidad de ocurrencia para designar el carácter aleatorio de los eventos hidrológicos. Ambos conceptos están relacionados. Se define como periodo de retorno al valor esperado del tiempo que pasa entre dos ocurrencias sucesivas de un evento dado. También se puede definir como el valor esperado del tiempo que transcurre hasta que un evento dado ocurre por primera vez en el futuro a partir del instante en que la obra es puesta en servicio. Para el caso de las precipitaciones ambas definiciones son estadísticamente equivalentes. Así por ejemplo si se dice que el periodo de retorno de una lluvia es de 10 años, quiere decir que si se consideran los intervalos de tiempo que transcurren entre ocurrencias sucesivas de lluvia como esa o peores en el futuro, el promedio del tiempo entre ellos es de 10 años. Está claro que en algunos casos puede que ocurra este tipo de eventos durante años seguidos, mientras en otras ocasiones se presenten separados por intervalos mucho mayores que 10 años. Ello refleja la naturaleza aleatoria del fenómeno.

Para el caso de las precipitaciones máximas anuales se puede demostrar que si el evento en cuestión está definido por una propiedad X0, de tal manera que P0 es la probabilidad de que la característica X sea mayor que el valor X0 en un año cualquiera, entonces el periodo de retorno de ese evento, T en años, está dado por:



TP

=1

0

(4.5.3.1)

con P0 = probabilidad (X>X0).

Para estimar los valores de T es necesario establecer las probabilidades de X. Para el caso de las lluvias ello se refleja en las curvas de intensidad duración frecuencia, IDF, analizadas en 3.1.2.c.

Riesgo de falla. El riesgo de falla, o hidrológico, es la probabilidad de que ocurra al menos una vez un evento de condiciones peores que el empleado para el diseño de la obra durante la vida útil de ella, provocando una operación inadecuada de la obra. En algunos casos es posible que la ocurrencia de un evento peor desencadene la falla física de la obra, como puede ocurrir cuando el vertedero de una presa de tierra es sobrepasado, y en otras puede que ello sólo signifique un problema de operación sin mayores consecuencias, como es el caso de un sumidero de aguas lluvias que no alcanza a captar toda el agua que viene por la cuneta y deja pasar un poco hacia aguas abajo.

El riesgo de falla, R, está relacionado con el periodo de retorno de la lluvia de diseño, T, y los años de vida útil de la obra, N, mediante la expresión:

RT

N

= − −

1 1 1 (4.5.3.2)

La Tabla 4.5.3.1 muestra valores del riesgo de falla para diferentes valores del periodo de retorno de la lluvia de diseño y de la vida útil de la obra.

Tabla 4.5.3.1: Riesgo de falla en función del periodo de retorno (años) y la vida útil de la obra (años).

Periodo de Vida útil de la obra ( años) Retorno (años) 2 5 10 15 20 30 50 100 2 0.75 0.97 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 5 0.36 0.67 0.89 0.96 0.99 1.00 1.00 1.00 10 0.19 0.41 0.65 0.79 0.88 0.96 0.99 1.00 20 0.10 0.23 0.40 0.54 0.64 0.79 0.92 0.99 50 0.04 0.10 0.18 0.26 0.33 0.45 0.64 0.87 100 0.02 0.05 0.10 0.14 0.18 0.26 0.39 0.63

De acuerdo a los valores indicados en la Tabla 4.5.3.1 se puede observar que el riesgo de falla de una obra que tiene una vida útil o de servicio de 20 años



cuando es dimensionada para una lluvia de diseño de 10 años es de 0,88. Esto quiere decir que la probabilidad de que esta obra no opere adecuadamente al menos una vez durante su tiempo de servicio es de un 88%.

Otro valor de interés que se puede estimar a partir del periodo de retorno de la obra y la duración de la vida útil es la cantidad de veces en promedio que se espera que la obra sea superada por un evento peor que el de diseño. Este valor, que puede definirse como el número esperado de fallas, es útil cuando las fallas no son catastróficas, de manera que la obra sigue en pie y operando para otros eventos, y el que sea superado el evento de diseño sólo significa problemas de operación. Esos valores se presentan en la Tabla 4.5.3.2.

Tabla 4.5.3.2: Número esperado de fallas en función del periodo de retorno de diseño (años) y la vida útil de la obra (años).

Periodo de Vida útil de la obra (años) Retorno (años) 2 5 10 15 20 30 50 100 2 1.0 2.5 5.0 7.5 10.0 15.0 25.0 50.0 5 0.4 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0 10.0 20.0 10 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 10.0 20 0.1 0.2 0.5 0.8 1.0 1.5 2.5 5.0

50 0.04 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 1.0 2.0 100 0.02 0.05 0.1 0.15 0.2 0.3 0.5 1.0

Debido a que las estadísticas de las precipitaciones anuales se refieren a la lluvia máxima anual es evidente que durante el año se presentan otras tormentas con precipitaciones menores, de manera que la cantidad de veces que la obra es sobrepasada considera una posible ocurrencia por año. Sin embargo en la percepción que puede tener el público sobre la falla de operación de la obra influye la cantidad de tormentas que ocurren en el lugar en un año.

Selección del período de retorno. La selección de una lluvia de diseño requiere adoptar un periodo de retorno para la lluvia de diseño. Existen varias formas de seleccionar este valor. Lo más sencillo puede ser que se adopte para cada tipo de obra una recomendación de acuerdo a la experiencia sobre su funcionamiento en un lugar y las consecuencias estimadas de las fallas. Este tipo de valores pueden considerarse los mínimos a falta de mayor información y es posible que la autoridad competente los modifique en cada caso particular. La Tabla 4.5.3.3 entrega valores recomendados para diferentes tipos de obras alternativas.

En el caso de las obras de infiltración se supone que los gastos no aceptados por la obra cuando queda sometida a tormentas mayores que la de diseño en ningún



caso superarán los 0,1 m3/s. Para el caso de los vertederos de rebase de los estanques y las lagunas de retención los caudales no debieran superar los 2 m3/s para tormentas de 100 años de periodo de retorno. En todo caso caudales de esta magnitud debieran ser conducidos hacia aguas abajo por una red de drenaje adecuada, de manera de asegurar que no provoquen daños.

Tabla 4.5.3.3: Valores mínimos recomendados del periodo de retorno de lluvias de diseño para obras alternativas.

Obra alternativa Condiciones de la red de drenaje hacia aguas abajo Red desarrollada Sin red desarrollada Obras de infiltración Estanques 5 10 Zanjas 5 10 Pozos 5 10 Pavimentos porosos 5 10 Pavimentos celulares 5 10 Obras de almacenamiento Estanques de retención Volumen base 5 5 Cámara de descarga 10 10 Vertedero 100 200 Lagunas de retención Volumen base 5 5 Cámara de descarga 10 10 Vertedero 100 200 Obras anexas Franjas filtrantes 5 10 Zanjas con vegetación Sección base 5 10 Revancha 50 100 Canales de pasto 100 200 Canales con vegetación 100 200 Caídas 100 200

Análisis económico. En rigor la selección del periodo de retorno de las tormentas de diseño es una variable de diseño que se puede seleccionar de acuerdo al óptimo económico de la obra considerando los costos de inversión, los de operación y los daños generados por las fallas de las obras. Cuanto mayor es el periodo de retorno seleccionado mayores resultan las dimensiones



necesarias de las obras y por lo tanto más caras de construir. Sin embargo los costos asociados a las fallas de operación se reducen.

Entre los costos de inversión debe considerarse el valor del terreno, de la construcción de la obra, así como los valores actualizados de los costos anuales de operación y mantención. Esto genera una curva creciente con el periodo de retorno de diseño como la que se indica en la Figura 4.5.3.1.

Entre los costos de falla se debe considerar los efectos hacia aguas abajo, los daños directos e indirectos. Estos tienen un carácter aleatorio por lo tanto habitualmente se estima un valor esperado de los daños para cada año que dependen del caudal por el cual la obra es excedida. Empleando una tasa de interés adecuada se actualizan los costos anuales durante la vida útil de la obra, obteniendo un valor actualizado de los daños anuales esperados de la obra. Estos costos son decrecientes con el periodo de retorno de diseño. Es decir si el periodo de retorno de la tormenta de diseño es grande los daños esperados son menores. En el caso de obras de aguas lluvias urbanas uno de los aspectos que resultan más complejos de evaluar son los efectos hacia aguas abajo de las fallas de operación de las obras.

Al combinar ambas curvas de costos, una creciente y la otra decreciente con el periodo de retorno, y obtener una curva de costos totales actualizados, es posible obtener un valor óptimo económico para el periodo de retorno en cuestión, como se ilustra en la Figura 4.5.3.1.

Figura 4.5.3.1: Selección del periodo de retorno óptimo desde el punto de vista económico. 1.- Curva de costos de inversión. 2.- Curva de costos de falla actualizados. 3.- Curva de costos totales, T0.- Período de retorno óptimo.

Desde el punto de vista práctico este procedimiento presenta varias dificultades para ser aplicado al dimensionamiento de obras alternativas de drenaje urbano. En primer lugar no resulta razonable pensar que cada obra deba diseñarse para



su propio óptimo económico, ya que ello conduciría a situaciones en que en una misma urbanización coexistan obras con diferentes riesgos de falla. Otro aspecto que lo hace impracticable es la dificultad de disponer de información detallada para estimar los costos de las consecuencias de las fallas, muchas de las cuales, más que generar daños, afectan la calidad de vida de las personas. Una selección económica del periodo de retorno de diseño debiera abordarse y establecerse en la elaboración de planes maestros, o en el diseño de las redes principales, o primarias, de drenaje, en las cuales se seleccione para un sector urbano amplio valores de riesgo uniformes, y para las cuales las fallas pueden acarrear inundaciones y daños evaluables a nivel general.



4.6. PRESENTACIÓN DE PROYECTOS

4.6.1. Profesional responsable. Todo proyecto de obras alternativas de drenaje urbano debe ser desarrollado por un profesional responsable, quien lo presentará para su aprobación a la institución que corresponda. Los profesionales habilitados para proyectar infraestructura de aguas lluvias son los Ingenieros Civiles. Otros profesionales que pueden habilitarse para proyectos de aguas lluvias, como Arquitectos, Constructores Civiles y otros, deberán contar con la autorización de los servicios que aprueban los proyectos, o estar inscritos en registros especiales que se consideren para tal efecto, siempre que los caudales máximos del proyecto no sobrepasen los 50 litros por segundo, en cuyo caso el profesional responsable será un Ingeniero Civil.

4.6.2. Instituciones que aprueban los proyectos. Todo proyecto de obras alternativas de drenaje urbano debe ser aprobado para su ejecución por la Dirección de Obras de la Municipalidad en la cual se emplace la obra. Sin perjuicio de ello en algunos casos se requerirá la aprobación de otras instituciones. En particular deben considerarse las siguientes situaciones:

Proyectos de pavimentación de calles públicas. Deben ser aprobados por el SERVIU.

Proyectos que además incluyan la utilización de cauces naturales, canales, o el empleo de agua subterránea o superficial, deben ser consultados adicionalmente por la Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas, o su oficina en Región.

4.6.3. Antecedentes que conforman el proyecto. Todo proyecto de obras alternativas de drenaje urbano debe contener los siguientes documentos y antecedentes:

Carta de presentación

Memoria Explicativa

Certificados e Informes de Laboratorio

Especificaciones Técnicas Generales y Especiales

Cubicación y Presupuesto

Planos



Además de lo anterior el Servicio, Dirección o la Municipalidad podrán solicitar otros antecedentes que se estimen necesarios.

Los proyectos de drenaje urbano con obras alternativas que formen parte de un proyecto de pavimentación deberán ser presentados al SERVIU conteniendo por lo menos los antecedentes que se indican en el “Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación”, Publicación Nª291 de Julio de 1994 del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. A esos antecedentes deben agregarse los específicos relativos a las obras de drenaje.

a. Carta de Presentación. Esta carta se dirigirá a la autoridad que debe pronunciarse sobre la aprobación del proyecto, indicando la fecha de presentación, identificación del proyecto, del propietario y el profesional responsable. Se mencionará explícitamente el motivo de la presentación ( aprobación, autorización para construcción, información de antecedentes adicionales, antecedentes para archivo o lo que corresponda). Deberá indicar de manera sucinta los antecedentes que se acompañan.

b. Memoria Explicativa. La Memoria Explicativa consiste en un informe ejecutivo de

carácter técnico en el cual se resumen y exponen los principales aspectos del proyecto. Debe incluir los aspectos que se mencionan a continuación:

Generalidades. Objetivos del proyecto y sus principales características, indicando al menos la siguiente información:

Nombre o número que identifique el proyecto

Región, Provincia, Comuna

Urbanización o loteo

Límites del terreno afectado que permita individualizarlo

Propietario del terreno en el cual se realizarán las obras

Profesional responsable del proyecto

Fecha de presentación

Listado de las obras consideradas y sus tamaños

Código de identificación de cada una de las obras

Destino de las aguas lluvias drenadas Destino de las aguas lluvias rebasadas o no aceptadas por las obras

Antecedentes. Describir de manera simple y objetiva los antecedentes que se consideran para el diseño y dimensionamiento de los elementos de drenaje, con especial indicación de las cantidades consideradas. En particular deben indicarse los siguientes:

Cuadro del tipo de superficies drenadas aportantes a la obra, indicando áreas de cada una y coeficientes de escorrentía considerados.



Periodo de retorno de diseño adoptado y su justificación.

Lluvia de 24 horas y 10 años de periodo de retorno en el lugar.

Para obras de infiltración: Capacidad de infiltración de diseño

Profundidad del nivel del agua subterránea

Para obras de almacenamiento: Capacidad de descarga hacia aguas abajo

Destino inmediato de las descargas normales Estudio Hidrológico. El estudio hidrológico debe justificar los caudales y

volúmenes considerados para el diseño de las obras, indicando los valores de precipitaciones, coeficientes de escorrentía, coeficientes de duración y de frecuencia empleados. Debe señalar claramente los caudales de diseño de los principales elementos de la obra, y los volúmenes de regulación determinados.

Dimensionamiento hidráulico. Debe indicarse el tipo de solución adoptado revisando las condiciones de factibilidad, el procedimiento empleado para dimensionar los principales elementos que forman la obra de drenaje y sus dimensiones.

Estructural. Justificación de cálculos estructurales, incluyendo bases de cálculo, determinación de cargas de diseño, estructuración de elementos principales y enfierraduras. Si corresponde agregar memoria de cálculo para piezas estructurales importantes.

Detalles. Señalar los procedimientos de cálculo para diseñar las obras complementarias, e indicar las dimensiones que ellas adoptan. Considerar los elementos de paisajismo, vegetación y riego necesarios para completar el proyecto.

c.- Certificados, Informes y Ensayos de Laboratorio. Deben acompañarse los informes de laboratorio o certificados que avalan algunas de las decisiones adoptadas. Entre estos se consideran:

Autorización del propietarios del terreno si se trata de un particular.

Autorización Municipal para el caso de uso de áreas verdes o bienes de uso público.

Si el agua a infiltrar o almacenar proviene de urbanizaciones consolidadas y no directamente desde techos u otras superficies normalmente limpias, incluir un certificado de análisis de un laboratorio autorizado indicando que cumple con la Norma Nch 1333 Calidad del Agua para Diferentes Usos, en relación a usos recreacionales.

Para obras de infiltración:

Informe de laboratorio con los resultados de ensayos de infiltración con indicación de la capacidad de infiltración del suelo.



Informe de la Dirección General de Aguas, o de su oficina en Región, o de un laboratorio autorizado, indicando la profundidad máxima estacional del nivel de agua subterránea.

Para el caso de pozos de infiltración, autorización de la DGA para infiltrar aguas lluvias en ese lugar mediante la obra propuesta.

Para pavimentos porosos, informe técnico de un laboratorio autorizado indicando que el suelo está en condiciones de recibir agua sin afectar su capacidad de soporte.

Para obras de regulación:

Si la obra emplea para su operación recursos de agua de cauces naturales o artificiales que pertenecen a terceros, autorización para su empleo de parte del titular de los derechos de agua y la asociación de canalistas correspondiente.

Si la obra de regulación intercepta la napa de agua subterránea debe contarse con la autorización de la Dirección General de Aguas, o de su Oficina en región.

d. Especificaciones Técnicas Especiales. Las obras se ejecutarán de acuerdo a lo establecido en las Especificaciones Técnicas Generales y los aspectos que se señalan en esta Guía. Además para cada obra en particular se elaborará un conjunto de Especificaciones Técnicas Especiales que complementan y aclaran las Generales en todos los aspectos que sea necesario agregar, o modificar para lograr una adecuada ejecución de las obras.

Las siguientes partidas deben ser especificadas en detalle:

Replanteo. Indicar el sistema de coordenadas adoptado, su orientación y punto de origen. Indicar el sistema de cotas empleado, así como los detalles del PR describiendo su ubicación y cota con detalle de milímetros.

Movimiento de tierras. Para las excavaciones indicar espesores mínimos de limpieza y descepe si es necesario. Indicar las necesidades de mantener y/o respetar especies vegetales o de realizar destronques. Definir el destino de los sobrantes y el origen aceptable para los empréstitos.

Materiales de relleno. Para el relleno de elementos de almacenamiento, como zanjas, pozos, bases de pavimentos porosos o celulares, indicar el tamaño mínimo, medio y máximo de los materiales, tipo y calidad de ellos, las necesidades de ensayos para su aceptación, las condiciones específicas de rechazo, y el grado de compactación. Mencionar si es necesario algún procedimiento de colocación especial.

Obras de captación y descarga. Indicar calidad de los materiales, grado de compactación de lo suelos de soporte, especificar las capas drenantes y filtros, barbacanas y emplantillados. Tamaño de enrocados y procedimientos de



colocación. Niveles de los umbrales, fondos y su precisión aceptable. Colocación de insertos para afirmar elementos de acero, calidad de mecanismos, tubos, rejas y compuertas.

Obras anexas. Indicar especificaciones de niveles, referencias, y precisión para cotas de umbrales, llegadas y salidas en tubo. Calidad del suelo de soporto y grado de compactación, inclinación de taludes definitivos y de excavaciones temporales. Calidad de los materiales y ensayos necesarios para su aceptación.

Obras complementarias. Especificar el tipo de vegetación, tamaños y forma de plantación si se considera en el proyecto. Tipo de semilla para la siembra de césped, así como su aceptación. Sistema de riego, elementos en cantidad y calidad. Especificar elementos de ornato y para otros usos si forman parte del proyecto.

e. Cubicación y Presupuesto. El presupuesto indicará las cantidades de obras de cada una de las partidas consultadas en el proyecto, expresadas en las unidades correspondientes de medida, los precios unitarios estimativas de cada partida, los costos parciales y el costo total o presupuesto de las obras. Indicar si los precios considerados incluyen IVA, gastos generales, imprevistos y utilidades. EN el caso de obras con financiamiento público, los precios unitarios de cada partida serán los que establezca la institución que aprueba el proyecto.

f. Planos. Constituyen la expresión gráfica del proyecto y entregan los elementos

necesarios para su construcción. Están formados por una o más láminas, de acuerdo al tamaño del proyecto y el criterio del proyectista. Se recomienda que sus dimensiones sean en formatos A0, A1, A2 o A4.

Cada plano se identifica con una viñeta tipo que contiene la siguiente información:

Código que identifique el proyecto

Ubicación: Región, Provincia, Comuna, loteo o grupo habitacional.

Propietario

Profesional responsable: nombre y título completo, sin abreviaturas.

Fecha

Contenido de la lámina y escalas

Número de orden en el total de láminas

Identificación de la institución que aprueba el proyecto

La Municipalidad, Dirección o Servicio que debe aprobar el proyecto podrá proponer una viñeta especial y su contenido.

Dependiendo del tamaño del proyecto los planos que se indican a continuación podrán presentarse en una o más láminas.

Plano de ubicación. Debe indicar el emplazamiento de las obras con indicación de los límites de la zona drenada. Ubicar las obras en relación al



sector y sus principales accesos. Mostrar la red de drenaje hacia aguas abajo hasta su descarga definitiva si se trata de una obra de almacenamiento. Dibujar a una escala adecuada al tamaño del proyecto.

Plano de planta. Contendrá una relación de la obra y sus principales elementos. Incluirá las referencias de ubicación en planta y altura para emplazar cada uno de los elementos de al obra de acuerdo al proyecto. En especial deben considerarse los siguientes aspectos:

Individualización de la zona servida o drenada hacia el proyecto, con indicación de los límites de cada uno de los tipos de suelos o superficies comprometidas, en su condición previa o natural si es necesario y urbanizado o totalmente desarrollada.

Curvas de nivel que indiquen la forma del drenaje, natural o modificado, hacia la obra. Elementos considerados para encauzar los caudales drenados hacia la obra si se consideran en el proyecto.

Red de drenaje hacia la cual la obra descarga, si se trata de una obra de almacenamiento o los rebases y caudales no aceptados en otros casos.

Indicación de ubicación, coordenadas y cota, de al menos un punto de referencia para el emplazamiento de la obra de acuerdo al proyecto.

Ubicación en planta de los principales elementos de la obra referidos a puntos de referencia topográficos.

Perfiles longitudinales. Estos considerarán los perfiles según el recorrido del flujo, con indicación de las distancias y cotas de los elementos que conforman el funcionamiento hidráulico de la obra, de manera que queden emplazados tanto en planta como en elevación de acuerdo a los requerimientos del proyecto.

Elementos principales. Planta, perfiles y detalles necesarios para materializar los elementos que conforman la obra. Indicación de espesores, fundaciones, materiales, elementos estructurales, terminaciones, líneas de excavación y relleno.

Detalles y obras complementarias. Incluir todos los detalles necesarios para completar el proyecto en su conjunto, considerando incluso los usos alternativos o secundarios considerados. Poner especial atención a los aspectos de paisaje y adecuación al entorno. Indicar tipo y ubicación de plantas, zonas con vegetación, sistemas de riego, accesos permanentes y demás detalles necesarios.


Capítulo 5

CONSTRUCCIÓN DE OBRAS


5.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS GENERALES

Estas especificaciones técnicas generales se refieren a condiciones de ocurrencia común en la construcción de obras alternativas de soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos. Las actividades de ocurrencia especial, o las exigencias particulares de cada obra, serán especificadas en las Especificaciones Técnicas Especiales. El proyectista considerará aplicables estas especificaciones generales y emitirá especificaciones especiales para los aspectos que considere no cubiertos por éstas o que requieran exigencias adicionales.

En el Capítulo 4 dedicado al diseño de las obras se incluye para cada una de ellas una sección dedicada a su construcción, en la cual se resumen aspectos que debiera considerar el proyectista en el momento de diseño para evitar conflictos en la construcción o facilitarla. En esta sección se complementan estos aspectos detallando algunas tareas singulares para reforzar el carácter urbano y público de la mayoría de las obras de drenaje, y referidas a aspectos que comparten casi todas ellas, más que a cada tipo de obra en particular.

Estas Especificaciones Técnicas Generales sólo se refieren de manera explícita a algunos aspectos de las actividades de construcción relacionadas con las obras alternativas de drenaje urbano. Para faenas típicas se recomienda el uso de especificaciones elaboradas para obras similares por otras instituciones, en particular las que se indican a continuación, en todo lo que no se oponga con lo expuesto expresamente en esta Guía.

Pavimentos porosos. Para este tipo de obras se aplicarán las Especificaciones Técnicas Generales contenidas en la última versión disponible del documento Nº 291 de la División Técnica de Estudio y Fomento Habitacional del MINVU “Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación”.

Pavimentos celulares. En este caso se aplicarán las recomendaciones de construcción contenidas en la publicación del Instituto Chileno


5. CONSTRUCCIÓN DE OBRAS

del Cemento y del Hormigón sobre “Pavimentos de Adoquines. Manual de Diseño y construcción”, 1991.

Tuberías, piezas especiales y cámaras. Para el suministro e instalación de tuberías de cemento comprimido, tuberías de acero, piezas especiales de fierro fundido, piezas especiales con mecanismos, como válvulas, cámaras de inspección se emplearán las Especificaciones Técnicas Generales del Departamento de Construcción de EMOS S.A., en la última versión vigente al momento de la construcción, referente a las mismas actividades indicadas.

Canales. En el movimiento de tierras para la construcción de canales, en especial lo referente al descepe, roces, escarpes, demoliciones, excavaciones abiertas y rellenos, se aplicarán las Especificaciones Técnicas Generales del Departamento de Construcción de la Dirección de Riego del Ministerio de Obras Públicas.

Estanques y lagunas. Para las actividades de construcción referentes al movimiento de tierras de taludes y terraplenes para estanques y lagunas de retención se aplicarán las Especificaciones Técnicas Generales del Departamento de Construcción de la Dirección de Riego del Ministerio de Obras Públicas.

Además deben considerarse para cada obra en especial las indicaciones mencionadas en esta Guía en lo referente al diseño y selección de las obras, y sus elementos constitutivos, que afecten las actividades de construcción.

Al preparar las especificaciones técnicas especiales de cada obra se deben considerar las características especiales del lugar en que se materializarán, las condiciones climáticas, la capacidad y experiencia del constructor y las posibilidades de control e inspección durante la realización. En general estas condiciones particulares se refieren a las condiciones del lugar, los materiales a emplear, el control de la dimensiones de las diferentes etapas, y la recepción de cada una de ellas. En estas especificaciones especiales se pone énfasis en los aspectos adicionales que deben agregarse a las faenas por las características particulares de cada obra. A ellas habrá que agregar todas las recomendaciones habituales en faenas de infraestructura para asegurar, además de su correcta ejecución, las condiciones que permiten que la obra opere correctamente una vez que entre en servicio, así como las condiciones de seguridad del personal involucrado, del público y de los bienes que puedan verse afectado durante la construcción.



A continuación se presentan Especificaciones Técnicas Generales para algunas actividades seleccionadas que se presentan en la construcción de obras alternativas de drenaje urbano que pueden tener un carácter diferente al de actividades similares en otras obras de infraestructura y que no aparecen detalladas con igual énfasis en Especificaciones Generales que se han recomendado más arriba.

Estas se refieren a los siguientes aspectos:

Trazado, niveles y tolerancias Geotextiles Enrocados Gaviones Rellenos de obras de infiltración. Vegetación, pastos y plantas

5.1.1. Trazado, niveles y tolerancias. Antes de iniciar los trabajos el constructor instalará los puntos de referencia necesarios para el control de niveles y coordenadas. Apoyado en ellos efectuará el trazado de la obra y lo someterá a la aprobación de la Inspección Técnica.

Las excavaciones, rellenos y obras de hormigón y albañilería deberán satisfacer al menos los límites y tolerancias que se indican. Las Especificaciones Técnicas Especiales y la Inspección Técnica de la Obras, ITO, podrán requerir tolerancias diferentes a las que se mencionan a continuación.

a. Puntos de referencia. El constructor deberá colocar los puntos de referencia que sean necesarios para el control de los niveles. Los puntos podrán materializarse en estructuras vecinas o en monolitos especiales de forma tal que sean permanentes y no sufran variaciones. En caso de proyectos de gran extensión, con obras separadas a más de 300m deberán materializarse puntos de referencia adicionales separados a menos de esa distancia.

El constructor deberá velar por la conservación de estos puntos, procurando que no sean afectados por excavaciones u obras posteriores, de manera que se mantengan hasta el final de las faenas. Una vez terminadas estas deberá asignar un punto de referencia a alguna estructura de la obra indicando en ella la cota respectiva.

El sistema de cotas será el del IGM de manera de poder relacionar los niveles de la obra con la red de drenaje general del sector.



b. Trazado de las obras. Antes de iniciar los trabajos se procederá al trazado de las obras, el cual se efectuará en base a los planos del proyecto y a los puntos de referencia que hayan sido aprobados por la ITO.

El constructor marcará en terreno los puntos adicionales que sean necesarios para poder replantear, por intersección de rectas, en cualquier etapa de las obras los ejes y puntos singulares del trazado.

c. Límites y tolerancias de excavaciones. Las excavaciones deberán ejecutarse de acuerdo a las líneas y niveles teóricos definidos en los Planos del proyecto, con las tolerancias que se señalan más adelante. Las líneas de excavaciones temporales, que no estén definidas en los planos, serán definidas por el constructor pero deberán contar con la aprobación de la ITO.

No se aceptará que queden materiales sobresalientes o sueltos depositados en la superficie de excavaciones terminadas, contra las cuales deba hormigonarse o colocarse rellenos, a menos que la ITO los autorice expresamente.

Las líneas y niveles de excavación de taludes definitivos a la vista no podrán apartarse en más de 10cm respecto de la línea y niveles teóricos fijados en los Planos. En las superficies finales de los taludes definitivos en material común terminados con una cubierta de tierra de hojas y vegetación se aceptarán protuberancias o depresiones locales no mayores de 5cm respecto a la superficie resultante.

Los taludes definitivos excavados deberán quedar libres de cualquier material inestable.

En el interior de estanques, lagunas, canales pasto y con vegetación, fuera del canal de flujos menores, se podrán dejar rocas de gran tamaño que se incorporen al paisaje, previa aprobación de la ITO, y siempre que se compense la sección transversal o el volumen mediante una mayor excavación.

Los volúmenes resultantes de excavaciones destinadas a obras de regulación, como estanques, zanjas o pozos de infiltración, estanques y lagunas de retención, no diferirán del volumen teórico en más de un 5% por defecto ni en más de un 10% por exceso.

d. Trazado de canales, zanjas y franjas. El trazado de obras longitudinales, en las cuales una dimensión es mucho más importante que las otras dos, como ocurre con canales, franjas filtrantes, zanjas con vegetación y zanjas de



infiltración, el trazado en planta del eje y los niveles del fondo corresponderán a los que se indican en los planos, y se materializará mediante estacas separadas a distancias menores de 20m en los tramos rectos, o los que indique la ITO expresamente.

Salvo que las Especificaciones Técnicas Especiales indiquen tolerancias más exigentes se aceptarán las siguientes:

El eje longitudinal que define el trazado en planta no debe apartarse del teórico en más de 20cm.

Las cotas de fondo que definen el perfil longitudinal no deberán apartarse de los niveles teóricos en más de 1cm. Se aceptarán sobreexcavaciones de hasta 5cm, que no afecten a más de 20m de la obra.

Las líneas que definen el perfil transversal de la sección de canales, zanjas, estanques, lagunas y caídas, una vez terminadas, no deberán apartarse en más de 5cm de las líneas indicadas en los planos, manteniéndose el área de la sección transversal teórica.

e. Taludes, pretiles y muros de tierra. Los taludes de muros formados por excavación o relleno para formar los bordes de estanques o lagunas sobre los cuales se pondrá vegetación o pasto, deberán seguir las líneas de los planos cuidando especialmente el trazado y nivel de las líneas del coronamiento.

Las líneas del coronamiento de los muros no deben diferir de las teóricas en más de 20cm en planta y sus niveles como máximo en 1cm.

Se tendrá especial cuidado en que las superficies sembradas de pasto sean regulares y parejas de manera de no afectar las labores de sembrado, mantención o riego. Para ello los taludes no deben mostrar protuberancias ni depresiones mayores de 10cm sobre las linees teóricas.

