Guia de Sistema Urbanos de Drenaje Sostenible- Documento Tecnico de soporte -SUDS by SDA2015

Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería

Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental CIIA

Investigación de las tipologías y/o tecnologías de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D.C.

Producto 3 – Guía técnica de diseño y construcción de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS)

Bogotá D.C., Febrero 24 de 2017

Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería Investigación de las Tipologías y/o tecnologías de sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D.C.

Contenido 1.

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 24 Propósito de la guía ........................................................................................................... 27 Sistemas de drenaje urbano sostenible .............................................................................. 27 Sistema de drenaje de la ciudad de Bogotá ....................................................................... 28

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE SITIOS .................................................................. 30 Introducción ...................................................................................................................... 30 Aspectos técnicos del sitio de interés ................................................................................ 31 Tipo de suelo ............................................................................................................. 31 Tamaño de la cuenca ................................................................................................. 31 Aguas subterráneas .................................................................................................... 31 Flujo base .................................................................................................................. 32 Aspectos urbanos y sociales del sitio de interés ................................................................ 32 Actividades en desarrollos futuros ............................................................................ 32 Limitaciones espaciales ............................................................................................. 32 Limitaciones normativas ........................................................................................... 33 Desarrollo urbano y social......................................................................................... 33 Metodología de selección .................................................................................................. 34 Delimitar el área de estudio ....................................................................................... 36 Establecer el alcance y determinar la conveniencia de los SUDS ............................. 37 Recopilar información e identificar áreas potenciales de intervención ..................... 39 Priorizar áreas por objetivo de interés ....................................................................... 40 Comparar y seleccionar los sitios más convenientes mediante visitas de campo ..... 43 Realizar pruebas técnicas y comparar la información precedente ............................. 44 Seleccionar el sitio adecuado de intervención ........................................................... 45 Verificar si el sitio seleccionado satisface el alcance propuesto ............................... 46 Caso de estudio: Bogotá D.C ............................................................................................ 46 Delimitar el área de estudio ....................................................................................... 46 Establecer el alcance y determinar la conveniencia de los SUDS ............................. 47 Recopilar información e identificar áreas potenciales de intervención ..................... 48 Priorizar áreas por objetivo de interés ....................................................................... 52 Priorización conjunta de objetivos ............................................................................ 60 2

METODOLOGÍA DE SELECCIÓN DE TIPOLOGÍAS Y TRENES DE SUDS .................... 63 Preselección de tipologías ................................................................................................. 65 Metodología para la evaluación y selección de tipologías de SUDS ................................ 67 Mejoramiento de la calidad del agua ......................................................................... 68 Control de volúmenes de agua lluvia ........................................................................ 72 Amenidad y conflictos de uso. .................................................................................. 74 Mantenimiento .......................................................................................................... 76 Costos ........................................................................................................................ 77 Beneficios y limitaciones por tipología ..................................................................... 86 Evaluación ponderada de las tipologías de SUDS .................................................... 92 Conformación y evaluación de trenes de tratamiento ....................................................... 93

DISEÑO HIDROLÓGICO ..................................................................................................... 100 Volumen de tratamiento para el control de calidad de agua ........................................... 102 Determinación de la profundidad de lámina (hWQCV) a partir de series de escorrentía 104 Determinación de hWQCV a partir de la profundidad de lluvia (hp) .......................... 105 Determinación de Vc ............................................................................................... 110 Estimación de la profundidad de lluvia (hp) para la ciudad de Bogotá ................... 111 Caudal de diseño asociado a un periodo de retorno ........................................................ 129

TIPOLOGÍAS DE SUDS ........................................................................................................ 131 Alcorques inundables ...................................................................................................... 131 Descripción.............................................................................................................. 131 Diseño hidrológico .................................................................................................. 135 Diagrama de referencia ........................................................................................... 136 Metodología adaptada para alcorques de “Bioretention”, Delaware (2014) ........... 137 Ejemplo de predimensionamiento ........................................................................... 142 Cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................... 146 Descripción.............................................................................................................. 146 Diseño hidrológico .................................................................................................. 149 Diagramas de referencia .......................................................................................... 151 (2010)

Metodología adaptada de “Urban Drainage and Flood Control District”, Denver 155

Ejemplo de predimensionamiento ........................................................................... 171 Cunetas verdes ................................................................................................................ 176 Descripción.............................................................................................................. 176 Diseño hidrológico .................................................................................................. 179 Diagramas de referencia .......................................................................................... 181 (2010)

Metodología adaptada de “Urban Drainage and Flood Control District”, Denver ……………………………………………………………………………………………………………………...184

(2007)

Metodología adaptada de “Stormwater Management Manual”, Western Australia ………………………………………………………………………………………………………...................…192 Ejemplo de predimensionamiento ........................................................................... 197

Pavimentos permeables ................................................................................................... 201 Descripción.............................................................................................................. 201 Diseño hidrológico .................................................................................................. 205 Diagramas de referencia .......................................................................................... 207 (2010)

Metodología adaptada de “Urban Drainage and Flood Control District”, Denver 210

Metodología adaptada de “Riverside County Flood Control and Water Conservation District”, Riverside (2011) ...................................................................................................... 214 Ejemplo de predimensionamiento ........................................................................... 215 Tanques de almacenamiento ........................................................................................... 218 Descripción.............................................................................................................. 218 Diseño hidrológico .................................................................................................. 221 Diagramas de referencia .......................................................................................... 222 (2007)

Metodología adaptada de “Stormwater Management Manual”, Western Australia ………………..………………..………………..………………..………………..……………………………….224 Ejemplo de predimensionamiento ........................................................................... 226

Zanja de infiltración ........................................................................................................ 229 Descripción.............................................................................................................. 229 Diseño hidrológico .................................................................................................. 232 Diagrama de referencia ........................................................................................... 234 Metodología adaptada de “Riverside County Flood Control and Water Conservation District”, Riverside (2011) ...................................................................................................... 235 Metodología adaptada de “Virginia Department of Transportation”, Virginia (2013) 240 Ejemplo de predimensionamiento ........................................................................... 242 4

Zonas de bio-retención .................................................................................................... 246 Descripción.............................................................................................................. 246 Diseño hidrológico .................................................................................................. 249 Diagramas de referencia .......................................................................................... 251 (2010)

Metodología adaptada de “Urban Drainage and Flood Control District”, Denver 255

ESTRUCTURAS ANEXAS ................................................................................................... 268 Estructuras para pretratamiento ....................................................................................... 269 Filtros en los sumideros........................................................................................... 269 SUDS complementarios .......................................................................................... 271 Separador de aceites ................................................................................................ 273 Trampa de sedimentos / sedimentadores ................................................................. 275 Estructuras de entrada ..................................................................................................... 278 Vado ........................................................................................................................ 278 Tubería .................................................................................................................... 280 Estructuras anexas a la estructura de entrada .................................................................. 282 Disipador de energía................................................................................................ 282 Bypass (aliviadero) .................................................................................................. 284 Distribuidor de flujo ................................................................................................ 286 Estructuras de salida ........................................................................................................ 288 Estructura de control del flujo ................................................................................. 288 Vertedero de excesos ............................................................................................... 293 Vertedero de emergencia ......................................................................................... 293 Estructuras anexas a la estructura de salida..................................................................... 299 Tubería perforada .................................................................................................... 299 Micropiscina ............................................................................................................ 300 Drenaje de mantenimiento....................................................................................... 301 Rejilla ...................................................................................................................... 301 Disipador de energía................................................................................................ 302 Estructuras de detención o retención ............................................................................... 307 Taludes laterales ...................................................................................................... 307 5

Dique de seguridad .................................................................................................. 308 Estructuras para monitoreo y/o mantenimiento............................................................... 308 Pozos de inspección ................................................................................................ 308 Tuberías de inspección ............................................................................................ 308 7.

ASPECTOS DE CONSTRUCCIÓN....................................................................................... 309 Alcorques inundables ...................................................................................................... 309 Materiales ................................................................................................................ 309 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 310 Cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................... 310 Materiales ................................................................................................................ 310 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 311 Cunetas verdes ................................................................................................................ 312 Materiales ................................................................................................................ 312 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 313 Pavimentos permeables ................................................................................................... 313 Materiales ................................................................................................................ 314 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 317 Tanques de almacenamiento ........................................................................................... 317 Materiales ................................................................................................................ 318 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 318 Zanjas de infiltración....................................................................................................... 318 Materiales ................................................................................................................ 318 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 319 Zonas de bio-retención .................................................................................................... 320 Materiales ................................................................................................................ 320 Recomendaciones de construcción .......................................................................... 322

COBERTURA VEGETAL Y ARBOLADO .......................................................................... 323 Introducción .................................................................................................................... 323 Restricciones de implementación .................................................................................... 323 Requerimiento hídrico ............................................................................................. 323 Requerimientos de humedad ................................................................................... 324 Distancia entre estructuras y coberturas vegetales .................................................. 324 ............................................................................................................................................... 325 6

Cobertura vegetal en las tipologías de SUDS ................................................................. 325 Alcorques inundables .............................................................................................. 325 Cuenca seca de drenaje extendido ........................................................................... 325 Cunetas verdes......................................................................................................... 326 Pavimentos permeables ........................................................................................... 326 Tanques de almacenamiento ................................................................................... 326 Zanjas de infiltración ............................................................................................... 326 Zonas de bio-retención ............................................................................................ 326 Filtros de arena ........................................................................................................ 326 Humedales artificiales ............................................................................................. 327 Pondajes húmedos ................................................................................................... 327 Soakaways ............................................................................................................... 327 Listado de vegetación aplicable por tipología ................................................................. 327 Alcorques inundables .............................................................................................. 327 Cuenca seca de drenaje extendido ........................................................................... 328 Cunetas verdes......................................................................................................... 329 Zanjas de infiltración ............................................................................................... 331 Zonas de bio-retención ............................................................................................ 332 Filtros de arena ........................................................................................................ 332 Humedales artificiales ............................................................................................. 334 Pondajes húmedos ................................................................................................... 335 9.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ................................................................................... 337 Introducción .................................................................................................................... 337 Clases de mantenimiento ................................................................................................. 338 Mantenimiento regular ............................................................................................ 338 Mantenimiento ocasional ........................................................................................ 339 Mantenimiento correctivo ....................................................................................... 339 Plan de mantenimiento .................................................................................................... 339 Actividades generales ...................................................................................................... 340 Inspección................................................................................................................ 341 Remoción de residuos y escombros ........................................................................ 341 Mantenimiento de arbustos y árboles ...................................................................... 341 Mantenimiento de vegetación acuática ................................................................... 342 7

Control de plantas invasoras y maleza .................................................................... 342 Manejo de residuos orgánicos ................................................................................. 342 Remoción de sedimentos ......................................................................................... 343 Sustitución de especies vegetales ............................................................................ 343 Rehabilitación estructural ........................................................................................ 343 Rehabilitación de la superficie infiltrante ............................................................... 343 Actividades específicas para las tipologías ..................................................................... 344 Alcorques inundables .............................................................................................. 344 Cuenca seca de drenaje extendido ........................................................................... 346 Cunetas verdes......................................................................................................... 348 Pavimentos permeables ........................................................................................... 350 Tanques de almacenamiento ................................................................................... 352 Zanjas de infiltración ............................................................................................... 353 Zonas de bio-retención ............................................................................................ 355 Actividades de operación y puesta en marcha................................................................. 357 10.

MONITOREO ..................................................................................................................... 360 Diseño de muestreo ..................................................................................................... 361 Definición de objetivos del monitoreo .................................................................... 361 Características del sitio............................................................................................ 361 Diseño muestral ....................................................................................................... 361 Procedimiento para la inspección y evaluación de los sitios de muestreo .................. 371 Perfil del personal requerido ....................................................................................... 372

11.

CONSIDERACIONES SOCIALES ................................................................................... 373 Introducción ................................................................................................................ 373 Herramientas de participación ..................................................................................... 373 Encuesta .................................................................................................................. 373 Entrevista................................................................................................................. 374 Cartografía social .................................................................................................... 374 Taller informativo ................................................................................................... 374 Taller participativo .................................................................................................. 374 Grupo focal .............................................................................................................. 374 Carteles informativos .............................................................................................. 375 Carteles formativos ................................................................................................. 375 8

Jornadas ................................................................................................................... 375 Metodología general .................................................................................................... 377 Etapa previa a la construcción ................................................................................. 377 Etapa durante la construcción.................................................................................. 380 Etapa después de la construcción ............................................................................ 382 12.

REFERENCIAS .................................................................................................................. 386

13.