En general, a menos que los planos o las Especificaciones Técnicas Especiales indiquen otra cosa, la línea del talud que une el coronamiento con el pie del talud, definida sobre un plano vertical, de los muros laterales de estanques, lagunas, franjas y zanjas serán rectas, no apartándose de la teórica en más de 5cm por metro.

f. Obras de hormigón. Los niveles definitivos de los umbrales de obras de hormigón para descargas, entregas, canales de fondo, vertederos, caídas, cámaras y similares tendrá tolerancias menores de 3mm, respecto a las teóricas definidas en los planos.



Las dimensiones interiores de obras que estén en contacto con agua no diferirán en más del 1% de la dimensión correspondiente, y en ningún caso en más de 1cm para cada punto singular.

g. Obras con escurrimiento hidráulico. La terminación de las superficies de hormigón será la definida en los Planos del Proyecto o la que exija la ITO.

Se limitarán las irregularidades de las superficies de hormigón sobre las cuales habrá escurrimiento hidráulico de acuerdo a los valores que se mencionan a continuación.

Irregularidades superficiales progresivas no mayores de 25mm cada 1,5m ni bruscas mayores de 20mm para paramentos ocultos por rellenos o que no queden en contacto directo con el agua, o a la vista.

Irregularidades superficiales progresivas no mayores de 10mm cada 1,5m ni bruscas mayores de 5mm para superficies con escurrimiento hidráulico de baja velocidad, es decir con menos de 5m/s.

Para superficies sometidas a escurrimientos de alta velocidad, con valores superiores a 5m/s, se definirá la calidad de la terminación en las Especificaciones Técnicas Especiales.

5.1.2. Geotextiles. Los geotextiles han probado su efectividad en los últimos años en una variedad de sistemas de drenaje construidos bajo la superficie del suelo.

Los geotextiles son utilizados como filtros en reemplazo de arenas o agregados de graduación completa por varios motivos. Entre ellos se pueden nombrar su permeabilidad controlada, que permite el paso de agua y partículas en suspensión, pero evita el paso de granos de suelo más grande; su mayor uniformidad y permeabilidad respecto de los materiales graduados que se ocupan normalmente como filtros; su método constructivo, simple y rápido, y su posibilidad de uso inmediato bajo una diversidad de condiciones.

a. Características técnicas específicas mínimas que debe cumplir el geotextil. Se recomienda que los geotextiles a ser empleados en obras alternativas de drenaje urbano satisfagan las características técnicas mínimas de fabricación y resistencia que se mencionan a continuación.

Fabricación. La fabricación del geotextil es importante al momento de decidir su uso. Para ello es necesario que el geotextil que se utilizará cumpla con las siguientes condiciones:



será de material polipropileno no tejido termounido de alto módulo inicial de fibra continua

Resistencia. Para el caso de usar las telas geotextiles para pavimentos, se utilizarán las recomendaciones de las "Especificaciones técnicas generales de geotextiles para obras de pavimentación asfáltica" del SERVIU Metropolitano. Para otros casos el proyectista establecerá claramente las características recomendables según las necesidades del proyecto, o por último se tendré que adoptar el proyecto a las posibilidades que el mercado de geotextiles ofrece, tomando entonces en consideración las recomendaciones del fabricante de la tela geotextil para el uso particular.

Permeabilidad. Cuando se empleen para funcionar como filtro en obras de infiltración deberá emplearse un geotextil con permeabilidad superior a 10 veces la permeabilidad del suelo.

b. Instalación de telas geotextiles. La instalación de telas geotextiles se deberá realizar de acuerdo al procedimiento que se describe a continuación, en cuanto no se oponga a las especificaciones que entregue el fabricante. Existirán algunas diferencias de instalación dependiendo de la obra en la cual se realice. Se describirá el caso de los pavimentos, los drenes y zanjas, y los pozos de infiltración.

Pavimentos. Se utilizarán las recomendaciones de las "Especificaciones técnicas generales de geotextiles para obras de pavimentación asfáltica" del SERVIU Metropolitano.

Drenes y zanjas. Se trata de obras longitudinales, en las cuales la tela se colocará preferentemente siguiendo la dirección principal si su ancho lo permite. En estos casos se deben adoptar las medidas siguientes:

Preparar el suelo y fabricar la zanja de acuerdo a las dimensiones indicadas en el proyecto. Cuidar el suelo natural de una compactación excesiva evitando el tránsito de vehículos o maquinarias.

Despejar la zona de colocación del geotextil de todo material sobrante de la obra que pueda dañar la tela (palos, piedras grandes, etc.)



Extender la tela geotextil sobre el lugar a lo largo del eje de la obra, sin arrugas y considerando en sus dimensiones los traslapos correspondientes. Se debe considerar la tela suficiente para cerrar el dren o zanja en forma longitudinal en su parte superior y para el traslapo necesario asegurando el buen comportamiento de la obra en el tiempo. Este traslapo debe ser de a lo menos 30 cm. y debe quedar siempre en la parte horizontal superior del dren.

Sujetar la tela en el exterior de manera de evitar que se desplace una vez que se comience en relleno de la zanja o dren.

Depositar el material de relleno a un costado de la obra. Se debe tener cuidado de no almacenar el material directamente sobre la tela.

Distribuir el material granular sobre el geotextil en forma manual o con maquinaria adecuada, para evitar la destrucción de la tela geotextil, con especial cuidado al colocar las primeras capas. Extenderlo desde un extremo avanzando sobre las zonas en que ya se encuentra depositado el material de relleno.

Compactar el material depositado sobre el geotextil si así lo indica el diseño del proyecto.

Una vez terminado el relleno del material granular, se cierra el dren con el geotextil formando el traslapo en la parte superior. Una vez realizado esto, se puede cubrir con la cobertura superficial indicada en el proyecto y compactar si se requiere.

Se debe evitar hacer cortes y traslapos en dirección horizontal en las paredes verticales de las zanjas, ocupando la tela de manera que estos queden sobre planos horizontales de la obra.

Pozos. En el caso de pozos se trata de una obra sin una dirección preferente, de manera que la tela deberá cortarse para su mejor aprovechamiento en piezas que consideren las dimensiones del pozo. Se recomienda adoptar las medidas que se indican a continuación.

Excavar el pozo de acuerdo a las dimensiones indicadas en el proyecto. Cuidar el suelo natural de una compactación excesiva y del ingreso de finos desde los sectores aledaños.



Despejar la zona de colocación del geotextil de todo material sobrante de la obra que pueda dañar la tela (palos, piedras grandes, etc.)

Extender la tela geotextil en forma de tiras sobre las paredes y fondo del pozo, sin arrugas y considerando en sus dimensiones los traslapos correspondientes. Se debe considerar la tela suficiente para cerrar el pozo, con traslapo de a lo menos 30 cm, en su parte superior.

Sujetar la tela en el exterior de manera de evitar que se desplace una vez que se comience el relleno del pozo.

Distribuir el material granular sobre el geotextil en forma manual o con maquinaria adecuada. No se permitirá la colocación por volteo desde la zona superior del pozo.

Compactar el material depositado sobre el geotextil si así lo indica el diseño del proyecto.

Una vez terminado el relleno del material granular, se cierra el pozo con el geotextil dejado para este efecto formando el traslapo en la parte superior. Una vez realizado esto, se puede cubrir con el material de la cubierta indicado en el proyecto y compactar si es necesario.

c. Precauciones. Las telas geotextiles no pueden ser expuestas al sol permanentemente debido a que los rayos ultravioleta producen problemas de cristalización del polímero. Por lo tanto, se deben adoptar las medidas que correspondan en la obra para la protección de las telas.

Bajo y sobre el geotextil no podrá haber residuos de petróleo ni desechos industriales ya que estos elementos pueden debilitar el material constituyente de la tela.

Se debe escoger un ancho de tela de geotextil apropiado para evitar problemas derivados de un mal traslapo, es decir, la pérdida de propiedades mecánicas.

Hay que evitar la instalación de geotextiles en condiciones extremas de temperatura.



Para los pavimentos, los traslapos pueden variar de 30 a 90 cm según sea el C.B.R. del suelo y las condiciones imperantes al trabajar. En suelos con C.B.R. > 3% se pueden usar traslapos entre 30 y 50 cm. Para los drenes el traslapo mínimo es de 20 cm.

Las ruedas de los camiones no deben entrar en contacto con las telas geotextiles durante la etapa de vaciado de los agregados.

d. Control de calidad. El contratista adjudicatario deberá entregar a la Inspección Técnica de la Obra un certificado de calidad extendido por la empresa que suministre las telas geotextiles que se utilicen, donde se certifique que las telas cumplen a lo menos con las exigencias solicitadas por las presentes especificaciones técnicas generales.

5.1.3. Enrocados. El uso de enrocados en obras alternativas de drenaje urbano tiene por objeto lograr la protección del suelo frente a la erosión provocada por escurrimientos de alta velocidad. Su uso está recomendado para lograr protecciones especiales en canales, caídas, zonas de concentración de velocidades en estanques y lagunas, y cobertura de sectores de algunas obras de infiltración como zanjas y pozos.

En todos los casos debe tenerse en cuenta el carácter público y urbano de estas obras, lo que se traduce en que la apariencia final de los enrocados es un aspecto fundamental en las condiciones de la obra. En lo posible deberá adoptase como criterio de aceptación que los enrocados presenten una terminación lo más natural posible, reproduciendo condiciones típicas de la naturaleza.

Las especificaciones que se mencionan a continuación tienen por objeto lograr que el enrocado satisfaga tanto las condiciones de apariencia como de protección.

a. Replanteo. Los ejes principales de los enrocados proyectados serán replanteados en el terreno según los alineamientos horizontales y verticales señalados en los planos. Para ello se colocarán las suficientes estacas de apoyo y se materializarán los ejes mediante lienzas o tizado.

El replanteo topográfico se apoyará en PRs existentes en el lugar con indicación en coordenadas y cotas. En el caso de no existir dichos PRs el Constructor podrá referir el replanteo de los ejes principales a puntos singulares existentes en el lugar, señalados en los planos, en cuyo caso dejará materializado en el terreno, al menos dos PRs en lugares estables y visibles, preferiblemente clavos tipo Hilti en estructuras macizas, señalándolos en los



planos de construcción con sus coordenadas y cotas referidas al sistema del proyecto. En casos justificados la inspección autorizará la adopción de un sistema con origen de coordenadas y/o cotas arbitrario.

b. Preparación de taludes y excavación de zanjas de fundación. Según corresponda por el alineamiento de la obra, el Constructor realizará los rellenos o excavaciones necesarios para conformar los taludes del proyecto que servirán de respaldo a la estructura de enrocado, empleando los métodos y maquinarias que estime conveniente.

En el caso de emplearse material de relleno, éste deberá ser debidamente compactado en capas mediante pisones o rodillos de compactación. En casos justificados la Inspección Técnica de la Obra podrá autorizar el simple tránsito de maquinaria de construcción para lograr la compactación de los terraplenes.

El talud deberá extenderse desde el nivel de coronamiento de la estructura de enrocados hasta su nivel de fundación, para lo cual deberá realizarse la excavación de la zanja de fundación con la cota y dimensiones señaladas en los planos de proyecto.

c. Filtro de respaldo. En la interfase del material de base, del talud y zanja de fundación, con la estructura de enrocados, se dispondrá un filtro de material granular o de tela geotextil, según lo señalado en los planos de proyecto y/o en las especificaciones técnicas particulares de la obra.

El filtro de respaldo será del material especificado en el proyecto. Si se trata de un filtro granular sus dimensiones y espesor debe adecuarse al tamaño del enrocado, de manera que si se modifican las dimensiones de éste deben verificarse las del filtro, en especial si el constructor decide colocar rocas de mayor tamaño que las indicadas en el proyecto.

d. Suministro de roca. La calidad y dimensiones de la roca a emplear serán especificadas en el proyecto y cumplir con las siguientes indicaciones.

Calidad. Para mantener la calidad estética de la obra, el Constructor suministrará rocas sanas, naturales, sin señales de meteorización excesiva.

No deberá verse afectada por el intemperismo típico en el lugar de la obra ni deberá fraccionarse al caer desde una altura similar a la de una tolva de camión.



Podrán emplearse rocas de dimensiones similares que existan en el lugar, con signos de meteorización superficial que no afecten la calidad del material, y que se acomoden en lugares escogidos del enrocado con fines estéticos.

El peso específico del material deberá ser superior a 2,6 Ton/m3. Dicho valor deberá ser certificado por un laboratorio autorizado y presentado por el Constructor a la Inspección Técnica de la Obra antes de iniciar la explotación de la cantera.

Peso y Dimensiones. El peso de cada bloque estará comprendido dentro del rango señalado en los planos de proyecto.

La forma de las rocas será tal que en cada una de ellas su mayor dimensión no alcance al doble de la dimensión menor, excepto en los casos que se indiquen específicamente en el proyecto.

Como medida de control de peso, el Constructor dejará al inicio de la obra, tanto en el frente de la cantera como en la obra misma, una roca testigo, previamente pesada, pintada con la indicación de su peso exacto que deberá estar comprendido dentro del rango previsto en el proyecto para el peso de las rocas.

Cantera. El Constructor podrá explotar la cantera que le parezca más apropiada siempre que cumpla con las exigencias de calidad y peso de las rocas suministradas y con las condiciones mínimas de seguridad exigidas para este tipo de faenas.

Extracción de roca. La explotación de cantera la podrá realizar el Constructor con los métodos y maquinaria que estime conveniente o lo autorice su propietario. No obstante, deberá cuidar la calidad estética de las rocas, no debiendo golpearlas para prevenir su fractura en trozos de aristas vivas.

Carguío de roca. El carguío de roca sobre los camiones tolva u otros medios de transporte que utilice el Constructor, podrá realizarse con cualquier método que prevenga la ruptura de las rocas.

Transporte y descarga de roca. El Constructor podrá elegir el medio de transporte de las rocas que estime conveniente, guardando las medidas de seguridad necesarias o que le exija la Inspección Técnica. Antes de iniciar la obra, para los efectos de control el Constructor deberá dar a conocer a la Inspección las unidades que empleará para realizar el transporte, como sus características de capacidad, volumen y peso.



La descarga de los enrocados se realizará en los puntos de acopio señalados por la Inspección Técnica, sin entorpecer el tránsito vehicular, ni producir daños a terceros.

El método de descarga empleado deberá prevenir la fractura de las rocas. En el caso de que ello ocurra, los bloques fracturados de dimensiones menores a los previstos en el proyecto o de características estéticas no adecuadas, deberán ser retirados. Esto se hará de acuerdo al criterio de la Inspección Técnica de la Obra.

Sólo en casos excepcionales se autorizará la descarga directa, por volteo, sobre la estructura de enrocado en construcción. En ningún caso dicho método se aplicará cuando se utilice filtro de tela geotextil.

e. Construcción del enrocado. La apariencia final del enrocado depende de manera importante de su colocación. En las obras alternativas se emplean los enrocados en pequeñas superficies, para la protección de zonas bien delimitadas, en las cuales la apariencia es fundamental.

Control de Geometría. El Contratista ejecutará la estructura de defensa de enrocados, de acuerdo a su localización en planta, a las secciones típicas, perfiles longitudinales y detalles señalados en los planos, respetando estrictamente la ubicación en planta, la forma de la sección, inclinación de los taludes del enrocado, las cotas de fundación y coronamiento de la estructura y las disposiciones estéticas que se hayan indicado.

Para ello deberá replantear mediante lienzas y/o tizas los ejes principales de la obra, apoyándose en los PRs dispuestos con anterioridad en el terreno o en forma propia por el Contratista según lo señalado en el punto 5.1.2a y cuidar la elección de las rocas para usar en cada lugar de la obra, de forma tal de mantener la buena apariencia de la estructura.

Para los efectos de control de ejecución de la sección típica, el Contratista instalará en el terreno maestras de madera cuyos contornos siguen la forma externa de la sección típica de los enrocados. Cada una de ellas deberá nivelarse para proporcionarle la cota correspondiente a su ubicación, deducida de los planos de la estructura.

Enrocado no consolidado. Sólo en casos excepcionales, expresamente señalados en las Especificaciones Técnicas Especiales y/o planos, la roca podrá colocarse por volteo. En tal caso la roca podrá ser acomodada en el talud en su posición definitiva, o no serlo, según se indique en las



Especificaciones. En ningún caso se autorizará la colocación por volteo cuando se haya previsto la instalación filtros geotextiles.

En el caso general, una vez conformado el fondo y el talud base y el filtro granular, o de tela geotextil, con capa de protección este último, los bloques de roca serán levantados por métodos mecánicos a sus puntos de localización definitiva en el talud. En dichos puntos los bloques deberán ser acomodados manualmente en forma tal de que queden trabados entre sí, dejando una cantidad mínima de huecos. También, en la acomodación de la última capa, superficial, de rocas, se deberá lograr una superficie de buena apariencia dejando las rocas de aspecto más natural para esta última sección.

La estructura de enrocados se construirá desde la fundación hacia el coronamiento, de tal forma que cada roca quede apoyada en las de nivel inferior, evitando solicitaciones tangenciales sobre la capa de filtro.

Enrocado consolidado. Al igual que en el caso anterior, la colocación de la roca se hará con cuidado para no afectar el filtro o el geotextil que se haya considerado para la base del enrocado. Sólo en casos excepcionales se autorizará la colocación por volteo. La colocación definitiva se hará en forma manual o con métodos mecánicos para lograr la disposición correcta, dejando los espacios entre rocas para introducir el mortero consolidante.

El mortero se ubicará entre los espacios de las rocas, cuidando que se rellenen todos los espacios entre rocas hasta una profundidad no menor que los dos tercios inferiores del tamaño nominal de las rocas ni mayor a los tres cuartos de este mismo tamaño. Se debe cuidar la apariencia de las rocas, evitando las salpicaduras de mortero. En caso de que esto ocurra se deberá proceder a la limpieza inmediata para prevenir un daño definitivo.

En el caso de enrocados consolidados se deberá proveer de barbacanas para disipar las subpresiones. Al consolidar el enrocado se tendrá especial cuidado en no obstruir las barbacanas, para lo cual esta se taparán con papel, el cual se retirará una vez terminada la faena de consolidación.

f. Control de ejecución. Con el objeto de contribuir a la buena marcha de la faena durante el período de construcción, el Constructor deberá exponer a la Inspección su plan de trabajo en forma detallada, previo a la iniciación de ella.

El Constructor podrá hacer entregas parciales de obras ejecutadas con cantidades señaladas en las Bases o las Especificaciones Técnicas Especiales,



las cuales deben ser recibidas a entera satisfacción por la Inspección Técnica de la Obra.

g. Obras, trabajos y otras actividades anexas. El constructor considerará como parte de los costos todas las obras adicionales necesarias para la buena ejecución de las defensas, tales como construcción o mantenimiento de caminos de acceso, desvíos temporales de cauce si los hubiera, defensa de otras estructuras existentes, restitución de obras de toma o descarga, reposición o mantención de otros servicios afectados incluyendo las obras de atravieso de las estructuras de defensa, etc. El Constructor deberá conocer en el terreno o de los organismos correspondientes la existencia de eventuales obras no señaladas en el proyecto. El Constructor deberá realizar todas las gestiones necesarias ante organismos fiscales o particulares, para solucionar cualquier tipo de inconveniente que puede entorpecer la buena ejecución del Contrato.

También el Constructor dejará el lugar de la obra, a su término, limpio de basuras, escombros y otros desechos. El material sobrante de las excavaciones deberá destinarse a los lugares que se señale en las Especificaciones Técnicas Especiales o instruya la Inspección Técnica de la Obra.

5.1.4. Gaviones. Para atender las mismas necesidades que resuelve el enrocado, en cuanto a protección de riberas, podrá utilizarse alternativamente las materias primas y técnicas del engavionado, especialmente cuando explotar y suministrar roca constituya circunstancialmente un problema en el área de las obras.

De decidirse el uso de gaviones se deberán emplear las Especificaciones Técnicas que para el efecto tiene elaboradas el Departamento de Obras Fluviales de la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas o las que para ello tenga autorizadas dicho organismo.

5.1.5. Relleno y cubierta de obras de drenaje. Las obras de drenaje subterráneas propuestas como alternativas para el drenaje de aguas lluvias urbanas requieren un volumen de almacenamiento que necesita un soporte estructural para mantener las paredes de la excavación, como ocurre con la base de pavimentos, zanjas y pozos de infiltración. En algunas ocasiones se debe proveer de una cubierta o capa superior superficial que permita el drenaje y proteja la obra. Las dimensiones de esas capas y las características principales de los materiales en cuanto a calidad y tamaño se especificarán en cada proyecto.



a. Suministro de material. Debe asegurarse que los materiales de relleno y cubierta cumplen los requisitos necesarios antes de proceder a su acopio y colocación en obra.

Calidad. Deben utilizarse áridos de buena calidad. Se deben rechazar materiales que contengan escombros o de naturaleza orgánica, deben estar libres de basuras o elementos extraños, mezclas de restos de descepe, capas de terreno vegetal o similares.

Se preferirán rocas de río redondeadas frente a las de aristas vivas o al material chancado.

El peso específico de su material deberá ser igual o superior a 2,6 Ton/m3. Dicho valor deberá ser certificado por un laboratorio autorizado y presentado por el Constructor a la Inspección Técnica de la Obra antes de acopiar el material para el relleno.

El material deberá estar limpio, libre de finos de tamaño inferior a 0,1 mm. Esto se consigue mediante el lavado en planta con agua limpia de dicho material. No se emplearán para el relleno piedras provenientes de la excavación que contengan capas superficiales de arcillas y limos.

Si existen dudas sobre la dureza, se procederá a determinar el desgaste del material según la Norma Nch 1369, con el Método de la Máquina de Los Ángeles, no aceptándose materiales con porcentaje de pérdida de masa superior al 40%.

Dimensiones. Se entenderá por dimensión del material al diámetro medio y deberá ser el indicado por las especificaciones técnicas especiales. Se utilizará material de granulometría uniforme para proporcionar una porosidad útil máxima.

Para satisfacer condiciones de granulometría uniforme se comprobará que no exista más del 10% en volumen de material de un diámetro superior al doble del diámetro nominal especificado, ni más de un 10%, también en volumen, de tamaño inferior a la mitad del diámetro nominal.

Al indicarse un tipo de material se entiende que se encuentra libre de materiales de otra categoría granulométrica. Estos significa que en caso de especificarse bolones el material deberá estar libre de ripios, gravas o arenas. Si se trata de ripios debe estar libre de bolones, gravas o arenas y si se trata de gravas debe estar libre de bolones, ripios y arenas.



Acopio. El acopio del material deberá realizarse con cuidado, de manera de no introducir finos a él. En ningún caso se depositará sobre el suelo natural sin alguna protección contra el ingreso de finos.

b. Colocación en terreno. La colocación del material de relleno se hará cuidando de no destruir el medio filtrante granular o la tela geotextil que se haya recomendado para usar. Esto se asegurará mediante la disposición manual de las primeras capas de material drenante. Las etapas posteriores pueden depositarse por medios mecánicos mientras se asegure la integridad del medio filtrante o de la tela geotextil, según sea el caso. Esto se hará de acuerdo al criterio que disponga la Inspección Técnica de la Obra.

El material se colocará por capas de espesor no superior a 20 cm. en el caso de gravas y ripios, esparciéndolo de manera uniforme y evitando su segregación. Cada capa se compactará si es necesarios antes de colocar la siguiente. Los bolones se colocarán por capas de piedras individuales.

c. Control de la ejecución. Con el objeto de contribuir a la buena marcha de la faena durante el período de construcción, el Constructor deberá exponer a la Inspección su plan de trabajo en forma detallada, previo a la iniciación de ella.

El Constructor podrá hacer entregas parciales de la obra en cantidades señaladas en las Bases o las Especificaciones Técnicas Especiales, las cuales deben ser recibidas a entera satisfacción por la Inspección Técnica de la Obra.

5.1.6. Vegetación, pastos y plantas. La vegetación juega un papel importante en las obras alternativas de drenaje urbano. La selección de las plantas más adecuadas dependerá de las condiciones climáticas del lugar, el tipo de obra y sus usos posteriores, las condiciones de mantención a que estará sujeta la obra y los fines adicionales que se pretenda lograr para otros usos como recreación o paisajismo.

El principal rol de la vegetación es su papel decorativo, agregando atracción a las obras y evitando que se conviertan en elementos no deseados por el público. Para ello se debe conocer las condiciones de crecimiento y floración, los cambios de colores con las estaciones, tamaños, texturas y otras propiedades similares.

Además las plantas y pastos tienen un papel mecánico importante ya que estabilizan el suelo, protegen las márgenes de cuerpos con agua y evitan la formación de barro. Ciertas plantas pueden usarse para impedir el paso de personas y así evitar la compactación del suelo.



También debe considerarse que la producción de biomasa las hace formar parte de la cadena alimenticia, de manera que atraen pequeños animales, insectos, pájaros y reptiles, lo que agrega variedad a los elementos de los cuales forman parte.

No debe minimizarse la capacidad de depuración que poseen sobre todo las plantas acuáticas en estanques ya que contribuyen al consumo de nutrientes presentes en las aguas lluvias urbanas. De esta manera la vegetación acuática actúa como un agente de depuración natural asimilando ciertos metales en solución y componentes orgánicos. Además es un elemento regulador del desarrollo del fitoplancton, contribuyendo de esa forma a mantener los estanques limpios.

Las plantas y especies que se mencionan a continuación son sólo ejemplos de las que pueden emplearse para diferentes situaciones. Para cada caso existe una gran cantidad adicional cuya enumeración sobrepasa las características de Especificaciones Generales, las que deberán analizarse para ser incluidas en Especificaciones Técnicas Especiales para cada caso particular.

a. Pastos o hierbas. Los pastos se emplean en las cubiertas de diversas obras alternativas de drenaje, especialmente en casos en que ellas serán empleadas para otros usos. Se recomienda como coberturas para estanques de infiltración, pavimentos celulares, en las superficie sobre zanjas y pozos de infiltración, son parte básica de las franjas filtrantes, de los estanques de retención, canales de pasto y partes laterales de canales con vegetación.

En todos estos casos el pasto permite mejorar las condiciones de infiltración del suelo, minimizar la compactación excesiva, evitar la formación de barro y limitar la erosión en comparación con suelos desnudos. Además se pueden pisar, siempre que no se sometan a un excesivo trajín.

Ninguna especie de pasto es ideal para todos los casos. Los tipos erectos de mechones, como por ejemplo el género Festuca, forman un césped elástico pero que no se propaga muy rápido. Las especies de Agrostis crecen hacia afuera y luego erguidas, pero si se les estimula a desarrollarse más juntas mediante riego, abonado y cortes frecuentes, forman un césped fino y tupido. Las Gramineas rastreras como por ejemplo el género Poa tienen estolones o rizomas horizontales y se extienden para formar un césped vigoroso. Las especies de Lolium son efímeras y gruesas pero crecen con rapidez y resultan baratas. Phleum Pratense es rastrera y se usa en campos de deporte. Las semillas de césped que se encuentran en el comercio suelen contener una mezcla de varias especies para combinar distintas características y garantizar que al menos un componente prosperará en las diversas condiciones que



encontrará en las distintas partes del terreno. Por último una enfermedad que afecta a una de las especies no destruirá todo el césped.

La Tabla 5.1.1.1 presenta algunas especies recomendadas de gramineas para césped que pueden servir de guía para la selección de pastos en diferentes condiciones.

Tabla 5.1.1.1.- Especies recomendadas de gramineas para césped.

Nombre Suelo Situación (1) Características

Para climas suaves y húmedos Agrostis canina Húmedos D Hojas estrechas, densa, textura fina A. canina montana Húmedos D Hojas estrechas, densa, textura fina A. stolonifera Húmedos D, S Hojas estrechas pero variadas, densa, textura fina A. Tenuis Húmedos D Hojas estrechas, forma matas, textura fina Para climas frescos Cynosorus critatus Pobre, arcilloso D Hojas bastante anchas, forma penachos, tallos delgados, resistente al desgaste Deschampsia flexuosa Ácido D,S Hojas estrechas, penachos Festuca ovina vulgaris Poroso, ácido D Hojas aciculares duras, penachos resistente a la sequía Festuca rubra Poroso, ácido D Hojas aciculares duras, extensa,

resistente a la sequía Lolium Perenne La mayoría D Hojas anchas, erecta, tallos

delgados, crece rápido, efímera Phelum pratense La mayoría D Hojas anchas y blandas,

semipostrada, se recupera bien del uso

Poa Compresa La mayoría D,S Hojas finas, extensa, dura, resiste bajas temperaturas

Poa Trivialis Húmedos S Hojas anchas, extensa, no resiste uso, resiste bien el frío

Para climas cálidos Axonopus affinis La mayoría D,SS Hojas gruesas, extensa, parda en

invierno



Cynodon dactylon La mayoría D Hojas finas, muy extensa, herbácea, tolera la sal

Zoysia japonica La mayoría D,S Hojas bastante gruesas, extensa, herbácea, tolera la sal

Para climas áridos Bouteloua gracilis La mayoría P Hojas pequeñas, penachos,

extensa, inactiva en tiempo seco y muy caluroso

Buchloe dactyloides La mayoría seco P Hojas estrechas, rastrera, inactiva (café) en veranos muy calurosos, crece lento.

(1) D: descubierta, en espacios abiertos. S: a la sombra. SS: semisombra. P: a pleno sol

b. Plantas palustres. Las plantas palustres tienen sus raíces en suelo permanentemente húmedo o bajo agua, mientras los tallos, hojas y flores crecen sobre el nivel del agua. Este tipo de plantas requieren humedad permanente y como tales son ideales en zonas pantanosas, bordes de cauces y riberas de lagunas, también en estanques de pequeña profundidad.

Desde el punto de vista de su uso para obras alternativas de drenaje urbano se prestan para los bordes de estanques y lagunas de retención, el fondo de canales y zanjas con vegetación, en los cuales se pueden dar condiciones permanentes de humedad o agua corriente en el fondo.

Estas plantas como amantes de la humedad necesitan condiciones uniformes de crecimiento y florecen de manera espléndida cuando no corren el riesgo de sequías. Entre ellas hay especies tan conocidas como las azucenas, acónitos, especies de ajuga y Mimulus. Existen además especies hidrofilas que mueren si sus raíces se secan.

Entre las plantas palustres más pequeñas se encuentra el Anagallis tenella, el berro de prado, de 25 cm, y la Astrancia Carniolica Rubra de 40cm.

Entre las plantas palustres de mayor talla se encuentran los géneros Gunnera y Phormium. La Nalca, Gunnera manicata, produce ejemplares vigorosos con hojas enormes de 1,5m a 2m de diámetros sobre tallos de altura similar. Entre las de mejor floración están los lirios Iris kaempferi y sus formas, de 60 a 90 cm.