ANEXOS............................................................................................................................. 398 Glosario ....................................................................................................................... 398 Listado de normativas de la EAB ................................................................................ 405 Listado de integrantes del equipo de investigación ..................................................... 407

Índice de Tablas Tabla 1. Normativa vigente para el diseño de medidas convencionales ........................................... 38 Tabla 2. Información recopilada para el desarrollo del análisis espacial en Bogotá ......................... 48 Tabla 3. Matriz de calificación de aspectos para el manejo de escorrentía ....................................... 53 Tabla 4. Rangos cualitativos de calidad de ríos ................................................................................ 55 Tabla 5. Rangos cualitativos de calidad para humedales .................................................................. 55 Tabla 6. Preselección de tipologías de SUDS de acuerdo con la selección de áreas potenciales ..... 65 Tabla 7. Restricciones recomendadas para las tipologías propuestas ............................................... 66 Tabla 8. Restricciones asociadas a geometría del diseño de 4 tipologías propuestas ....................... 66 Tabla 9. Criterio de valoración cualitativa ........................................................................................ 68 Tabla 10. Calificación tipologías según eficiencia de remoción de contaminantes .......................... 71 Tabla 11. Procesos de filtración y sorción ........................................................................................ 72 Tabla 12. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según eficiencia de remoción de contaminantes ............................................................................................................................ 72 Tabla 13. Calificación tipologías según eficiencia de reducción de escorrentía ............................... 73 Tabla 14. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según eficiencia de reducción de escorrentía ................................................................................................................................. 74 Tabla 15. Calificación tipologías según contribución a la amenidad ................................................ 74 Tabla 16. Calificación tipologías según conflictos de uso ................................................................ 75 Tabla 17. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según contribución a la amenidad y conflictos de uso ........................................................................................................................ 75 Tabla 18. Calificación tipologías según frecuencia de mantenimiento ............................................. 76 Tabla 19. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según requerimientos de mantenimiento ................................................................................................................................................... 77 Tabla 20. Tasas de cambio promedio (Enero - Octubre 2016).......................................................... 77 Tabla 21. Costos cualitativos para alcorques inundables .................................................................. 78 Tabla 22. Costos cualitativos para cuenca seca de drenaje extendido .............................................. 79 Tabla 23. Costos cualitativos para cunetas verdes ............................................................................ 80 Tabla 24. Costos cualitativos para pavimentos permeables .............................................................. 81

Tabla 25. Costos típicos para tanques de almacenamiento ............................................................... 81 Tabla 26. Costos de instalación y accesorios para tanques de almacenamiento ............................... 82 Tabla 27. Costos cualitativos para tanques de almacenamiento........................................................ 82 Tabla 28. Costos cualitativos para zanjas de infiltración ................................................................. 83 Tabla 29. Costos cualitativos para zonas de bio-retención .............................................................. 84 Tabla 30. Calificación tipologías según costos ................................................................................. 84 Tabla 31. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según costos ....................................... 85 Tabla 32. Beneficios y limitaciones de la implementación de alcorques inundables........................ 86 Tabla 33. Beneficios y limitaciones de la implementación de cuenca seca de drenaje extendido .... 87 Tabla 34. Beneficios y limitaciones de la implementación de cunetas verdes .................................. 88 Tabla 35. Beneficios y limitaciones de la implementación de pavimentos permeables.................... 89 Tabla 36. Beneficios y limitaciones de la implementación de tanques de almacenamiento ............. 90 Tabla 37. Beneficios y limitaciones de la implementación de zanjas de infiltración........................ 91 Tabla 38. Beneficios y limitaciones de la implementación de zonas de bio-retención ..................... 92 Tabla 39. Matriz final de selección de tipologías .............................................................................. 93 Tabla 40. Combinaciones para dos procesos..................................................................................... 94 Tabla 41. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) y almacenamiento (A) .................... 94 Tabla 42. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) e infiltración (I) .............................. 95 Tabla 43. Asociaciones posibles de SUDS para infiltración (I) y transporte (T) .............................. 95 Tabla 44. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) y transporte (T) .................... 95 Tabla 45. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) y aprovechamiento de agua pluvial (R) ................................................................................................................................. 96 Tabla 46. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) e infiltración (I) ................... 96 Tabla 47. Asociaciones posibles de SUDS para infiltración (I) y aprovechamiento de agua pluvial (R) ................................................................................................................................................... 97 Tabla 48. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) y aprovechamiento de agua pluvial (R) ................................................................................................................................................... 97 Tabla 49. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) y aprovechamiento para riego (Ri) ............................................................................................................................................ 98 Tabla 50. Asociaciones posibles de SUDS para infiltración (I) y aprovechamiento para riego (Ri) 98 11

Tabla 51. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) y aprovechamiento para riego (Ri) . 98 Tabla 52. Puntajes asignados según el desempeño de cada tipología de SUDS para los cinco procesos evaluados ................................................................................................................................... 99 Tabla 53. Valores de CNi y CNp para condición II de humedad antecedente ................................. 109 Tabla 54. Tipologías de SUDS y valores de tiempo de drenaje, a y C ........................................... 111 Tabla 55. Estaciones de la red de calidad de aire y períodos con disponibilidad de series horarias 112 Tabla 56. Valores del coeficiente de variación para el tiempo entre llegada de tormentas (tb)....... 113 Tabla 57. Valores de puntos de inflexión de eventos de tormenta (mm) ........................................ 113 Tabla 58. Valores estimados de hp (mm) ........................................................................................ 114 Tabla 59. Valores estimados de hp (mm) y valores diarios de punto de inflexión y percentil 90 ... 115 Tabla 60. Estimación de hP para las estaciones disponibles con registro de lluvia diaria ............... 117 Tabla 61. Valores propuestos de hp para las estaciones disponibles con registro de lluvia diaria.. 118 Tabla 62. Valores de coeficientes de las curvas IDF ...................................................................... 121 Tabla 63. Valores de hp, h1.2,360 y hp estimado ................................................................................. 123 Tabla 64. Valores de hp, h5,360 y hp/h5,360 ......................................................................................... 126 Tabla 65. Valores del 30% de h5,360................................................................................................. 127 Tabla 66. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de alcorques inundables ..................... 135 Tabla 67. Área de drenaje de los alcorques ..................................................................................... 143 Tabla 68. Volumen de calidad de agua para los alcorques inundables en el ejemplo de predimensionamiento. ............................................................................................................. 144 Tabla 69. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de los alcorques inundables. ................................................................................................................................................. 145 Tabla 70. Principales resultados del dimensionamiento del alcorque inundable en el ejemplo de predimensionamiento .............................................................................................................. 145 Tabla 71. Volumen de calidad de agua para el predimensionamiento de los alcorques inundables 145 Tabla 72. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de una cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................................................................................. 149 Tabla 73. Volumen mínimo de la antecámara según el área impermeable de drenaje.................... 158 Tabla 74. Profundidad máxima, caudal de descarga y tipo de estructura recomendados por área impermeable aferente. ............................................................................................................. 159 Tabla 75. Diámetros, n° de columnas y área por fila de orificios de la estructura de salida. .......... 162 12

Tabla 76. Profundidad mínima de recarga como función del área impermeable de la cuenca. ...... 163 Tabla 77. Cálculo del ancho mínimo de acuerdo con la forma de los orificios. ............................. 165 Tabla 78. Dimensiones recomendadas para la rejilla ...................................................................... 166 Tabla 79. Área total recomendada para la rejilla............................................................................. 166 Tabla 78. Coeficientes y áreas empleadas con método racional. .................................................... 173 Tabla 79. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de la cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................................................................. 174 Tabla 80. Principales resultados del dimensionamiento de la cuenca seca de drenaje extendido ... 175 Tabla 81. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de una cuneta verde ........................... 179 Tabla 82. Parámetros asociados al desarrollo de la pendiente longitudinal de la cuneta. ............... 185 Tabla 83. Parámetros asociados a la geometría de la cuneta........................................................... 186 Tabla 84. Coeficientes, áreas e intensidades empleadas para definir el caudal de diseño. ............. 199 Tabla 85. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de la cuneta verde ............ 200 Tabla 86. Principales resultados del dimensionamiento de la cuneta verde.................................... 200 Tabla 87. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de pavimentos permeables ................. 206 Tabla 88. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento del pavimento poroso ...... 217 Tabla 89. Principales resultados del dimensionamiento del pavimento poroso .............................. 217 Tabla 90. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de tanques de almacenamiento .......... 221 Tabla 91. Parámetros asociados al volumen de recolección del tanque de almacenamiento. ......... 224 Tabla 92. Valor de precipitación y escorrentía mensual tenida en cuenta para el diseño hidrológico del tanque de almacenamiento ................................................................................................ 228 Tabla 93. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento del tanque de almacenamiento ................................................................................................................................................. 228 Tabla 94. Principales resultados (mensuales) del dimensionamiento del tanque de almacenamiento ................................................................................................................................................. 228 Tabla 95. Principales resultados del dimensionamiento del tanque de almacenamiento ................ 229 Tabla 96. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de zanjas de infiltración ..................... 233 Tabla 97. Requerimientos según test de infiltración para las zanjas de infiltración ....................... 237 Tabla 98. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de zanja de infiltración .... 244 Tabla 99. Principales resultados del dimensionamiento de la zanja de infiltración ........................ 244 13

Tabla 100. Variables hidrológicas requeridas para el diseño de zonas de bio-retención ................ 249 Tabla 101. Consideraciones técnicas recomendadas para las tuberías perforadas .......................... 259 Tabla 102. Espaciamiento entre diques de 15 cm. .......................................................................... 264 Tabla 103. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de la zona de bio-retención. ................................................................................................................................................. 266 Tabla 104. Principales resultados del dimensionamiento de zonas de bio-retención. ..................... 266 Tabla 105. Estructuras anexas típicas para cada tipología. ............................................................. 268 Tabla 106. Estructuras anexas típicas para cada tipología (continuación) ...................................... 269 Tabla 107. Restricciones de implementación de las franjas de césped ........................................... 272 Tabla 108. Restricciones en las dimensiones de franjas de césped ................................................. 272 Tabla 109. Características recomendadas para los separadores de aceites de placas corrugadas ... 275 Tabla 110. Dimensiones recomendadas para la antecámara ........................................................... 276 Tabla 111. Dimensiones recomendadas para los pozos de sedimentación ..................................... 278 Tabla 112. Características recomendadas para los vados ................................................................ 280 Tabla 113. Recomendaciones de diseño para el distribuidor de flujo. ............................................ 287 Tabla 114. Características de la tipología y el tubo vertical perforado. .......................................... 289 Tabla 115. Características que influencia la descarga del culvert. .................................................. 291 Tabla 116. Variables de diseño para vertederos en tierra................................................................ 295 Tabla 117. Características recomendadas de acuerdo con la normativa de INVÍAS ...................... 299 Tabla 118. Dimensiones recomendadas para la micropiscina ......................................................... 300 Tabla 121. Variables a considerar de acuerdo con la estructura de salida ...................................... 303 Tabla 122. Normatividad vigente para el diseño y construcción de pozos de inspección .............. 308 Tabla 123. Composición recomendada para el suelo ...................................................................... 309 Tabla 124. Granulometría concreto hidráulico poroso ASTM C33 ................................................ 314 Tabla 125.Granulometría mezcla asfáltica porosa .......................................................................... 315 Tabla 126. Gradación del material de la capa de nivelación ........................................................... 315 Tabla 127. Gradación del material de la sub-base........................................................................... 316 Tabla 128. Gradación del material de la capa filtrante.................................................................... 316 Tabla 129. Requerimientos del componente mineral para el suelo. ................................................ 321 14

Tabla 130. Parámetros para el uso de compost en zonas de bio-retención ..................................... 321 Tabla 131. Características recomendadas para los suelos utilizados en zonas de bio-retención..... 321 Tabla 132. Zonificación del área urbana de acuerdo con su humedad (precipitación) ................... 324 Tabla 133. Clasificación de la distancia óptima de plantas empleadas en coberturas vegetales ..... 324 Tabla 134. Clasificación de la distancia óptima de plantas empleadas en arbolado ....................... 325 Tabla 135. Especies vegetales aplicables en el diseño de alcorques inundables ............................. 327 Tabla 136. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de CSDE ................................ 328 Tabla 137. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de cunetas verdes ................... 329 Tabla 138. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de zanjas de infiltración......... 331 Tabla 139. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de zonas de bio-retención ...... 332 Tabla 140. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de filtros de arena .................. 332 Tabla 141. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de humedales artificiales ....... 334 Tabla 142. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de pondajes húmedos ............ 335 Tabla 143. Tipos de actividades de mantenimiento para las tipologías de SUDS .......................... 338 Tabla 144. Matriz resumen de las actividades de mantenimiento generales para las tipologías de SUDS....................................................................................................................................... 340 Tabla 145. Actividades de operación y mantenimiento para los alcorques inundables .................. 344 Tabla 146. Requerimientos de inspección para los alcorques inundables....................................... 345 Tabla 147. Actividades de operación y mantenimiento para la cuenca seca de drenaje extendido 346 Tabla 148. Requerimientos de inspección para la cuenca seca de drenaje extendido ..................... 347 Tabla 149. Actividades de operación y mantenimiento para las cunetas verdes ............................. 348 Tabla 150. Requerimientos de inspección para las cunetas verdes ................................................. 349 Tabla 151. Actividades de operación y mantenimiento para los pavimentos permeables .............. 350 Tabla 152. Requerimientos de inspección para los pavimentos permeables................................... 351 Tabla 153. Actividades de operación y mantenimiento para los tanques de almacenamiento ........ 352 Tabla 154. Requerimientos de inspección para los tanques de almacenamiento ............................ 353 Tabla 155. Actividades de operación y mantenimiento para las zanjas de infiltración................... 353 Tabla 156. Requerimientos de inspección para las zanjas de infiltración ....................................... 354 Tabla 157. Actividades de operación y mantenimiento para las zonas de bio-retención ................ 355 15

Tabla 158. Requerimientos de inspección para las zonas de bio-retención .................................... 356 Tabla 159. Métodos usuales para la determinación de parámetros en línea ................................... 362 Tabla 160. Requerimientos mínimos para toma de muestras de calidad de agua y posterior análisis en laboratorio ............................................................................................................................... 367 Tabla 161. Convenciones para el desarrollo de cartografía social .................................................. 374 Tabla 162. Actividades a realizar durante las jornadas. .................................................................. 376 Tabla 163. Descripción herramientas participativas. ...................................................................... 378 Tabla 164. Objetivos de las actividades durante la construcción .................................................... 380 Tabla 165. Objetivos de los carteles formativos ............................................................................. 382