Si bien no se trata de plantas propiamente palustres, los siguientes arbustos típicos de la flora nacional, o endémicos, prosperan con facilidad en los márgenes de cuerpos de agua, corrientes o estancadas, aunque no requieren que el suelo se encuentre siempre con agua. Como tales podrían emplearse en las zonas más exterires de estanques, lagunas, zanjas o canales. Arrayán blanco o Myrceugenialla chequen, Sauce amargo, o Salix chilensis, Corcolén o Azara dentata, Arara serrata, Azara petiolaris, Azara celastrina, el Siete camisas, más conocida como ñipa, o Escallonia rubra, Lum o Escalonia revoluta, Chacay o Chacaya trimevis y el Chilco o Fucshia magallánica, entre otros.

c. Plantas para márgenes de lagunas. Especialmente para la zona litoral de lagunas en las cuales los suelos permanecen húmedos o son ocupados frecuentemente por el agua. Estas plantas son sobre todo ornamentales. En las lagunas, además de sus fines ornamentales y de purificación, tiene importancia para mantener la zona litoral en buenas condiciones, servir de cerco para la parte más profunda de la laguna, evitando que la gente pase a través de esta zona.

Plantas ribereñas bajas. Son las que miden menos de 30cm. Algunas encuentran su óptimo tanto en aguas superficiales como en suelo húmedo. Dos especies con rizomas son el aro palustre, Calla palustris, y el trébol de agua, Menyantehes trifoliata. Además se encuentran en este grupo la hierba centella, Caltha palustris, la menta de agua, Mentha aquatica, el nomeolvides de agua, Myososis palustris, la Cotula coronopifolia, y el Houttuyinia cordata entre otros.

Plantas ribereñas de tamaño medio. Se trata de plantas entre los 30 y los 60 cm. De las primeras en florecer de este tipo está la alisma de hoja estrecha (Alisma lanceolatum), el llantén acuático o pan de ranas y la Balldellia ranunculoides. Son plantas de aspecto muy similar, con rizomas, hojas parecidas y espigas dispersas de hasta 45 cm de alto.

Plantas ribereñas altas. Entre las más adecuadas de las que miden más de 60cm está la Pontederia cordata, una vistosa planta de 60 a 90 cm, con hojas lisas y con espigas de flores azules. Otras plantas con flores atractivas son los lirios. El Ranunculus lingua es un gigantesco ranunculo de flores amarillo intenso, con tallos de 90 cm.

d. Plantas acuáticas. En este caso se consideran las plantas ornamentales de flores y follaje flotante pero raíces ancladas, tales como los nenúfares, y las especies de Aponogetun para aguas profundas, las flotantes no ancladas y las subacuáticas están casi por completo dentro del agua y sobresalen unos pocos



centímetros. Estas plantas dan vida a la laguna y presentan variadas ventajas que las hace necesarias en la zona de agua permanente.

Plantas acuáticas de aguas profundas. Las principales plantas acuáticas de hojas flotantes son los nenúfares, de los que hay unas cincuenta especies y numerosas variedades cultivadas. Las especies resistentes tienen dos tipos de raíces: uno es un tubérculo rechoncho y erguido, con hojas y flores en su parte superior, y el otro un tubérculo rizomatoso, que crece horizontal como los lirios barbados. Entre otras plantas acuáticas aptas para una profundidad de 30 a 45cm se tiene Aponogeton distachyo, con hojas flotantes y flores blancas, muy aromáticas. Está también Nymmphoides peltata, que se extiende por la superficie del agua y parece un nenúfar en miniatura, con flores amarillas de cinco pétalos.

Plantas flotantes. Estas plantas son útiles para dar sombra al estanque en verano en la cual se cobijan pequeños insectos que sirven de alimento a los peces. Además la sombra impide el crecimiento de algas. Entre las especies flotadoras resistentes están la Azolla caroliniana y la filiculoides. La Hydricharis morsus es originaria de Europa, tiene hojas carnosas y es más apta para estanques de poca profundidad. La pita de agua, Stratiotes aloides, emerge solo para florecer y pasa el resto del tiempo pegada al fondo. La Trapa natans, castaña o abrojo de agua, es una planta anual, que prospera en aguas cálidas y superficiales.

Plantas acuáticas sumergidas. Este tipo de plantas desempeñan un papel fundamental para mantener el equilibrio en el estanque, que es el secreto de un agua limpia. Sus principales funciones son oxigenar y competir por la alimentación con plantas inferiores como las algas, evitando así su proliferación. Entre las plantas oxigenadoras con flor una de las más atractivas es la violeta de agua, Hottonia palustris. La hierba lagunera, Ranunculus aquatillis, es una planta que tolera tanto las aguas corrientes como las estancadas. La lentibularia, Utricularia vulgaris, necesita aguas tranquilas y bastante ácidas, como son los estanques en terrenos pantanosos con abundante arcilla.

La mayoría de las plantas sumergidas tiene florecillas insignificantes. Dentro de este grupo existen varias que se consideran entre las oxigenadoras más eficaces como son las especies de Miriophyllum, Callitriche hermaphroditica y pellustris.


5.2. FAENAS DE CONSTRUCCIÓN

La construcción de obras alternativas de drenaje urbano considera faenas típicas para obras de infraestructura en sectores urbanos. Algunas de estas obras pueden resultar de magnitud importante y consultar diversas faenas complejas. Sin embargo la mayoría se estima que pueden resultar en obras menores o complementarias de otras más importantes. El constructor organizará las faenas de manera de lograr el máximo de eficiencia y la mínima interrupción de otras actividades urbanas, incluyendo las faenas que considere necesarias para ello de acuerdo a las características de la obra, su ubicación y las condiciones del entorno.

Las faenas que se mencionan a continuación para obras alternativas de drenaje urbano tiene por objeto verificar que frente a situaciones particulares se consideren las opciones necesarias, sin pretender que todas ellas deban estar presentes en todas las obras propuestas.

5.2.1. Instalación. Previo a los inicios de los trabajos es necesario que el constructor considera la realización de una serie de actividades destinadas a facilitar la construcción. Esto supone pagar derechos, conseguir permisos, instalar puntos de referencia y otras labores.

Topografía. Debe considerarse un estricto control de los aspectos topográficos durante todas las etapas de la construcción. El constructor instalará a lo largo de la faena suficientes puntos de referencia como para facilitar la labor indicando en cada uno de ellos las coordenadas y cota referidas a un sistema general del proyecto. Deberán considerarse puntos fuera de las zonas afectada por las faenas, en lugares permanentes.

Derechos y permisos. Antes de comenzar las labores el constructor debe conseguir todos los derechos y permisos necesarios para ocupar el espacio dedicado a las faenas, incluyendo accesos, zonas de acopio, estacionamiento de vehículos y maquinarias.

La construcción en zonas urbanas ya desarrolladas a menudo requiere desplazar temporalmente otros servicios, postes, avisos, señalización en la vía pública. También puede ser necesario desplazar rejas, ocupar jardines o incluso construcciones menores. Cuando estos desplazamientos sean



definitivos, sobre todo en relación a otros servicios urbanos, ellos estarán considerados en el proyecto. Sin embargo es posible que para las labores de construcción y de acuerdo a los métodos o el equipo seleccionado sea necesario realizar desplazamientos temporales, para los cuales también es necesario conseguir los permisos correspondientes.

Trazado preliminar. Antes de comenzar cualquier faena el constructor deberá delimitar el área de trabajo, instalar protecciones si es necesario, proponer desvíos y accesos, instalar señalización, y verificar que la extensión de los trabajos estén de acuerdo al programa aprobado por la inspección.

Trazado definitivo. La transferencia de las líneas del proyecto y las cotas de los elementos desde los puntos de referencia al terreno es una responsabilidad del constructor. Esto lo puede hacer por cualquier medio que asegure la precisión requerida, procurando utilizar la tecnología y equipos más avanzados posible. Antes de comenzar faenas de excavación, relleno de fundaciones u hormigón el trazado y niveles deben ser aprobados por la inspección de la obra.

5.2.2. Seguridad. La seguridad es un aspecto que está presente en todas las actividades de la construcción y es una preocupación de todos los que intervienen, sin embargo es responsabilidad el constructor. Al organizar las faenas debe tenerse presente las restricciones que se imponen por efectos de la seguridad. Existe una cantidad importante de normas que regulan estos aspectos emitidas por el Instituto Chileno de Normalización, algunas de las cuales se citan en las Especificaciones Generales. El proyectista deberá agregar otras especiales, dependiendo de las condiciones de la faena y las características del trabajo.

Debe considerarse la seguridad especialmente ligada a las faenas de excavación, túneles, explosivos, colocación de enrocados, manejo de materiales peligrosos y trabajos en altura.

5.2.3. Preparación del terreno. En obras urbanas las actividades de preparación del terreno pueden ocupar parte importante del tiempo de construcción y encarecer enormemente el costo de la obra.



En muchos casos el constructor es responsable de dejar el terreno en las mismas condiciones en que se encontraba antes de las faenas, siendo necesario reponer pavimentos, veredas, señalizaciones, jardines y todos los elementos que puedan haber sido afectados o deteriorados durante las faenas. En algunos casos puede ser importante antes de comenzar tener evidencia de las condiciones iniciales, mediante fotografías, videos u otros testigos.

Se consideran como labores de preparación del terreno el despeje, descepe, remoción de vegetación, remoción de capa de terreno vegetal, construcción de accesos y desvíos, control de drenajes existentes, ubicación, protección o reubicación de servicios existentes, cortes de pavimentos.

Despeje, descepe y remoción de la capa vegetal. Considerar la remoción de árboles si es necesario, y todos los elementos que no estén considerados en el proyecto definitivo, incluyendo la demolición de estructuras. Todos estos materiales que no se emplearán en la construcción deben destinarse a lugares apropiados.

Accesos. Los accesos deben considerar el mínimo impacto a las propiedades adyacentes

Servicios. Antes de iniciar faenas de excavación en terrenos urbanos ya desarrollados debe conocerse con precisión la ubicación de los servicios, para evitar daños o conflictos potenciales. En algunos casos puede ser importante considerar medidas de emergencia ante eventualidades o roturas inesperadas.

5.2.4. Excavaciones. El constructor seleccionará el método y el equipo de excavación más apropiado para las faenas. Este tipo de actividades puede ser la que más tiempo ocupe durante la construcción de obras alternativas de drenaje urbano, por lo tanto debe poner especial cuidado en su organización.

Cuando el material producto de la excavación no va a ser empleado posteriormente debe procederse a su retiro de la faena a lugares de depósito previamente autorizados. Si va a ser empleado posteriormente para el relleno debe disponerse de lugares de almacenamiento temporal que no entorpezcan otras actividades.

La excavación de obras de drenaje debe iniciarse desde aguas abajo y procederse hacia aguas arriba, para facilitar el drenaje del frente de trabajo.



5.2.5. Rellenos. Antes de iniciar las labores de relleno debe haberse aprobado por parte de la inspección de la obra los sellos de fundación o los niveles de la excavación u otros elementos que vayan a quedar cubiertos por el material del relleno.

También debe considerarse que el material a emplear en el relleno haya sido aprobado previamente.

Antes de proceder al relleno de excavaciones el constructor debe disponer de los métodos y equipos de compactación, programar la cantidad y oportunidad de los ensayos de laboratorio y la toma de muestras necesarias, así como todo lo relacionado con el sistema de control para no interrumpir el avance de la faena.

5.2.6. Elementos de hormigón. En general los elementos de hormigón dispuestos en las obras alternativas de drenaje urbano constituyen puntos o secciones de control del sistema de drenaje. En ellos es importante un control de la cota de orificios, aberturas, umbrales además de las dimensiones interiores.

Emplantillados. Cuando las obras de hormigón se apoyan sobre el suelo es común disponer de una capa de emplantillado de ripio o grava apisonada u hormigón de menor calidad sobre la cual se apoya el hormigonado definitivo.

Moldajes. Los moldajes deben estar firmes, con apoyos suficientes para no experimentar movimientos durante la faena de hormigonado. Antes de proceder al vaciado del hormigón las dimensiones de los elementos debieran ser verificadas por la Inspección Técnica de la Obra, ITO.

Enfierraduras. Las enfierraduras deben esta colocadas y afirmadas en su posición de manera que no se desplacen durante el hormigonado. Las dimensiones, espaciamientos y cantidades deben ser verificadas antes de hormigonar.

Insertos. Si es necesario colocar insertos para el posterior anclaje de elementos adicionales como compuertas, tuberías, guías, rejas, marcos, y similares, deben estar colocados y afirmados a la enfierradura previamente al vaciado del hormigón, si están considerados en el proyecto.

5.2.7. Enrocados, gaviones, cubiertas y protecciones superficiales. La colocación de protecciones de enrocados, gaviones, cubiertas y otro tipo de



protecciones superficiales conviene hacerla en las últimas fases de la construcción. Es importante que se hayan verificado la colocación de elementos de apoyo como filtros para el enrocado, los gaviones, o debajo de las cubiertas de obras de infiltración que las requieran. La calidad de las terminaciones de estas superficies puede tener un efecto destacado sobre la calidad estética de la obra, de manera que se recomienda considerarlos también como elementos del paisaje definitivo del lugar. Los gaviones pueden ser una buena alternativa para el enrocado en lugares en que no se disponga de roca del tamaño o calidad necesaria.

5.2.8. Vegetación y césped. Una vez terminadas las obras de carácter subterráneo y superficial de drenaje, así como definidas las cotas de las superficies definitivas, se puede proceder a la colocación de la capa vegetal de acuerdo a las condiciones definidas en el proyecto.

Sistema de riego. Si se considera una sistema de riego las tuberías y elementos de control, como válvulas, deben encontrarse colocadas.

Tierra de hojas. Antes de esparcir la tierra de hojas debe aprobarse la terminación superficial del lugar en cuanto a cotas, sistema de riego, y todos los elementos que puedan quedar tapados. Generalmente se consulta colocar la tierra de hojas sobre una pequeña capa de arena.

Siembra de césped. La semilla debe ser aprobada por la inspección antes de proceder al sembrado. Considerar todas las faenas necesarias hasta lograr el crecimiento del pasto y el primer corte. Si es necesario, resembrar en lugares en los que no haya crecido el pasto.

5.2.9. Elementos especiales y para otros usos. Una vez que se encuentren las labores de movimiento de tierras y hormigones terminados se procede a la colocación de elementos especiales y de otros usos.

Válvulas, rejas, compuertas. Colocarlas considerando la pintura necesaria para terminarlas una vez instaladas.

Otros elementos. Pueden formar parte del proyecto de drenaje todas las obras complementarias para aprovechar el espacio con otros fines. Esto incluye la colocación de rejas, bancos, iluminación, veredas, y obras complementarias consideradas en el proyecto.

5.2.10. Limpieza y retiro. El constructor debe considerar entre las faenas la limpieza del lugar, incluyendo el retiro de todo material no utilizado, restos



de la construcción, instalaciones provisorias, de manera de dejarlo en condiciones de ser usado por la comunidad.

5.2.11. Lista de verificación. Se incluye a continuación una lista de las faenas típicas de construcción de obras alternativas para que sirva de verificación en casos particulares. No todas ellas deben incluirse en todas las obras, pudiendo agregarse otras en casos especiales.

Instalación Topografía Derechos y permisos Trazado preliminar Trazado definitivo Seguridad Preparación del terreno Descepe, despeje y remoción Accesos Servicios Excavaciones Rellenos Hormigón Emplantillados Moldajes Enfierraduras Insertos Hormigonado Desmolde Enrocados, gaviones, cubiertas y protecciones Vegetación y césped Sistema de riego Tierra de hojas Siembra y plantación Elementos especiales y para otros usos Válvulas, compuertas y rejas Otros usos Limpieza y retiro


Capítulo 6

MANTENCIÓN DE OBRAS

Se propone establecer y desarrollar un programa de mantención de las obras alternativas orientado a asegurar su funcionamiento adecuado y eficacia


6. MANTENCIÓN DE OBRAS

durante su vida útil, de manera de lograr su aceptación por parte del público. El programa de mantención debe adaptarse a cada tipo de obra, ser regular y pragmático. Para ello debe considerarse la mantención desde el momento de la concepción de las obras.

La responsabilidad por la adecuada mantención de las obras recae sobre el propietario de ellas, el cual será a quien corresponda el dominio del terreno en el cual estén emplazadas. La responsabilidad por la labores de aseo y ornato es habitualmente municipal. La conservación técnica propiamente tal, tratándose de vías públicas, como calles, avenidas, pasajes, veredas y similares, es de responsabilidad del SERVIU o de la empresa concesionaria del servicio respectivo. Algo similar podría ocurrir con las obras alternativas de drenaje urbano de aguas lluvias, sin embargo es necesario que esta responsabilidad se establezca claramente desde el punto de vista legal. Si las obras se encuentran en recintos privados, la responsabilidad por su mantención es del propietario o de quienes detenten legalmente el recinto.

Este tipo de obras alternativas, por estar orientadas a la disposición local de las aguas lluvias, pueden aparecer profusamente repartidas en un territorio urbano relativamente amplio, y encontrarse en cantidades importantes, aunque cada una de ellas sea de pequeñas dimensiones. A ello se agrega que es fácil que pasen desapercibidas debido a que muchas pueden estar bajo la superficie y otras por su propio diseño confundirse con otros usos. Otra propiedad que afecta la mantención es que se trata de obras que operan esporádicamente, sólo cuando ocurren tormentas. Entonces es claro que es necesario para su mantención disponer de un plan ordenado y acucioso para lograr éxito.

La mayoría de estas obras evoluciona con el tiempo y presentan características especiales, están abiertas al público y deben integrarse a un tejido urbano complejo, de donde nace la necesidad de mantener una cierta calidad estética y evitar los inconvenientes ambientales que pueden generar malos olores, suciedad y color indeseado del agua.

Las principales necesidades de mantención están relacionadas con la vegetación, la extracción de basuras y objetos extraños, la remoción de sedimentos y las inspecciones periódicas para comprobar que la obra y sus elementos de encuentran en condiciones operativas.

Todas estas obras operan en forma automática, sin operador, ni advertencia en cuanto a la oportunidad en que debe funcionar. Esto hace que recaiga sobre las labores de mantención la responsabilidad de que la obra se encuentre en condiciones de funcionar como se espera que lo haga.



Las necesidades de mantención tienen que considerarse en el diseño de las obras, de manera de evitar desde las primeras etapas posibles conflictos, o proponer obras cuyos inconvenientes de mantención las conviertan en inoperantes al poco tiempo de su inicio de operación. Es por ello que en el diseño y selección de las obras se han incluido para cada una de ellas los principales aspectos que debieran tenerse en cuenta sobre la mantención típica de este tipo de obras al momento de diseñarlas.

El programa de mantención que se propone para las obras alternativas se basa en tres aspectos.

Inspección

Mantención habitual de aseo y ornato

Mantención especial o reparaciones


6.1. INSPECCIÓN

Uno de los aspectos importantes de la mantención es la observación frecuente del funcionamiento y estado de la obra en condiciones de operación, de acuerdo a todos los fines que se persiguen con ella, a partir de lo cual se podrá establecer de manera más precisa la frecuencia de las inspecciones y los trabajos a realizar en el programa de mantención.

La inspección de la obra tiene por objeto verificar que opera en las condiciones de diseño, comprobar que la mantención es adecuada, o proponer modificaciones en caso contrario. Un buen aporte para ello es recoger comentarios, quejas o reclamos de los vecinos sobre aspectos que deban mejorarse. Revisar las necesidades de reparaciones o arreglos mayores y proponer su realización.

Ficha de inspección. Para organizar las inspecciones se propone una ficha de inspección que se llenará cada vez que se inspeccione una obra y en la cual se registrarán los aspectos que deban modificarse de la mantención habitual o se indicarán las necesidades de reparación.

La ficha que se propone contiene los siguientes apartados que deben llenarse: identificación, ubicación, condiciones de la inspección, aseo y ornato, prevención, reparaciones y observaciones.

Identificación. Con el objeto de facilitar la identificación de las obras en terreno y visualizar sus principales características por parte del personal de mantención, se propone emplear un código de identificación en el cual se resuman estas propiedades. Este código se colocará en una placa, o se dibujará en relieve sobre elementos de cemento, en lugares visibles de la obra, como muros de hormigón, tapas de inspección , pavimentos, o en un hito especialmente construido para ello. La forma en que se coloque el código y el lugar será propuesto por el constructor y aprobado por la inspección técnica.

El código que se propone resumen el tipo de obra, el propietario, si es una obra aislada o forma parte de un conjunto y el año de construcción, de acuerdo a la siguiente nomenclatura:

Código = TO-P-T-AÑO



donde TO son dos letras que indican el tipo de obra de acuerdo a los siguientes valores:

EI Estanque de Infiltración.

ZI Zanja de Infiltración.

PI Pozo de Infiltración.

PP Pavimento Poroso.

PC Pavimento Celular.

ER Estanque de Retención.

LR Laguna de Retención.

CP Canal de Pasto.

CG Canal de Vegetación.

FF Franja Filtrante.

ZF Zanja Filtrante.

SE Sedimentador.

CV Caída Vertical.

CE Caída de Enrocados.

La letra P, para identificar al propietario, podrá tomar los siguientes valores:

F Fiscal, si el propietario del terreno es el estado.

M Municipal, si se encuentra en la vía pública.

I Institucional, al interior de terrenos institucionales.

P Privada.

La letra T se refiera a si la obra es aislada o forma parte de un conjunto:

A Asilada, es decir opera sola.

GS Forma parte de un grupo con otras obras en serie.

GP Forma parte de un grupo con otras obras en paralelo.

El año corresponde a aquel en el cual se termina la construcción de la obra, o se pone en servicio. Deben incluirse los cuatro dígitos. Ejemplo 1997, 2001, etc.



Por ejemplo si se trata de una zanja de infiltración que queda en la vía pública y se proyecta en conjunto con otras zanjas para edificios cercanos, terminándose su construcción en 1996, le corresponde el código:

ZI-M-GP-1996

MINISTERIO DE LA VIVIENDA Y URBANISMO

Obras Alternativas de Drenaje Urbano

FICHA DE INSPECCIÓN

IDENTIFICACIÓN DE LA OBRA:

CÓDIGO..........................................................................................................................

TIPO................................................................................................................................

PROPIETARIO...............................................................................................................

COMUNA..........................................................................................................................

CONJUNTO HABITACIONAL O LOTEO.....................................................................

ARREA SERVIDA SEGÚN PROYECTO.....................................................................m2

UBICACIÓN:

Calle.................................................................................................................................

Acceso por.................................................................................€ Público � Privado

Ultima inspección anterior realizada el.................de...... ....................de.........................

INSPECTOR....................................................................FIRMA.........................................

FECHA......../........../........... � Rutina � Especial

Condición climática durante la inspección. � Sin lluvia � Con Lluvia



OBSERVACIÓN DE LAS CONDICIONES DE ASEO Y ORNATO

Califique las labores de mantención que se indican:

Riego del pasto y vegetación � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

Corte de pasto � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

Recolección y retiro de basura � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

Remoción de sedimentos � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

Limpieza de superficies � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

Olores y calidad del agua � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

En general el aseo es � Adecuado � Insuficiente � No se aplica

Observaciones y recomendaciones........................................................................................

................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................



...............................................................................................................................................

................................................................................................................................................

RECOMENDACIONES DE MANTENCIÓN PREVENTIVA

Indique si es necesario realizar alguna de las labores siguientes y evalúe aproximadamente la magnitud del trabajo en cada caso.

� Si � No Siembra de césped, en m2..................................................................

� Si � No Pintura de elementos de acero, en m2................................................

� Si � No Pintura de elementos de hormigón, en m2.........................................

� Si � No Control de vegetación indeseada, en m2............................................

� Si � No Limpieza de alcantarillas, en número................................................

� Si � No Limpieza de sumideros, en

número....................................................

� Si � No Limpieza de cámaras, en

número....................................................

� Si � No Limpieza de cunetas, en

metros....................................................

� Si � No Limpieza de canales o zanjas, en

metros...........................................



� Si � No Limpieza de caídas, en

número....................................................

� Si � No Otras reparaciones menores como tapas de

cámaras, erosiones, y similares,

(especifique)....................................................................................

Observaciones y recomendaciones........................................................................................

................................................................................................................................................

................................................................................................................................................

.

REPARACIONES DE IMPORTANCIA

� Si � No Movimiento de tierras. Excavaciones, rellenos, terraplenes y similares. Indique..................................................................

� Si � No Obras de hormigón. Pavimentos, radier, muros, y similares Indique.............................................................................................

� Si � No Obras de acero sin mecanismos. Tubos, rejas, barandas, y similares Indique......................................................................................

� Si � No Obras de acero con mecanismos. Válvulas, compuertas y similares Indique......................................................................................

� Si � No Otras reparaciones mayores que considere necesarias. Indique......................................................................................



Frecuencia. La frecuencia con que deben realizarse las inspecciones dependerá del tipo de obra y sus condiciones de operación, las que están dadas por el tamaño de la zona servida, le exposición de la obra a otros usos y las condiciones climáticas del lugar. Como referencia pueden considerarse las frecuencias recomendadas en la Tabla 6.1.1, las que podrán modificarse a partir de la experiencia que se adquiera en las primeras inspecciones.

Tabla 6.1.1: Frecuencia de las inspecciones, por año, según el tipo de obra y ubicación.

Región I a III IV a VI y M VII a X XI y XII Obra alternativa Obras de infiltración Estanques 1 2 3 2 Zanjas 1 2 3 2 Pozos 1 2 3 2 Pav. Porosos 2 2 2 2 Pav. Celulares 2 2 2 2 Obras de almacenamiento Estanques 1 2 4 2 Lagunas 1 2 4 2 Obras Anexas Franjas filtrantes 1 1 1 1 Zanjas con vegetación 1 2 2 2 Canales de pasto 1 2 2 2 Canales con vegetación 1 2 2 2 Caídas 1 2 2 2 Sedimentadores 2 4 4 4

Cámaras de inspección 2 4 4 4


6.2. ASEO Y ORNATO

La conservación habitual de este tipo de obras es fundamentalmente de aseo y ornato, es decir mantener limpias las superficies cercanas y resolver los problemas estéticos y ambientales frecuentes.

Estas labores de mantención debieran estar relacionadas con el entorno en el cual se emplaza la obra, de manera que no sean exclusivas de ellas, sino que corresponda a un conjunto, por ejemplo al área verde, parque o plaza, las calles, o los jardines públicos o privados relacionados con ella. De esta forma la mantención de las obras de drenaje en cuanto a su aseo y ornato debiera estar incorporada a las labores típicas de los servicios de la comunidad en su conjunto.

Las principales labores de mantención son la limpieza y retiro de basura, el cuidado de la vegetación y la extracción de sedimentos. A continuación se analizan estas tareas.

6.2.1. Cuidados del césped y vegetación. Entre las labores rutinarias habituales debe considerarse el cuidado de la vegetación que cubre la superficie de muchas de estas obras. Se ha mencionado que una cubierta vegetal formada por pastos sanos son la mejor solución para la erosión de los suelos, y además proporcionan múltiples beneficios urbanos para otros usos.

Riego y corte. Esta es una de las labores habituales de mantención que no debe descuidarse. En el diseño de las obras se considera el sistema de riego y el tipo de vegetación adecuada para el lugar. En lo posible el riego debiera ser automático. No debe ser excesivo evitando que se produzcan derrames.

Es conveniente mantener el pasto de un largo no superior a 10 cm. Las superficies de césped deben diseñarse para poder emplear maquinaria adecuada en el corte.

La frecuencia de riego y corte de pastos depende de las condiciones climáticas del lugar y el tipo de vegetación. A continuación se recomiendan frecuencias de referencia para ambas labores, las que se podrán modificar de acuerdo a la inspección de la obra durante la primera temporada.



Tabla 6.2.1: Frecuencias básica de riego y corte de pasto, veces por mes.

Región Riego de superficie de pasto Corte de pasto Mayo-Agosto Sept.-Marzo Mayo-Agosto Sept.-Marzo

Primera 3-5 4-6 1 2 Segunda 3-5 4-6 1 2 Tercera 3-5 4-6 1 2 Cuarta 2-3 3-5 1 2 Quinta 1-2 3-5 1 1-2 Metropolitana 1-2 3-5 0-1 1-2 Sexta 1-2 3-5 0-1 1-2 Séptima 0-1 3-5 0-1 1-2 Octava 0-1 2-4 0-1 1 Novena 0-1 2-4 0 1 Décima 0-1 2-4 0 1 Decimoprimera 0-1 1-3 0 1

Decimosegunda 0-1 2-3 0 1

En las zonas en que el cuidado del pasto resulte muy oneroso se puede recurrir a otro tipo de cubierta para las obras alternativas que lo requieran, de acuerdo a las recomendaciones que se hacen para el diseño de las obras.

Fertilización. Para mantener una vegetación sana puede ser necesario la fertilización del suelo, dependiendo de las carencias que este presente y las especies vegetales plantadas. En el diseño de la obra debiera hacerse una recomendación general inicial en este sentido para ser contrastada durante la inspección.

Resembrado. Eventualmente puede ser necesario resembrar pequeñas zonas de pasto en lugares sometidos a erosión o que lo hayan perdido por exceso o falta de humedad.

6.2.2. Extracción de sedimentos. La extracción de sedimentos desde las obras alternativas puede transformarse en una de las labores de mantención más exigentes. El problema es que los sedimentos disminuyen la capacidad de infiltración y de almacenamiento de las obras reduciendo se efectividad, y además se transforman en una de las principales causas de deterioro ambiental.

Deben hacerse todos los esfuerzos de diseño para evitar que a las obras lleguen cantidades importantes de sedimentos, para minimizar los problemas de mantención. Esto se puede lograr mediante las siguientes acciones: a) las superficies drenantes a la obra deben estar habitualmente limpias, para lo cual



es conveniente favorecer la recolección de las aguas lluvias directamente desde techos y superficies similares, b) debe favorecerse que los suelos de las superficies que drenan no estén desnudos, evitando la erosión, c) promover la limpieza de calles y espacios públicos, evitando la acumulación de sedimentos y basuras que puedan ser arrastrados por el agua.

Si las acciones mencionadas no se pueden adoptar y a pesar de todos los cuidados llegan sedimentos a las obras, estos deben ser retirados antes que su acumulación genere inconvenientes mayores. La frecuencia con que debe hacerse depende de la obra, las características de la cuenca aportante y de los factores antes señalados. La Tabla 6.2.2 muestra una proposición general para estas labores, las cuales podrán ser modificadas para cada caso particular de acuerdo a los resultados de la inspección.

Tabla 6.2.2: Labores de extracción de sedimentos según el tipo de obra.

Obra alternativa Frecuencia de la extracción Obras de infiltración Estanques 1 a 5 años, sobre todo el estanque, o cuando se acumulen más de 3 cm de sedimentos en algún lugar. Zanjas 1 a 5 años, en la superficie de la cubierta, o antes si los sedimentos tapan la cubierta. Pozos 1 a 5 años, en la superficie de la cubierta, o antes si esta se obstruye. Pav. Porosos 1 a 5 años. En la medida en que se acumulen. Pav. Celulares 1 a 5 años. En la medida en que se acumulen. Obras de almacenamiento Estanques 1 vez al año, o cuando se acumulen sedimentos en el canal de flujos bajos o en el sector de sedimentación. Lagunas 5 a 20 años. Antes si los sedimentos aparecen sobre el nivel del agua permanente. Obras Anexas Franjas filtrantes 1 a 5 años, o antes si se observan sedimentos sobre la superficie en capas de más de 3 cm. Zanjas con vegetación 5 a 20 años. Antes si los sedimentos impiden el crecimiento de las plantas.



Canales de pasto 5 a 20 años. Antes si los sedimentos impiden el crecimiento de las plantas. Canales con vegetación 5 a 20 años. Antes si los sedimentos impiden el crecimiento de las plantas. Caídas 1 a 5 años. Antes si los sedimentos alteran la estética. Sedimentadores 1 a 6 meses o cuando se llene el 20% del volumen total Cámaras de inspección 1 a 6 meses dependiendo de los aportes. Retirar los sedimentos cuando sobrepasen el nivel de los tubos.

6.2.3. Limpieza y retiro de basuras. Las obras no requieren de una labor de limpieza especial más allá de las que habitualmente se realiza en espacios de uso público, por lo tanto esta labor debe desarrollarse en conjunto con la del entorno en el cual se ubican las obras de drenaje. Sin perjuicio de lo anterior, por tratarse de lugares que reciben agua, es posible que acumulen basuras y elementos extraños arrastrados por éstas durante las tormentas y por lo tanto requieran de una atención más cuidadosa.

El retiro oportuno de basuras, y las medidas destinadas a que se acumulen, o el público ocupe las obras para ello, deben ser especialmente rigurosas en las obras que presentan depresiones del terreno, como los estanques de infiltración, canales, zanjas filtrantes, estanques y lagunas de retención, sedimentadores y cámaras de inspección.


6.3. PREVENCIÓN Y REPARACIÓN Este tipo de labores depende de las obras, su uso y exposición al deterioro.

En todo caso ciertas labores preventivas se pueden considerar como parte de la rutina de mantención, antes que se produzca la falla de la obra, o en la medida en que se observen efectos apreciables sobre su operación. A continuación se mencionan las labores de prevención que pueden consultarse para cada obra.

Estanques de infiltración. Estos estanques pueden perder su capacidad de infiltración si la cubierta vegetal es afectada por el exceso de humedad, transformando zonas filtrantes en barro. En estos casos se debe reemplazar la vegetación por especies resistentes a la humedad permanente, cambiar la cubierta por otro tipo como maicillo o gravilla, o pavimentos celulares. En casos extremos se puede cubrir la zona afectada con pavimentos de adoquines, hormigón o asfalto, transformando ese sector en una especie de pileta o laguna, siempre que ello no afecte a más del 10% de la superficie del estanque.

Estas labores deben hacerse en la medida en que la inspección detecte problemas de esta naturaleza.

Zanjas de infiltración. Las labores de prevención están destinadas a permitir el ingreso de agua a la zanja y evitar que los sedimentos colmaten la cubierta o los filtros.

En el caso de zanjas alimentadas por la superficie deben eliminarse los finos de la cubierta y del filtro, removiendo las capas superficiales y colocando elementos limpios o nuevos, incluyendo el geotextil si se encuentra colmatado.

En el caso de zanjas alimentadas por tubos desde cámaras deben removerse los finos de las cámaras.

En ambos casos se recomienda limpiar las superficies drenadas por la zanja, de manera de evitar que lleguen sedimentos a ella.

Pozos de infiltración. Limpiar los dispositivos filtrantes en las capas de cubierta si el pozo es alimentado desde la superficie, reemplazando si es necesario el filtro y el geotextil por otros limpios. También se recomienda limpiar las superficies drenadas por la zanja, de manera de evitar que lleguen



sedimentos a él. Remover el lodo y los sedimentos atrapados en los decantadores y cámaras si existen.

Pavimentos porosos. Para recuperar la capacidad filtrante de la superficie del pavimento, en caso de pavimentos asfálticos, cuando el agua se acumula en la superficie y no escurre al interior del pavimento, se debe eliminar el material colmatante de la capa superficial. Esto se puede hace mediante diversos procedimientos alternativos, dependiendo del equipo disponible y del estado del pavimento. Entre los procesos para efectuarlo se consideran los siguientes

Presión, aspiración del material colmatante con aspiradoras industriales

Fresado de la superficie para eliminar la capa superficial colmatada

Termorreciclaje del pavimento asfáltico para reutilizar sus componentes en una nueva capa de similares propiedades a la original

Las labores propuestas son relativamente costosas, deben efectuarse con equipamiento especial y por lo tanto su frecuencia depende de la justificación de recuperar el pavimento poroso.

Pavimentos celulares. En sectores que hayan perdido la capacidad de infiltración, en los cuales se acumule agua en la superficie sin drenar hacia el interior, puede requerirse el reemplazo del estrato de filtro superficial. Para ello deben removerse los bloques individuales, la capa superficial de pasto o cubierta, y el filtro colmatado, el cual se reemplaza por otro de condiciones similares a las originales. Una de las ventajas de los pavimentos celulares es que este tipo de labores pueden afectar espacios reducidos sin interferir con el resto, y es una labor de bajo costo. En algunos casos puede ser necesario solo reemplazar la cubierta y reponer el césped, o ahuecar la capa de tierra vegetal entre los bloques celulares.

Estanque de retención. En este caso es importante prestar atención al efecto sobre los usos alternativos y las condiciones ambientales.

Como una labor preventiva se recomienda verificar la existencia de olores, insectos y vegetación no deseada asociada a aguas estancadas en las partes bajas. Proceder a la aplicación de insecticidas, herbicidas y la eliminación de agua estancada.



Remover los sedimentos acumulados en el interior del estanque, principalmente en la entrada y el fondo.

Lagunas de retención. Las labores de mantención preventiva se orientan a la operación de la laguna y sus condiciones ambientales. Se debe controlar los problemas de malos olores, insectos, crecimiento excesivo de malezas con la aplicación de insecticidas y herbicidas si es necesario. Remover el exceso de plantas acuáticas y disponer de ellas fuera de la laguna en lugares apropiados.

Canales de todo tipo. En sectores en los cuales se observen efectos de erosión generalizada, inestabilidad de taludes o erosión localizada ligada a obras especiales, debe procederse a su protección mediante elementos resistentes, como enrocados, antes que las áreas afectadas aumenten. También puede ser necesario agregar gradas para disminuir la pendiente y bajar las velocidades.

Cámaras de inspección. Es recomendable revisar las tapas y reemplazar las que muestren deterioros o agrietamiento.


Capítulo 7

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

a. Criterios de diseño. El empleo de obras alternativas para el drenaje urbano de aguas lluvias requiere un cambio en los criterios con que se aborda normalmente el drenaje urbano. Habitualmente se enfocan las soluciones de manera de evacuar de la manera más rápida y por los caminos más cortos las aguas lluvias que caen en un lugar. Esta forma de abordar el problema genera inconvenientes hacia aguas abajo al aumentar el impacto de la urbanización sobre los cursos receptores, sean estos naturales o artificiales. La obras propuestas se orientan a aumentar el almacenamiento temporal de las aguas y favorecer su infiltración en el suelo en los lugares que ellas se producen, contrarrestando el efecto que generan la impermeabilización de las superficies urbanizadas.

b. Alcance de las soluciones. Todas estas obras alternativas de drenaje están orientadas a abordar los inconvenientes locales, generados por las aguas lluvias en el mismo lugar que ellas se generan, y en ningún caso hacerse cargo de todos los problemas de inundación que pueden producirse en una ciudad. Es por ello que esta obras deben considerarse más como un complemento a la red de drenaje natural de espacios más amplios, o a las soluciones de drenaje en base a redes artificiales en las ciudades. Esto requiere que al intentar abordar las soluciones de drenaje de aguas lluvias en un sector se diferencien los problemas generados por aguas de otra naturaleza, como canales de riego, o desborde de cauces naturales, agua subterránea, o excesos de aguas lluvias que llegan desde otros sectores, de los provocados por las aguas lluvias que caen sobre el sector en cuestión. Es muy difícil que el tipo de obras que aquí se han prepuesto puedan abordar soluciones de problemas más amplios y en ningún caso debiera pretenderse hacerse cargo de las inundaciones provocadas por el desborde de cauces naturales, independientemente de su tamaño. Este otro tipo de problemas debiera enfrentarse con otros métodos y obras, consideradas en la confección de planes generales de solución de los problemas de inundaciones urbanas a nivel comunal o más amplio, los que serían elaborados por los Ministerios de Obras Públicas y de Vivienda y Urbanismo, si se aprueba el proyecto de ley actualmente en trámite en el Congreso Nacional (1996).

Los principales objetivos de las obras alternativas propuestas son el disminuir los caudales máximos y los volúmenes escurridos generados por las aguas lluvias en las zonas urbanas. El primero permite disminuir la capacidad de transporte de las redes de drenaje hacia aguas abajo, o emplear redes ya existentes sin colapsarlas por los nuevos aportes. El segundo se orienta a la



diminución del volumen y permite mejorar las condiciones de almacenamiento de esos mismos sistemas. Estos dos efectos son especialmente relevantes en los sectores de expansión urbana contribuyendo a eliminar o minimizar los problemas generados por las urbanizaciones.

c. Otros objetivos. Existen además varios objetivos secundarios o beneficios adicionales que se generan con este tipo de obras. Entre ellos está el disponer de mejores espacios abiertos para fines públicos como recreación y paisaje, el mejoramiento de la calidad de las aguas lluvias afluentes desde zonas urbanas y la recarga de los acuíferos de agua subterránea. En muchos casos estos objetivos adicionales pueden ser más importantes para el publico que los principales considerados cuando se proyectan las obras. Si bien muchas de estas obras podrían diseñarse con el fin de mejorar la calidad de las aguas lluvias urbanas, en esta guía sólo se ha considerado los objetivos que tienen un efecto físico sobre los caudales y los volúmenes.

Un problema especialmente complejo en la adopción de soluciones para las aguas lluvias es la determinación de un periodo de retorno de diseño de cada obra en particular. En esta Guía se recomiendan valores de diseño dependientes del tipo de obra y de las condiciones locales generales de la red de drenaje, en espera de que los planes maestros de cada zona urbana propongan criterios de diseño específicos para ellas. Está claro que la adopción de obras extremadamente simples disminuyen los costos de construcción pero aumentan los costos derivados de los daños no evitados durante la vida útil de la obra. Por otra parte obras de dimensiones muy grandes pueden evitar casi todos los daños pero resultan excesivamente onerosas. En una juiciosa decisión intermedia debiera estar la adopción de un periodo de retorno de diseño. El principal inconveniente en este esquema es la evaluación económica de los daños generados por las aguas lluvias, muchos de los cuales son difíciles de precisar en términos monetarios y deben considerar innumerables externalidades difíciles de evaluar en términos económicos. Por otra parte las pequeñas dimensiones de muchas de estas obras no justifican una acabado estudio o investigación para precisar sus dimensión. Por ahora se debe recurrir a recomendaciones generales en espera de procedimientos que incorporen de manera más precisa los efectos de las aguas lluvias.

Desde el punto de vista económico la mayoría de los beneficios que reportan las soluciones alternativas de problemas de aguas lluvias urbanas están relacionados con la calidad de vida de las personas afectadas. La evaluación económica de los beneficios y costos está directamente afectada por el



ingreso medio de los habitantes de una zona. En este sentido muchas de estas obras se justificarán económicamente en la medida en que se mejore el ingreso per cápita del país y se incrementen los niveles de desarrollo. También es posible observar que los beneficios pueden ser apreciados desde el punto de vista social, el mejoramiento de la calidad de vida de sectores de escasos recursos, o el mejoramiento de barrios deprimidos desde el punto de vista comercial.

Finalmente es conveniente considerar que las obras alternativas de drenaje urbano de aguas lluvias afectan la escorrentía total de la cuenca en la cual se insertan, de manera que su diseño debiera considerarse a nivel global considerando la cuenca como una unidad. Una política general que parece razonable para guiar las decisiones es considerar que las obras alternativas de disposición local de las aguas lluvias, ya sea mediante infiltración o retención temporal, debieran hacerse cargo del incremento de escorrentía que genera la urbanización al impermeabilizar las superficies, de manera de no afectar, o no incrementar, el caudal que se produce hacia aguas abajo, evitando de esta forma las externalidades negativas de la nueva urbanización sobre esos sectores.

d. Empleo de la Guía. Esta Guía propone soluciones alternativas para los problemas de aguas lluvias en sectores urbanos, desarrollando aspectos de diseño así como generales y complementarios para abordar de manera completa las soluciones propuestas. La parte principal de esta Guía está dedicada a la selección y diseño de obras que puedan adaptarse a diferentes situaciones específicas para la solución de problemas concretos. Adicionalmente se presentan y discuten aspectos generales que orientan las soluciones y se entrega información complementaria y antecedentes para el dimensionamiento de las soluciones. La lectura de estos capítulos dedicados a antecedentes específicos de hidrología, suelos, clima, urbanismo y legal puede ser útil si se requieren para avanzar en la solución de situaciones particulares, sin embargo no es necesaria su lectura completa para el diseño de soluciones. En todo caso se recomienda que quien lea por primera vez la Guía se familiarice con los aspectos generales y criterios básicos considerados en el tipo de soluciones que se proponen. Un glosario de los términos especiales relacionados con el tema puede ayudar a comprender mejor los aspectos tratados. Si es necesario profundizar en el conocimiento del tema se puede consultar las referencias que se mencionan.



Para la materialización de las obras se propone una formalización para la presentación de los proyectos, de manera que estas puedan ser aprobadas por los organismos competentes.

En la selección de las soluciones más adecuadas deben considerarse aspectos de diferente índole como lo urbanos, climáticos, de suelos y ambientales. A ellos se agregan las condiciones del lugar, la vegetación natural existente, las necesidades de espacios públicos y otras consideraciones. Algunos de estos factores condicionan las soluciones propuestas. En esta guía se presenta un esquema para apreciar el efecto que cada una de las condiciones identificables puede tener sobre el tipo de obra, en el sentido que las favorezca o contravenga, de manera de optar por soluciones óptimas dadas las condiciones del lugar.

Frente a casos concretos la solución más adecuada puede recomendar la combinación de varias de las obras propuestas, o se puede concluir que ninguna de ellas es adecuada. En sectores relativamente amplios puede ser importante incentivar a los habitantes a desarrollar algunas de las soluciones en sus propios predios de manera de disminuir las necesidades de soluciones más masivas.

e. Aspectos legales. No existe en Chile una Ley especial que regule los aspectos legales relativos a las aguas lluvias en zonas urbanas, más bien se encuentran dispersos en diferentes cuerpos legales que contiene artículos aplicables a distintas situaciones. Son de interés las disposiciones que establece la Constitución Política de la República, el Código Civil, el Código Sanitario y el Código de Aguas entre otros. Además para obras o iniciativas que emprendan los Ministerios de la Vivienda y Urbanismo y el Ministerio de Obras Públicas deben considerarse las respectivas leyes Orgánicas. Similar situación afecta iniciativas comunales en relación a la Ley de Municipalidades. Respecto a las obras mismas, y dada su condición de obras urbanas, deben considerarse las disposiciones de la Ley General de Urbanismo y Construcción, así como la Ordenanza General. Otros cuerpos legales que contienen referencias al tema son la Ley General de Servicios Sanitarios y la Ley Orgánica de la Superintendencia de Servicios Sanitarios, ambas en el sentido de desligar los problemas de aguas lluvias al tema de la empresas sanitarias. La recientemente promulgada Ley sobre Bases Generales del Medio Ambiente alude a algunos aspectos del tema.

Quizás la iniciativa más relevante al respecto es el Proyecto de Ley sobre Aguas Lluvias, que se encuentra en trámite legislativo durante 1996, en el cual se modifica la Ley Orgánica del Ministerio de Obras Públicas y del



Ministerio de la Vivienda y Urbanismo, así como algunos detalles de la Ley General de Urbanismo y Construcciones. Según este proyecto la actual Dirección de Riego del Ministerio de Obras Públicas pasará a llamarse Dirección de obras Hidráulicas y tendrá , ente otras preocupaciones, la de elaborar planes maestros para solucionar los problemas de aguas lluvias en sectores urbanos, así como los proyectos y construcción de obras relacionadas con los principales colectores y redes. El Ministerio de la Vivienda y Urbanismo se preocuparía de las redes locales o secundarias. Por otra parte los urbanizadores deberán incorporar el tema de las aguas lluvias en las nuevas urbanizaciones.

Además existe una gran cantidad de normativa complementaria que aluden al tema de las aguas lluvias, o proponen soluciones tanto generales como específicas. Entre ellas se considera la Política Nacional de Desarrollo Urbano, los Planes Reguladores, el Manual de Vialidad Urbana del MINVU, el Manual de Carreteras del MOP, el Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado, una serie de Normas Técnicas que regulan materias específicas, y el Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación del MINVU, entre otros.

Numerosos estudios efectuados recientemente abordan soluciones y planes generales vinculados al problema de las aguas lluvias urbanas, fundamentalmente referidos a la ciudad de Santiago. Entre ellos se consideran de interés el Estudio de Áreas de Riesgo por Inundación, del SEREMI Metropolitano del MINVU, el Plan Maestro de Alcantarillado del Gran Santiago y el Diagnóstico y Priorización de Proyectos de Aguas Lluvias del Gran Santiago.

El análisis del marco Legal presentado en esta Guía corresponde a un apretado resumen del efectuado en el Estudio. Los interesados en ampliar lo que aquí se muestra pueden consultar el informe del estudio en los centros de documentación del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo o en las oficinas regionales del SERVIU.

f. Marco geográfico. Las soluciones propuestas en esta guía son aplicables a todo el territorio nacional, reconociendo la gran diversidad de situaciones que en él se presentan debido a las profundas diferencias climáticas, hidrológicas, de suelos y urbanas que se pueden encontrar. Para poder compatibilizar las soluciones con las condiciones de cada lugar se ha incorporado en la Guía un capítulo dedicado a poner en evidencia los aspectos destacados de cada lugar en relación al clima, el comportamiento de las precipitaciones, la



evaporación, las propiedades de los suelos y las condiciones urbanas. En general se presentan los antecedentes y criterios necesarios para poder adoptar las soluciones a las condiciones particulares de cualquier ciudad ubicada en el territorio nacional. En todo caso debe entenderse que el especialista debe reconocer para cada condición las características relevantes y acomodar las soluciones propuestas a ellas, de manera de aprovechar al máximo las ventajas y minimizar los inconvenientes.

Independientemente de los antecedentes generales que se puedan entregar o transmitir en una obra como esta, es importante recoger los datos en el terreno mismo, mediante una visita al lugar, conversaciones con los vecinos y afectados, así como la realización de ensayos en base a muestras del terreno.

g. Diseño de las obras. El diseño de estas obras debe hacerse de manera específica para cada lugar, ya que las dimensiones de la obra y sus principales características están condicionadas por los factores climáticos, urbanos, de suelos de cada lugar, así como el tamaño y tipo de las áreas servidas. En esta guía se presentan los métodos para el diseño de estas obras.. A las recomendaciones explícitas incorporadas deben agregase todas aquellas que tiendan a mejorar las soluciones, como el conocimiento del lugar que tenga el proyectista y su propia experiencia en obras similares. Dado el poco desarrollo que tienen este tipo de soluciones en Chile es importante ir acumulando experiencia para mejorar las soluciones en el futuro.

Para el éxito de cualquier sistema de drenaje es muy importante reconocer desde las primeras etapas del proyecto las características del drenaje natural en un sector, la pendiente general de la zona, los cauces marcados o difusos, el destino final hacia aguas abajo de las aguas lluvias generadas en el sector. En general para evitar conflictos graves esta red de drenaje natural debe ser respetada y en lo posible aprovechada al urbanizar. Las obras propuestas pueden adaptarse y coexistir perfectamente con esa red natural.

Las obras alternativas en general requieren de espacios generosos, o al menos más amplios que otras alternativas más tradicionales, para poderlas desarrollar. Estos espacios pueden quedar disponibles para otros usos públicos, como recreación o fines paisajísticos. Normalmente estas soluciones requieren dejar mayores espacios en condiciones naturales, o mejoradas con vegetación artificial, de mayores dimensiones que otras soluciones más económicas. Debido al carácter público de muchas de estas obras es importante considerar que no siempre ellas deben tener un diseño de mínimo costo de construcción, como es común en muchas de las obras de



conducción, ya que al incorporar otros beneficios secundarios deben satisfacerse necesidades más amplias ligadas a los otros usos, o que redunden en mejores condiciones de mantención.

Un factor importante en casi todas estas obras es la necesidad de contar con una cubierta vegetal ya sea natural o artificial. En general la cubierta vegetal facilita la infiltración, retiene sedimentos, contribuye a mejorar la calidad del agua y evita la colmatación de los suelos. Todos ello agregado a los efectos que tiene sobre las condiciones urbanas de los espacios públicos y su aporte importante a la calidad de vida de los habitantes o usuarios del sector. Esta cubierta vegetal puede generar en algunas zonas del país problemas de mantención, fundamentalmente por las necesidades de riego. Ello debe preverse en el diseño y operación de las obras. Estas condiciones permiten prever que este tipo de obras puede tener un gran desarrollo ligado a los parques públicos y zonas de áreas verdes, para lo cual será necesario concebirlos en conjunto desde las primeras etapas del diseño.

Se debe destacar que si bien la Guía pone énfasis en las condiciones hidráulicas del diseño de las obras, no son menos importantes los criterios de diseño estructural. En este sentido el proyectista deberá considerar las solicitaciones y cargas considerando que la mayoría de estas obras se ubican en la vía pública, y están por lo tanto sujetas a un uso no siempre acorde con el que debieran tener, ya que resulta difícil mantener el control de muchas de las cargas a las cuales se verán sometidas, o incluso al vandalismo. Es por ello que se recomienda adoptar coeficientes de seguridad considerando este efecto y poner especial cuidado en el anclaje de elementos que pueden ser expuestos al robo o destrucción premeditada..

h. Tipo de obras. En la Guía se proponen obras de Infiltración, de almacenamiento y obras anexas. Las primeras tiene por objeto disponer de los excesos de aguas lluvias en el lugar mediante infiltración en el subsuelo, y en general consideran adicionalmente un cierto volumen de almacenamiento para adecuar la capacidad de infiltración a las propiedades de las lluvias. Este tipo de soluciones requieren que los suelos dispongan de una buena capacidad de infiltración natural, que las aguas sean de buena calidad y que la napa subterránea del lugar se encuentre relativamente profunda. Debido a ello es posible que no siempre se puedan aplicar. Como contrapartida en general ocupan poco espacio en la superficie, lo que puede ser una gran ventaja en zonas urbanizadas. Las obras de almacenamiento no infiltran al agua sino que recurren a una retención temporal para evacuarlas en mejores condiciones una vez que pasa la lluvia, generalmente con caudales mucho menores, o por



lo menos que no provoquen problemas hacia aguas abajo. Este tipo de obras no tienen restricciones en cuanto a las condiciones del suelo, de manera que pueden emplease cuando las obras de infiltración no se puedan construir, pero requieren un mayor espacio en superficie. Debido a esto último son muy ventajosas cuando se asocian a parques y espacios abiertos. Además se proponen una serie de obras anexas que generalmente no operan solas pero que pueden ser un muy buen complemento de las otras. Especial atención se le ha dado a los cauces urbanos debido a que ellos han sido motivo de conflicto permanente en las urbanizaciones de la zona central de Chile, y sin embargo podrían incorporarse con ventaja a las nuevas urbanizaciones si se consideran criterios de diseño adecuados como los que se proponen en esta Guía.

Con las obras propuestas no se ha pretendido agotar el tema. Existe una gran cantidad de obras posibles que no han sido abordadas en esta Guía y que podrían ser la solución de diversas situaciones particulares. En especial no se ha considerado el almacenamiento en techos, ni estanques enterrados, o cañerías paralelas a redes, entre otros. Este tipo de obra requieren soluciones más detalladas y por lo tanto se deja a criterio de los especialistas su empleo.

Siendo este un tema relativamente nuevo en el país, ha parecido conveniente que en base a las obras sencillas que aquí se proponen se gane experiencia para mejorar su diseño en el futuro, para lo cual sería muy importante la documentación de las soluciones y la realización de un seguimiento de su comportamiento una vez que entran en operación.

i. Construcción. La construcción de este tipo de obras no difiere de manera importante de otras obras que deben materializarse en el ambiente urbano. En ellas se debiera poner especial cuidado en la relación con la red de drenaje general del sector, de manera que queden bien conectadas tanto la recepción como la descarga. Además son importantes las terminaciones, vegetación y pasajismo. Se ha confeccionado una resumida versión de Especificaciones Técnicas Generales, en las cuales se cubren solo algunos aspectos especiales que han sido estimados de interés, en las cuales se cubren someramente temas relativos al trazado y tolerancias de las medidas, el uso de geotextiles, enrocados y el de materiales para el relleno y cubierta de obras de drenaje, así como la vegetación.

j. Mantención y operación. El desarrollo de sistemas alternativos en grandes zonas urbanas puede conducir a la proliferación de obras menores repartidas en



grandes extensiones, lo que genera la necesidad de planificar la operación y mantención de ellas. Por otra parte este tipo de obras son en esencia de pequeñas dimensiones y basan su eficacia en su empleo relativamente masivo. Por ello puede ser conveniente disponer de algunas de ellas en espacios institucionales o privados que se hagan responsables de su mantención.

La operación y el diseño de este tipo de obras necesariamente debe considerar las otras componentes del sistema de drenaje urbano. Por otra parte la proliferación de ellas que necesariamente debe promoverse hará que su operación conjunta, así como el efecto global, sea cada vez más complejo. Es por ello que se recomienda que las instituciones encargadas de su operación y aprobación, dispongan de los elementos técnicos actualizados y eficientes para mantener una visión cuantitativa de la operación de las obras a nivel comunal o urbano. En este sentido sería recomendable que tanto las instituciones reguladoras como los consultores y proyectistas incorporen entre sus herramientas programas y modelos computacionales que permiten abordar estos sistemas con una gran eficacia. Los modelos reseñados en el capítulo de modelación hidrológica están disponibles en el mercado, muchos de ellos sin costos excesivos, para colaborar en estas tareas.

Algunas de estas obras alternativas deben quedar expuestas al uso público, a excepción de las que se desarrollan bajo el suelo. Ello hace que estén afectas a problemas de vandalismo. Este es un problema común en los bienes y espacios públicos en Chile y obliga a desarrollar campañas de educación pública para que las personas no destruyan las estructuras o empleen los espacios de estas obras como vertederos de basuras. Este tipo de acciones junto a una inadecuada mantención pueden ser uno de los principales problemas potenciales para estas obras, que las conviertan en ineficaces para los fines que con ellas se persiguen y una gran desventaja en comparación con las redes de colectores subterráneos. Es importante hacer todos los esfuerzos necesarios para evitarlos.

Muchos de los problemas de mantención pueden provenir de que la comunidad no está consciente del objetivo y utilidad de las obras, hace un mal uso de ellas, o no les proporciona el cuidado que requieren. Por otra parte el tema de las aguas lluvias en Chile ha carecido de una institucionalidad clara, de manera que se ha perdido la tradición de observar obras destinadas a estos fines por parte del público masivo. Es por ello importante que se considere la posibilidad de impulsar una campaña de reconocimiento de estas labores. En este sentido puede ser conveniente



desarrollar esfuerzos para ilustrar a la comunidad con los objetivos de las obras una vez que ellas se concreten. Una herramienta empleada por todas las empresas e instituciones dedicadas a estas labores consiste en utilizar las tapas de cámaras que son necesarias en muchas de las obras como elementos de imagen pública, dotándolas de un logotipo en el que se destaque la institución y el objetivos de las obras. Existen innumerables ejemplos de tapas elaboradas en fierro fundido u otros materiales que prestan este servicio.

k. Glosario y referencias. Se ha confeccionado un glosario de términos empleados en la Guía que pueden ser poco conocidos o cuya definición técnica tiene importancia para el correcto empleo del material expuesto. La definición que se incorpora en cada uno de estos términos pone énfasis en la acepción de la palabra que tiene relación con su empleo en el tema de las aguas lluvias y pretende, más que entregar una definición precisa, explicar el sentido del término en el contexto de la Guía.

Las referencias incluyen las citadas en el texto y otras de carácter más general que pueden ser útiles para quien aborde el tema de las obras alternativas de drenaje urbano. Sin embargo se ha tratado de no incluir temas más amplios de ingeniería para evitar una dispersión excesiva de referencias y no abrumar al lector con la creencia de que es necesario revisar o disponer de una gran cantidad de material bibliográfico para participar en las soluciones. Actualmente el tema del drenaje urbano genera una gran cantidad de material escrito en revistas especializadas y en congresos internacionales, incorporándose cada vez nuevos aspectos, tecnologías y visiones del problema.


ANEXOS

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1. REFERENCIAS LEGALES ............................................................... 599

1.1. LEGISLACIÓN APLICABLE ...................................................................... 600 1.1.1. La Constitución Política de la República ........................................... 600 1.1.2. Código Civil ....................................................................................... 601 1.1.3. El Código de Aguas ........................................................................... 601 1.1.4. Ley Orgánica del Ministerio de Obras Públicas ................................ 601 1.1.5. Ley Orgánica del Ministerio de Vivienda y Urbanismo .................... 601 1.1.6. Ley General de Urbanismo y Construcciones .................................... 602 1.1.7. La Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones ................... 602 1.1.8. El Código Sanitario ............................................................................ 602 1.1.9. Ley de Municipalidades ..................................................................... 602 1.1.10. Ley General de Servicios Sanitarios y Ley Orgánica de la Superintendencia de Servicios Sanitarios .......................................... 603 1.1.11. Ley de Pavimentación Comunal ........................................................ 603 1.1.12. Ley sobre Bases Generales del Medio Ambiente .............................. 603 1.1.13. Proyecto de Ley sobre Aguas Lluvias ............................................... 603

1.2. NORMATIVA COMPLEMENTARIA SOBRE URBANIZACIÓN ........... 604 1.2.1. Política Nacional de Desarrollo Urbano ............................................ 604 1.2..2. Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación MINVU ..................................................................... 604 1.2.3. Planes Reguladores ............................................................................ 604 1.2.4. Manual de Vialidad Urbana MINVU ................................................ 604 1.2.5. Manual de Carreteras de la Dirección de Vialidad del M.O.P. ......... 604 1.2.6. Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado ................................................................................. 605 1.2.7. Manual de Normas Técnicas para la Realización de las Instalaciones de Agua Potable y Alcantarillado ................................ 605 1.2.8. Normas chilenas y otras que regulen la materia ................................ 605 1.2.9. Estudios de Áreas de Riesgo por Inundación. SEREMI Metropolitana - MINVU .................................................................... 605


Anexo 1. REFERENCIAS LEGALES

1.2.10. Plan Maestro de Alcantarillado del Gran Santiago ............................ 606 1.2.11. Diagnóstico y Priorización de Proyectos de Aguas Lluvias del Gran Santiago .................................................................................... 606 1.2.12. Legislación y normativa en otros países ............................................ 606 Anexo 2. TIPOS DE URBANIZACIÓN............................................................ 607 a. Urbanización tradicional o damero fundacional ............................ 608 b. Urbanización en densidad ............................................................. 610 c. Urbanización de ciudad jardín ...................................................... 610 d. Nuevos barrios jardín .................................................................... 612 e. Poblaciones o edificación de carácter social ................................. 612 f. Urbanizaciones semirural o parcelaciones..................................... 613 g. Zonas industriales ......................................................................... 613 h. Áreas institucionales...................................................................... 614 i. Áreas verdes .................................................................................. 614 j. Bienes Nacionales de Uso Publico ................................................ 615 Anexo 3. MODELOS HIDROLÓGICOS COMPUTACIONALES ...... 617 Anexo 4. ANTECEDENTES HIDROGEOLÓGICOS EN CHILE ....... 625 Anexo 5. COEFICIENTES DE RUGOSIDAD HIDRÁULICA Y UNIDADES ......................................................... 631 Anexo 6. GLOSARIO ............................................................................................ 635 Anexo 7. REFERENCIAS..................................................................................... 647 a. Drenaje urbano de aguas lluvias .................................................... 648 b. Hidrología general y urbana .......................................................... 648 c. Hidráulica y diseño de obras .......................................................... 649 d. Datos y antecedentes para el diseño .............................................. 649 e. Modelos computacionales .............................................................. 651 f. Normas del Instituto Chileno de Normalización ............................ 652



Anexo 1

REFERENCIAS

LEGALES



Presentación. La normativa legal chilena no posee una regulación global y sistemática del problema urbano generado por las aguas lluvias, asignando responsabilidades especificas, lo cual no deja de ser curioso considerando que gran parte del territorio nacional se caracteriza por su clima particularmente lluvioso, especialmente en épocas invernales.