Índice de Figuras Figura 1. Evolución de temáticas consideradas en el drenaje urbano. .............................................. 28 Figura 2. Subcuencas pluviales con alcantarillado separado y combinado ....................................... 29 Figura 3. Metodología general de selección de sitios ....................................................................... 36 Figura 4. Mapa de marco de referencia y unidades de análisis ......................................................... 47 Figura 5. Mapa de espacio público de la ciudad de Bogotá .............................................................. 52 Figura 6. Mapa de priorización conjunta de UGAs para el objetivo de manejo de escorrentía ........ 54 Figura 7. Mapa conjunto de clasificación de UGAs para el objetivo de calidad de agua ................. 56 Figura 8. Mapa de priorización de UGAs a partir del análisis ambiental, social y económico......... 57 Figura 9. Área de proyectos de renovación urbana cuantificada por UGA....................................... 58 Figura 10. Mapa de identificación de los puntos de entrada de quebradas al sistema de drenaje (natural y construido) en Bogotá ............................................................................................................ 60 Figura 11. Priorización conjunta de UGAs por manejo de escorrentía y calidad de agua de ríos, quebradas y humedales.............................................................................................................. 61 Figura 12. Mapa de áreas potenciales priorizadas por objetivos de interés. ..................................... 62 Figura 13. Metodología de selección de tipología ............................................................................ 64 Figura 14. Mapa de tipologías aptas en áreas cercanas al río Fucha ................................................. 67 Figura 15. Ejemplo de implementación de alcorques inundables. .................................................... 86 Figura 16. Calificación de desempeño de los alcorques inundables ................................................. 86 Figura 17. Ejemplo de implementación de una cuenca seca de drenaje extendido. .......................... 87 Figura 18. Calificación de desempeño de la cuenca seca de drenaje extendido ............................... 87 Figura 19. Ejemplo de implementación de una cuneta verde............................................................ 88 Figura 20. Calificación de desempeño de las cunetas verdes ............................................................ 88 Figura 21. Ejemplo de implementación de pavimentos permeables. ................................................ 89 Figura 22. Calificación de desempeño de los pavimentos permeables ............................................. 89 Figura 23. Ejemplo de implementación de un tanque de almacenamiento. ...................................... 90 Figura 24. Calificación de desempeño de los tanques de almacenamiento ....................................... 90 Figura 25. Ejemplo de implementación de una zanja de infiltración. .............................................. 91 Figura 26. Calificación de desempeño de las zanjas de infiltración.................................................. 91 17

Figura 27. Ejemplo de implementación de zonas de bio-retención................................................... 92 Figura 28. Calificación de desempeño de las zonas de bio-retención ............................................... 92 Figura 29. Tratamientos en línea y fuera de línea ........................................................................... 100 Figura 30. Flujos y procesos en tratamiento por retención ............................................................. 101 Figura 31. Flujos y procesos en tratamiento por detención ............................................................. 102 Figura 32. Relación entre volumen tratado de escorrentía y número de eventos capturados. Fuente: adaptado de (Iowa Department of Natural Resources, 2009).................................................. 103 Figura 33. Ejemplo de punto de inflexión ....................................................................................... 105 Figura 34. Estimación de los coeficientes Ki de generación real de escorrentía ............................. 108 Figura 35. Relación entre la profundidad de precipitación y el coeficiente K4 para diferentes números de curva ................................................................................................................................... 110 Figura 36. Punto de inflexión diario vs. Punto de inflexión de tormentas separadas con criterio de tb = 6 hr ....................................................................................................................................... 115 Figura 37. Punto de inflexión diario vs. Punto de inflexión de tormentas separadas con criterio de tb = adoptado ............................................................................................................................... 116 Figura 38. Percentil 90 de lluvias diarias vs. Punto de inflexión de tormentas separadas con criterio de tb = adoptado ....................................................................................................................... 116 Figura 39. Mapa de distribución espacial de hp propuesto para la ciudad de Bogotá ..................... 120 Figura 40. Relación entre h1.2,360 y hWQCV para las estaciones disponibles ...................................... 124 Figura 41. Bondad de ajuste del procedimiento propuesto ............................................................. 125 Figura 42. h5,360 vs. hWQCV ............................................................................................................... 127 Figura 43. 0.3h5,360 vs. hWQCV .......................................................................................................... 129 Figura 44. Alcorque inundable con sistema de canalización de escorrentía a la entrada. Fuente: (Steed, 2012) ....................................................................................................................................... 132 Figura 45. Alcorque inundable. Fuente: (Neponset River Watershed Association, 2004) ............. 133 Figura 46. Alcorques inundables con entradas laterales de escorrentía. Fuente: (Iorio, 2013) ....... 134 Figura 47. Alcorques inundables localizados en un corredor comercial. Fuente: (Marritz, 2013) . 134 Figura 48. Diagrama esquemático de una estructura de un alcorque inundable. ............................ 136 Figura 49. Procedimiento propuesto para la comprobación de diseño de las variables del dimensionamiento ................................................................................................................... 138 Figura 50. Procedimiento propuesto para el diseño de la capa de drenaje ...................................... 140

Figura 51. Área de drenaje de los alcorques inundables en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal ............................................................................................................. 143 Figura 52. Esquema de predimensionamiento para los alcorques inundables en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal ...................................................................................... 146 Figura 53. Cuenca seca con enrocado para disipación de energía. Fuente: (Stormwater Maintenance & Consulting, 2012) ................................................................................................................ 147 Figura 54. Cuenca seca de drenaje extendido con canal de caudales bajos, micropiscina y estructura de salida. Fuente: (Riverside County Flood Control and Water Conservation District, 2011) 147 Figura 55. Planta esquemática de una cuenca seca de drenaje extendido ....................................... 151 Figura 56. Perfil esquemático de una cuenca seca de drenaje extendido ........................................ 152 Figura 57. Planta esquemática de una cuenca seca de drenaje extendido con trincheras colectoras ................................................................................................................................................. 153 Figura 58. Perfil esquemático de una cuenca seca de drenaje extendido con trincheras colectoras 154 Figura 59. Rejilla y estructura de salida para la cuenca seca de drenaje extendido. Fuente: adaptado de (Urban Drainage and Flood Control District, 2010)........................................................... 154 Figura 60. Micropiscina y estructura de salida para una estructura diseñada a partir del volumen de calidad de agua. ....................................................................................................................... 155 Figura 61. Micropiscina y estructura de salida para una estructura diseñada a partir del volumen de control de inundaciones........................................................................................................... 155 Figura 62. Procedimiento para definir la geometría de la cuenca seca de drenaje extendido ......... 156 Figura 63. Procedimiento para dimensionar la antecámara de la cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................................................................................. 158 Figura 64. Procedimiento para dimensionar el canal de caudales bajos de la cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................................................................. 160 Figura 65. Procedimiento para dimensionar la estructura de salida de la cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................................................................. 161 Figura 66. Procedimiento para dimensionar la rejilla de basuras de la cuenca seca de drenaje extendido ................................................................................................................................................. 164 Figura 67. Procedimiento para realizar la corrección del volumen por infiltración en la cuenca seca de drenaje extendido................................................................................................................ 167 Figura 68. Área de drenaje de la cuenca seca de drenaje extendido en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal ....................................................................................... 172 Figura 69. Esquema de predimensionamiento para la cuenca seca de drenaje extendido en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal ....................................................... 176 19

Figura 70. Cuneta verde en un evento de precipitación. Fuente: (Hunter, 2017)............................ 177 Figura 71. Cuneta verde con reservorio. Fuente: (Salix River & Wetland Services Limited, 2013) ................................................................................................................................................. 178 Figura 72. Cunetas verdes con barreras de detención. Fuente: (Credit Valley Conservation, 2011) ................................................................................................................................................. 179 Figura 73. Planta esquemática de una cuneta verde ........................................................................ 181 Figura 74. Perfil esquemático de una cuneta verde. ........................................................................ 182 Figura 75. Vista frontal de una cuneta verde y la tubería perforada ............................................... 183 Figura 76. Procedimiento propuesto para el dimensionamiento y diseño hidráulico de una cuneta verde. ....................................................................................................................................... 184 Figura 77. Procedimiento de dimensionamiento del parámetro borde libre para una cuneta verde.188 Figura 78. Procedimiento para el dimensionamiento de barreras de detención en cunetas verdes. 190 Figura 79. Esquema ilustrativo de la altura acumulada requerida................................................... 191 Figura 80. Área de drenaje de la cuenta. ......................................................................................... 192 Figura 81: Procedimiento de diseño de una cuneta verde ............................................................... 193 Figura 82: Procedimiento de verificación de la velocidad en la zona aguas abajo para una cuneta verde ................................................................................................................................................. 195 Figura 83: Procedimiento de verificación de la velocidad en la zona aguas arriba para una cuneta verde ........................................................................................................................................ 196 Figura 84. Área de drenaje de la cuneta verde en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal ........................................................................................................................... 198 Figura 85. Esquema de predimensionamiento para la cuneta verde en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal ....................................................................................... 201 Figura 86. Pavimentos permeables de tipo mezcla asfáltica porosa. Fuente: (National Asphalt Pavement Association, s.f.) ..................................................................................................... 202 Figura 87. Pavimentos permeables de tipo concreto poroso. Fuente: (3 Rivers Wet Weather, 2016) ................................................................................................................................................. 203 Figura 88. Pavimentos permeables de tipo adoquines entrelazados. Fuente: (Concrete Decor, 2017) ................................................................................................................................................. 203 Figura 89. Pavimentos permeables de tipo adoquines de rejillas de concreto. Fuente: (Custom Stoneworks & Design Inc., 2013) ........................................................................................... 204 Figura 90. Pavimentos permeables de tipo grava porosa. Fuente: (Invisible Structures Inc., 2016) ................................................................................................................................................. 204 20

Figura 91. Perfil esquemático de un pavimento poroso con infiltración. ........................................ 207 Figura 92. Perfil esquemático de un pavimento poroso con infiltración parcial. ............................ 208 Figura 93. Perfil esquemático de un pavimento poroso sin infiltración. ......................................... 209 Figura 94. Procedimiento empleado para definir la relación tributaria impermeable ..................... 211 Figura 95. Procedimiento empleado para definir la profundidad del reservorio ............................. 212 Figura 96. Procedimiento para calcular el área superficial del pavimento poroso .......................... 214 Figura 97. Área de drenaje del pavimento poroso en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal ........................................................................................................................... 216 Figura 98. Esquema de predimensionamiento del pavimento poroso en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal ....................................................................................... 218 Figura 99. Ejemplos de tanques de almacenamiento de tipo superficial (izq.) y subterráneo (der.). Fuente: (Toronto and Region Conservation Authority, 2010) ................................................ 219 Figura 100. Perfil esquemático de un tanque de almacenamiento superficial................................. 222 Figura 101. Perfil esquemático de un tanque subterráneo. .............................................................. 223 Figura 102. Procedimiento de dimensionamiento del tamaño de un tanque de almacenamiento. .. 225 Figura 103. Área de drenaje del tanque de almacenamiento en el Piloto de SUDS en el Jardín San Cristóbal .................................................................................................................................. 227 Figura 104. Esquema de predimensionamiento del tanque de almacenamiento para el piloto de SUDS en el Jardín San Cristóbal ........................................................................................................ 229 Figura 105. Ejemplo de aplicación de zanja de infiltración. Fuente: (Litchfield, s.f.) .................... 230 Figura 106. Construcción de zanja de infiltración con drenaje. Fuente: (StormwaterPA, 2006) .... 231 Figura 107. Sección transversal de una zanja de infiltración. ......................................................... 234 Figura 108. Procedimiento de diseño geométrico para las zanjas de infiltración. .......................... 236 Figura 109. Procedimiento de diseño de la zanja de infiltración .................................................... 240 Figura 110. Sección transversal de una zanja de infiltración con estructura de rebose. ................. 242 Figura 111. Área de drenaje de la zanja de infiltración en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal .......................................................................................................................... 243 Figura 112. Esquema de predimensionamiento para la zanja de infiltración en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal ...................................................................................... 245 Figura 113. Zonas de bio-retención en un andén. Fuente: (Reed, 2013)......................................... 246 Figura 114. Zonas de bio-retención laterales a una avenida. Fuente: (Kentucky Waterways Alliance, 2013) ....................................................................................................................................... 247 21