Con todo, el sistema jurídico nacional posee respuestas legales suficientes para obtener una solución competente y oportuna, al menos para los problemas de aguas-lluvias de más ordinaria ocurrencia, tales como inundaciones o anegamientos en calles y avenidas o en espacios de uso público en general.

Bajo el supuesto que el problema de las aguas-lluvias es, fundamentalmente, una cuestión de planificación urbana, su enfoque debe tener especialmente en cuenta dos cuerpos normativos que son principales en este orden de materias: la Ley General de Urbanismo y Construcciones y su reglamento, la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. A propósito de estos cuerpos legales, en la medida que sea procedente, se harán las correspondientes referencias normativas a otros ordenamientos legislativos.

A continuación se presenta una recopilación breve de la legislación y normativa relacionada con el tema, indicando para cada caso los aspectos tratados en el cuerpo legal. Esta presentación corresponde a un resumen del marco legal de las aguas lluvias desarrollado en extenso en el estudio Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. Las personas interesadas en detalles legales sobre el tema pueden consultar el Informe Final del mencionado estudio, el cual está disponible en el Centro de Documentación del Ministerio de Vivienda y Urbanismo y en sus oficinas regionales.

1.1. LEGISLACIÓN APLICABLE

1.1.1. La Constitución Política de la República. Respecto de las aguas en general, la actual Constitución Política de 1980, señala que: “los derechos de los particulares sobre las aguas, reconocidos o constituidos en conformidad a la Ley, otorgan a sus titulares la propiedad sobre ellos.” En relación al tema de las aguas lluvias son de interés los aspectos relacionados con el derecho de propiedad privada, el derecho a la integridad física y síquica, el derecho a



desarrollar cualquier actividad económica y el derecho a vivir en un medio ambiente libre de contaminación y el derecho a la salud.

1.1.2. Código Civil. El Código Civil sigue siendo una importante fuente de derecho

común para dilucidar algunas situaciones vinculadas con las aguas-lluvias, los anegamientos e inundaciones. En este Código se hace referencia a la Naturaleza jurídica de las aguas, la Administración y aprovechamiento de tales aguas, el Riesgo por causa de inundación o anegamiento, la Ruina de un edificio, los Depósitos o corrientes de agua, o materias húmedas y el tema de las Servidumbres.

1.1.3. El Código de Aguas. El Código de Aguas, D.F.L. N° 1.122, publicado en el

D/O de 29 de Octubre de 1984, y cuyo texto actualizado corresponde al D.S. (J) N° 1.302, de 8 de Octubre de 1990, no contiene mayor regulación en cuanto a las aguas-lluvias. Las menciona para los efectos de hacer una clasificación general de las aguas señalando que estas pueden ser marítimas, terrestres y pluviales. Luego indica, como se ha dicho anteriormente, que estas últimas son las que proceden inmediatamente de las lluvias, las cuales serán marítimas o terrestres según donde se precipiten.

Las aguas son bienes nacionales de uso público y se otorga a los particulares el

derecho de aprovechamiento de ellas, en conformidad a las disposiciones que el Código de Aguas establece (Art. 5). Entre estas disposiciones cabe destacar el derecho de aprovechamiento, las condiciones de canales y cauces artificiales los derrames, sistema de drenaje y las estadísticas pluviométricas.

1.1.4 Ley Orgánica del Ministerio de Obras Públicas. La Ley Nº 15.840,

Orgánica del Ministerio de Obras Públicas, en su texto refundido coordinado y sistematizado del D.S. MOP Nº294, de 1984, publicado en el Diario Oficial de 20 de Marzo de 1985, aparece desarrollada conjuntamente con otros dos cuerpos legales. El D.F.L. Nº 206, de 1960, Ley de Caminos, la cual contiene importantes disposiciones en materias de aguas lluvias, y el D.F.L. MOP Nº 870, de 1974, que fija las atribuciones de los Secretarios Regionales Ministeriales de Obras Públicas. En particular son importantes las que indican disposiciones para la Dirección de Arquitectura, la Dirección de Vialidad y el Departamento de Obras Fluviales.

1.1.5. Ley Orgánica del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Corresponde

a la ley 16.391, publicada en el Diario Oficial de 16.12.65. Es útil señalar que este Ministerio se transformó en Secretaría de Estado independiente y autónoma luego de segregarse del Ministerio de Obras Públicas. La referida ley



señaló cuales de las funciones de este último Ministerio se traspasarían a la cartera naciente.

1.1.6. Ley General de Urbanismo y Construcciones. Esta ley fue aprobada por

D.S. (V. y U.) N° 458, de 1976, publicado en el D/O del 13 de Abril de 1976. Su Título II, "De la Planificación Urbana" permite situar el problema que interesa en el marco general en que corresponde. El Art. 34, situado en el párrafo 3° del título antes citado, se define y establece la estructura de planificación urbana nacional, e indica que el desarrollo físico de las áreas urbanas y rurales de diversas comunas que por sus relaciones se integran en una unidad urbana , debe realizarse mediante un plan que se denomina Plan Intercomunal y que cuando el tamaño de población de dicha unidad sobrepasa los 500.000 habitantes, dicho plan se denominará plan Regulador Metropolitano. Son relevantes las disposiciones en relación al Saneamiento de poblaciones y Normas sobre diseños.

En la Ley General de Urbanismo y Construcción el tema de las aguas lluvias debe buscarse en los apartados relativos a los problemas de Saneamiento de Poblaciones, Normas de Diseño y Ejecución de Obras de Urbanización y Edificación.

1.1.7. La Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. En cuanto

Reglamento de la ley General de Urbanismo y Construcciones, se regulan aquí las materias concernientes al Plan Regulador Comunal. Estos planes, para los efectos de su aprobación y aplicación deben estar conformados por una serie de documentos, entre los que figuran los “Estudios de Factibilidad para ampliar y dotar de agua potable y alcantarillado de aguas servidas y aguas-lluvias cuando corresponda en relación con el crecimiento urbano, por extensión o densificación, proyectado, estudios que requerirán consulta previa a las entidades regionales competentes (Art. 2.1.6 - 2 ).

1.1.8. El Código Sanitario. Este código se inserta en el contexto del resto de la

normativa antes citada en el ámbito de las cuestiones de salud. Es así que su Art. 1º dispone: ”El Código Sanitario rige todas las cuestiones relacionadas con el fomento, protección y recuperación de la salud de los habitantes de la República, salvo aquellas sometidas a otras leyes.

1.1.9. Ley de Municipalidades. El texto refundido de la Ley Num. 18695, Orgánica

Constitucional de Municipalidades, fue publicado en el Diario Oficial el 27 de agosto de 1992. Esta Ley indica que las Municipalidades son corporaciones autónomas de derecho público, con personalidad jurídica y patrimonio propio, cuya finalidad es satisfacer las necesidades de la comunidad local y asegurar su



participación en el progreso económico, social y cultural de las respectivas comunas. En la municipalidad reside la administración local de la comuna.

1.1.10. Ley General de Servicios Sanitarios y Ley Orgánica de la

Superintendencia de Servicios Sanitarios. La Ley General de Servicios Sanitarios fue promulgada por Decreto D.F.L. Num 382, (M.O.P.) y publicada en el Diario Oficial el 21 de junio de 1989. Están comprendidas en las disposiciones de esta ley las relativas al régimen de explotación de los servicios públicos destinados a producir y distribuir agua potable y a recolectar y disponer aguas servidas, servicios que para efectos de la ley se denominan servicios sanitarios.

Superintendencia de Servicios Sanitarios. Adicionalmente la Ley 18.902

crea la Superintendencia de Servicios Sanitarios, como un servicio funcionalmente descentralizado, con personalidad jurídica y patrimonio propio, sujeto a la supervigilancia del Presidente de la República a través del Ministerio de Obras Públicas.

1.1.11. Ley de Pavimentación Comunal. Corresponde a la Ley Nº 8.946, publicada

en el Diario Oficial el 20 de Octubre de 1949. Refundió y coordinó las disposiciones legales vigentes sobre pavimentación comunal. Ha sufrido variadas modificaciones, razón por la cual su relación o referencia normativa debe considerarse con especial cuidado en cuanto muchas de sus disposiciones han quedado superadas con la normativa concerniente a los SERVIU y por la nueva legislación de municipalidades, en especial por la ley orgánica constitucional de municipios.

1.1.12. Ley sobre Bases Generales del Medio Ambiente. Esta Ley

corresponde a la Num. 19300, publicada en el Diario Oficial el 9 de marzo de 1994.

1.1.13. Proyecto de ley Sobre Aguas Lluvias. Actualmente, marzo de 1996, se

tramita en el Congreso Nacional un proyecto de Ley para abordar el problema generado por las aguas lluvias en las ciudades y centros urbanos. Esta Ley modifica las precocupaciones de los Ministerios de Obras Públicas y de la Vivienda y Urbanismo en relación a las aguas lluvias



1.2. NORMATIVA COMPLEMENTARIA SOBRE URBANIZACIÓN

1.2.1. Política Nacional de Desarrollo Urbano. El documento que contiene la Política Nacional de Desarrollo Urbano fue aprobado por Decreto Supremo Nº31, (V. y U.) de fecha 4 de marzo de 1985. Esta Política define los fundamentos, los objetivos y los medios conforme a los cuales deberá dictarse la legislación que impulse y regule el Desarrollo Urbano en Chile.

1.2.2. Código de Normas y Especificaciones Técnicas de Obras de

Pavimentación MINVU, versión 1994. En este texto se ha buscado unificar la normativa técnica para el diseño, construcción y conservación de los pavimentos urbanos, sirviendo además como un medio de consulta de carácter general dentro del campo de su aplicación.

1.2.3. Planes Reguladores. Como normativa técnica complementaria el urbanizador,

ya sea en el ámbito público o privado, debe tener especialmente presente que existen los siguientes niveles de planificación: a) Nacional, b) Regional, c) Metropolitano o Intercomunal y, d) Comunal o Local.

1.2.4. Manual de Vialidad Urbana MINVU. Volumen 3. Recomendaciones

para el diseño de Elementos de Infraestructura Vial Urbana - REDEVU . Este manual fue aprobado con carácter indicativo, por D.S.(V. y U.), Nº 12, de 24.01.1984, Diario Oficial 03.03.1984, y consiste en una serie de cinco volúmenes en los cuales se desarrollan procedimientos y recomendaciones para la planificación, diseño, construcción y operación de obras pertinentes a la vialidad urbana.

1.2.5. Manual de Carreteras de la Dirección de Vialidad del M.O.P. Al

igual que los manuales del MINVU antes examinados, el Manual de Carreteras constituye el compendio de normas técnicas destinadas a establecer políticas, procedimientos e instrucciones uniformes para: la planificación general, reconocimiento, trazado, diseño, presentación de planos, especificaciones de construcción, mantenimiento, planos de obras tipo, normas de tránsito y señalización para la Dirección de Vialidad. Sus disposiciones son obligatorias



para los proyectistas y profesionales de esa Dirección. Este manual fue concebido para ser publicado en 7 volúmenes cuyo contenido sería el siguiente: 1.- Información General, Administración, Planificación y Finanzas, 2.- Procedimientos de Estudio, 3.- Instrucciones de diseño, 4.- Planos de Obras Tipo, 5.- Especificaciones de Construcción, 6.- Tránsito y Señalización, 7.- Mantenimiento de caminos.

1.2.6. Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y

Alcantarillado. Este reglamento fue aprobado según decreto Num. 267 (V. y U.) el 16 de septiembre de 1980. Establece normas generales para el diseño y la puesta en servicio de las instalaciones domiciliarias de agua potable y alcantarillado en todo el territorio nacional. Define como instalaciones domiciliarias las obras necesarias para dotar un inmueble de estos servicios a partir de su punto de conexión o empalme con la red pública.

1.2.7. Manual de Normas Técnicas para la Realización de las

Instalaciones de Agua Potable y Alcantarillado. Este Manual complementa el Reglamento de Instalaciones Domiciliarias en sus aspectos técnicos para la ejecución de proyectos y construcción.

1.2.8. Normas Chilenas y otras que regulen la materia. A este respecto puede

señalarse que el Instituto Nacional de Normalización es el organismo encargado de oficializar las normas técnicas exigibles en Chile. En materias de aguas-lluvias propiamente tales no existen normas específicas que planteen exigencia respecto de ellas.

1.2.9. Estudios de Áreas de Riesgo por Inundación. SEREMI

Metropolitana - MINVU, años 1985-1987-1989.- En este estudio se concluye que la legislación urbana vigente (no debe olvidarse que el informe es de 1987) es concordante con la legislación que el mismo estudio analiza, esto es, la Constitución Política, los Códigos Civil y de Aguas; la ley Orgánica del Ministerio de Obras Públicas, la Ley General de Urbanismo y Construcciones y el Plan Intercomunal de Santiago y su Ordenanza.

1.2.10. Plan Maestro de Alcantarillado del Gran Santiago. Su objetivo

principal fue lograr la información básica relativa a la redes de agua potable y redes unitarias y separadas de aguas servidas y de aguas lluvias, pertenecientes



a la Empresa Metropolitana de Obras Sanitarias, EMOS. En segundo término los fines del estudio apuntaron al establecimiento de un Plan Maestro de alcantarillado de aguas servidas y aguas lluvias que considere la satisfacción de las necesidades de estos servicios en el área urbana presente y futura del Gran Santiago, previendo como horizonte final el año 2010.

1.2.11. Diagnóstico y Priorización de Proyectos de Aguas Lluvias del

Gran Santiago. Este estudio ha sido elaborado por el Ministerio de Obras Públicas a través de la Dirección de Vialidad más el aporte de la Secretaría Regional Ministerial de la Región Metropolitana. Su objetivo es establecer un programa de acción y ejecución de obras, el cual puede entenderse como la primera etapa de un plan de largo plazo destinado a resolver el problema de las aguas lluvias en la Región.

1.2.12. Legislación y normativa en otros países. Se incluyen aspectos

relacionados con el tema que pueden ser relevantes para las personas interesadas en él, fundamentalmente referidas a la situación de los Estados Unidos de Norteamérica, basada en el material disponible en el manual de la ASCE- WEF, 1994, Design and Construcction of Urban Stormwater Management Systems y en el Denver Urban Drainage Criteria Manual, 1984. Debe considerase que el sistema legal norteamericano es muy diferente al chileno, existiendo leyes de aplicación federal y otras estatales o locales.


Anexo 2

TIPOS DE

URBANIZACIÓN


Anexo 2. TIPOS DE URBANIZACIÓN

Tipos de urbanización. De acuerdo al modo en que se ocupa el territorio, trazado de calles y tipología edificatoria, se pueden distinguir varios esquemas de urbanización en las ciudades chilenas. Los tipos de urbanización y edificatorios están hoy normados por las Ordenanzas Generales de Edificación y las respectivas Ordenanzas Locales, siendo estas últimas bastante similares para las diferentes ciudades, independientemente de su localización o tamaño. En general cuanto mayor es la ciudad más tipos edificatorios y de urbanización aparecen representados en ella.

Para el tema que aquí interesa se pueden distinguir los siguientes tipos de urbanización, de acuerdo a la forma física en que se hace la ocupación del territorio: tradicional, en densidad, de ciudad jardín, nuevos barrios, poblaciones de carácter social, semirural o parcelaciones, zonas industriales, institucionales y de áreas verdes.

Sin embargo e independientemente del tipo de urbanización como forma de ocupación del territorio las ciudades o zonas urbanizadas de Chile adolecen de dos problemas fundamentales: por una parte la precariedad física de los elementos que se construyen como urbanización de los espacios públicos. En las zonas mas pobres muchas calles y veredas se encuentran sin pavimentar, y las áreas verdes de los espacios públicos carecen de cubierta vegetal, debido a la falta de recursos de los organismos públicos locales para su implementación o mantención. Por otra parte en urbanizaciones de alto estándar económico la planificación del espacio público carece de sentido respecto al tema de aguas lluvias que aquí interesa, las áreas verdes públicas se establecen como retazos de las vías de circulación, sin las dimensiones adecuadas, sin ninguna conexión entre sí o con los sistemas naturales de drenaje, sean quebradas o cursos de agua, los cuales quedan cegados o como fondos de sitios privados. También es importante considerar que, debido a la dificultad de mantener o asentar una cubierta vegetal continua, los espacios públicos o privados tienden a pavimentarse más allá de lo necesario, ocupando para ello pavimentos en general impermeables, habiéndose en los últimos años desechado los pavimentos permeables tradicionales, sean piedras huevillo, ladrillos o pastelones, colocados sobre arena.

A continuación se resumen las características principales de estos tipos de urbanización.

a. Urbanización tradicional o damero fundacional. Corresponde a la etapa fundacional de las ciudades chilenas, realizada de acuerdo a las ordenanzas de las Leyes de Indias. Consiste en un sistema de calles rectas que se cortan en dos direcciones ortogonales, formando manzanas de edificación de aproximadamente 100



metros de lado. Esta urbanización se realiza a partir de una plaza central que ocupa la superficie de toda una manzana. En las manzanas la edificación se concentra en la periferia, con las construcciones conformando la línea de la calle, hacia el interior diversos patios cada vez menos edificados dejan huertos al interior de las manzanas. En los comienzos, y hasta la construcción de los sistemas públicos de alcantarillado, existe una red de canales por el interior de las manzanas que evacuan las aguas servidas y conducen las de riego. Las calles son regulares y todas del mismo tamaño, generalmente no tienen árboles y la vegetación se concentra en los patios y huertos interiores.

Este sistema crece por extensión, alargándose las calles, aumentando las manzanas y la edificación, manteniéndose el esquema regular por un largo periodo de tiempo que va desde el siglo XVI hasta mediados del siglo XIX.

En varias ciudades cuando este damero alcanza una cierto tamaño - doce a veinte manzanas de lado- se cierra con un anillo de avenidas, o a veces sólo por uno, dos o tres de los lados. Estas avenidas, designadas también como alamedas, son mucho más anchas que las calles que forman el damero, llegando a tener de treinta a cincuenta metros de ancho, con paseos, árboles y jardines.

El sistema también crece por densificación interior, subdividiéndose los predios y las manzanas por pasajes de diferente tamaño, hasta alcanzar una gran densidad de población y edificatoria. Debido al tamaño de las manzanas los terrenos tienen cada vez menos frente siendo proporcionalmente más profundos. Todos los predios están cerrados por muros o edificación por sus cuatro costados, siendo autónomos en cuanto al escurrimiento de las aguas. Los muros de cierro en los límites de los terrenos será persistente en casi todos los tipos de urbanización de las ciudades en Chile.

En este tipo de urbanización el espacio público, calles y veredas tienden a pavimentarse completamente y, a medida que se densifica, también se van pavimentando los patios interiores de las manzanas. Con el tiempo han quedado sólo las plazas y las avenidas periféricas al damero con suelos naturales y sólo algunos centros de manzana como jardines. En esta urbanización el agua lluvia de las edificaciones escurre directamente de los techos de la periferia de las manzanas- zona más construida- hacia las calles. El agua que escurre hacia el interior de la manzana, parte de ella se infiltra si aún existen patios, y el resto también se extrae hacia la calle.

Este sistema de urbanización ocupa hoy en día los centros de las ciudades y por extensión es la forma en que se construyeron algunas expansiones urbanas anteriores a 1930.



b. Urbanización en densidad. Nuevas ordenanzas y sistemas constructivos, así como la necesidad de crear centros urbanos de negocios y rentas establecen nuevos tipos edificatorios para el damero tradicional o para las zonas centrales de diversas comunas o ciudades, que en general se traducen en las características que se analizan a continuación.

Comienza a ser común la ocupación completa de la manzana en su nivel de suelo, hasta una altura de uno, dos o tres pisos, u ocho o diez pisos en la periferia de la manzana (forma tradicional del centro de Santiago hasta los años sesenta) es decir 10 ó más metros de altura, aproximadamente. Se produce la ocupación sin limitaciones del subsuelo, ya sea para estacionamientos, o servicios diversos. Sobre esta conformación en "placa" las alturas sólo se limitan por el tamaño del solar pudiendo ser de 10, 15 ó más pisos.

Los espacios públicos están conformados por calles, avenidas y pasajes, estos últimos generalmente techados. Todo el espacio público está pavimentado, o tiende a pavimentarse, sin embargo aunque las calles y avenidas tienen árboles, los subsuelos de los espacios públicos están ocupados por gran cantidad de instalaciones subterráneas de servicios. En algunos centros urbanos junto con esta densificación se construyen sistemas tradicionales de recolección de aguas lluvias en base a redes de colectores separadas de las aguas domésticas, como ocurre en el centro de Santiago, Valparaíso, Viña del Mar, Quilpué por ejemplo. Cuando no existe un sistema de aguas lluvias estas se dirigen directamente a las calles por la vía más rápida posible.

En este tipo de urbanización, como sistema alternativo a los colectores de aguas lluvias, podría incentivarse la infiltración de las aguas lluvias provenientes de los techos en los terrenos interiores de las manzanas. En cambio el agua de las calles y terrenos públicos generalmente se encuentra en estos sectores demasiado contaminada para ser infiltrada sin un tratamiento previo. En este tipo de urbanización en general no se cuenta con el espacio necesario para obras de almacenamiento a cielo abierto. Sin embargo sí es posible la implementación de obras de almacenamiento e infiltración bajo superficies pavimentadas, del tipo zanjas de infiltración si se cuenta con cámaras de decantación.

c. Urbanización de ciudad jardín. Este tipo de urbanización aparece en Chile a comienzos de siglo ( 1907 avenida Pedro de Valdivia en Santiago) y se generaliza a partir de 1950. Se trata básicamente de la urbanización y densificación de los terrenos rurales periféricos de las ciudades. Las calles siguen los antiguos caminos agrícolas, y pueden ser rectas o de trazado curvo y sinuoso. En general las manzanas comienzan a ser de tamaño y forma irregular. Las calles tienen árboles, generalmente en un pequeño jardín público de uno a cinco metros de



ancho, colocado junto a la calzada, dejando la vereda en la línea de propiedad, en un principio y más tarde dejando el antejardín público junto al antejardín privado y la vereda junto a la calzada.

La gran diferencia con el sistema tradicional consiste en que la edificación es aislada, tanto entre ellas como con respecto a la línea de la calle, apareciendo el antejardín, de dimensiones variables de dos a cinco o más metros de profundidad, como entre las edificaciones vecinas. Los fondos de los sitios son variables, siendo la tendencia a tener cada vez sitios con más frente a la calle y menor profundidad hasta alcanzar una proporción más o menos cuadrada, y por lo tanto las manzanas resultan ser más alargadas en un sentido que en el otro.

Esta urbanización se ha generalizado para todas las áreas residenciales en Chile. Las Ordenanzas limitan la ocupación del suelo, la distancia a los deslindes del predio, así como las alturas y las posibilidades de parearse con los vecinos, privilegiando una edificación aislada, tanto de los vecinos como de la calle, siendo obligatorio en estos casos el dejar un antejardín de un tamaño adecuado a las ordenanzas sectoriales. Debido a la necesidad de construir aisladamente en este tipo de urbanización siempre es menor la superficie edificada que la superficie libre que queda al interior del predio, destinándose generalmente esta última a jardines.

Nuevas ordenanzas sectoriales permiten la densificación de estos sectores, limitada su construcción sólo por las rasantes y las distancias hacia los límites del predio, pudiéndose realizar edificaciones de múltiples pisos. También las ordenanzas permiten la construcción del subsuelo del predio, en algunos casos sin limitación de porcentaje de ocupación, incluyendo el antejardín. Esto, unido al increíble aumento de las necesidades de estacionamientos hacen que desaparezcan de los terrenos privados y zonas interiores de las manzanas los jardines, conservándose estos sólo en las calles y en parte de los antejardines.

Las áreas verdes públicas son plazas de tamaño aproximado a una manzana, o avenidas con bandejones de diverso tamaño.

En estos barrios se concentran la gran mayoría de las áreas verdes privadas, ya sea como clubes de golf o clubes deportivos.

En este tipo de urbanización debiera incentivarse la infiltración de las aguas lluvias de los techos y pavimentos privados en sus propios terrenos como norma general. Por otra parte, las áreas verdes públicas o privadas, podrían contener elementos de retención o infiltración, incluyendo estanques o lagunas de retención o infiltración.



d. Nuevos barrios jardín. Las características de edificación aislada, y todas aquellas que son consubstanciales a la urbanización de ciudad jardín, se mantienen como en el tipo anterior, sin embargo aparecen otras nuevas que merecen destacarse. Gran parte de las calles se constituyen como pasajes o áreas privadas de uso común, siendo generalmente calles de una sola entrada, pudiéndose cerrar al tránsito público. El perfil de las calles concentra el antejardín público junto a la línea de edificación, o no existe, así como la arborización de las mismas, confiándose la arborización sólo al predio privado.

La obligación de dejar un 7 % de áreas verdes se difumina en pequeños espacios verdes adecuados al tamaño del conjunto, conformando pequeñas y múltiples extensiones verdes sin conexión entre ellas. Al mismo tiempo estos barrios muchas veces se constituyen alrededor de una área verde importante como un club de golf privado.

Generalmente estos nuevos crecimientos se realizan en zonas con topografía más accidentada, en terrenos con más pendiente ( llegándose a urbanizar zonas con pendientes cercanas al 10 %), en algunos casos en terrenos sin usos anteriores, por lo tanto sin trazados o caminos previos.

En este tipo de urbanizaión debe ser fundamental para un buen control de las aguas lluvias la regulación y el respeto del urbanizador de los cauces naturales existentes antes de urbanizar la zona, así como el tratamiento de las superficies no edificadas de modo que mantengan una cubierta vegetal. En estos casos ha de incentivarse la idea de que la zona urbanizada no entregue un mayor gasto de aguas lluvias que lo que la zona naturalmente entregaba previamente a urbanizarse, para lo cual se pueden implementar diversos sistemas, ya sea haciendo que las propiedades privadas no entreguen agua al sistema público, infiltrándola en sus propios jardines, como implementando sistemas de retención e infiltración en las áreas públicas. En estas nuevas urbanizaciones es también importante incentivar el uso de pavimentos porosos.

e. Poblaciones o edificación de carácter social. Durante varias décadas el Estado ha sido el gestor de grandes territorios urbanos, al igual que algunas empresas, como una forma de solucionar el gran déficit habitacional de los sectores de menores recursos económicos, ocupando para ello varios modelos tipológicos de edificación siempre dentro del esquema de ciudad jardín. Así se presentan en estos casos las siguientes situaciones:

Urbanización y loteo de grandes predios para la autoconstrucción. Durante los años cincuenta y sesenta con lotes de aproximadamente 180 m2 por familia.



Conjuntos habitacionales para clases medias con edificación de mediana altura, o viviendas de uno o dos pisos. Generalmente conjuntos concebidos y construídos en una sola operación, con edificios aislados y áreas verdes entre los mismos, sistemas de calles por penetración de uso exclusivo de los habitantes del conjunto, conformando grandes manzanas sin continuidad con la ciudad adyacente. En sus comienzos estos conjuntos se construyen con edificios concebidos exclusivamente para cada uno de ellos, más tarde se implementa un tipo de edificio de cuatro pisos (los tipos llamados 1010, 1020, 1030 etc.), aislado o de dos unidades, con los que se realizan grandes poblaciones. Los espacios no edificados de estos conjuntos constituyen el espacio público.

Sistemas de subsidio habitacional, con urbanizaciones de alta densidad con edificios de tres pisos , o viviendas de un piso, o sistema de lote con servicios.

En este tipo de urbanización es importante la ejecución y mantención de áreas verdes públicas y un mayor control de las áreas abiertas no pavimentadas ojalá con una cubierta vegetal, de modo que los suelos no pierdan su capacidad infiltrante. La implementación de áreas verdes públicas de mayor tamaño que se ha impulsado en los últimos años da oportunidad para la realización en ellas de algunas obras mayores del tipo estanques o lagunas de infiltración o retención.

f. Urbanizaciones semirural o parcelaciones. Corresponden a la subdivisión de terrenos agrícolas en la periferia de las ciudades. En general se trata de parcelaciones como conjuntos privados con terrenos de superficies cercanas a los cinco mil metros cuadrados. El tamaño de estas parcelaciones es variable dependiendo del predio agrícola que les da origen. Las zonas construídas, así como las zonas pavimentadas son escasas.

En estos casos es fundamental la no ocupación de las quebradas o cauces naturales de escurrimiento de las aguas .

g. Zonas industriales. Primeramente agrupadas alrededor del trazado del ferrocarril, en conjuntos más o menos densos, con grandes zonas pavimentadas para el desplazamiento de camiones o vehículos, así como grandes zonas techadas. Hoy en día estas áreas han emigrado hacia la periferia de las ciudades, con terrenos mayores e importante incorporación de áreas verdes.

Cuando se trata de áreas especialmente contaminadas el agua que pueda infiltrarse desde los techos ( generalmente grandes superficies) ha de recibir un tratamiento previo. No es aconsejable infiltrar directamente el agua de calzadas o pavimentos vehiculares debido a su probable alto grado de contaminación. En



los casos de industrias en la periferia, con grandes superficies de terreno se ha de incentivar la realización de áreas verdes en los terrenos libres, procurando que el terreno mantenga sus características infiltrantes naturales. En estas áreas verdes, si son de tamaño adecuado, se pueden realizar obras del tipo estanques o lagunas de retención o infiltración.

h. Áreas institucionales. Colegios, centros universitarios, hospitales, regimientos, y en los últimos tiempos centros comerciales, constituyen grandes conjuntos de áreas edificadas, con terrenos libres que pueden estar en su totalidad pavimentados.

En estos casos se ha de incentivar la realización de áreas verdes en los terrenos libres, así como la infiltración del agua menos contaminada proveniente de techos o zonas pavimentadas, mediante obras de infiltración, el uso de pavimentos porosos, e incluso estanques o lagunas de retención o infiltración si el tamaño y tipo de terreno lo permite.

i. Áreas verdes. Tradicionalmente las ciudades chilenas han carecido de dotación de áreas verdes públicas. La plaza del tamaño de una manzana es el área verde tradicional de las ciudades chilenas. Algunos cerros que han quedado dentro de los límites urbanos, o las riveras de los ríos y las zonas de protección de los mismos, se han llegado a implementar como parques. Algunas quebradas, zonas escarpadas o de difícil acceso pueden considerarse también como áreas verdes, aunque su régimen de propiedad no lo establezca claramente. Para algunas ciudades los planes intercomunales definen zonas destinadas a áreas verdes que sólo en los últimos años han comenzado a implementarse.

La gran mayoría de las áreas verdes al interior de los sectores urbanos son clubes privados destinados para diversos tipos de deportes, generalmente concentrados en las zonas urbanas más consolidadas. En este acápite han de considerarse asimismo los cementerios de diverso tipos que existen en las ciudades.

La realización de áreas verdes en las ciudades es un elemento importante para lograr un control de las aguas lluvias en zonas urbanas, permitiendo que el suelo mantenga sus características naturales de infiltración. La implementación de áreas verdes como protección de los cauces naturales de escurrimiento de las aguas ( quebradas, esteros y ríos) puede dar la oportunidad de mantener la continuidad de los sistemas naturales de drenaje. Si la topografía lo permite, las áreas verdes constituyen el lugar adecuado para la implementación de sistemas de estanques o lagunas de infiltración o retención de las aguas lluvias, ayudando a que el sistema sea más eficiente.



j. Bienes Nacionales de Uso Publico. Las calles y avenidas permiten el desplazamiento de los peatones y vehículos, para lo cual se establecen franjas pavimentadas de diverso ancho que definen el perfil transversal de las mismas.

En general los pavimentos usados, tanto para el desplazamiento de los vehículos como para los peatones son superficies pavimentadas impermeables, y cuando no lo son debido al uso de las mismas se endurecen hasta colmatarse por el efecto de la infiltración del agua.

En las zonas urbanas la superficie de la calzada está generalmente limitada por soleras, o soleras zarpa, que forman una cuneta 10 ó 15 cm. más baja que el resto de la superficie de la calle. Como la calzada se realiza con una pendiente desde el centro hacia los lados, la cuneta es la zona por donde escurren las aguas. La superficie de la calzada es impermeable. La pendiente de las calles hace que el agua escurra por ellas hacia terrenos cada vez más bajos.

La superficie de las veredas es también generalmente impermeable, y su perfil transversal tiene la pendiente necesaria de modo que el agua superficial escurra hacia la calzada.

Salvo casos excepcionales, como los centros de las ciudades, zonas comerciales, definidas aquí como urbanización en damero tradicional, o urbanización en densidad, las Ordenanzas establecen como límites de las calles o avenidas una franja antejardín, no construída, de propiedad privada.

De acuerdo al tipo de perfil se distinguen los siguientes tipos de calles:

Pasajes peatonales, generalmente definidos como privados, de diversos anchos en las urbanizaciones del damero tradicional, totalmente pavimentados, cuyas aguas escurren hacia la calle.

Pasajes peatonales vehiculares. De propiedad pública o privada. La Norma establece que no pueden tener más de 100 metros de largo si tienen un solo acceso o salida, y son de al menos seis metros de ancho. Pueden o no estar pavimentados, ya sea con calzadas o veredas.

Calles de urbanización tradicional. Formadas por calzadas pavimentadas limitadas por soleras, con un ancho mínimo de siete metros, veredas para peatones a ambos lados también pavimentadas, de uno a cinco metros de ancho. La calle completa está limitada por edificación. Si existen arboles estos están plantados en tazas o alcorques.



Calles con bandejones laterales no pavimentados. Estos bandejones pueden ser de diverso ancho, desde 50 cm. a cinco o más metros. De acuerdo a su ubicación en el perfil de la calle estos bandejones pueden estar entre la edificación y las veredas, sumándose a los antejardines si los hay, o entre las veredas y la calzada.

Calles o avenidas con vías de circulación separada. Según el tamaño del bandejón de separación, desde algo menor de un metro hasta veinte o más metros, la superficie no pavimentada que separa las vías puede ser una mediana de escasa importancia o un parque de especial relevancia, convirtiéndose en avenidas parque de cierta importancia. Estas avenidas pueden tener, además de sus vías principales, vías laterales o carreteras también separadas por bandejones.

La realización de áreas verdes, o el control de los terrenos naturales de modo que los terrenos libres de pavimentos mantengan su capacidad infiltrante, así como el incentivo a pavimentar lo menos posible y que los pavimentos sean porosos y no impermeables, cuando las condiciones de uso lo permiten, como por ejemplo en pasajes o zonas de estacionamiento, pueden ayudar a mantener un control sobre los problemas derivados de las aguas lluvias. El diseño de avenidas y calles de modo que las zonas de protección como bandejones centrales o laterales sean capaces de recibir las aguas de las calzadas, ya sea para infiltrarla o retenerla. En zonas comerciales o de uso peatonal más intenso podrán ser de utilidad las zanjas de infiltración bajo veredas.


Anexo 3

MODELOS HIDROLÓGICOS

COMPUTACIONALES

Técnicas Alternativas para Soluciones de e Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. 619

Anexo 3. MODELOS HIDROLÓGICOS COMPUTACIONALES

Modelos hidrológicos computacionales. Existe actualmente en el mercado una gran cantidad de modelos hidrológicos computacionales que pueden ser usados para el análisis de sistemas de drenaje urbano, incluyendo no sólo los aspectos cuantitativos sino también los efectos de la calidad del agua. El desarrollo de este tipo de modelos es una actividad de mucho dinamismo, lo que hace que continuamente aparezcan nuevas opciones y que se actualicen versiones anteriores. Se han seleccionado algunos modelos para una presentación general, teniendo en cuenta fundamentalmente su disponibilidad para ser adquiridos por terceras personas, su facilidad de operación frente a situaciones prácticas y que exista una amplia experiencia en su empleo.

En este análisis se entiende por modelo un programa computacional que representa el comportamiento de la escorrentía urbana en base a algoritmos, mediante el cual se pueda analizar aspectos hidrológicos, hidráulicos, de calidad o de economía relacionados con el tema del drenaje urbano.

Estos modelos se emplean en situaciones concretas para contestar dos tipos de preguntas: a) ¿Cómo funciona el sistema en las condiciones actuales?, es decir establecer las causa de los problemas que pueden existir verificando las consecuencias. b) ¿ Cómo se puede modificar el sistema actual para mejorar su operación y disminuir los problemas? Esto significa estimar el efecto de obras y acciones sobre las variables que ocasionan las dificultades.

En general para el drenaje urbano existen dos tipo de modelos: a) De operación temporal continua, es decir que representan de manera ininterrumpida periodos de tiempo relativamente largos, reproduciendo lo que ocurre durante las tormentas y entre ellas. Estos modelos se orientan al manejo de recursos. Son relativamente complejos y requieren una gran cantidad de información. b) Existen otros modelos orientados a los eventos de interés, por ejemplo las tormentas o las crecidas. Reproducen condiciones parciales y requieren menos información, pero pueden ser más que suficiente para los fines del estudio.

En general se recomienda que para adquirir uno de estos modelos se realice una evaluación que considere como aspectos básicos los siguientes: a) La existencia de documentación para terceros sobre el modelo, su empleo y los algoritmos que usa, b) La existencia de una institución o empresa de soporte para solucionar posibles inconvenientes que se presenten durante el empleo en etapas de producción y c) La disponibilidad de ejemplos concretos de uso exitoso en variadas circunstancias.



DR3M-QUAL. El U.S. Geological Survey ha puesto al día un modelo anterior desarrollado por Dawdy et al . (1972) para convertirlo en el Distributed Routing Rainfall Runoff Model, DR3M, el cual incluye aspectos de calidad y está diseñado especialmente para hidrología urbana (Alley and Smith 1982a, 1982b). La generación de escurrimiento y su posterior desplazamiento emplea la teoría de la onda cinemática, e incluye una asistencia para la estimación de parámetros. Los aspectos de calidad son simulados en base a funciones especiales de lavado, incluyendo la sedimentación de sólidos en las unidades de almacenamiento dependiendo de la distribución de tamaños de ellos. El modelo fue empleado en el Programa Nacional de Escorrentía Urbana por la EPA de U.S.A. (Alley ,1986). La versión en Fortran está disponible en la oficina del U.S. Geological Survey de Reston, Virginia.

HSPF. El Hydrological Simulation Program-Fortran, HSPF, se desarrolló a partir de subrutinas creadas en el conocido Stanford Watershed Model (Crawford y Lindsley, 1966) incorporándole subrutinas de calidad del agua y contaminación difusa de modelos como el EPA Nonpoint Source Model (Donigian y Crawford, 1976) y el Agricultural Runoff Model, ARM, ( Donigian y Davis, 1978). El manual del usuario incluye información sobre todas las subrutinas tanto de hidrología como de calidad del agua, y un segmento especial sobre áreas impermeables para uso en hidrología urbana. El modelo tiene elementos especiales para tratar las series cronológicas que resultan de la simulación continua. HSPF incluye un balance del agua subterránea y traslación de propiedades de calidad, con el más completo empleo de cinética de contaminantes de muchos de los modelos disponibles. EL modelo es mantenido por el U.S. Environmental Protection Agency en su oficina de Athens, Georgia.

ILLUDAS. El modelo de Illinois Urban Drainage Area Simulator, ILLUDAS evolucionó a partir de Modelo del British Road Research Laboratory (Watkins 1962; Stall y Terstriep, 1972). Emplea el método del área tiempo para generar los hidrogramas desde áreas pavimentadas directamente conectadas y desde áreas permeables. Para las zonas permeables se emplea la ecuación de infiltración de Horton basado en una clasificación de suelos del SCS. Se incluye una subrutina para dimensionar conductos de insuficiente capacidad hidráulica. El usuario puede incorporar curvas que relacionan el



nivel con el almacenamiento y la descarga de elementos de retención en cualquier parte del sistema. Se pueden generar gráficos de cualquier variable de interés. Su simplicidad de uso y la disponibilidad en unidades métricas hicieron de este modelo uno de los más empleados. Si bien los aspectos de calidad no son abordados en las versiones típicas se le han incorporado para algunos usos ( Noel y Terstriep, 1982)

Penn State. El modelo de Penn State Urban Runoff ( PSURM, Aron, 1987) fue originalmente desarrollado en cooperación con la ciudad de Philadelphia para el análisis de sus sistema de drenaje, de manera de poder ser aplicado a los colectores unificados de la ciudad. Para la generación de escurrimiento se emplea una subrutina basada en un estanque no lineal, acoplada con un desfase definido por el usuario en el sistema de colectores. Se incorpora un procedimiento para dimensionar tuberías pero no se incluyen los aspectos de calidad del agua. Este modelo ha sido muy empleado en el noreste de Estados Unidos (Kibler y Aron, 1980; Kibler et al., 1981).

STORM. El modelo de Storage, Treatment, Overflow, Runoff Model, STORM, incorporó por primera vez el empleo de la simulación continua en hidrología urbana. Se trata de un esfuerzo financiado por el U.S. Corps of Engineer (HEC, 1977; Roesner et al. 1974). Una de sus primeras aplicaciones fue el desarrollo del plan maestro de la ciudad de San Francisco para la disminución de la contaminación del sistema combinado. EL hecho de disponer del soporte por parte del HEC ayudó a que este programa fuera ampliamente usado para propósitos de planificación, especialmente para la evaluación y decisión entre sistemas con almacenamiento o tratamiento como elementos de control de la polución de sistemas unificados de aguas lluvias y servidas. El análisis estadístico de las series cronológicas de escurrimiento y de calidad resultantes permite la optimización de los elementos de control. Si bien originalmente fue desarrollado para la evaluación de aspectos de calidad en sistemas combinados el modelo es igualmente útil para evaluar la efectividad de elementos de detención en la reducción de caudales máximos en cuencas de tamaño intermedio. Este modelo emplea coeficientes simples de escorrentía para generar escurrimientos horarios a partir de datos , también horarios, de lluvias, y emplea fórmulas de lavado para la simulación de seis contaminantes preespecificados. Sin embargo se puede manipular



para incorporar cargas contaminantes de otros elementos arbitrarios. El modelo está disponible en el HEC del U.S.C. of E.

SWMM. La versión original del Storm Water Management Model, SWMM, fue desarrollada por la EPA como un modelo de eventos aislados especialmente para el análisis de los rebases de redes de colectores unitarios ( Metcalf y Eddy, 1971). Posteriormente mediante la mantención y puesta al día continua de este modelo se ha convertido en un modelo adecuado para todo tipo de gestión en drenaje urbano tanto en traslación de crecidas en cauces como sobre superficies. A partir de la versión 4 (Huber y Dickinson, 1988; Roesner et al, 1988) opera tanto en forma continua como para eventos aislados. Puede representar situaciones de ejes hidráulicos, sobrecarga, flujo a presión y circuitos cerrados. Tiene una variedad de opciones para la simulación de problemas de calidad, incluyendo formulaciones en base al concepto de lavado, curvas de descarga y técnicas de regresión. Puede representar condiciones de flujo subterráneo, con calidad constante, y traslación en superficie tanto de cantidad como de calidad del agua, incluyendo algunos elementos de tratamiento y de almacenamiento, usando funciones de remoción y sedimentación de partículas. Se incluye una rutina de hidráulica para el dimensionamiento de tuberías y una variedad de elementos de regulación, incluyendo orificios, vertederos, bombas y estanques. Existe una amplia bibliografía sobre referencias de empleo de este modelo (Huber et al. 1986) que contiene casos prácticos. El modelo SWMM está segmentado en bloques de Escorrentía, Escorrentía Extendida (Extran), Transporte, Almacenamiento, Tratamiento y Estadística para los fenómenos de precipitación, escorrentía, traslación de crecidas y contaminantes. Los aspectos de calidad pueden ser simulados en todos los bloques con excepción del Extran, que se dedica a los aspectos hidráulicos. Debido a que el modelo no tiene derechos de propiedad partes de él han sido adaptados e incorporados en otros modelos con fines específicos tanto por otras agencias del gobierno federal de Estados Unidos como por consultores privados. Existen versiones para PC disponibles a través de la oficina de la EPA en Athens, Georgia.

TR55. El Soil Conservation Service desarrolló una metodología original para la transformación de lluvia en escorrentía que posteriormente fue adaptada a cuencas urbanas y ha sido conocida como el procedimiento TR55 ( USDA, 1975). Existen versiones para



computadores personales y manuales. Para la transformación de lluvia en escorrentía se emplea el hidrograma unitario. Si se requiere el traslados de caudales a través de los cauces es necesario recurrir a otro programa separado. El método del SCS es ampliamente usado en Estados Unidos debido a la disponibilidad de información sobre los suelos que provee el mismo SCS. Viessman et al (1989) y McCuen (1982) proporcionan información conceptual sobre este modelo.

HEC-1. El modelo HEC-1 desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del Corps of Engineers está diseñado para simular el escurrimiento superficial de una cuenca como respuesta a la precipitación, representando la cuenca mediante un sistema hidrológico interconectado formado por componentes de subcuencas y cauces. Cada una de estas subcuencas entregan una respuesta que se agrega en el sistema general. Los elementos que se simulan son superficies de flujo, canales o estanques. El resultado del modelo es el cálculo de la escorrentía a la salida y en lugares preestablecidos del sistema. Se pueden realizar simultáneamente hasta nueve caracterizaciones del sistema o de la red de canales en una misma corrida del programa. Se ha agregado un análisis de rotura de presas de tierra para estudiar su efecto sobre los cauces de la red de canales y las estructuras hacia aguas abajo.

HEC-2. Este programa también ha sido desarrollado por el U.S. Corps of Engineers para el cálculo de ejes hidráulicos en condiciones permanentes, flujo gradualmente variado en cauces naturales y canales artificiales. Acepta condiciones de flujo sub y supercrítico. Se puede analizar el efecto de diferentes estructuras como puentes, alcantarillas, vertederos e incluso el caso de planicies de inundación sobre las márgenes de los cauces. El procedimiento se basa en la solución de la ecuación de energía unidimensional considerando las pérdidas por fricción según la ecuación de Manning. Este modelo ha sido empleado para establecer superficies de inundación en el desarrollo de planes de gestión de zonas inundables, así como estudios de seguros.

MOUSE. Este modelo ha sido desarrollado por el Danish Hydraulic Institute, el Departamento de Ingeniería Ambiental de la Universidad Técnica de Dinamarca y dos empresas de ingeniería de consulta danesas. Es uno de los modelos más populares en Europa, con un gran apoyo



comercial para su venta, difusión y comercialización a través del propio DHI. La sigla corresponde a Modeling Of Urban SEwers. El modelo contiene una serie de módulos de variada sofisticación para describir el flujo superficial, infiltración, flujo en tuberías y cargas contaminantes. Se incluyen ecuaciones simplificadas o algoritmos más complejos de manera que el usuario puede seleccionarlos dependiendo del caso. El programa dispone de un sistema de menús desplegables para su uso interactivo, un elemento para manejar y organizar los datos de la cuenca y sus elementos de manera simple, una base de datos de series de lluvias y escurrimientos, rutinas para tabular y graficar diferentes datos y módulos de cálculo para la modelación hidrológica, flujo generalizado en tuberías y modelación de contaminantes, incluyendo aspectos de sedimentación. Este modelo puede ser empleado incluso para control en tiempo real de sistemas complejos.

Uso de los modelos. En los modelos mencionados se ha dado preferencia a los de origen académico o institucional, sobre los comerciales o desarrollados por empresas, por la facilidad y menores costos de adquisición. Entre ellos el que puede tener mayor utilización es el SWMM desarrollado por la EPA, debido a que se puede emplear en diversas situaciones, desde simples a muy complejas, e incorpora tanto elementos tradicionales de drenaje urbano, colectores y cauces, como elementos de técnicas alternativas, es decir volúmenes de retención y disposición local por infiltración. Además alternativamente puede abordar aspectos de cantidad y de calidad de las aguas lluvias urbanas. En este sentido puede ser un modelo muy apropiado para fines de planificación y diseño de situaciones globales a nivel de grandes cuencas urbanas. Sin embargo su empleo requiere un buen conocimiento y entrenamiento para que sea efectivo, además de requerir una cantidad importante de antecedentes detallados sobre las obras y propiedades de la urbanización.

Para el caso de situaciones simples en cuencas pequeñas sin muchos elementos puede ser suficiente el modelo TR55. El uso de modelos comerciales dependerá del propio mérito de cada uno y de los costos involucrados en su uso.


Anexo 4

ANTECEDENTES HIDROGEOLÓGICOS

EN CHILE


Anexo 4. ANTECEDENTES HIDROGEOLÓGICOS EN CHILE

Antecedentes hidrogeológicos disponibles en Chile. En este Anexo se indican las principales fuentes de información que se utilizan en Chile para determinar las características del subsuelo y de los acuíferos.

Banco Nacional de Aguas, DGA: Posee un completo registro computacional, que cubre todo el territorio nacional, de niveles en pozos, de acuerdo con el rol BNA (Banco Nacional de Aguas). Es posible obtener una planilla con los antecedentes requeridos, o una planilla en disco, en la que se incluyen los datos de ubicación de pozos perforados y un registro de medidas de nivel por suelos.

Uno de los principales problemas que se pueden presentar para la recopilación de antecedentes en la DGA es la diversidad de códigos o nombres existentes para identificar un determinado sondaje, tales como: identificación del constructor, identificación dada a los pozos años atrás por la CORFO (NºCORFO 75, NºCORFO 69), identificación entregada por la DGA (NºDGA) e identificación del Banco Nacional de Aguas de la DGA (rol BNA).

En la DGA existen catastros en los cuales se señalan las equivalencias de estas nomenclaturas. También es posible buscar en planos las ubicaciones de los pozos correspondientes a cada rol BNA.

CIREN-CORFO: Posee antecedentes de estratigrafías y pruebas de bombeo de pozos pertenecientes a CORFO, los que se encuentran distribuidos a lo largo de todo el país. También posee información de catastros de pozos pertenecientes a otras instituciones.

Balance Hidrogeológico de Chile: Publicado por la Dirección General de Aguas (Ministerio de Obras Públicas) en 1989, contiene información a nivel regional de las principales formaciones geológicas existentes y su importancia hidrogeológica. Permite formarse una idea general de los acuíferos existentes y sus principales características, tales como la profundidad de la napa, el sentido del escurrimiento, límites entre provincias hidrogeológicas, principales zonas de explotación, productividad de los pozos, zonas de recarga y descarga naturales y calidad del agua subterránea, en una escala 1:1.000.000. Entrega, además, antecedentes sobre fallas geológicas existentes y líneas de contacto entre formaciones, así como datos hidrogeológicos generales tales como límites entre cuencas hidrográficas, ubicación de cursos de agua, lagos, salares, glaciares, vertientes, etc., y zonas de explotación intensiva a crítica.



Clasifica las formaciones geológicas, de acuerdo a su importancia hidrogeológica relativa y la permeabilidad. Entrega datos de las características de los pozos como la profundidad de la perforación, la profundidad del nivel estático, la calidad del agua subterránea, el tipo de pozo (surgente o no surgente) y la productividad de cada pozo. La productividad de los pozos, en m3/h/m, se clasifica en las siguientes categorías:

muy elevada > 10 m3/h/m elevada 4-10 m3/h/m elevada a media 1- 4 m3/h/m media a baja 0,13-1 m3/h/m muy baja < 0,13 m3/h/m

El Mapa Hidrogeológico presenta, para algunas zonas, perfiles hidrogeológicos esquemáticos que permiten conocer características estratigráficas del sector.

Estudios hidrogeológicos y de suelo locales, realizados por particulares o reparticiones fiscales de zonas específicas. Se pueden encontrar en bibliotecas de instituciones públicas y de institutos de investigación y universidades. Algunos ejemplos de estudios hidrogeológicos realizados en el país son los siguientes:

"Modelo de Simulación Hidrogeológica de la Pampa del Tamarugal", Cabrera y Otros, 1988. DGA.

"Bases para la Modelación de Recursos Hídricos en la Cuenca Santiago". BF Ingenieros Civiles, 1992. DGA.

"Sedimentos Cuaternarios y Aguas Subterráneas en la Cuenca de Santiago". Karzulovic, 1958.

"Estudio Hidrológico e Hidrogeológico proyecto Maipo". IPLA, 1984. Comisión Nacional de Riego.

Zonas hidrológicas de Chile. Una visión preliminar del mapa hidrogeológico que entrega el Balance Hidrogeológico de Chile permite caracterizar algunas zonas de interés. Muchos de estos antecedentes son variables, dependiendo de las condiciones de recarga y explotación de los acuíferos, así como de la existencia de nueva información, por lo tanto frente a cada información disponible deben agotarse las posibilidades de contar con datos recientes.



En la Tabla A4.1 se describen las características hidrogeológicas de algunas de las principales ciudades de Chile.

Zona Extremo Norte (lámina 1 Mapa Hidrogeológico). Esta zona se extiende desde Arica hasta el sur de Antofagasta. El sector de la cordillera de Los Andes está formado principalmente por rocas volcánicas fracturadas de alta a baja permeabilidad, con depósitos no consolidados del cuaternario de alta a media permeabilidad y zonas de muy baja permeabilidad intercaladas. La depresión intermedia está compuesta principalmente por depósitos no consolidados del cuaternario, de alta a media permeabilidad, con una profundidad variable entre 60 m y 800 m. El sector oeste se caracteriza por suelos de muy baja a nula permeabilidad, con zonas de permeabilidad alta a media intercaladas.

La napa tiene una profundidad variable, con valores de 20 m en los alrededores de Arica, 7 a 60 m en la Pampa del Tamarugal, 1 a 80 m en la Cordillera de Los Andes, 7 a 60 m en el interior de Iquique, y 20 a 30 m al sur de Antofagasta.

El acuífero principal se ubica fundamentalmente en la depresión intermedia, donde se observa la existencia de una recarga proveniente de la Cordillera de los Andes.

Zona Norte (lámina 2 del Mapa Hidrogeológico). Esta zona se extiende desde el sur de Antofagasta hasta Los Vilos. Está formada principalmente por zonas de muy baja a nula permeabilidad. Al Norte, cerca de la frontera con Argentina, se observan extensas zonas de permeabilidad alta a baja. En todo el sector existen intercalaciones de zonas de permeabilidad alta a media. Hasta Copiapó, los pozos existentes poseen una baja productividad, excepto en el salar de Pedernales, en el cual la productividad es muy elevada. Al Sur de Copiapó la productividad aumenta, ubicándose en un rango desde media a muy elevada.

La profundidad de la napa fluctúa entre 0,4 y 28 m al sur de La Serena, entre 0,7 y 50 m en las cercanías de Copiapó, y entre 2 y 40 m al este de Tal-tal.



Tabla A4.1: Descripción hidrológica de las principales ciudades contenidas en las láminas 3 y 4 del Mapa Hidrogeológico.

Ciudad Unidad geológica Permeabilidad Profundidad Productividad principal napa (m) pozos (m) Los Vilos Metamórficas y sedimentarias Nula 1,6-2,9 elevada Quillota Depósitos no consolidados Alta a media 1,6 elevada Los Andes Depósitos no consolidados Alta a media 122 muy elevada Valparaíso Rocas plutónicas e hipabisales Nula 2-6 media a baja Colina Depósitos no consolidados Alta a media 45 muy elevada Santiago Depósitos no consolidados Alta a media 2-77 elevada Puente Alto Depósitos no consolidados Alta a media 28 muy elevada Rancagua Depósitos no consolidados Alta a media 69 elevada San Fdo. Depósitos no consolidados Alta a media 1,5-8 muy elevada Curicó Depósitos no consolidados Alta a media 3,5 muy elevada Talca Depósitos no consolidados Alta a media 12 muy elevada Linares Depósitos no consolidados Alta a media 11 elevada Cauquenes Rocas plutónicas (norte) Nula 2,1 muy elevada Depósitos no consolidados Alta a media muy elevado Chillán Depósitos no consolidados Alta a media 24 elevada a media Concepción Depósitos no cons. (oeste) Alta a media 4 elevada Rocas plutónicas(este) Nula Loa Ángeles Depósitos no consolidados Alta a media 4,7 muy elevada Temuco Rocas sedimentarias volc. muy baja 7 elevada Valdivia Depósitos no consolidados Alta a media 4 elevada Osorno Depósitos no consolidados Alta a media 4 muy elevada Pto. Montt Depósitos no consolidados Alta a media 31 muy elevada Castro Rocas metamórficas y sedim. Nula Chiatén Rocas plutónicas e hipabisales Nula Pto. Aysén Depósitos no consolidados Alta a media Coihaique Rocas mixtas sedim.- volc. muy baja 4,9 muy elevada

Zona Central (lámina 3 del Mapa Hidrogeológico). Esta zona se extiende desde Los Vilos hasta Temuco. Se caracteriza por estar formada por depósitos no consolidados del período cuaternario, intercalados con zonas de muy baja o nula permeabilidad.

Los pozos presentan productividades medias a muy elevadas, y la profundidad de la napa fluctúa entre 1 y 126 m.

El acuífero principal está ubicado en la depresión intermedia. Se observa una recarga desde la zona este, proveniente de la Cordillera de los Andes. El flujo es interceptado al llegar a la zona de la Cordillera de la Costa, donde se produce un cambio de dirección.



Se observa una zona de explotación intensiva al norte de Colina. Al oeste de San Fernando se observa una zona de aguas surgentes, y existen pozos surgentes perforados hacia el nor-este de Chillán.

Zona Sur (lámina 4 Mapa Hidrogeológico). Se extiende desde Temuco hasta Puerto Chacabuco. En este sector el acuífero está ubicado principalmente en la depresión intermedia, formado básicamente por depósitos no consolidados del cuaternario, de permeabilidad alta a media, con profundidades variables entre 20 y 500 m. Los sectores este y oeste están formados por rocas plutónicas, metamórficas y sedimentarias de permeabilidad muy baja a nula.

Los pozos perforados en esta zona poseen productividades medias a muy elevadas.

La napa se encuentra a profundidades variables entre 0 m (al Norte de Osorno) y 43 m (al Sur del Río Negro).

Zona Extremo Sur (láminas 5 y 6 del Mapa Hidrogeológico). Esta zona se extiende desde Puerto Chacabuco hasta el extremo sur. Está formada principalmente por rocas volcánicas, sedimentarias, plutónicas y metamórficas de permeabilidades muy bajas a nulas.

En la zona del estrecho de Magallanes existen algunos pozos perforados surgentes. En este sector se observa una extensa zona formada por depósitos no consolidados de permeabilidad alta a media.


Anexo 5

COEFICIENTES DE RUGOSIDAD

HIDRÁULICA Y UNIDADES


Anexo 6. GLOSARIO

Valores del coeficiente de rugosidad n para ser empleados en la fórmula de Manning. Tipo de canal y superficie mínimo normal máximo

A.- Canales construidos

Revestimiento metálico, de acero, sin pintar 0,011 0,012 0,014

Revestimiento metálico, pintado 0,012 0,013 0,017

Metal corrugado, alcantarillas corrugadas 0,021 0,024 0,030

Cemento y mortero afinado 0,011 0,013 0,015

Asfalto suave, bien terminado 0,012 0,014 0,015

Concreto con moldaje 0,013 0,015 0,017

Ladrillos, sin cantería 0,012 0,015 0,018

Mampostería de piedra emboquillada 0,017 0,025 0,030

Piedras sueltas, enrocados menores 0,020 0,030 0,035

B.- Canales excavados o dragados

En tierra, rectos y uniformes recién construidos 0,016 0,018 0,020

Profundos , con vegetación y plantas acuáticas 0,030 0,035 0,040

En roca irregulares 0,035 0,050 0,060

C.- Cauces naturales

De poca pendiente, limpios y rectos 0,025 0,030 0,035

Poca pendiente, rectos pero piedras, plantas 0,075 0,100 0,150

De montaña, sin vegetación con ripios 0,030 0,040 0,050

De montaña con peñascos y ripios, sin plantas 0,040 0,050 0,070

D.- Zonas inundadas

Pastizales, planicies, pastos corto 0,030 0,035 0,050

Zonas cultivadas, cultivos anuales 0,030 0,040 0,050

Matorrales y pocos árboles 0,045 0,070 0,110

Arboles densos, bosques, suelo limpio 0,040 0,070 0,100

Arboles y matorrales, ramas 0,100 0,120 0,160 Se recomienda emplear el valor mínimo para estimar velocidades y pendientes frente a problemas de erosión. El valor máximo para estimar alturas de agua y para dimensionar la sección y revancha.


Anexo 6. GLOSARIO

Factores de conversión de unidades entre el sistema Inglés y el Sistema Internacional, SI.