Figura 115. Zonas de bio-retención en áreas privadas. Fuente: (EPA, 2006) ................................. 248 Figura 116. Zonas de bio-retención en un evento de precipitación. Fuente: (Vermont Department of Environmental Conservation, 2014) ....................................................................................... 249 Figura 117. Plano en planta de una zona de bio-retención .............................................................. 251 Figura 118. Perfiles A y B - Estructura con infiltración parcial (izq.) y sin infiltración (der.) de una zona de bio-retención (ver Figura 117) ................................................................................... 252 Figura 119. Perfil A de una zona de bio-retención con infiltración ................................................ 253 Figura 120. Perfil C de una zona de bio-retención .......................................................................... 253 Figura 121. Perfil D de una zona de bio-retención.......................................................................... 253 Figura 122. Perfil E de una zona de bio-retención .......................................................................... 253 Figura 123. Planta esquemática de las zonas de bio-retención ....................................................... 254 Figura 124. Procedimiento de diseño de la geometría de las zonas de bio-retención. .................... 256 Figura 125. Procedimiento de diseño para la estructura de salida de las zonas de bio-retención. .. 258 Figura 126. Procedimiento de diseño para las zonas de bio-retención............................................ 261 Figura 127. Sección transversal de las zonas de bio-retención con pendiente lateral. .................... 261 Figura 128. Sección transversal de las zonas de bio-retención sin pendiente lateral. ..................... 262 Figura 129. Procedimiento de diseño para otras estructuras de zonas de bio-retención. ................ 263 Figura 130. Área de drenaje de la zona de bio-retención en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal ............................................................................................................. 264 Figura 131. Esquema de predimensionamiento para la zona de bio-retención en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal ................................................................................ 267 Figura 132. Filtro tipo canasta con medio filtrante en la parte superior.......................................... 270 Figura 133. Filtro tipo bolsa. ........................................................................................................... 270 Figura 134. Filtro tipo canasta......................................................................................................... 271 Figura 135. Franja de césped antes de zona de bio-retención. ........................................................ 271 Figura 136.Perfil esquemático de un separador de aceites .............................................................. 274 Figura 137. Antecámara en una zona de bio-retención. .................................................................. 276 Figura 138. Antecámara en una zona de bio-retención. .................................................................. 276 Figura 139. Vado utilizado como entrada para una zona de bio-retención. .................................... 278 Figura 140. Vado con rejilla empleado como entrada a una zona de bio-retención........................ 279 22

Figura 141. Vado con rejilla empleado como entrada a una zona de bio-retención........................ 279 Figura 142. Topes de concreto empleados como parte de la entrada de una zona de bio-retención. ................................................................................................................................................. 280 Figura 143. Entrada con cabezal a una zona de bio-retención. ....................................................... 281 Figura 144. Enrocado a la entrada de una zona de bio-retención. ................................................... 282 Figura 145. Barreras de detención en una cuneta verde. ................................................................. 283 Figura 146. Barreras de detención en una cuneta. ........................................................................... 283 Figura 147. Planta esquemática de una estructura de bypass .......................................................... 285 Figura 148. Perfil esquemático de una estructura de bypass ........................................................... 285 Figura 149. Distribuidor de flujo y canal vegetado ......................................................................... 287 Figura 150. Relación entre el caudal, el diámetro del culvert y la cabeza disponible para tuberías de concreto con control a la entrada............................................................................................. 292 Figura 151. Micropiscina con vegetación. ...................................................................................... 301 Figura 152. Enrocado para condiciones mínimas aguas abajo (d en cm y v en m/s) ...................... 304 Figura 153. Enrocado para condiciones máximas aguas abajo (d en cm y v en m/s) ..................... 305 Figura 154. Características del enrocado cuando no se tiene información sobre las condiciones aguas abajo ........................................................................................................................................ 306 Figura 155. Ejemplo de vertedero de cresta delgada....................................................................... 371 Figura 156. Diagrama de flujo de la metodología general planteada para la etapa previa a la construcción ............................................................................................................................ 379 Figura 157. Diagrama de flujo de la metodología general planteada para la etapa durante la construcción ............................................................................................................................ 381 Figura 158. Diagrama de flujo para la metodología después de la construcción. Fase 1 ................ 383 Figura 159. Diagrama de flujo para la metodología después de la construcción. Fase 2 ................ 385

1. INTRODUCCIÓN La Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá, EAB y la Secretaría Distrital de Ambiente, SDA, mediante convenio interadministrativo No. SDA 01269 de 2013 establecieron la necesidad de propender por un sistema urbano de drenaje que busque la adecuada calidad del agua de la escorrentía que drena hacia ríos, quebradas y humedales, que promueva el aprovechamiento del agua lluvia para usos no potables y paisajísticos y que tienda a condiciones pre-urbanas del ciclo hidrológico para prevenir y/o mitigar inundaciones. Consecuentemente, a través del mencionado convenio, la EAB contrató a la Universidad de los Andes para desarrollar la “Investigación de las tipologías y/o tecnologías de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D. C.”. El Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental, CIIA, de la Facultad de Ingeniería, es el ejecutor de esta investigación. Los objetivos específicos de la investigación son: (1) Determinar, priorizar y seleccionar las seis (6) tipologías más apropiadas para optimizar el manejo de la escorrentía pluvial en el área urbana de Bogotá D.C. en sus diferentes localidades, entornos urbanos y usos del suelo; (2) Elaborar la Guía técnica de diseño, construcción, operación, mantenimiento y monitoreo del desempeño de las seis (6) tipologías de SUDS seleccionadas, evaluadas, recomendadas y definidas como idóneas para el caso particular de Bogotá D.C., que incluye los diseños de ingeniería de detalle para la construcción y monitoreo de los pilotos de SUDS a escala real con áreas aferentes en promedio entre 0,5 y 2 ha, o para el rango de áreas recomendadas; (3) Elaborar un proyecto de norma técnica de la EAB-ESP para las diferentes tipologías de SUDS estudiadas y monitoreadas de manera que a futuro pueda servir como insumo para modificar las normas y cartillas de las Entidades del Distrito, responsables de implementar los SUDS en la ciudad. Consecuentemente, la investigación busca determinar tanto las características técnicas y de desempeño de las diferentes tipologías y/o tecnologías de SUDS existentes a nivel nacional e internacional, así como identificar cuáles de ellas se ajustan a las condiciones de los sistemas de drenaje actual, a las condiciones ambientales, urbanas, socio-culturales y económicas del Distrito. Se espera que este análisis sirva de insumo para la elaboración de una Guía técnica de diseño, construcción, operación, mantenimiento y monitoreo de SUDS, que además permita la proyección de la modificación de la norma técnica para el diseño y construcción del alcantarillado pluvial por parte de la EAB. La investigación se divide en 6 actividades con sus correspondientes productos, la cual tiene una duración estimada de 18 meses. La primera corresponde al estudio de los antecedentes e información de las tecnologías y/o tipologías de SUDS existentes. La segunda corresponde a la investigación y desarrollo de las tecnologías y/o tipologías de SUDS que más se adapten a las problemáticas de la escorrentía pluvial urbana en la ciudad de Bogotá. Como tercera actividad está la elaboración de los diseños de ingeniería de detalle de 4 pilotos de SUDS y las Guías técnicas de diseño, construcción y monitoreo de estas 7 tipologías consideradas idóneas para la ciudad. De acuerdo con el análisis realizado en la segunda actividad del proyecto, para el desarrollo de la tercera se consideran siete tipologías en total debido a la factibilidad de implementación de este grupo de estructuras. La actividad 4 está constituida por el apoyo y asesoría técnica para la construcción y el monitoreo de los pilotos de tipologías. Como resultado de las actividades anteriores, la quinta actividad corresponde a 24

la elaboración de una cartilla técnica de SUDS y una propuesta de norma técnica para las diferentes tipologías estudiadas y monitoreadas. Por último, la sexta actividad está constituida por el desarrollo de un seminario taller sobre la investigación desarrollada para la ciudad con participación de las diferentes entidades distritales relacionadas con la implementación de estos sistemas. En este informe se presenta la “Guía técnica de diseño y construcción de SUDS”, la cual está dividida en 13 capítulos en donde se describen aspectos genéricos y descripciones de los SUDS, así como la descripción de las metodologías de diseño hidrológico y de predimensionamiento de las principales estructuras de las diferentes tipologías. De igual forma, se presentan consideraciones constructivas, sociales, de mantenimiento, monitoreo, requerimientos específicos de cobertura vegetal y estructuras anexas. Adicionalmente, se incluyen capítulos que contienen recomendaciones para la selección de sitios de implementación, tipologías y trenes de tratamiento. Con el fin de facilitar al usuario la utilización de esta guía, a continuación se presenta una breve descripción de cada uno de los capítulos que la componen, con los principales temas que se incluyen en cada sección. Capítulo

Contenido

1. Introducción

Presenta la definición de SUDS, los beneficios de su implementación y el contexto del sistema de drenaje en Bogotá.

2. Selección de sitios

Describe la metodología para la selección de los sitios más apropiados para la implementación de SUDS en la ciudad, según diferentes criterios y limitaciones del terreno.

3. Selección de tipologías y tratamiento

En esta sección se propone la metodología para seleccionar la tipología o conjunto de tipologías de SUDS que podrían funcionar mejor para un sitio específico. Para ello se tienen en cuenta los objetivos de la implementación de estos sistemas, las características particulares del sitio y las limitaciones de las tipologías.

4. Diseño hidrológico

Incluye el marco hidrológico que debe tenerse en cuenta para la estimación de la precipitación y el cálculo de caudales y volúmenes de tratamiento, a partir de los cuales se dimensionan las estructuras de cada tipología.

5. Tipologías de SUDS

Presenta una descripción del funcionamiento, componentes, beneficios y limitaciones de cada tipología de SUDS. Incluye esquemas generales de las estructuras y el procedimiento para llevar a cabo el diseño de los sistemas. Para ello se adjuntan hojas de cálculo programadas para facilitar al usuario el desarrollo de estas metodologías.

6. Estructuras anexas

Describe la información más relevante de las principales estructuras anexas a las diferentes tipologías de SUDS. Abarca consideraciones sobre el diseño, requerimientos y aspectos generales para

cada estructura. Dentro de los componentes anexos se incluyen estructuras para entrada, salida, pretratamiento, rebose, disipación de energía, mantenimiento y monitoreo. 7. Aspectos de construcción

Presenta recomendaciones para la construcción de las tipologías de SUDS. Esta sección incluye información sobre requerimientos de los suelos, de las capas que los componen, estructuras de drenaje y otros. Adicionalmente, se describen actividades a tener en cuenta antes y durante la construcción de las tipologías.

8. Cobertura vegetal

Describe la información correspondiente a los las características de los diferentes tipos de cobertura vegetal que pueden utilizarse en las tipologías. Incluye los listados de especies nativas de árboles, plantas y césped que pueden favorecer el desempeño de los SUDS que requieren vegetación.

9. Mantenimiento

Presenta la información correspondiente a los tipos de mantenimiento de SUDS, y las actividades generales que requieren estos sistemas. A su vez, presenta las actividades específicas de operación, inspección mantenimiento e inspección, para cada tipología y con su respectiva frecuencia. Incluye formatos de chequeo para llevar a cabo estas actividades de manera frecuente y organizada.

10. Monitoreo

Describe de manera general los equipos, procedimientos y principales parámetros que pueden ser monitoreados en los SUDS. En esta sección se destacan algunas consideraciones para tener en cuenta en el diseño muestral de un plan de monitoreo de SUDS, así como de la inspección y evaluación de los sitios de muestreo.

11. Consideraciones sociales

Compila los principales aspectos a tener en cuenta a nivel de consideraciones sociales, tanto antes de la construcción de los SUDS, como durante y después de ésta. A su vez, se resumen los principales mecanismos de inclusión de los diferentes actores involucrados en el desarrollo de la construcción de las tipologías, y las metodologías propuestas para el análisis en las tres etapas de desarrollo.

12. Referencias

Se incluyen las referencias bibliográficas utilizadas.

13. Anexos

Se presenta el glosario de terminología de SUDS, un resumen de la normativa de la EAB que puede complementar la guía, las hojas de cálculo para el predimensionamiento de las tipologías, y el aplicativo para la selección de tipologías y trenes de tratamiento.

Propósito de la guía La presente guía fue desarrollada como parte de la “Investigación de las tipologías y/o tecnologías de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D. C.”, que es ejecutada por el Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental, CIIA, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de los Andes. La investigación surge del convenio interadministrativo No. SDA 01269 de 2013 – No. EAB 9-07-26200-0912-20 13, entre la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá, EAB y la Secretaría Distrital de Ambiente, SDA. La Guía técnica de diseño y construcción de SUDS corresponde al tercer producto de esta investigación. Es importante destacar que previamente, en el primer producto se desarrolló una revisión bibliográfica de la información disponible a nivel nacional e internacional, y en el segundo se seleccionaron aquellas tipologías más adecuadas para su implementación en la ciudad de Bogotá. Teniendo en cuenta los resultados de los productos previos, la Guía técnica de diseño y construcción de SUDS presenta la información pertinente para las tipologías más adecuadas para su implementación en Bogotá. Estas son: alcorques inundables, tanques de almacenamiento, cunetas verdes, zonas de bio-retención, zanjas de infiltración, pavimentos permeables y cuencas secas de drenaje extendido. Cabe anotar que la implementación de SUDS no debe considerar sólo este listado de tipologías, pues existe un gran conjunto de tipologías que pueden ser construidas como estructuras complementarias al sistema de drenaje de la ciudad. Finalmente, esta guía se constituye como un referente para la implementación de SUDS en la ciudad de Bogotá. Así pues, incluye información que puede ser utilizada por diseñadores, constructores públicos y privados, consultores e investigadores que estén relacionados a la temática del drenaje urbano.