Dimensiones Para convertir desde a Multiplicar por

Longitud pies, ft metro, m 0,3048

pulgada, in metro, m 0,0254

milla, terrestre metro, m 1609,3

milla, náutica metro, m 1852,0

Área pies cuadrados, ft2 metros cuadrados, m2 0,092903

millas cuadradas, mi2 metros cuadrados, m2 2,59 E+06

acres metros cuadrados, m2 4046,9

Volumen pies cúbicos, ft3 metros cúbicos, m3 0,028317

galones (US), gl metros cúbicos, m3 0,0037854

Masa libras masa, lbm kilos, kg 0,45359

slug kilos, kg 14,594

Fuerza libras fuerza, lbf newton, N 4,4482

Flujo pies cúbicos metros cúbicos 0,028317

por segundo, ft3/s por segundo, m3/s

galones por minuto, metros cúbicos

gal/min por segundo, m3/s 6,3090 E-05

Presión Libras por pie cuadrado, Pascal, Pa 47,88

lbf/ft2

Libras por pulgada

cuadrada, lbf/in2 Pascal, Pa 6894,8

milímetros de mercurio, Pascal, Pa 133,32

mmHg

Temperatura Grados Farenheit, ºF Grados Celsius, ºC Tc = 5(TF -32) / 9


Anexo 6. GLOSARIO

Anexo 6

GLOSARIO


Anexo 6. GLOSARIO

acuífero: formación porosa (capa o estrato) de roca permeable, arena o gravilla, capaz de almacenar y transmitir cantidades apreciables de agua.

acuífero colgado: estrato o formación geológica, saturado de agua que reposa sobre una capa o estrato limitado de suelo impermeable.

acuífero confinado: (1) acuífero en el cual el agua ocupa todos los poros y está sometido a cierta presión durante la perforación, al atravesar el techo de este acuífero se observa un ascenso rápido del nivel de agua. (2) se usa algunas veces como sinónimo de acuífero artesiano.

acuífero libre: acuífero en el cual existe una superficie libre de agua en contacto con el aire y por lo tanto a presión atmosférica.

acuífero semiconfinado: acuífero cubierto, por encima y/o por debajo, por una capa semipermeable, relativamente delgada, a través de la cual tiene lugar el flujo hacia o desde el acuífero.

adsorción: concentración de una sustancia disuelta sobre la superficie de un sólido a alrededor de las partículas.

aguas lluvias: agua proveniente de la precipitación desde la atmósfera en forma líquida. aguas pluviales: ver aguas lluvias. aguas lluvias aéreas: precipitación líquida antes de que tome contacto con la superficie terrestre. aguas lluvias terrestres: aguas generadas por la precipitación líquida una vez que entra en contacto con la

superficie del suelo o de construcciones. aguas lluvias superficiales: ver aguas lluvias terrestres. albañal: canal de desagüe para las aguas servidas o inmundas. almacenamiento: (1) acumulación de aguas en embalses de superficie o subterráneos, para su futura

utilización. (2) volumen de agua almacenada. almacenamiento de aguas lluvias: acumulación temporal de aguas lluvias en estanques o embalses. almacenamiento difuso: acumulación de agua sobre superficies extendidas y con poca altura de agua, sin

que necesariamente exista un confinamiento lateral. almacenamiento localizado: acumulación de agua sobre superficies limitadas con claro confinamiento

lateral y alturas de agua apreciables. almacenamiento fósil: volumen de agua almacenado, no utilizable normalmente. altura de escurrimiento: distancia desde el fondo hasta la superficie del agua en un cauce. altura crítica ( de agua): altura de agua correspondiente al escurrimiento crítico, en el cual la energía es

mínima. altura normal ( de agua): altura de agua correspondiente al escurrimiento en condiciones normales, en el

cual la pérdida de energía por unidad de longitud es igual a la pendiente de fondo de la canalización. ancho basal: ancho de la sección transversal de un canal en la zona inferior. anticiclón: región de la atmósfera con alta presión alrededor de la cual el aire fluye en el sentido contrario a

las manecillas del reloj en el hemisferio sur y en el mismo sentido en el hemisferio norte. área aportante: (1) el área de contribución de una cuenca de drenaje, expresada en m2, Km2 o cualquier

unidad de área. También se le llama cuenca aportante. (2) El área servida por un sistema de drenaje que recibe las aguas lluvias y superficiales o de un curso de agua.

área inundada: superficie cubierta de agua temporalmente durante una tormenta o crecida. barbacana: elemento que permite drenar el agua a través de una capa impermeable. Normalmente tubo que

une las capas filtrantes detrás de un muro o revestimiento con el exterior. bocatoma: obra destinada a captar el agua desde un cauce. C.N.: ver Curva Número. calicata : Exploración de un terreno para conocer sus propiedades o composición. canal: un curso de agua natural o artificial de dimensiones perceptibles que conduce agua en forma periódica

o continua o que forma una conexión entre dos cuerpos de agua. canal artificial: canal construido por el hombre para fines específicos de conducción de agua. canal con vegetación en el fondo: canal artificial que se caracteriza por mantener vegetación en el fondo.


Anexo 6. GLOSARIO

canal de flujo bajo: canal diseñado para conducir esporádicamente flujos de pequeña magnitud, normalmente en el fondo de obras de almacenamiento.

canal de fondo: canal construido en la parte inferior de una obra de almacenamiento para ayudar al escurrimiento durante las últimas etapas del vaciamiento de la obra. Similar al canal de flujo bajo.

canal de tierra sin revestir; canal artificial construido excavado en tierra y sin ningún tipo de protección contra la erosión.

canal natural: cauce natural empleado para conducir agua para diferentes fines, pero que mantiene sus condiciones naturales, normalmente de pendiente estable, con vegetación, taludes estables y tendidos.

canal para drenaje urbano de aguas lluvias: cauce artificial empleado para conducir aguas lluvias. canal revestido de enrocado: canal artificial con revestimiento de grandes bloques de piedra para evitar la

erosión y darle un carácter natural. canal revestido de hormigón o albañilería: canal artificial con paredes y/o fondo revestidos de placas de

hormigón o albañilería de piedras o ladrillos. canal revestido de pasto: cauce con revestimiento de pasto en los taludes y fondo. canoa: en obras de conducción de agua se refiere a un tramo de canal en puente. capilaridad: fenómenos asociados con la tensión superficial de los líquidos, particularmente en tubos

capilares y medios porosos en los que se juntan interfaces gaseosas, líquidas y sólidas. cárcava: forma de erosión localizada del suelo con grietas profundas. carga hidráulica: suma de la profundidad máxima del agua y de la energía específica cinemática media en

una sección dada. cauce natural: curso por donde escurre agua en forma continua o intermitente (si es esta última, con algún

grado de regularidad) creado por condiciones y acciones naturales. caudal: volumen de fluido que pasa en la unidad de tiempo a través de una superficie (p.ej. sección

transversal de una corriente), en una corriente determinada. caudal base: caudal mínimo de una corriente de agua. Escorrentía observada, a la salida de una cuenca de

drenaje durante períodos largos en los que no se producen precipitaciones o fusiones de nieve. caudal de punta: valor máximo del caudal para un período determinado. caudal máximo: ver caudal de punta. ciclo hidrológico: sucesión de etapas que atraviesa el agua al pasar de la atmósfera a la tierra y volver a la

atmósfera. Incluye evaporación del suelo, mar o aguas continentales, condensación de nubes, precipitación, acumulación en el suelo o en masas de agua y reevaporación.

ciclón: región de la atmósfera con baja presión alrededor de la cual el aire fluye en la dirección de las manecillas del reloj en el hemisferio sur y en la dirección contraria a ellas en el hemisferio norte.

clima: conjunto fluctuante de las condiciones atmosféricas caracterizado por tipos y desarrollo del tiempo sobre un dominio espacial determinado, durante un período de tiempo suficientemente largo.

clima árido: caracterizado por ausencia de precipitación, alta radiación solar, condiciones poco favorables para la vida y vegetación. En Chile desde el extremo norte hasta Copiapó.

clima mediterráneo: ver clima templado. clima semiárido: clima de transición entre el desierto árido y el clima templado, caracterizado por

precipitaciones esporádicas, en invierno, y sequías prolongadas. En Chile desde Copiapó hasta el Aconcagua.

clima templado: clima con una estación fría marcada en la cual se concentran las lluvias y estación cálida seca. El aporte de humedad es similar a la evaporación. En Chile desde Aconcagua hasta el río Imperial, o la zona de Temuco.

clima templado húmedo: clima con una temporada seca reducida, temperaturas menores y periodos prolongados de lluvias. En Chile desde el río Imperial hasta el canal de Chacao.

climatológico: relativo al clima. coeficiente de descarga: relación entre el caudal observado o real y el teóricamente calculado.


Anexo 6. GLOSARIO

coeficiente de duración: razón entre la precipitación de una cierta duración y la precipitación de 24 horas, en el caso de las lluvias de duraciones mayores a una hora. Para lluvias de corta duración se define en base a la precipitación de una hora.

coeficiente de escorrentía: un número decimal usado en la fórmula racional que define las características de escurrimiento del área aportante que se considera. Se puede aplicar al área completa como una representación compuesta o en forma individual a cada uno de los elementos de la cuenca. Representa la proporción de la lluvia caída que escurre.

coeficiente de escurrimiento: ver coeficiente de escorrentía coeficiente de frecuencia: razón entre la precipitación de una cierta frecuencia y la correspondiente a 10 años

de período de retorno. coeficiente de retardo: valor que afecta al tiempo empleado para recorrer una cierta distancia para considerar

efectos secundarios. coeficiente de rugosidad de Manning: factor presente en la fórmula de Manning para calcular la velocidad

media en un curso de agua. Representa el efecto de la rugosidad del material de la superficie del curso de agua sobre las pérdidas de energía del agua que fluye.

colmatación: obstrucción de los pozos o grietas de un estrato o formación geológica permanente debido a la presencia de material fino aportado por el flujo.

conductividad hidráulica: medida de la capacidad de un suelo para conducir o transmitir agua. conexión de superficies impermeables: ver desconexión de áreas impermeables. convección térmica: propagación del calor por el movimiento del aire debido a diferencias de temperatura. crecida: (1) elevación rápida y habitualmente breve del nivel de las aguas en un curso hasta un máximo desde

el cual dicho nivel desciende a menor velocidad. (2) caudal relativamente alto medido por altura o caudal.

cubeta: estanque de pequeñas dimensiones regularmente empleado para concentrar en él la disipación de energía al final de flujos de alta velocidad, como caídas, rápidos de descarga o al pie de compuertas.

cubierta vegetal: conjunto de masa vegetal que cubre una superficie. cuenca aportante: ver área aportante cuenca de infiltración: superficie de una cuenca aportante sujeta a la infiltración de las aguas superficiales

que pueden presentarse en .......o como precipitación. cuenca tributaria: ver área aportante. curva de succión: representación gráfica de la función que relaciona la presión de succión de un suelo y el

contenido de humedad. curva granulométrica : Distribución del tamaño de los granos de un suelo en función de su porcentaje en

peso que pasa o es retenido por las mallas de diámetros establecidos. curva IDF: ver curvas intensidad-duración-frecuencia curva intensidad-duración-frecuencia: relación entre intensidad de la lluvia y duración para diferentes

frecuencias o períodos de retorno. curva número: valor que representa en forma integrada la condición del suelo, la cobertura vegetal, el

tamaño de arreas impermeables, la intercepción, y el almacenamiento superficial del terreno. Se utiliza en el método desarrollado por el Soil Conservation Service de Estados Unidos para estimar el volumen escurrido en una tormenta.

curva PDF: función que relaciona la cantidad total de agua caída, precipitación, durante un intervalo de tiempo, duración, para diferentes frecuencias.

derrames: se consideran las aguas superficiales que abandonan un lugar como excedentes no utilizados. damero: disposición en forma de cuadrados, como en el tablero para el juego de damas. desarenador: obra destinada a separar mediante precipitación localizada las arenas de un escurrimiento. descarga: caudal de agua evacuado desde un estanque o lugar de almacenamiento. descepe: eliminación de las cepas, o partes inferiores de tronco y raíces superficiales, de un terreno. desconexión de áreas impermeables: procedimiento mediante el cual se eliminan las conexiones fáciles del

escurrimiento entre diferentes zonas impermeables de un mismo lugar.


Anexo 6. GLOSARIO

disipador de energía: obra destinada a eliminar la energía del flujo en forma controlada. distribución estadística: modelo matemático que representa la función de probabilidades de una variable

aleatoria. dotación: cantidad de agua necesaria para satisfacer las necesidades de riego por unidad de área, o de

consumo humano por habitante. dren: conducto o pequeño canal por el que se evacua el agua del suelo o de un acuífero, por gravedad, con el

fin de regular el nivel del mismo. dren subterráneo: dren ubicado bajo el nivel del suelo. dren urbano: dren ubicado en una zona urbana. drenaje: (1) término general que se aplica a la remoción de agua superficial o subsuperficial de un área dada,

mediante bombeo o en forma gravitacional. (2) El término se usa en forma general al flujo de todos los líquidos producto de la gravedad.

drenaje urbano: evacuación del agua desde una zona urbana. eje hidráulico: línea que une los puntos medios de la superficie del agua en un curso con superficie libre,

representada a lo largo de la conducción. enrocado: disposición de un conjunto de rocas de manera especial con el fin de proteger la superficie que se

encuentra bajo él. escorrentía: parte de la precipitación que fluye por la superficie del terreno (escorrentía superficial) o en el

interior del mismo (escorrentía subterránea). estanque de infiltración: estanque en depresión y a cielo abierto que permite almacenar aguas lluvias e

infiltrarlas directamente en el suelo bajo él. estanque de retención: estanque que dispone de un volumen destinado al almacenamiento temporal de agua. estival: referente a la época de estío, o verano. En Chile entre el 21 de diciembre y el 21 de marzo. estudio de riesgos: documento técnico elaborado por un equipo interdisciplinario de profesionales

especialistas, cuyo objetivo es advertir sobre los peligros reales o potenciales para el emplazamiento de los asentamientos humanos.

evaporación potencial: cantidad de vapor de agua que puede ser evaporado por una superficie de agua pura, por unidad de superficie y unidad de tiempo, en las condiciones existentes.

evapotranspiración real: suma de las cantidades de vapor de agua evaporadas del suelo y transpirada por las plantas, cuando el terreno tiene su contenido real de humedad.

filtro: elemento destinado a permitir el paso controlado de ciertos materiales y retener el resto. filtro de grava fina: material granular de distribución granulométrica establecida que impide que circulen a

través de el partículas de suelo. El diseño de un filtro se efectúa en función del material granular en contacto.

filtro geotextil: paño o tela de geotextil que impide el paso de partículas finas. filtro granular: ver filtro de grava fina. floculante: elementos destinados a la formación de flóculos, o pequeñas aglomeraciones de sustancias

presentes en el agua, con el objeto de facilitar su decantación. flujo superficial: aquella parte del agua precipitada sobre la superficie del suelo que se abre camino hacia el

cauce de una corriente sin infiltrarse en el suelo. fosa absorbente: obra lineal, a cielo abierto, que recoge aguas lluvias, las almacena y las infiltra en el suelo. franja capilar: parte del suelo sobre la superficie freática en la cual el agua asciende por efectos de

capilaridad. franja de pasto: superficies cubiertas de pasto sobre las cuales puede escurrir el agua en forma de lámina de

pequeña altura, facilitando la infiltración. franja filtrante: superficies sobre las cuales puede escurrir el agua en forma de lámina de pequeña altura,

facilitando la infiltración. frecuencia empírica: cantidad de veces por período que se presenta un fenómeno según lo observado en su

comportamiento reciente. gasto máximo (ver caudal máximo)


Anexo 6. GLOSARIO

geomorfología: estudio de las formas de la superficie terrestre. gradiente hidráulico: pendiente de la línea de energía de un escurrimiento tridimensional orientado en la

dirección en que más disminuye. hidrograma de la crecida: representación gráfica de la variación del caudal en una cierta sección con

respecto al tiempo. hidrograma sintético: hidrograma unitario elaborado utilizando estimaciones de coeficientes que expresan

varias características físicas de la cuenca. hidrograma unitario: representación gráfica de la variación de la escorrentía procedente de un temporal

uniformemente distribuido sobre la cuenca de desagüe producido por una precipitación efectiva unitaria en una unidad de tiempo.

hietograma: distribución de precipitaciones en el tiempo durante una tormenta. humedad (del aire): la cantidad de vapor de agua contenido en la atmósfera. humedad (del suelo): cantidad de agua contenida en un volumen de suelo. Se mide como % del peso o

como % del volumen de suelo. infiltración: (1) la entrada de agua a través de los intersticios o poros de un suelo o medio poroso. (2) la

cantidad de agua que se filtra desde el agua subterránea al alcantarillado, sea este de aguas lluvias, servidas o combinados, debido a las juntas defectuosas. (3) la entrada de agua desde el suelo a los alcantarillados a través de roturas, juntas defectuosas o paredes porosas. (4) La absorción de agua líquida por el suelo, directamente de la precipitación o por un caudal que escurre sobre la superficie.

infiltración difusa : ingreso del agua en el subsuelo a partir de la superficie del suelo realizada en forma repartida especialmente.

infiltración, capacidad de: velocidad máxima por unidad de superficie y en ciertas condiciones, a la que el agua puede ser absorbida por el suelo.

infiltración, tasa de: medida de la velocidad de infiltración de agua en el suelo. infiltrómetro: aparato destinado a medir la capacidad de infiltración. intensidad: si se aplica a la lluvia, es una razón expresada generalmente en mm por hora que representa la

cantidad de agua recogida en un intervalo de tiempo dado. intercepción: aplicado a la hidrología, se refiere al proceso por el cual una parte del agua de la lluvia que

nunca alcanza el suelo y se pierde por evaporación ya que quedó atrapada en las ramas y hojas de árboles y arbustos y en la superficie de casas y edificios.

isolínea: línea que une puntos con una misma propiedad. isoyeta: línea que une los puntos con idéntica precipitación, en un período dado. laguna de detención: ver laguna de retención. laguna de retención: volumen destinado al almacenamiento temporal de agua, en el cual habitualmente

existe un volumen ocupado por líquido. Ley de Darcy: relación entre la velocidad media del escurrimiento del agua en el suelo y la energía necesaria

por unidad de longitud: V KI= donde V es la velocidad media del flujo, K la permeabilidad del suelo e I el gradiente hidráulico. lisímetro: aparato destinado a medir las componentes del balance hídrico en las capas superiores del suelo,

normalmente consistente en un estanque de pequeñas dimensiones, enterrado, en el cual se puede controlar la cantidad de agua que infiltra, la que percola y la que consumen las plantas y evapora el suelo.

lluvia: precipitación en forma de agua líquida, con gotas de 0,5 mm de diámetro, como máximo, ampliamente dispersas.

lluvia ácida: precipitación que arrastra elementos ácidos presentes en la atmósfera como resultado de la contaminación.

lluvia de diseño : magnitud de la lluvia o hietograma utilizado para definir las condiciones de proyecto de una obra.

lluvia efectiva o neta: ver precipitación efectiva.


Anexo 6. GLOSARIO

lluvia observada : valor de lluvia medido por los instrumentos disponibles. manantial: agua que mana. marco partidor: elemento empleado en la repartición de agua en canales muy empleado en las zonas

agrícolas de Chile, consistente en una sección rectangular con una barrera y una lámina partidora para separar el agua proporcionalmente a los derechos de cada usuario.

material particulado: materia que se presenta en pequeños trozos similares en tamaño y de idénticas propiedades físicas y químicas.

meandro: curvas horizontales pronunciadas que forman los escurrimientos en sectores de pequeña pendiente. morfología (fluvial): ciencia que trata de la formación de los lechos y cauces de los cursos de agua por la

erosión producida por los mismos, y de las distintas formas de estos. napa freática: superficie del agua subterránea en contacto con el aire y a presión atmosférica. nivel piezométrico: Posición del nivel de agua subterránea con respecto a un nivel de referencia horizontal.

Incluye la cota del fondo impermeable mas la altura de presión del agua. nivógrafo: instrumento que registra gráficamente la cantidad de agua caída en forma de nieve, en función del

tiempo. número de Froude: un parámetro del flujo que representa el efecto de las fuerzas gravitacionales al flujo.

Un número de Froude mayor que 1 indica un flujo supercrítico y uno menor que 1 uno subcrítico. La forma más simple del número de Froude es la ecuación:

F = v gD

donde v es la velocidad, g la aceleración de gravedad (9,8 m/s2) y D la profundidad media

del escurrimiento. número de Reynolds: parámetro adimensional que representa el efecto de las fuerzas viscosas de un flujo en

relación a las dinámicas. Un número de Reynolds relativamente alto representa un flujo turbulento, en el cual las fuerzas viscosas son poco importantes. Un número bajo, inferior a 2000 aproximadamente, indica un predominio de las fuerzas viscosas. Se estima como:

R VD=

ν donde V es la velocidad del flujo, D una característica geométrica y � la viscosidad

cinemática del fluido. orografía: descripción de las montañas y su relieve. paramazónica: comportamiento similar al que se da en la región amazónica. pavimento celular: pavimento constituido por bloques perforados de concreto, rellenos con arena o pasto

que permiten la infiltración de las aguas lluvias en el subsuelo. pavimento poroso: pavimento continuo de asfalto o concreto poroso que permite la infiltración de las aguas

lluvias. Es similar al pavimento convencional pero no contiene la arena ni la fracción fina. pavimento poroso modular: ver pavimento celular. percolar: pasar a través de un medio permeable, por ejemplo el ingreso a la napa de la parte de las aguas

infiltradas en el suelo a través de la superficie del terreno. perímetro mojado: longitud de la zona de contacto entre la superficie de la sección y el flujo en una

conducción. período crítico: tiempo durante el cual una variable sobrepasa, o no alcanza, un valor umbral a partir del cual

se producen efectos especiales. período de retorno: valor esperado del intervalo de tiempo o número de años al cabo de los cuales se

igualará o superará un suceso, p.ej. el caudal de punta. permeabilidad: coeficiente que representa la propiedad de un material que permite el paso del agua a través

de él cuando está saturado y sometido a una cierta presión hidrostática. permeámetro: aparato o dispositivo que permite medir la permeabilidad de un suelo. Debe medir el caudal

que circula por una superficie de suelo bajo un determinado gradiente hidráulico.


Anexo 6. GLOSARIO

pH: corresponde al logaritmo decimal del inverso de la cantidad de iones de hidrógeno en solución. Se emplea como una medida de la acidez de la solución. Un pH igual a 7 indica una solución neutra. Mayor que 7 básica, y menor ácida.

piezómetro: aparato destinado a medir la altura piezométrica, es decir la presión de un fluido en un punto, expresada como altura de la columna de ese mismo fluido que produce en su base

plan intercomunal: conjunto de normas y recomendaciones para la urbanización de una zona que abarca varias comunas.

pluviógrafo: instrumento provisto de un dispositivo de registro cronológico de las alturas de agua de precipitación.

pluviómetro: instrumento para medir la lluvia, expresada como altura de agua, o como volumen por unidad de superficie.

pluviometría: relativo a la medida de la lluvia. porosidad: (1) un índice de las características de los vacíos de un suelo, relacionado con la percolación. (2)

La razón, generalmente expresada como porcentaje, entre (a) el volumen de los vacíos de una cantidad dada de material y (b) el volumen total de material, incluyendo los vacíos.

porosidad efectiva: relación entre el volumen de agua que puede drenar libremente por gravedad un suelo y el volumen total. Índica la cantidad de agua que un suelo puede liberar o almacenar.

pozo artesiano: pozo en acuífero confinado en el cual el nivel piezométrico queda por encima de la superficie del acuífero.

pozo de infiltración : pozo que permite la infiltración de las aguas lluvias a través de las capas permeables de suelo. Las aguas no son ingresadas directamente en la napa.

pozo freático: pozo en un acuífero libre, en el cual el nivel piezométrico estático coincide con el de la napa del acuífero.

pozo surgente: pozo en acuífero confinado en el cual el nivel piezométrico queda por encima de la superficie del terreno.

precipitación anual: valor de lluvia acumulada que se observa en un punto a lo largo de un año. precipitación efectiva: aplicado al análisis de escorrentía, se refiere a la parte de la precipitación que se

convierte en escurrimiento superficial. precipitación máxima diaria: máximo valor de la precipitación acumulada en un día observada durante un

periodo de un año en un lugar. presión atmosférica: fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire en un punto dado. presión de vapor: presión parcial ejercida por el vapor de agua en un espacio cerrado. pretil: antepecho o muro destinado a evitar el rebase del agua desde una corriente hacia el exterior de ella.

También se emplea para referirse a la baranda de un puente. probabilidad de ocurrencia: medida que indica la posibilidad que suceda un determinado evento. radiación solar: cantidad de energía que se recibe del sol en un determinado punto de la superficie de la

tierra radio hidráulico: en una sección transversal dada, el área mojada de la sección transversal de un curso o

conducto, dividida por su perímetro mojado. rápido de descarga: tramo de una conducción con gran pendiente destinado a conducir el agua desde una

zona alta a otra más baja, en el cual el agua adquiere gran velocidad. rasante: línea o superficie que limita la parte superior de una obra. rebasar: pasar o exceder cierto límite. Empleado para indicar la acción por la cual el agua excede los límites

del recipiente que la contiene o conduce. recarga: componente del balance hídrico que representa la cantidad de agua añadida al agua subterránea en

el período considerado. recarga surgente: pozo en acuífero confinado en el cual el nivel piezométrico queda por encima de la

superficie del terreno.


Anexo 6. GLOSARIO

recarga de napas: ingreso del agua a los acuíferos. En acuíferos libres se realiza principalmente por infiltración de aguas superficiales y en acuíferos confinados a través de zonas acuíferas ubicadas aguas arriba.

red de colectores: todas las tuberías usadas para conducir las aguas lluvia desde los sumideros a el punto de disposición final.

red de drenaje: el camino o curso a lo largo del cual el agua se moverá o podrá moverse para drenar un área. red vial básica: conjunto de vías existentes, que por su especial importancia para el transporte urbano,

pueden ser reconocidas como tales en los instrumentos de planificación territorial. red vial estructurante: conjunto de vías existentes o proyectadas, que por su especial importancia para el

desarrollo del correspondiente centro urbano, deben ser definidas por el respectivo instrumento de planificación territorial.

régimen pluvial: condición climática caracterizada por precipitaciones en forma de lluvia líquida. resalto hidráulico, o resalto: zona de gran turbulencia superficial que ocurre cuando un régimen de torrente

pasa a uno de río, acompañado por gran disipación de energía. retención superficial: las aguas lluvia producto de una tormenta que se encuentra sobre pavimentos,

superficies de suelo, techos y otras superficies expuestas antes de que alcancen un sumidero, canal, curso de agua o cualquier punto de concentración.

revestimiento poroso: ver pavimento poroso. riesgo de falla: probabilidad de que durante la vida útil de una obra ocurran eventos que provocan su falla o

colapso. rugosidad: concepto que representa el efecto sobre el escarmiento de las asperezas de una superficie. sedimento: material fragmentado originado por suelos y rocas transportado o depositado por el agua. sedimentador: elemento u obra destinado a separa mediante precipitación localizada los sedimentos de una

corriente líquida. sifón: conducto cerrado, una de cuyas partes está por encima del nivel del agua. Como resultado dicha parte

está sometida a una presión inferior que la atmosférica y por lo tanto requiere que se haga el vacío para que funcione el sifón. El sifón utiliza la presión atmosférica para iniciar o incrementar el flujo del agua a través de él. En la naturaleza se da en las regiones kársticas.

Sifón invertido: Conducto cerrado en el cual todas las partes están bajo el nivel del agua y por lo tanto sometidas a presiones superiores a la atmosférica, normalmente empleado para pasar con un canal bajo otro elemento como una calle.

sistema de riego: conjunto de elementos y obras necesarias para satisfacer las necesidades de agua a la vegetación que cubre una superficie.

solera: paramento vertical o inclinado ubicado a la orilla de una calle o camino y con el cual normalmente se forma la cuneta.

solera continua: solera sin interrupciones a lo largo, de manera que no permite la salida lateral del flujo. solera de fondo: solera colocada en el fondo de una obra de almacenamiento para formar una cuneta que

conduce los caudales menores. solera discontinua: solera con interrupciones frecuentes para permitir la salida lateral del flujo. subrasante: suelo natural bajo el pavimento. sumidero: obra destinada a captar el agua de un curso superficial y entregarlo a un sistema de conducción

subterráneo. talud: inclinación de una superficie en el plano de su máxima pendiente. tiempo de concentración: el tiempo requerido para que el agua caída en una tormenta escurra desde el punto

más lejano de la cuenca aportante hasta el punto de salida considerado. No es constante pues varía con la profundidad del flujo y con las condiciones de los conductos y/o canales.

topología: parte de las matemáticas que trata de la continuidad y la disposición de elementos en sistemas complejos.

tormenta: (1) viento cuya velocidad está comprendida entre 44 y 50 nudos (23 a 26 m/s) (fuerza 10 en la escala Beaufort). (2) Fuerte precipitación de lluvia, nieve o granizo, acompañada de viento o no, y


Anexo 6. GLOSARIO

asociada a un fenómeno meteorológico determinado. (3) perturbación violenta de la atmósfera acompañada de viento y, por lo general, de lluvia, nieve, granizo, aguanieve, rayos y truenos.

tormenta de diseño: magnitud y distribución de la precipitación en el tiempo, adoptada sobre cierta cuenca vertiente, con el fin de determinar la crecida de diseño.

transmisividad: régimen al que se transmite el agua por unidad de anchura del acuífero bajo la unidad de gradiente hidráulico. Se expresa por el producto de la conductividad hidráulica por el espesor de la parte saturada del acuífero.

transpiración: proceso por el cual el agua de la vegetación pasa a la atmósfera en forma de vapor. umbral: parte inferior de la sección de control de un vertedero, sobre la cual tiene que pasar el agua para

abandonar una obra. urbanizar: dotar a una superficie territorial que experimenta crecimiento urbano por extensión o por

densificación, de infraestructura vial, sanitaria y energética, con sus obras de alimentación y desagües; de plantaciones y obras de ornato; obras de defensa y servicio del terreno; equipamiento y áreas verdes, proporcionales a las densidades fijadas por el instrumento de planificación territorial.

velocidad: la razón entre el cambio de posición y el tiempo. velocidad de Darcy: velocidad del agua en el suelo colectada como caudal que pasa dividido por la

superficie de suelo atravesada. Es una velocidad ficticia del agua. Ver Ley de Darcy. velocidad de diseño: valor de la velocidad dele escurrimiento empleado para dimensionar una obra de

conducción. velocidad media del escurrimiento: se refiere a la velocidad media en canales o conductos cerrados en una

sección dada. Es igual a la descarga (caudal) dividida por el área de la sección transversal. vertedero: obra en la cual el agua es obligada a pasar sobre un umbral para poder escurrir hacia aguas abajo. volumen: espacio ocupado por un elemento, material o cosa. volumen de almacenamiento: espacio destinado a retener temporalmente agua, u otro elemento

almacenable. volumen de escorrentía : cantidad total de agua expresada en unidades de volumen que escurre como

consecuencia de una tormenta y que se manifiesta como escorrentía superficial en una cierta sección del río.

volumen en detención superficial: volumen de agua que queda temporalmente almacenado en la cuenca durante la tormenta, sea en depresiones superficiales o, en el suelo o en la superficie del terreno.

volumen infiltrado: volumen de agua que penetra la superficie del terreno y pasa a constituir humedad de suelo o a llenar los huecos de un acuífero.

zanja: excavación longitudinal destinada a conducir o almacenar agua. zanja con vegetación: zanja con paredes cubiertas de vegetación. zanja cubierta de pasto: zanja con paredes cubiertas de pasto. zanja de infiltración: zanja en la cual se produce la infiltración hacia el suelo del agua conducida o

almacenada en ella. zanja de infiltración completa: zanja en la cual la totalidad del agua que ingresa es infiltrada en el suelo. zanja de infiltración parcial: zanja en la cual parte del agua que ingresa es infiltrada en el suelo. zanja drenante: zanja destinada a eliminar el agua superficial de una zona. zanja lateral: zanja construida a un costado de otra obra de carácter longitudinal. zarpa: parte del cimiento de una obra destinada a anclar paños horizontales, o la base de un muro. zona de aireación o zona vadosa: parte de la litósfera en la cual los intersticios se encuentran llenos de aire y

agua, englobada o suspendida por fuerzas moleculares. zona de recarga: zonas que definen el ingreso de aguas a los acuíferos. zona de saturación: Corresponde a la masa de suelo que está completamente saturada, entre la superficie

libre de un acuífero libre o techo de un acuífero confinado y el fondo impermeable. zona no saturada: ver zona de aireación zona radicular: capa del suelo entremezclada con las raíces de las plantas. zona saturada: ver zona de saturación.