Sistemas de drenaje urbano sostenible Los Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) son sistemas alternativos de drenaje que hacen parte de la infraestructura urbana para el manejo de aguas pluviales. Su principio básico es el de mitigar los cambios en la hidrología, producto del desarrollo y las intervenciones antropogénicas, mediante la emulación del ciclo hidrológico y las condiciones previas a la intervención, con el objetivo de evolucionar hacia un régimen más natural de flujo. Esto se aplica a través de estructuras y/o tipologías diseñadas para reducir los efectos de inundaciones por medio de la retención y/o detención del agua de escorrentía, promover la infiltración, mejorar la calidad del agua que le llega a los cuerpos receptores, incentivar el reúso de agua, generar amenidad y paisajismo. Estas estructuras y/o tipologías son complementarias al sistema de drenaje convencional y se pueden mencionar, entre otras: cunetas verdes, cuencas secas de drenaje extendido, zonas de bio-retención, zanjas de infiltración, alcorques inundables, humedales artificiales, pondajes húmedos, pavimentos/concretos permeables y tanques de almacenamiento. En la Figura 1 se presenta un esquema de los diferentes aspectos a considerar en el manejo de la escorrentía a nivel urbano. En la actualidad, la mayoría de estas visiones pueden ser desarrolladas a través de la inclusión de sistemas alternativos de drenaje como los SUDS.

Figura 1. Evolución de temáticas consideradas en el drenaje urbano. Adaptado de Fletcher et al. (2014)

Dentro de los principales beneficios de la implementación de las tipologías de SUDS como parte del sistema de drenaje de una ciudad, se incluyen los siguientes: - Manejo de la escorrentía tan cerca de la fuente como sea posible, haciendo uso de prácticas a micro-escala (micro-manejo). - Reducción de las cargas de contaminantes en el agua de escorrentía que llega al sistema de drenaje convencional o que es descargada directamente a los cuerpos receptores. - Promoción de diseños sensibles con el medio ambiente combinados con controles tradicionales de la escorrentía. - Preservación de cuerpos de agua naturales y las funciones hidrológicas naturales creando paisajes multifuncionales. - Integración de estrategias para el manejo de la escorrentía desde etapas iniciales de planeación y diseño. - Reducción de costos de construcción y mantenimiento de la infraestructura de drenaje convencional de escorrentía. - Empoderamiento de las comunidades para la protección ambiental a través de educación pública y participación ciudadana.

Sistema de drenaje de la ciudad de Bogotá El sistema de drenaje de la ciudad de Bogotá se compone de un sistema natural y un sistema construido. Como parte del sistema natural se incluyen las quebradas, los ríos y los humedales, que han funcionado como el sistema de drenaje previo al desarrollo urbano de la ciudad. Ahora bien, el sistema construido consiste en aquellos componentes que se han incluido en la infraestructura de la ciudad, los cuales facilitan la evacuación de la escorrentía de manera rápida evitando que se presenten eventos de inundación. Dado que los ríos son los principales mecanismos de drenaje del agua lluvia en Bogotá, estos se han incluido como eje central del sistema de drenaje de la ciudad. De esta forma, se cuenta con 4 cuencas que reciben la escorrentía producida en todo el perímetro urbano; estas 28

cuencas corresponden a los ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo. La distribución de las cuencas se puede observar en la Figura 2.

1:150.000

Figura 2. Subcuencas pluviales con alcantarillado separado y combinado

Adicionalmente, en la Figura 2 se presentan las subcuencas de cada una de las 4 cuencas principales, diferenciadas de acuerdo con el sistema de alcantarillado pluvial, separado o combinado. En general, el sistema combinado predomina en el centro y el oriente de la ciudad, mientras que el sistema separado se encuentra principalmente en la parte occidental y norte, especialmente en las zonas que se han desarrollado en los últimos años. Esta diferenciación de los sistemas de alcantarillado en la ciudad es relevante desde el punto de vista de capacidad y calidad del agua, dado que en las áreas que cuentan con un sistema combinado, el agua lluvia se mezcla con el agua residual y éstas son transportadas en una sola red, mientras que en el sistema separado ambos tipos de agua poseen su propio drenaje. En este punto, es importante resaltar que, aunque el sistema actual de alcantarillado de la ciudad tiene una alta capacidad, aún existen zonas con alta probabilidad de inundación y zonas con una alta frecuencia de encharcamiento por bloqueos del sistema de drenaje. Por esta razón, se considera apropiado implementar sistemas de drenaje sostenibles en la ciudad de Bogotá, ya que, como se mencionó previamente, estos reducen el impacto por el aumento de áreas impermeables de manera que pueden disminuir el volumen de escorrentía generado y aumentar la eficiencia del sistema de drenaje al reducir los bloqueos. A su vez, los SUDS permiten alcanzar otros objetivos adicionales no contemplados en el sistema de alcantarillado convencional, como la mejora en la calidad del agua, la preservación de zonas naturales y aun, en algunos casos, la amenidad y el urbanismo de la ciudad.

2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE SITIOS Introducción El proceso de selección de los sitios más adecuados para ser intervenidos con SUDS debe seguir un desarrollo metodológico establecido, en donde se relacionen diferentes variables técnicas y se determine el grado de cumplimiento de las restricciones involucradas para cada uno de los sistemas evaluados. Este proceso debe poseer de modo complementario un componente estratégico subjetivo, que permita seleccionar no sólo aquellos sitios que satisfagan todas las limitaciones técnicas, sino además, el sitio adecuado, entendido como aquel que garantice el máximo posible de beneficios sociales, ambientales y económicos a la población involucrada en el sitio de estudio. En este sentido, la siguiente guía de selección de sitios presentará de forma ilustrativa un esquema general de algunos de los aspectos más relevantes a considerar dentro de planes y proyectos de implementación de SUDS. Ahora bien, al igual que algunas de las metodologías propuestas en el presente proyecto, la selección del sitio para la implementación de SUDS debe cumplir con una serie de objetivos. Estos objetivos buscan garantizar que la intervención realizada, en lo posible, no altere las características naturales de drenaje del sitio o, en caso de que éste ya posea algún tipo de infraestructura, que impida o dificulte el drenaje del lugar. De esta forma, la intervención implementada deberá mejorar el drenaje, preservar los recursos existentes y mejorar los beneficios que estos estén brindando. Algunos de los objetivos más relevantes son:          

Aprovechar las condiciones hidrológicas naturales del sitio, identificando zonas potenciales, como vías, edificaciones y estructuras de drenaje precedentes. Minimizar la perturbación del suelo y la vegetación prexistente. Hacer uso o modificar las condiciones actuales del suelo superficial, sub superficial y la vegetación del lugar. Reducir el impacto del sitio intervenido, al disminuir la compactación del suelo y la impermeabilización de áreas naturales. Amortiguar o disminuir la generación de escorrentía de eventos cortos de lluvia. Proveer de tratamiento a la escorrentía urbana generada por eventos de lluvia, tan cerca como sea posible del lugar en el que se origina. Incorporar múltiples usos al sitio intervenido. Transformar la concepción del agua pluvial, más como recurso que como residuo. Integrar en el análisis del sitio los planes y proyectos urbanos previstos para la zona. Involucrar a la comunidad en el proceso de selección, para así conocer las necesidades urbanas, ambientales y paisajísticas que ésta identifique como insatisfechas.

Con respecto a la selección de sitios, se deben realizar análisis técnicos para evaluar la eficiencia al implementar SUDS en una zona. Los aspectos más usuales dentro del análisis técnico del sitio son aquellos que evalúan, entre otros: las condiciones granulométricas del suelo, su potencial de infiltración, la topografía del lugar, el área de drenaje, las características del agua subterránea, el flujo base, la vegetación nativa y preexistente, el área de humedales, el sistema de drenaje existente y las posibilidades de desarrollo futuro en la cuenca tributaria. Adicionalmente, se deben evaluar aspectos de tipo urbano y social, de modo que la intervención realizada contribuya con el mejoramiento 30

paisajístico de la ciudad, así como también con la disminución de zonas duras e impermeables. Se debe considerar en todo momento a la comunidad que habita en las cercanías del sitio a intervenir, debido a que ésta constituye un actor clave en el adecuado desarrollo de SUDS. El desconocimiento o resistencia por parte de la población del lugar a este tipo de estructuras puede llevar de manera precipitada a la inefectividad de las intervenciones realizadas. En este sentido, se recomienda analizar previamente, entre otros aspectos: el grado de desarrollo urbano, social y económico de la zona, los planes y proyectos urbanos existentes y presupuestados, las actividades comerciales más frecuentes y el grado de interés que tenga la comunidad frente a la implementación de infraestructura pública en las cercanías de sus lugares de residencia.

Aspectos técnicos del sitio de interés Tipo de suelo Los suelos con una alta permeabilidad tienen un potencial importante para la implementación de tipologías que permitan la infiltración del agua en el suelo. Por el contrario, si el suelo a intervenir presenta una baja permeabilidad, es posible incluir sistemas complementarios de drenaje subterráneo en el diseño de la tipología, para contribuir con el drenaje del agua detenida o retenida. Por otro lado, en caso de que el suelo presente una probabilidad media o alta de expansión debido a la acumulación de agua, se deben evitar en este sitio las prácticas de infiltración para disminuir los posibles daños a la infraestructura adyacente (p. ej. construcciones, edificios y/o vías), dada la modificación por expansión o contracción del suelo. En cualquier caso, es necesario consultar al ingeniero geotécnico o profesional relacionado cuando el diseño de la tipología se encuentre cercano a infraestructura ya existente, para que éste determine la distancia mínima a la cual es posible intervenir el suelo con una tipología que permita la infiltración de agua.

Tamaño de la cuenca El tamaño del área de drenaje es una variable de relevancia tanto a escala de tipología como a escala de ciudad. La primera escala es importante porque permite dimensionar la capacidad mínima que debe tener la estructura, tomando en consideración el tiempo de drenaje de la misma. Por otro lado, la escala de ciudad se vuelve relevante ya que permite limitar el área máxima de drenaje que contribuye a una tipología particular; y, de esta manera, garantizar el adecuado almacenamiento y/o tratamiento del agua que ingrese a la estructura.

Aguas subterráneas En relación a la profundidad de la tabla de agua del sitio a intervenir, es necesario evaluar los casos en los cuales el nivel freático de éste sea poco profundo, debido a que esta característica impone desafíos en el diseño y construcción de estructuras que involucren infiltración y drenaje completo del agua acumulada entre eventos de lluvia. Es así como un nivel de agua subterránea próximo a la superficie restringe la capacidad de infiltrar agua de escorrentía e impide el almacenamiento del volumen de diseño. No obstante, para algunas tipologías de retención, la cercanía del nivel freático a la superficie del suelo puede permitir la saturación eficiente de la zona radicular de las plantas acuáticas presentes al interior de la tipología (p. ej. pondajes húmedos), así como también contribuir con la recarga del acuífero y la preservación del flujo base.

La protección de la calidad del agua subterránea es uno de los asuntos principales que debe considerarse para aquellas tipologías que tienen la capacidad de infiltrar el agua detenida y/o retenida. En este sentido, si el sitio intervenido presenta algún tipo de contaminación en el suelo, debido a la cercanía de éste con zonas en donde se almacenen sustancias tóxicas (p. ej. estaciones de gasolina), se usen materiales o se generen residuos que tengan el potencial de contaminar el agua subterránea (p. ej. zonas de construcción y minas, entre otras), se recomienda evitar aquellas tipologías que permitan la infiltración del agua, para prevenir cualquier tipo de contaminación del suelo adyacente o de los acuíferos cercanos. Por otro lado, si el agua subterránea o el suelo del sitio ya presenta algún tipo de contaminación y no es posible remediarla, es necesario optar por tipologías que no posean la capacidad de infiltrar el agua o, en casos particulares, hacer uso de una capa gruesa de recubrimiento impermeable que impida el paso del agua hacia las áreas contaminadas.

Flujo base La presencia de un flujo base en el sitio a intervenir es esencial para el adecuado funcionamiento de aquellas tipologías que estén diseñadas para retener el agua de escorrentía, tales como: humedales artificiales, pondajes húmedos y cunetas húmedas. En caso de que el flujo base no exista en estas estructuras, es probable que éstas puedan secarse, lo cual impactaría de forma directa la vegetación acuática que se haya podido desarrollar durante el tiempo húmedo. Consecuentemente, se podría afectar la eficiencia de remoción de contaminantes del agua de escorrentía que ingrese a la estructura en los siguientes eventos de lluvia, y por lo tanto, se reduciría la efectividad de estás tipologías para mejorar la calidad del agua.

Aspectos urbanos y sociales del sitio de interés Actividades en desarrollos futuros Es necesario evaluar el estado de desarrollo de la cuenca, así como los proyectos que estén en fase constructiva o aquellos ya construidos, que hayan ocasionado algún grado significativo de erosión al suelo de la zona. De esta manera, se pueden identificar las áreas que deben ser sometidas a una evaluación más rigurosa para el diseño y construcción de estructuras de drenaje, debido a que en éstas es más probable que se genere un arrastre significativo de sedimentos durante los eventos de lluvia. Adicionalmente, la evaluación de la cuenca permite identificar y prever el cambio de cobertura de áreas permeables e impermeables y los posibles flujos de residuos contaminantes (p. ej. residuos de construcción) que puedan llegar a las tipologías implementadas. Así mismo, se deben analizar los aspectos de la cuenca que puedan favorecer la erosión del suelo, como pendientes altas, vegetación escasa, y presencia de un alto porcentaje de suelo arcilloso. De esta forma, se pueden incluir las estructuras anexas necesarias para reducir de forma anticipada las cargas de sedimentos que ingresen a las tipologías de SUDS.

Limitaciones espaciales Uno de los aspectos con mayor relevancia durante el proceso de diseño de sistemas de drenaje es el espacio requerido para estas estructuras, especialmente en zonas muy densificadas y altamente urbanizadas, en donde el área disponible es una variable determinante para la implementación de SUDS. Por esta razón, una de las recomendaciones sugeridas para proyectos realizados en zonas no urbanizadas es tomar en consideración estas nuevas alternativas de drenaje desde la etapa de planeación del proyecto, para delimitar desde un principio aquellas áreas naturales, preferiblemente 32

extensas y que se adecúen al drenaje natural, ya que allí será más probable implementar alguna de las tipologías. Estas áreas deben ser protegidas de cualquier interés externo o uso distinto del que fueron concebidas para garantizar que en éstas se conserven las condiciones naturales del suelo y sea más efectiva la implementación y operación de SUDS.

Limitaciones normativas Una de las limitaciones más complejas para la implementación de estos sistemas de drenaje, consiste en establecer lineamientos legales para reglamentar su intervención en el espacio público. Con estos se puede integrar la nueva alternativa de drenaje a los planes y programas, actuales y futuros, de planeación de la ciudad. En este sentido, es necesario que existan instrumentos normativos efectivos, así como dependencias institucionales apropiadas para involucrar de manera adecuada a todos los actores gubernamentales e institucionales que tengan alguna responsabilidad con aspectos relacionados a la construcción, operación, monitoreo y mantenimiento de estos sistemas de drenaje. La normatividad debería contemplar lineamientos para desarrollos urbanos ya establecidos, así como para los nuevos desarrollos proyectados en la ciudad. Adicionalmente, la reglamentación podría incluir incentivos y/o obligaciones para los diferentes actores asociados a los SUDS, para difundir y promover su ejecución en el área urbana. Actualmente para el caso de Bogotá D.C, la normatividad que contempla la implementación de SUDS se encuentra enmarcada en el Decreto 528 de 2014, por medio del cual se establece el Sistema de Drenaje Pluvial Sostenible (SDPS) del distrito, se organizan sus instancias de dirección, coordinación y administración y se definen lineamientos para su funcionamiento. En este decreto se manifiesta, además, la creación del Plan Estratégico de Transformación del Sistema de Drenaje, el cual será el instrumento mediante el cual la administración distrital orientará la transformación progresiva del actual sistema de drenaje de la ciudad en el SDPS, contemplando inversiones, estudios técnicos, cartografía y demás herramientas que permitan evaluar las características particulares de cada elemento del sistema para dicha transformación. Este plan será formulado por el Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático (IDIGER) conjuntamente con las demás entidades del Sector Ambiente y Desarrollo Sostenible y la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá (EAB).

Desarrollo urbano y social El contexto urbano y social en el cual se desarrollen este tipo de sistemas, es una variables que debe influir tanto en la selección del sitio a intervenir como en los planes futuros de monitoreo y mantenimiento de las tipologías seleccionadas. Esto debido a que uno de los objetivos de la implementación de SUDS es mejorar la amenidad urbana de las zonas intervenidas con estas estructuras. En este sentido, uno de los criterios de selección que podría ser utilizado para priorizar una zona en particular de la ciudad para la ejecución de estos proyectos, podría ser el bajo porcentaje de áreas verdes en la infraestructura urbana. Adicionalmente, la insuficiencia de cobertura verde en un sector de la ciudad se suele asociar a zonas urbanas en donde residen poblaciones de bajos ingresos económicos y cuyas dinámicas sociales usualmente son complejas. Por esta razón, la implementación de SUDS debe contribuir con el mejoramiento de la calidad de vida en estos sectores de la ciudad, a través de la provisión de espacios urbanos que promuevan la recreación de los habitantes y, a su vez, incrementen el valor paisajístico del lugar.

Por otro lado, es necesario abordar el contexto social en el que se desarrollen estos proyectos para que sea posible identificar el nivel de cohesión comunitaria de la población circundante. De esta manera, se pueden estructurar estrategias adecuadas que logren instruir y empoderar a los diferentes actores sociales del lugar con las labores de mantenimiento e inspección de las tipologías implementadas en el proyecto. Así pues, se debe establecer desde el principio del proyecto qué tan dispuesta y comprometida estaría la comunidad con el cuidado y seguimiento de las tipologías involucradas para garantizar que dichas labores se desarrollen de forma apropiada. Aunque en principio la ejecución de estas estrategias podría requerir de un número significativo de recursos y personal capacitado, la finalidad de estas medidas es que, en el largo plazo, sea la misma comunidad quién por iniciativa propia realice de la mejor manera las labores de mantenimiento y/o inspección. De esta forma, sería posible reducir los costos de operación de las tipologías implementadas, de modo que se logre incorporar la sostenibilidad no sólo a nivel social y ambiental, sino también a nivel económico, estos sistemas de drenaje sean rentables para la comunidad.

Metodología de selección La metodología de selección es un proceso que debe estar acompañado de un análisis de toda la información con que se cuente para un área determinada. Como se mencionó con antelación, este proceso de selección no puede ser abordado de manera estricta, sino que debe poseer un componente flexible, que le permita adaptarse a la información disponible y, a partir de ella, realizar la mejor estimación del sitio más apropiado para la implementación de SUDS. La Figura 3 presenta el esquema general de la metodología propuesta, la cual se compone de una serie de pasos consecutivos de decisión, ejecución y verificación, junto con un paso complementario de retroalimentación. En los primeros pasos se delimita el área de estudio mediante un marco de referencia y unidades de análisis, y se establece el alcance y los objetivos de la implementación para determinar si la aplicación de SUDS es la alternativa más apropiada para satisfacer dicho alcance. En este sentido, para objetivos relacionados con el manejo de inundaciones recurrentes como producto de desborde de cauces o canales, sobreelevación de agua subterránea y control de mareas, entre otros, este tipo de sistemas de drenaje no serían recomendados, ya que su enfoque se orienta hacia el manejo de escorrentía proveniente de eventos de precipitación en el área urbana. Por el contrario, medidas convencionales como redes de alcantarillado, canales abiertos, tuberías subterráneas, diques, espolones y represas, podrían resultar más convenientes para alcanzar estos objetivos. Luego de validar la factibilidad de los SUDS como mecanismo apropiado para satisfacer el alcance y los objetivos establecidos, se debe recopilar la mayor cantidad de información posible, para identificar cuáles son las áreas potenciales a ser intervenidas con SUDS. Una vez desarrollada esta etapa inicial, el paso siguiente consiste en diferenciar y priorizar las áreas obtenidas previamente, de acuerdo con el nivel de cumplimiento del objetivo definido. De esta manera, se pueden seleccionar las áreas potenciales que tienen una mayor capacidad para satisfacer un propósito particular (p. ej. reducir inundaciones, mejorar la calidad del agua, incrementar la amenidad, entre otros). Así pues, es posible centrar la evaluación de los sitios factibles en áreas cada vez más puntuales. Seguido a esto, se deben comparar y elegir los sitios más convenientes para la implementación de estructuras de drenaje sostenible. Una vez se hayan depurado nuevamente las posibles áreas de intervención, el siguiente paso de la metodología consiste en establecer un plan de visitas a las diferentes áreas priorizadas, para identificar en campo características particulares de cada 34

sitio. Esta primera inspección de campo es fundamental para la posterior selección del sitio a intervenir, ya que permite verificar el potencial del lugar para la implementación de SUDS. A partir de las visitas realizadas, se puede concretar en un número limitado las áreas potenciales más convenientes para la implementación de SUDS. En cada una de éstas, se sugiere desarrollar diferentes pruebas técnicas de campo (p. ej. levantamiento topográfico, pruebas de infiltración, pruebas de suelo, mediciones in-situ de precipitación, cuantificación de escorrentía, verificación en campo de las redes de drenaje y alcantarillado, entre otras) que permitan obtener información primaria de las condiciones reales del terreno de interés. De esta manera, se podrán retroalimentar las bases de información técnica para futuros proyectos de implementación de SUDS. En este orden de ideas, este paso de comparación de información se vuelve decisivo para la selección del sitio más conveniente, ya que la información recopilada hasta el momento es de tipo secundario y puede estar desactualizada o no contener detalles que sean relevantes para la evaluación del sitio. Ahora bien, el siguiente paso de la metodología consiste en un proceso de decisión a cargo de los propietarios del proyecto. En esta etapa ya se han aplicado los criterios técnicos suficientes para depurar en unas cuantas alternativas los sitios más convenientes para la implementación de SUDS. Para seleccionar finalmente cuál de ellos es el sitio adecuado a intervenir, es necesario aplicar un criterio subjetivo que permita elegir el más conveniente. Para esto, en la selección se deben considerar aspectos de tipo constructivo y operativo (p. ej. disponibilidad espacial, ubicación para la disposición de escombros, facilidad de ingreso y salida de maquinaria y rutas adecuadas de acceso al sitio de interés, entre otros), social (p. ej. integración social, seguridad del lugar, nivel educativo de la población e instancias de asociación comunitaria, entre otras) y urbano (p. ej. creación o mejoramiento de espacio ciudadanos que incrementen la recreación y el paisajismo). Una vez aplicado este criterio de selección se podrá elegir el sitio adecuado para ser intervenido con tipologías de SUDS. Finalmente, el último paso de la metodología consiste en un proceso de evaluación del sitio resultante del paso anterior, con el fin de verificar que éste realmente cumpla con todos los requerimientos establecidos en el alcance propuesto. Si los requerimientos se satisfacen con el sitio escogido, éste queda seleccionado definitivamente como el sitio adecuado para la implementación de SUDS. Una vez obtenido este resultado será posible ingresar a la siguiente metodología de selección de tipologías y trenes, en donde se determinará cuáles SUDS y qué configuración tendrán las estructuras más apropiadas. Por otro lado, en caso de que el sitio seleccionado no garantice el cumplimiento de los objetivos, es necesario regresar al segundo paso de la metodología, en donde se deberá replantear el alcance de la intervención y determinar nuevamente si la implementación de SUDS constituye la alternativa más adecuada. Si se establece que los SUDS no son la opción más factible, se recomienda revisar guías y manuales técnicos de drenaje convencional, para lograr satisfacer por completo el alcance particular que se desea alcanzar con el proyecto.

Figura 3. Metodología general de selección de sitios

Delimitar el área de estudio El primer paso de la metodología consiste en delimitar el área del proyecto mediante un marco de referencia espacial que restrinja el terreno de interés en un área específica de estudio. Una vez establecido el marco de referencia, es posible dividir el área delimitada en unidades de análisis más pequeñas, con el fin de realizar un análisis en detalle. Estas unidades de análisis pueden estar constituidas según la escala a la cual se haya planteado el proyecto. Por ejemplo, para proyectos distritales o municipales, en los cuales se requiere analizar toda el área urbana de una población, el marco de referencia podría establecerse como el perímetro urbano del municipio y las unidades de análisis podrían ser: barrios, distritos, localidades o cualquier tipo de subdivisión urbana preexistente. Por otro lado, si el proyecto de implementación de SUDS se desarrolla a una escala local particular (p. ej. proyectos constructivos residenciales, empresariales, recreativos, entre otros), el marco de referencia podría constituir el área disponible del proyecto y las unidades de análisis podrían ser las distintas dependencias del proyecto (p. ej. zona comercial, zona administrativa, zona de tránsito peatonal, zona de recreación, entre otras). Esta definición del marco y unidades de análisis permitirá organizar el proceso de evaluación del área del proyecto e identificar cuáles son las áreas potenciales y disponibles para intervenir con SUDS en 36

proyectos locales específicos. Ahora bien, cabe la posibilidad de que el proyecto no cuente con información previa que delimite el área interna del mismo. En este caso, se recomienda subdividir el área delimitada en un número de unidades de análisis, que optimice la evaluación detallada del terreno, tomando en consideración la escala y magnitud del proyecto. Si el área se subdivide en un número muy alto de unidades, la evaluación de éstas puede resultar dispendioso y poco eficaz y, por otro lado, si esta subdivisión se hace en un número muy bajo, la evaluación implementada puede resultar general y poco práctica.