Anexo 6. GLOSARIO

zona vadosa: ver zona de aireación.


Anexo 7

REFERENCIAS


ÍNDICE DE TABLAS, FIGURAS Y LÁMINAS

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Scientific and Industrial Research, Her Majesty'a Stationery Office, London, England. f. Normas del Instituto Chileno de Normalización. En general los proyectos y los procedimientos de construcción deben cumplir con las normas oficiales que rigen sobre la materia. Existen una gran cantidad de ellas que son de interés para las obras alternativas de drenaje urbano de aguas lluvias. A continuación se mencionan un grupo selecto de ellas, cuya enumeración no pretende ser exhaustiva., pero puede servir de guía para la selección de normas a consultar en el proyecto o para incluirlas en Especificaciones Técnicas Especiales. Normas básicas. NCh 9.Of 70 Física. Sistema Internacional de Unidades (SI). Definiciones y

Símbolos NCh 25.Of 71 Física. Parámetros Adimensionales. NCh 711.Of 71 Arquitectura y Construcción. Designación gráfica de elementos para

instalaciones sanitarias. NCh 1079.Of 77 Arquitectura y Construcción. Zonificación climática habitacional para

Chile y recomendaciones para el diseño arquitectónico. Calidad del agua. NCh 246.Of 64 Agua para análisis. NCh 133.Of 76 mod 1987. Requisitos de calidad del agua para diferentes usos. NCh 1367.Of 79 Agua Potable. Plantas de Tratamiento. Desarenadores y

Sedimentadores simples (sin coagulación previa). Seguridad. NCh 347.Of 55 Prescripción de seguridad en la demolición. NCh. 349.Of 55 Prescripción de seguridad en excavaciones. NCh 19.Of 79 Prevención de Riesgos. Identificación de Sistemas de Hormigón armado. NCh 204.Of 77 Acero. Barras laminadas en caliente para hormigón armado. NCh 211.Of 70 Barras con resaltes en obras de hormigón armado. NCh 218. Of 77 Acero. Mallas de alta resistencia para hormigón armado.

Especificaciones. NCh 429. EOf 57 Hormigón Armado. Parte 1. NCh 430. EOf 61 Hormigón Armado. Parte 2. Cámaras, tuberías y piezas especiales. NCh 895.Of 83 Válvulas de compuerta para obras hidráulicas en fundición de hierro. Nch 1623.Of 80 Cámaras de inspección prefabricadas para redes públicas de

alcantarillado. Requisitos. NCh 1676.Of 79 Cámaras de inspección prefabricadas para redes públicas de

alcantarillado. Losas, ensayos de carga. NCh 1632.Of 79 Tapas y anillos de fundición de hierro para cámaras de válvulas de

agua potable ubicadas en calzadas. Asbesto - cemento. NCh 190.Of 51 Tubos y accesorios de asbesto - cemento para líquidos o gases sin

presión. NCh 191.Of 80 Tubos de asbesto - cemento para conducción de fluidos a presión.

Requisitos. NCh 192.Of 82 Asbesto - cemento. Tubos. Ensayos. NCh 193.Of 51 Tubos de asbesto-cemento para líquidos o gases a baja presión. NCh 404.Of 84 Accesorios de fundición gris para tuberías de asbesto-cemento. NCh 725.Of 74 Alcantarillado. Tubos de asbesto-cemento. Especificaciones.



NCh 1360.Of 84 Tubería de acero, fierro fundido y asbesto-cemento para conducción de agua potable. Pruebas en obras.

NCh 165/1.Of 81 Anillos de caucho vulcanizado para tuberías. Parte 1. Tuberías de asbesto-cemento.

NCh 1911.Of 84 Asbesto-cemento. Tubos. Guía de instalación. NCh 402.Of 83 Tuberías y accesorios de fundición gris para canalizaciones sometidas

a presión. NCh 403.Of 58 Cañería de fierro fundido para alcantarillado. NCh 404.Of 84 Accesorios de fundición gris para tuberías de asbesto-cemento. Nch 895.Of 83 Válvulas de compuerta para obras hidráulicas en fundición de hierro. NCh 184.Of 80 Tubos de hormigón simple para alcantarillado. Requisitos generales. NCh 185.Of 81 Tubos de hormigón simple para alcantarillado. Ensayos. Áridos. NCh 163.Of 79 Áridos para morteros y hormigones. Requisitos generales. NCh 164.EOf 76 Áridos para morteros y hormigones. Extracción y preparación de

muestras. NCh 165.Of 77 Áridos para morteros y hormigones. Tamizado y determinación de la

granulometría. NCh 1116.EOf 77 Áridos para morteros y hormigones. Determinación de la densidad

aparente. NCh 1223.Of 77 Áridos para morteros y hormigones. Determinación del material fino

menor a 0,080 mm. NCh 1326.Of 77 Áridos para morteros y hormigones. Determinación de huecos. NCh 1327.Of 77 Áridos para morteros y hormigones. Determinación de partículas

desmenuzables. NCh 1328.Of 77 Áridos para morteros y hormigones. Determinación de la

desintegración. Método de los sulfatos. NCh 1369.Of 78 Áridos. Determinación del desgaste de las gravas. Método de la

Máquina de Los Ángeles.



ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 3.1.1.1: Precipitación anual en algunas ciudades................................................. 36 Tabla 3.1.1.2: Evaporación potencial anual en algunas ciudades. (B.H.Ch., D.G.A. 1987)........................................................................................... 40 Tabla 3.1.1.3: Adherencia de contaminantes a la MES en % ....................................... 42 Tabla 3.1.1.4: Concentración y origen de metales pesados............................................ 43 Tabla 3.1.1.5: Concentración de otros contaminantes ................................................... 43 Tabla 3.1.2.1: Curvas IDF para Santiago, San Fernando, Concepción y Temuco......... 50 Tabla 3.1.2.2: Precipitaciones Máximas para 10 años de periodo de retorno................ 52 Tabla 3.1.2.3: Coeficientes de duración (Varas y Sánchez) .......................................... 54 Tabla 3.1.2.4: Coeficientes de frecuencia para lluvias de igual duración...................... 55 Tabla 3.1.2.5: Coeficiente de duración para lluvias de menos de 1 hora....................... 58 Tabla 3.1.2.6: Expresiones para calcular el tiempo de concentración ........................... 64 Tabla 3.1.2.7: Coeficientes de escorrentía ..................................................................... 66 Tabla 3.1.2.8: Valores de Curvas Número para Áreas Urbanas..................................... 69 Tabla 3.2.2.1: Valores de permeabilidad según la descripción del material .................. 85 Tabla 3.2.2.2: Valores estimados de porosidades totales y efectivas............................. 88 Tabla 3.2.2.3: Características de los Materiales que se grafican en las curvas granulométricas de la Figura 3.2.2.10 ......................................... 95 Tabla 4.1.1: Pendientes máximas de terreno para diferentes tipos de cubierta......... 112 Tabla 4.2.1: Alternativas de disposición de aguas lluvias mediante infiltración. .... 119 Tabla 4.2.1.1: Puntajes para la factibilidad de estanques de infiltración .................... 128 Tabla 4.2.4.1: Espesores mínimos recomendados para el total del pavimento (Debo y Reese, 1995)............................................................................ 218 Tabla 4.2.4.2: Proporciones de agregados utilizados en Meryland EE.UU ................. 220 Tabla 4.2.4.3: Agregados según diferentes autores...................................................... 220 Tabla 4.2.4.4: Recomendaciones de agregados empleados en diferentes países ......... 221 Tabla 4.2.4.5: Composición de subbases no tratadas recomendadas por la Portland Cement Associación de EE.UU.............................................. 222 Tabla 4.2.4.6: Composición de subbases tratadas recomendadas por la Portland Cement Associación de EE.UU. ........................................................... 222 Tabla 4.2.5.1: Factor de daño según la carga y ejes..................................................... 252 Tabla 4.2.5.2: Curva de tránsito y ejes estándar equivalentes...................................... 253 Tabla 4.4.3.1: Velocidades máximas (y Números de Froude) recomendadas ............. 427 Tabla 4.4.3.2: Coeficientes de rugosidad para canales de pasto .................................. 427 Tabla 4.4.5.1: Velocidad de sedimentación de partículas de arena.............................. 483 Tabla 4.4.5.2: Parámetros a y n en función del Número de Reynolds ......................... 484 Tabla 4.4.5.3: Estimación de la cantidad de sedimentos retenidos en el sedimentador ..................................................................................... 490



Tabla 4.5.1.1: Incompatibilidades de las obras con condiciones del lugar .................. 505 Tabla 4.5.1.2: Incompatibilidades de las obras con características de la urbanización 507 Tabla 4.5.1.3: Potencialidades de las obras para otros usos......................................... 508 Tabla 4.5.1.4: Influencia de la ubicación regional.. ..................................................... 509 Tabla 4.5.3.1: Riesgo de falla en función del periodo de retorno (años) y la vida útil de la obra (años).............................................................................. 519 Tabla 4.5.3.2: Número esperado de fallas en función del periodo de retorno de diseño (años) y la vida útil de la obra (años).................................... 520 Tabla 4.5.3.3: Valores mínimos recomendados del periodo de retorno de lluvias de diseño para obras alternativas............................................... 521 Tabla 5.1.1.1: Especies recomendadas de gramineas para césped............................... 553 Tabla 6.1.1: Frecuencia de las inspecciones, por año, según el tipo de obra y ubicación .............................................................................. 574 Tabla 6.2.1: Frecuencia básica de riego y corte de pasto, veces por mes ................. 578 Tabla 6.2.2: Labores de extracción de sedimentos según el tipo de obra ................. 579



ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.4.1: Efecto sobre los hidrogramas de la tormenta de cada uno de los enfoques conceptuales para la disposición local..................................... 24 Figura 3.1.1.1: Zonas climáticas en Chile continental .................................................... 33 Figura 3.1.1.2: Precipitación en Chile, isoyetas medias anuales ..................................... 35 Figura 3.1.1.3: Detalle de la distribución de precipitación media anual según el Balance Hídrico de Chile, (D.G.A. 1987)............................................... 35 Figura 3.1.1.4: Comparación gráfica de la precipitación media mensual en algunas ciudades...................................................................................... 38 Figura 3.1.1.5: Detalle de las isolíneas de evaporación según el Balance Hídrico de Chile (D.G.A. 1987)................................................................................ 39 Figura 3.1.2.1: Hietograma. ............................................................................................. 46 Figura 3.1.2.2: Curvas IDF para Santiago en Qta. Normal ( E. Schroder)...................... 50 Figura 3.1.2.3: Ejemplo de un sector del mapa con curvas de precipitación máxima diaria para 10 años de período de retorno, (D.G.A. 1993)........ 51 Figura 3.2.1.1: El agua subterránea en el ciclo hidrológico ............................................ 72 Figura 3.2.1.2: Acuífero libre .......................................................................................... 74 Figura 3.2.1.3: Acuífero confinado.................................................................................. 74 Figura 3.2.1.4: Acuífero colgado..................................................................................... 75 Figura 3.2.1.5: Estratos presentes en la sección de un acuífero libre .............................. 76 Figura 3.2.2.1: Esquema de infiltración........................................................................... 78 Figura 3.2.2.2: Intercambio de agua en un suelo cubierto de vegetación........................ 79 Figura 3.2.2.3: Recarga y descarga de agua subterránea................................................. 81 Figura 3.2.2.4: Representación del experimento de Darcy.............................................. 84 Figura 3.2.2.5: Ejemplo de curvas de succión para suelos de diferente textura .............. 86 Figura 3.2.2.6: Ejemplos que muestran formas típicas de curvas de conductividad hidráulica para diferentes materiales............................... 87 Figura 3.2.2.7: Infiltrómetro de cilindros concéntricos y curvas de infiltración, f, e infiltración acumulada, F, en el tiempo............................................. 89 Figura 3.2.2.8: Infiltrómetro de cilindro excavado.......................................................... 91 Figura 3.2.2.9: Clasificación de los materiales granulares por el tamaño del grano ....... 94 Figura 3.2.2.10:Ejemplo de curvas granulométricas de 5 materiales de ......................... 95 Figura 4.1.1: Comparación entre un enfoque tradicional y uno que promueve la desconexión de áreas impermeables ................................................. 108 Figura 4.1.2: Efecto de la desconexión de áreas impermeables en la reducción del área impermeable equivalente. ........................................................ 112 Figura 4.1.3: Perfil transversal en pasajes .................................................................. 114 Figura 4.1.4: Perfil transversal en veredas. ................................................................ 114 Figura 4.1.5: Perfil en calles con bandejones ............................................................. 115



Figura 4.2.1.1: Uso de estanques de infiltración en una urbanización. ......................... 122 Figura 4.2.1.2: Disposición de los elementos de un estanque de infiltración................ 122 Figura 4.2.1.3: Estanque de infiltración en antejardín................................................... 123 Figura 4.2.1.4: Estanque de infiltración en estacionamiento......................................... 123 Figura 4.2.1.5: Estanques de infiltración en zonas con pendiente usando solerillas en las curvas de nivel ............................................................................ 123 Figura 4.2.1.6: Elementos en el diseño de un estanque de infiltración. ........................ 129 Figura 4.2.1.7: Estimación del volumen de almacenamiento ........................................ 132 Figura 4.2.1.8: Divisiones interiores y taludes .............................................................. 134 Figura 4.2.1.9: Estimación del volumen de almacenamiento. ....................................... 142 Figura 4.2.2.1: Uso de zanjas de infiltración en una urbanización................................ 148 Figura 4.2.2.2: Disposición de elementos de una zanja de infiltración. ........................ 148 Figura 4.2.2.3: Zanja de infiltración completa. ............................................................. 149 Figura 4.2.2.4: Zanja de infiltración parcial. ................................................................. 149 Figura 4.2.2.5: Zanja de infiltración con alimentación superficial en un estacionamiento. .......................................................................... 150 Figura 4.2.2.6: Zanja cubierta........................................................................................ 150 Figura 4.2.2.7: Elementos de una zanja. ........................................................................ 154 Figura 4.2.2.8: Parámetros que definen la geometría de una zanja ............................... 157 Figura 4.2.2.9: Estimación del volumen de almacenamiento ........................................ 158 Figura 4.2.2.10:Zanja en terreno con pendiente ............................................................. 159 Figura 4.2.2.11:Tubería de reparto ................................................................................. 160 Figura 4.2.2.12: Zanja con drenes .................................................................................. 161 Figura 4.2.2.13: Pozo de observación............................................................................. 161 Figura 4.2.2.14: Alternativa de cubierta ......................................................................... 162 Figura 4.2.2.15: Disposición de una cámara de entrada ................................................ 162 Figura 4.2.2.16: Estimación del volumen de almacenamiento de la zanja ................... 170 Figura 4.2.3.1: Uso de pozos de infiltración en una urbanización .............................. 180 Figura 4.2.3.2: Esquema de los alimentos fluviales de un pozo de infiltración.......... 180 Figura 4.2.3.3: Pozos de infiltración (arriba) y de inyección (abajo).......................... 181 Figura 4.2.3.4a: Pozo de infiltración simple alimentado desde la superficie................ 181 Figura 4.2.3.4b: Pozo de infiltración con decantador y volumen parcial sin relleno.... 182 Figura 4.2.3.4c: Pozo de infiltración con decantador y rebase sobre el mismo pozo ... 182 Figura 4.2.3.5: Elementos típicos de un pozo de infiltración...................................... 187 Figura 4.2.3.6: Variables para estimar el caudal de infiltración de un pozo............... 190 Figura 4.2.3.7: Ejemplos de cámaras de rebase .......................................................... 192 Figura 4.2.3.8.a: Alternativas de cubiertas. Pavimento celular con capas filtrantes...... 193 Figura 4.2.3.8.b: Alternativas de cubiertas. Losa con tapa bajo superficie impermeable 194 Figura 4.2.3.8.c: Alternativas de cubiertas. Piedras y rocas en jardín de plantas con capas filtrantes ............................................................................. 194 Figura 4.2.3.9: Elementos de un piezómetro............................................................... 194



Figura 4.2.4.1: Uso de pavimentos porosos en una urbanización. .............................. 210 Figura 4.2.4.2: Elementos de un pavimento poroso .................................................... 210 Figura 4.2.4.3: Disposición difusa local...................................................................... 211 Figura 4.2.4.4: Disposición concentrada aparte. ......................................................... 211 Figura 4.2.4.5: Sección transversal de un pavimento poroso...................................... 217 Figura 4.2.4.7: Disposición de drenes de evacuación. ................................................ 226 Figura 4.2.4.8: Disposición de drenes de rebase ......................................................... 226 Figura 4.2.4.9: Estimación del volumen de almacenamiento como la diferencia máxima entre los volúmenes acumulados de recarga e infiltración. .................................................................... 238 Figura 4.2.5.1: Disposición de pavimentos celulares.................................................. 244 Figura 4.2.5.2: Esquema de los elementos principales de un pavimento celular ........ 244 Figura 4.2.5.3: (Arriba) Disposición difusa local. (Abajo) Disposición concentrada aparte .............................................................................. 245 Figura 4.2.5.4: Ejemplos de disposiciones difusas de pavimentos celulares en estacionamientos ............................................................................ 246 Figura 4.2.5.5: Elementos de un pavimento celular .................................................... 251 Figura 4.2.5.6: Ejemplos de elementos prefabricados para pavimentos celulares ...... 254 Figura 4.2.5.7: Curvas de diseño para determinar el espesor de la subbase. .............. 255 Figura 4.2.5.8: Tubería perforada para funcionar como dren. ................................... 258 Figura 4.2.5.9: Drenes en un pavimento filtrante........................................................ 259 Figura 4.2.5.10: Disposición de separadores en terrenos con pendiente....................... 260 Figura 4.2.5.11: Estimación gráfica del volumen de almacenamiento. ........................ 269 Figura 4.3.1.1: Uso de estanques de retención en una urbanización........................... 278 Figura 4.3.1.2: Esquema de los elementos principales de un estanque de regulación........................................................................ 278 Figura 4.3.1.3: Ejemplo de estanque de retención como parque a lo largo de una calle, Fort Collins, E.E. U.U ........................................................ 279 Figura 4.3.1.4: Estanque de retención de un sólo nivel en Fort Collins, Colorado, EE.UU................................................................................ 279 Figura 4.3.1.5: Estanque de retención con un muro vertical en Fort Collins, E.U.U.. 279 Figura 4.3.1.6: Estanque de retención en Liourat, Francia. Los gastos menores pasan por un ducto subterráneo (3) bajo la cancha............................. 280 Figura 4.3.1.7: Estanque de retención en Denver, EE.UU. con canchas y estacionamientos.............................................................................. 280 Figura 4.3.1.8: Estanque de retención en un parque de Chicago, EE.UU. usado como área de recreación. ................................................................... 280 Figura 4.3.1.9: Estanque de retención en Chemin de Cleres, Francia, construido en una hondonada cubierta de pasto ................................................... 280 Figura 4.3.1.10: Volúmenes de almacenamiento. ......................................................... 285 Figura 4.3.1.11: Disposición en planta de los elementos típicos de un estanque de retención.......................................................................... 286



Figura 4.3.1.12: Elementos en el perfil longitudinal del estanque................................ 286 Figura 4.3.1.13: Ejemplo de un estanque de un sólo nivel, con el canal para flujos menores diseñado por un costado, de manera de maximizar la superficie destinada a otros usos..................................................... 287 Figura 4.3.1.14: Ejemplo de un estanque de retención de dos niveles con el canal para flujos bajos por el centro y la zona inferior junto a la cámara de descarga.......................................................................................... 288 Figura 4.3.1.15: Cámara de descarga simple................................................................. 291 Figura 4.3.1.16: Cámara con una placa de acero y orificio de descarga controlada ..... 292 Figura 4.3.1.17: Cámara con orificio lateral y vertedero superior . .............................. 292 Figura 4.3.1.18: Cámara de descarga simple................................................................. 292 Figura 4.3.1.19: Cámara de descarga con un orificio de vaciamiento total. ................. 293 Figura 4.3.1.20: Cámara de descarga con múltiples orificios. ...................................... 293 Figura 4.3.1.21: Cámara de descarga con tubo perforado para vaciamiento total. ....... 293 Figura 4.3.1.22: Definición de variables para el diseño del ducto de salida del estanque......................................................................................... 294 Figura 4.3.1.23: Cámara de descarga con tubo perforado para el vaciamiento total. ... 296 Figura 4.3.1.24: Determinación del número de perforaciones en el tubo de vaciamiento total................................................................................. 297 Figura 4.3.1.25: Gráfico para la determinación del área de las perforaciones por fila necesarias para vaciar el estanque en 12 horas............................ 297 Figura 4.3.1.26: Definición de variable para el diseño del vertedero de seguridad. ..... 299 Figura 4.3.1.27: Volumen de almacenamiento principal del estanque en relación al hidrograma de la crecida que entra y la crecida evacuada hacia aguas abajo.......................................................................................... 301 Figura 4.3.1.28: Canal de flujos bajos en el fondo de un estanque en Fort Collins, EE.UU................................................................................................. 304 Figura 4.3.1.29: Entrada a un estanque de retención en Fort Collins, EE.UU.............. 304 Figura 4.3.1.30: Reja de acero galvanizado sobre la cámara de descarga, Fort Collins, EE.UU............................................................................ 305 Figura 4.3.1.31: Dimensiones y niveles de la cámara de descarga. .............................. 316 Figura 4.3.1.32: Hidrogramas de entrada y salida de una crecida de 10 años de periodo de retorno............................................................................... 322 Figura 4.3.2.1: Uso de lagunas de retención en una urbanización .............................. 332 Figura 4.3.2.2: Esquema de los elementos principales de una laguna de retención.... 332 Figura 4.3.2.3: Laguna de retención en Fort Collins, EE.UU. .................................... 333 Figura 4.3.2.4: Laguna de retención aprovechando una hondonada, E.E.U.U ........... 333 Figura 4.3.2.5: Laguna de retención en un parque. ..................................................... 333 Figura 4.3.2.6: Laguna de retención con zona litoral y de inundación, con embarcaderos ............................................................................... 334 Figura 4.3.2.7: Laguna de retención con un borde de muros verticales y zona litoral y de inundación en un sólo lado. .............................................. 334



Figura 4.3.2.8: Laguna de retención en forma de canal con paredes verticales.......... 334 Figura 4.3.2.9: Volúmenes de almacenamiento.. ........................................................ 339 Figura 4.3.2.10: Disposición en planta de los elementos típicos de una laguna de retención......................................................................................... 340 Figura 4.3.2.11: Elementos en el perfil longitudinal de la laguna.. .............................. 340 Figura 4.3.2.12: Perfil transversal de la zona litoral. .................................................... 341 Figura 4.3.2.13: Elementos de la cámara de descarga................................................... 344 Figura 4.3.2.14: Cámara de descarga con orificio de vaciamiento. .............................. 345 Figura 4.3.2.15: Cámara de descarga con vertedero. .................................................... 345 Figura 4.3.2.16: Cámara de descarga con tubo perforado............................................. 345 Figura 4.3.2.17: Definición de variables para el diseño del ducto de salida de la laguna ......................................................................................... 346 Figura 4.3.2.18: Cámara de descarga con tubo perforado para vaciamiento del volumen de regulación de crecidas menores. ..................................... 348 Figura 4.3.2.19: Determinación del número de perforaciones en el tubo de vaciamiento.. .................................................................................. 349 Figura 4.3.2.20: Gráfico para la determinación del área de perforaciones por fila necesarias para vaciar el volumen de regulación de la laguna en 12 horas. ......................................................................................... 349 Figura 4.3.2.21: Definición de variables para el diseño del vertedero de seguridad.. .. 351 Figura 4.3.2.22: Volumen de almacenamiento principal d la laguna en relación al hidrograma de la crecida que entra y la crecida evacuada hacia aguas abajo.......................................................................................... 352 Figura 4.3.2.23: Taludes laterales con zona litoral y muros de tierra. ......................... 356 Figura 4.3.2.24: Taludes laterales en base a un muro vertical, sin zona litoral.. .......... 357 Figura 4.3.2.25: Dimensiones y niveles de la cámara de descarga .............................. 369 Figura 4.3.2.26: Hidrogramas de entrada y salida para una crecida de 10 años de periodo de retorno............................................................................... 375 Figura 4.4.1.1: Elementos típicos de una franja filtrante. ........................................... 388 Figura 4.4.1.2: Ejemplos de franjas filtrantes ............................................................. 390 Figura 4.4.1.3: Distribución de flujos con soleras discontinuas (arriba) y con zanja rellena (abajo)............................................................................ 391 Figura 4.4.1.4: Largo de la franja................................................................................ 393 Figura 4.4.2.1: Elementos de una zanja con vegetación ............................................. 401 Figura 4.4.2.2: Sección típica de zanja........................................................................ 404 Figura 4.4.2.3: Gradas de control. ............................................................................... 406 Figura 4.4.3.1: Canal Natural ...................................................................................... 416 Figura 4.4.3.2: Canal revestido de pasto ..................................................................... 417 Figura 4.4.3.3: Canal con vegetación en el fondo. ...................................................... 417 Figura 4.4.3.4: Canal revestido ................................................................................... 418 Figura 4.4.3.5: Revestimiento de enrocado................................................................. 418 Figura 4.4.3.6: Revestimiento de gaviones. ................................................................ 419



Figura 4.4.3.7: Canal excavado en tierra..................................................................... 419 Figura 4.4.3.8: Canal de pasto y protección de enrocados.......................................... 420 Figura 4.4.3.9: Canal de pasto con alcantarilla bajo calzada. ..................................... 420 Figura 4.4.3.10: Canal con vegetación en el fondo. ...................................................... 420 Figura 4.4.3.11: Secciones típicas de canales revestidos con pasto.............................. 428 Figura 4.4.3.12: Canal con solera de fondo.................................................................. 429 Figura 4.4.3.13: Canal con cauce para flujos menores.................................................. 430 Figura 4.4.3.14: Sección típica de un canal con vegetación en el fondo ...................... 433 Figura 4.4.3.15: Estimación de la rugosidad del canal con vegetación en función de la altura de agua normal. ................................................................ 435 Figura 4.4.4.1: Configuración general de una CVR.................................................... 456 Figura 4.4.4.2: Configuración general de una CIE...................................................... 457 Figura 4.4.4.3: Detalle del enrocado consolidado. ...................................................... 457 Figura 4.4.4.4: Caída Vertical con Cubeta Reforzada................................................. 459 Figura 4.4.4.5: CVR. Corte AA................................................................................... 459 Figura 4.4.4.6: CVR. Corte BB.. ................................................................................. 459 Figura 4.4.4.7: Parámetros que definen el funcionamiento hidráulico de la caída vertical. ............................................................................................... 461 Figura 4.4.4.8: Caída inclinada con enrocados. .......................................................... 471 Figura 4.4.4.9: Perfil longitudinal de una CIE.. .......................................................... 471 Figura 4.4.4.10: Sección de la cubeta de una CIE....................................................... 472 Figura 4.4.5.1: Esquema de los elementos de un sedimentador convencional. .......... 482 Figura 4.4.5.2: Formas de entrada a un sedimentador................................................. 487 Figura 4.5.3.1: Selección del periodo de retorno óptimo desde el punto de vista económico.............................................................................. 522



ÍNDICE DE LÁMINAS

Lámina 1 Ejemplo de Estanque de Infiltración. Plano 1/1.................................... 145 Lámina 2 Ejemplo de Zanja de Infiltración. Plano 1/2. ........................................ 175 Lámina 3 Ejemplo de Zanja de Infiltración. Plano 2/2. ........................................ 177 Lámina 4 Ejemplo de Pozo de Infiltración. Plano 1/2 .......................................... 205 Lámina 5 Ejemplo de Pozo de Infiltración. Plano 2/2. ......................................... 207 Lámina 6 Ejemplo de Pavimento Poroso. Plano 1/1 ............................................. 241 Lámina 7 Ejemplo de Pavimento Celular. Plano 1/1 ............................................ 273 Lámina 8 Ejemplo de Estanque de Retención. Plano 1/3...................................... 325 Lámina 9 Ejemplo de Estanque de Retención. Plano 2/3...................................... 327 Lámina 10 Ejemplo de Estanque de Retención. Plano 3/3...................................... 329 Lámina 11 Ejemplo de Laguna de Retención. Plano 1/3. ....................................... 379 Lámina 12 Ejemplo de Laguna de Retención. Plano 2/3. ....................................... 381 Lámina 13 Ejemplo de Laguna de Retención. Plano 3/3. ....................................... 383 Lámina 14 Ejemplo de Franja Filtrante. Plano 1/1 ................................................. 399 Lámina 15 Ejemplo de Zanja con Vegetación. Plano 1/1 ....................................... 413 Lámina 16 Ejemplo de Canal Revestido con Pasto. Plano 1/1 ............................... 445 Lámina 17 Ejemplo de Canal con Vegetación en el Fondo. Plano 1/1 ................... 453 Lámina 18 Ejemplo de Caída Vertical con Enrocados. Plano 1/1 .......................... 469 Lámina 19 Ejemplo de Caída Inclinada con Enrocados. Plano 1/1. ....................... 479 Lámina 20 Ejemplo de Sedimentador. Plano 1/1 .................................................... 493 Lámina 21 Ejemplo de Cámara de Inspección Tipo A. Plano 1/1 .......................... 499 Lámina 22 Ejemplo de Cámara de Inspección Tipo B. Plano 1/1 .......................... 501


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