Establecer el alcance y determinar la conveniencia de los SUDS Luego de delimitar el área del proyecto, es necesario establecer cuál es el alcance que tendría la intervención con SUDS en el sitio seleccionado. Es decir, identificar cuáles son los objetivos que se busca cumplir con la construcción y operación de los SUDS, tomando en consideración la escala y magnitud del proyecto en el cual esta metodología está enmarcada. Algunos de estos objetivos pueden incluir reducir volúmenes y caudales pico de escorrentía, mejorar la calidad de los cuerpos de agua receptores, incrementar la amenidad de un lugar particular, promover el urbanismo y el paisajismo de una zona urbana y/o renaturalizar cuerpos hídricos. Así mismo, se sugiere identificar de manera previa cuál sería el impacto de la implementación en el sitio seleccionado, para evaluar más adelante el tipo de estructuras requeridas para lograr el objetivo planteado. En este sentido, se espera que la implementación de SUDS esté en concordancia con las dimensiones propias del proyecto, de manera que se pueda evitar contratiempos futuros (técnicos y presupuestales) por la subestimación o sobrestimación del alcance inicial en la selección del sitio. Usualmente, los objetivos establecidos en el alcance del proyecto involucran más de un propósito, puesto que la implementación de SUDS tiene el potencial de mejorar simultáneamente múltiples características del área urbana. No obstante, la capacidad específica para mejorar uno de estos aspectos en particular dependerá en definitiva del tipo de estructura y de su configuración en el área intervenida. Por esta razón, se sugiere que, desde un principio de la metodología, se determinen los resultados que se esperan obtener luego de la implementación de SUDS para cada uno de los objetivos establecidos. Por ejemplo, se puede definir que los objetivos planteados en el alcance de un proyecto sean: reducir la cantidad de escorrentía, mejorar la calidad de los cuerpos de agua y, a su vez, mejorar la amenidad del lugar intervenido. Es recomendable tener claro cuánto volumen de escorrentía se desea disminuir, qué porcentaje de reducción del pico de escorrentía se pretende obtener, qué porcentajes de remoción de contaminantes (p. ej. Sólidos Suspendidos Totales (SST), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Nitrógeno (N), Fósforo (F), Azufre (S), etc.) se desea alcanzar y qué nivel de incremento en la valoración subjetiva de la comunidad se espera alcanzar luego de la implementación de SUDS. Una vez definidos los resultados esperados de la implementación, es posible delimitar y cuantificar de manera preliminar la magnitud que debería tener la intervención del área seleccionada. A partir de la magnitud prevista y los resultados esperados, es fundamental determinar si la aplicación de SUDS constituye la medida más adecuada de drenaje para cumplir a cabalidad los objetivos establecidos en el alcance propuesto. En este sentido, para verificar que los SUDS puedan garantizar los requerimientos propuestas en los objetivos, se recomienda revisar las tablas comparativas de tipologías de SUDS, las cuales están incluidas en la presente guía de diseño. Así mismo, se sugiere realizar un análisis de costo-beneficio que permita evaluar la factibilidad de aplicación de SUDS en comparación con la construcción de sistemas de drenaje convencional. Cabe mencionar que dentro 37

de este último análisis, no sólo se deben considerar beneficios de tipo económico, sino también de tipo social y ambiental, como aquellos relacionados con la amenidad, el urbanismo y la renaturalización de cuerpos hídricos. Ahora bien, un criterio adicional para determinar si la implementación de SUDS es la medida más conveniente, consiste en analizar si las soluciones esperadas son viables para el área de estudio de interés. Por ejemplo, si se planea desarrollar un proyecto de SUDS para un área urbanizada con una alta densificación, cuyo objetivo principal fuera el manejo de escorrentía, resultaría poco práctico e inadecuado construir grandes estructuras de drenaje que permitan la detención y/o retención, puesto que estas tipologías (p. ej. cuenca seca de drenaje extendido) generalmente son las que mayor área requieren. Esto implicaría intervenir significativamente el área urbana preexistente, lo cual podría alterar de manera negativa las dinámicas urbanas y sociales ya establecidas. En este caso, el diseño y la construcción de tipologías de SUDS de menor tamaño o incluso un sistema de drenaje convencional, podría constituir alternativas más factibles, considerando el objetivo para el cual se plantea el desarrollo de ese proyecto particular. Si la implementación de SUDS satisface los requerimientos de los objetivos previstos en el alcance del proyecto y su intervención en el área de interés es viable y factible, se recomienda continuar con el siguiente paso de esta metodología de selección de sitio. En caso contrario, resultaría conveniente replantear el enfoque del proyecto y llevar a cabo la selección de sitios y estructuras a partir de guías técnicas de diseño de sistemas de drenaje convencional. Algunos ejemplos de normatividad vigente para el diseño de medidas convencionales se presentan en la Tabla 1; el listado completo se puede encontrar en la sección de Anexos numeral 13.2. Tabla 1. Normativa vigente para el diseño de medidas convencionales

Código NS – 085 NS – 047 NS – 057 NS – 122

Título D

Nombre Criterios de diseño de sistemas de alcantarillado. Sumideros. Cunetas y canaletas de drenaje superficial. Aspectos técnicos para diseño y construcción de subdrenajes.

Entidad Empresa de Acueducto y Alcantarillado y Aseo de Bogotá (EAB).

Sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales domésticas y pluviales.

Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS), Ministerio de Desarrollo Económico.

La intervención con medidas convencionales consiste generalmente en la ampliación del sistema de alcantarillado preexistente, reemplazando tuberías de diámetros pequeños e inoperantes por conductos de mayor diámetro. Estos procedimientos permiten aumentar la capacidad del sistema de alcantarillado original. Sin embargo, esto puede traer como consecuencia la alteración de las dinámicas viales o peatonales que el sitio presente, así como el cierre temporal del tramo del alcantarillado a intervenir y la reconfiguración de la dirección del flujo aferente a este sitio. Adicionalmente, se deben prever los impactos sociales de este tipo de obras de ampliación, los cuales pueden representar costos significativos para estas intervenciones del área urbana. Por último, es necesario aclarar que si se aborda una alternativa totalmente convencional, sería necesario involucrar 38

un estudio complementario de intervención, en donde se planteen otro tipo de medidas o mecanismos suplementarios que permitan mejorar los aspectos que el sistema tradicional no puede garantizar para lograr cumplir los objetivos establecidos en el alcance propuesto.

Recopilar información e identificar áreas potenciales de intervención Luego de establecer el alcance de la intervención se sugiere iniciar la búsqueda de toda la información secundaria disponible para el área delimitada en el marco de referencia, tomando en consideración los objetivos establecidos en dicho alcance. Usualmente se requiere información técnica del área de interés que permita identificar las características físicas del terreno (p. ej. pendiente, nivel freático, tasa de infiltración, precipitación promedio, tipo de suelo, etc.) para determinar si éste es apto o no para la implementación de SUDS. No obstante, para este tipo de proyectos, la información histórica (p. ej. presencia o no de estructuras de drenaje, usos del suelo y proyectos futuros de construcción) y social (p. ej. capacidad socio económica de la población, nivel de conformidad con el área urbana ocupada y tipo de emergencias asociadas con fallas en el sistema de drenaje existente, etc.) del área de estudio puede contribuir significativamente para determinar la conveniencia de uno u otro sitio particular, dependiendo del grado de relevancia que se le dé a estas bases de información dentro de los objetivos planteados. De acuerdo con las unidades de análisis delimitadas y la información recopilada, se propone identificar en cada una de éstas el terreno que tiene un potencial directo de ser intervenido con SUDS. Comúnmente se seleccionan áreas con escasa infraestructura urbana, en donde todavía se conserven, de forma parcial o total, las condiciones naturales del lugar. De esta manera, es posible establecer en primera instancia aquellas áreas en donde la intervención del terreno sería más sencilla. Esta primera selección de áreas potenciales dependerá también de la escala y magnitud del proyecto, así como del carácter público o privado que éste posea. Esta última característica del proyecto condicionará en gran medida el tipo de área que puede ser seleccionada al interior de las unidades de análisis establecidas. En un proyecto de implementación de SUDS a nivel municipal de carácter público, el marco de referencia abarcará la totalidad del terreno del municipio, y las unidades de análisis establecidas serán las diferentes localidades, distritos, sectores o veredas de éste. Se sugiere identificar con antelación las áreas de carácter público que tendrían un potencial importante de ser intervenidas con SUDS, por ejemplo; parques públicos, zonas verdes, andenes, separadores, alamedas, corredores verdes y verdeazules. Por otro lado, si se trata de un gran proyecto privado de construcción residencial, en donde el marco de referencia es el área del predio a intervenir y las unidades de análisis son las distintas zonas del terreno con un uso del suelo específico (p. ej. uso residencial, uso para el tránsito peatonal y uso recreativo), se recomienda identificar previamente las zonas del proyecto en las cuales se podría desarrollar SUDS, como accesos peatonales y vehiculares, zonas duras comunales, jardines y áreas verdes recreativas. Para proyectos de tipo privado, es posible seleccionar aquellas áreas verdes contiguas al proyecto que se encuentren en concesión con la administración municipal. En ese caso, sería necesario establecer un acuerdo común entre los dueños del proyecto y la municipalidad, para convenir el tipo de función que cumplirían estas áreas si se llegasen a intervenir con un sistema urbano de drenaje sostenible. Así mismo, sería necesario determinar el nivel de responsabilidad de ambos actores en relación con las diferentes actividades de monitoreo y mantenimiento que deberían llevarse a cabo en los sistemas de drenaje implementados en este tipo de áreas.

Priorizar áreas por objetivo de interés El siguiente paso de este proceso de selección de sitios se apoya en las unidades de análisis delimitadas al inicio de esta metodología y en toda la información recopilada del paso anterior. En esta etapa se busca priorizar las áreas potenciales escogidas conforme a los objetivos identificados en el alcance propuesto, mediante la incorporación de todas las variables disponibles del terreno, que permitan restringir la selección de sitios. Para esto es necesario identificar, de la información disponible, cuál es la necesaria para priorizar una u otra área en particular, a partir de los objetivos establecidos. Si el análisis se realiza para más de un objetivo, es necesario realizar la priorización de manera conjunta, con el fin de seleccionar las áreas potenciales que cumplan de manera simultánea los objetivos evaluados. De esta manera, se espera reducir el número de áreas potenciales para la implementación de SUDS en el marco de referencia, conservando sólo aquellas que cumplan con las condiciones generales para garantizar los objetivos de la implementación. A continuación se presentan los cinco propósitos principales evaluados en la guía de diseño para la implementación de SUDS. Manejo de escorrentía Para priorizar las áreas potenciales identificadas en el paso anterior, con respecto al manejo de escorrentía, es necesario integrar variables espaciales y del suelo a cada una de éstas, con el fin de seleccionar aquellas de mayor extensión y que presenten condiciones naturales (sin ningún tipo de intervención urbana). Lo anterior dado que este tipo de sistemas de drenaje requieren de una mayor área superficial para su implementación, así como, de ciertos parámetros hidrológicos del terreno (p. ej. Pendientes moderadas, bajas tasas de infiltración y nivel freático profundo) para garantizar el almacenamiento de grandes volúmenes de escorrentía. De este modo será posible asegurar que la construcción y operación de tipologías aptas para detener y retener altos volúmenes de escorrentía, se desarrolle de la manera más rápida y efectiva. Al priorizar áreas potenciales con este tipo de características se espera disminuir de forma adecuada el volumen y los picos de escorrentía de eventos fuertes de precipitación. Por esta razón, la priorización de grandes áreas de terreno natural permitiría acelerar el proceso de selección de sitios posibles para este objetivo particular. En relación con las estructuras de detención y retención, es importante mencionar que estas tipologías usualmente deben ser integradas al área intervenida junto con estudios complementarios de paisajismo y conservación de especies nativas. Esto debido a que su implementación en el sitio seleccionado puede afectar de manera relevante la percepción visual del área, así como las dinámicas naturales del ecosistema que allí se encuentra. Así mismo, es necesario analizar la valoración social que tiene la comunidad del área de interés, ya que generalmente estas grandes extensiones de terreno natural hacen parte de los espacios públicos de recreación de la población aledaña. Por lo tanto, sí se interviene el área de interés con este tipo de estructuras, es fundamental realizar trabajos paralelos de educación y concientización con la comunidad, para reducir al máximo los impactos sociales negativos que pueda ocasionar la intervención de estas áreas naturales. Calidad de cuerpos de agua Si el objetivo de la intervención con SUDS consiste en mejorar la calidad del agua de escorrentía que llega a cuerpos de agua receptores, se recomienda integrar a las áreas potenciales del paso anterior variables hidrológicas del suelo (p. ej. tasas de infiltración, pendientes promedio, nivel freático), como también información que permita evidenciar la presencia de cuerpos de agua cercanos, 40

cobertura vegetal existente e infraestructura urbana actual y proyectada. De esta manera, se pueden priorizar aquellas áreas potenciales que se encuentren próximas a cuerpos de agua o que se ubiquen de forma contigua a las fuentes que generen mayor contaminación a la escorrentía generada. Es importante anotar que las tipologías implementadas pueden actuar como mecanismo previo de tratamiento del agua que llega a los cuerpos receptores, lo cual reduce significativamente las cargas de partículas contaminantes y sedimentos gruesos. Igualmente, una de las estrategias para mejorar la calidad del agua pluvial es tratar la contaminación de ésta tan cerca como sea posible de la fuente, para así disminuir desde un principio el impacto, los costos y la complejidad del tratamiento. Por lo anterior y para cumplir este objetivo, se debe optar por tipologías prácticas, de sencilla ubicación e implementación, que involucren algún tipo de tratamiento al agua que ingresa a la estructura de drenaje. Generalmente, este tratamiento incluye el uso de material granular, capas filtrantes y/o agentes biológicos (p. ej. microorganismo y plantas) que reducen las cargas de contaminación, mediante procesos físico-químicos como sedimentación, filtración, adsorción y biodegradación. Es necesario mencionar que este tipo de estructuras de drenaje requiere por lo general un mayor nivel de monitoreo y mantenimiento, debido a que éstas son proclives a colmatarse paulatinamente por la acumulación de sedimentos y basuras. Estos residuos obstruyen el paso del agua a través de la estructura, limitando significativamente la eficiencia de la misma. Por esta razón, para disminuir los costos de mantenimiento asociados a estas tipologías, se sugiere incorporar estructuras anexas de tratamiento (p. ej. antecámaras, trampas de grasas y sedimentos) que capten en primera instancia el volumen de escorrentía y amortigüen, de forma previa, las cargas contaminantes del agua. Con esta medida se espera prolongar la frecuencia de mantenimiento de la estructura, disminuyendo así los costos operativos de la misma en el largo plazo. Así mismo, otras recomendaciones sugeridas en la literatura para extender la frecuencia del mantenimiento de estas estructuras están estrechamente vinculadas a la educación de la comunidad y al incremento del compromiso de ésta por el cuidado y protección de las tipologías implementadas. En este sentido, mayor compromiso de la comunidad resultará en menor cantidad de residuos dispuestos de manera irresponsable (p. ej. basuras, residuos vegetales o escombros) en las zonas urbanas que drenan hacia la estructura. De esta forma, menor será la carga de contaminantes arrastrados por la escorrentía durante un evento de precipitación, permitiendo así que los componentes de la tipologías operen de manera eficiente por un mayor periodo de tiempo. Amenidad Con frecuencia los objetivos principales para los cuales se desarrollan los SUDS son los dos mencionados previamente, manejar la cantidad y mejorar la calidad de la escorrentía que llega a los cuerpos de agua receptores. No obstante, existen tres objetivos adicionales que pueden resultar relevantes para la ejecución de este tipo de proyectos. El primero de ellos consiste en incrementar la amenidad de un lugar particular a partir de la implementación de este tipo de sistemas urbanos de drenaje. Dicho concepto se entiende como la creación de nuevos espacios urbanos que resulten atractivos, útiles y agradables para la población que habita en las proximidades del sitio intervenido, lo cual puede mejorar significativamente la valoración de bienestar social y ambiental percibido por la comunidad influenciada por el desarrollo de SUDS. Para satisfacer este propósito se recomienda implementar tipologías que cuenten en su diseño con configuraciones superficiales en donde se involucre infraestructura vegetal que resulte agradable para la población. Por esta razón, para priorizar áreas potenciales de acuerdo con este objetivo, es necesario asignar a éstas variables como porcentaje 41

de cobertura vegetal, valoración ambiental y social del área, y porcentaje de impermeabilización de ésta para, de esta manera, seleccionar aquellas áreas que tienen un déficit de amenidad significativo. En este sentido, sistemas de drenaje como zonas de bio-retención o alcorques inundables, pueden funcionar adecuadamente para lugares altamente urbanizados en donde no se cuente parcial o totalmente con cobertura vegetal. Generalmente, el incremento de amenidad de un lugar particular a partir de la implementación de SUDS está vinculada con la mejora de la calidad de vida de la población que interactúa con el sitio intervenido. Esta mejoría se ve reflejada en el aumento de sentido de pertenencia por parte de los habitantes del lugar y, en algunos casos, en un incremento en la valoración económica de los inmuebles cercanos al lugar de la intervención. Además, dirigir el alcance de la construcción y operación de SUDS hacia este objetivo puede favorecer la protección de hábitats naturales contenidos en el casco urbano de la zona de interés, afectando positivamente a los organismos silvestres que todavía se encuentren en el área intervenida. En este sentido, la ejecución de SUDS puede fomentar la conservación de plantas y animales (endógenos, introducidos o migratorios) que estén amenazados por la creciente impermeabilización de áreas naturales producto del desarrollo urbano. Urbanismo y paisajismo El segundo de los objetivos adicionales para los cuales se desarrollan proyectos de SUDS se concentra en el incremento del valor urbanístico y paisajístico del sitio intervenido. Este objetivo está en concordancia con el objetivo de amenidad mencionado previamente y se establece con frecuencia en proyectos públicos de gran envergadura. Sin embargo, en algunos proyectos privados de alto impacto (p. ej. construcción de centros comerciales, centros empresariales e industriales y parques privados) es posible integrar este componente de manera coordinada con las entidades municipales encargadas de la zona de interés. Este objetivo procura incentivar el desarrollo urbanístico del sitio intervenido y sus alrededores a partir de la implementación de SUDS, de modo que mejore la eficiencia de la distribución espacial del área urbana, según las necesidades propias de los habitantes del lugar. Como consecuencia de ello, se espera renovar la percepción paisajística del sitio, al mejorar la armonía visual del lugar en relación con su entorno natural. Por lo anterior, para priorizar las áreas potenciales a partir de este objetivo es necesario involucrar variables como el nivel de percepción visual del área, el porcentaje de cobertura vegetal, el uso del suelo y el tipo de norma urbanística que la cobija, con el fin de priorizar aquellas áreas que presenten una carencia urbanística y paisajística, a partir de la información disponible. En relación a las características de las tipologías recomendadas para llevar a cabo este objetivo, cabe mencionar que éstas son usualmente similares a las empleadas para la consecución del objetivo de amenidad. No obstante, para incrementar el componente urbanístico de un sitio determinado se sugiere el uso de tipologías compactas cuyas prácticas constructivas permitan su implementación en zonas altamente urbanizadas con limitaciones espaciales significativas (p. ej. vías principales y secundarias, corredores peatonales e intersecciones urbanas). Con respecto a la percepción paisajística del área, se recomienda el uso de sistemas de drenaje que involucren infraestructura vegetal de alta visibilidad (p.ej. plantas ornamentales y árboles de mediana altura). En este sentido, tipologías con cobertura vegetal como alcorques inundables y zonas de bio-retención son las más recurrentes, ya que satisfacen de manera simultánea los dos aspectos de este objetivo. Por una parte, estas dos estructuras tienen una alta adaptación y flexibilidad en cuanto a intervención de 42

áreas urbanas restringidas, y por otra parte, ambas incorporan infraestructura verde que resulta agradable y tiene el potencial de incrementar el valor paisajístico del lugar intervenido. Adicionalmente, estas dos tipologías pueden diseñarse de manera modular, permitiendo así su fácil replicabilidad en el área de estudio durante proyectos posteriores. Renaturalización de cuerpos de agua Por último, el tercer objetivo adicional consiste en la renaturalización de cuerpos de agua mediante la implementación de SUDS. Para garantizar este objetivo es necesario abordar de manera conjunta el análisis sugerido para el segundo objetivo de esta metodología (i.e. mejorar la calidad de cuerpos de agua receptores). Lo anterior dado que una de las consecuencias principales de la reducción de las cargas de partículas y contaminantes que llegan a cuerpos de agua receptores, producto del incremento en la calidad del agua, es la recuperación paulatina de las condiciones naturales previas a su intervención en procesos urbanos. En este sentido, la renaturalización permite mejorar el estado de aquellos cuerpos de agua (p. ej. quebradas, cauces y riachuelos) que por sus condiciones particulares fueron canalizados e introducidos al sistema de acueducto combinado o pluvial de la ciudad. Por lo tanto, la implementación de SUDS con este objetivo tiene el potencial de incentivar la interacción urbana con estos cuerpos de agua naturales, buscando restaurar la dinámica hídrica natural de la ciudad. En relación a este último objetivo, algunas variables sugeridas para priorizar las áreas potenciales son la distancia a cuerpos de agua, los parámetros de contaminación del área, el tipo de intervención urbana y el uso del suelo, de modo que se prioricen aquellas áreas potenciales cercanas a cuerpos hídricos intervenidos. En este sentido, las tipologías recomendadas para este objetivo generalmente son las asociadas para el objetivo de calidad, ya que éstas permiten disminuir las cargas de contaminación del agua que fluye por estos cauces naturales. Sin embargo, sistemas de drenaje como zonas de bio-retención, alcorques inundables y cunetas verdes pueden favorecer tanto la calidad del agua como el aspecto natural de los cuerpos de agua, permitiendo renaturalizar paulatinamente los cuerpos hídricos de interés. Así mismo, estructuras de retención de alta magnitud, como pondajes húmedos y humedales artificiales, pueden favorecer la renaturalización de cuerpos hídricos y ecosistemas fluviales.

Comparar y seleccionar los sitios más convenientes mediante visitas de campo Luego de priorizar las áreas potenciales en cada una de las unidades de análisis, el siguiente paso de la metodología consiste en comparar y seleccionar las áreas potenciales priorizadas más convenientes para la implementación de SUDS. Este proceso de selección se realiza a partir de la información secundaria recopilada, visitas e inspecciones de campo. Estas últimas constituyen un mecanismo de verificación de la información existente y permiten obtener información primaria del área de estudio (p. ej. dinámicas e interacciones sociales actuales de la comunidad con el área de interés, estado actual del terreno, nivel de desarrollo urbano en la zona, rutas de acceso y salida). Se recomienda que el personal a cargo de este tipo de inspecciones de campo sea profesional con conocimientos técnicos en hidrología urbana, diseño de alcantarillados o afines, que conozca las dinámicas del drenaje pluvial en áreas urbanas. Así mismo, es muy conveniente integrar en el equipo de profesionales a arquitectos y urbanistas con el fin de analizar el potencial que tiene el área evaluada para incrementar el paisajismo de la zona mediante la implementación de SUDS. Incluso en algunos proyectos distritales o gubernamentales la opinión de representantes políticos y actores sociales puede 43

resultar fundamental para la selección de una u otra área priorizada a partir de criterios socioeconómicos. Luego de recopilar y registrar toda la información primaria obtenida en campo de cada una de las áreas priorizadas, es necesario realizar reuniones con los actores involucrados en el desarrollo del proyecto para comparar y seleccionar cuáles de las áreas visitadas son las más convenientes para la implementación de SUDS. Para este proceso de selección se sugiere plantear diferentes criterios de decisión que permitan optimizar el proceso. En este sentido, se propone evaluar conjuntamente las áreas priorizadas para determinar cuáles de éstas tienen limitaciones o dificultades por motivos técnicos (p. ej. sistema de alcantarillado pluvial inoperante, condiciones climáticas adversas, presencia de pasivos ambientales tóxicos y peligrosos, entre otros), normativos (p. ej. leyes de conservación ambiental o de patrimonio histórico), urbanísticos (p. ej. áreas de reserva vial) o sociales (p. ej. problema recurrentes de orden público, alta incidencia de vandalismo, zonas de invasión ilegal o presencia de grupos armados). En otras palabas, se debe analizar qué tan factible puede ser la intervención de las áreas visitadas, a partir de aspectos no considerados hasta el momento, que puedan restringir de manera importante la implementación de SUDS. Es importante mencionar que la lista de criterios mencionados anteriormente no es exhaustiva y, en consecuencia, su uso dependerá de la información disponible y el juicio de los profesionales encargados del proyecto. Finalmente, una vez descartadas las áreas potenciales que, por diferentes problemáticas no son factibles, se sugiere aplicar un último criterio adicional para determinar el grado de conveniencia de las áreas inspeccionadas. Este criterio consiste en evaluar las áreas priorizadas según el interés propio de cada uno de los actores involucrados en el desarrollo del proyecto y, a partir de esto, escoger aquellas que resulten estratégicas para la conveniencia de los distintos actores. De esta forma, se puede garantizar que la selección de un área potencial favorezca la mayor cantidad de beneficios y a la mayoría de actores involucrados en el proyecto.

Realizar pruebas técnicas y comparar la información precedente En esta etapa de la metodología se espera que el número de áreas factibles para la implementación de SUDS se encuentre en un valor muy pequeño. Por esta razón, el siguiente paso consiste en realizar pruebas técnicas de campo en las áreas potenciales que todavía resulten factibles. De esta forma, se obtendrá información técnica del área seleccionada, que será utilizada de manera recurrente en la metodología de selección de tipologías y trenes, presentada más adelante. Adicionalmente, los resultados obtenidos en campo pueden complementar la información secundaria recopilada, y por ende, la información técnica para futuros proyectos de implementación de SUDS. En la literatura académica se encuentra una amplia variedad de pruebas de campo que pueden ser aplicadas al área de estudio. Sin embargo, en muchas ocasiones limitaciones de tiempo y presupuesto del proyecto impiden aplicar la totalidad de ensayos posibles. Por esta razón, se sugiere realizar algunas de las pruebas más comunes dentro de este tipo de proyectos. La primera de estas es el levantamiento topográfico del área de estudio, ya que a partir de los datos obtenidos en campo es posible determinar la pendiente promedio del área de interés, la cual es uno de los parámetros principales que restringe la implementación de SUDS. Adicionalmente, a partir de estas actividades es posible identificar áreas de drenaje en la zona, como también georreferenciar de manera precisa la ubicación de las obras previstas, con el fin de tener una mayor precisión en las labores posteriores de diseño y construcción de las diferentes tipologías. 44

Una prueba de infiltración del suelo es otro de los ensayos relevante para la selección de sitios, pues algunas de las tipologías evaluadas requieren de cierta tasa de infiltración para su adecuado funcionamiento. Usualmente, estas pruebas se realizan mediante dispositivos prácticos como permeámetros o infiltrómetros de doble anillo, los cuales permiten cuantificar la infiltración vertical del agua en el tiempo a través de un área de fondo. Así mismo, a partir de este ensayo es posible calcular de manera indirecta la conductividad hidráulica saturada del suelo. Esta prueba se debe realizar en tiempo seco o 24 horas después de un evento fuerte de precipitación, para reducir errores en las mediciones de campo. En este sentido, para incrementar la certeza de la información obtenida, se sugiere determinar un valor promedio con el resultado de al menos tres de estas pruebas distribuidas homogéneamente en el área de estudio. Las pruebas de campo que determinan el nivel freático del suelo intervenido también son relevantes para este tipo de proyectos. Por lo general, no es aconsejable que el nivel de la tabla de agua este a poca profundidad con respecto a la superficie del suelo, dado que esta condición puede aumentar el riesgo de inundaciones debido a la saturación del suelo por infiltración y almacenamiento de agua. Por otra parte, estas pruebas permiten identificar el nivel máximo al que se pueden realizar excavaciones en el suelo, lo cual condiciona el dimensionamiento de varias tipologías. Estos ensayos de suelo regularmente se efectúan mediante una serie de perforaciones en donde se mide el nivel freático de manera mecánica o por medio de sondas electrónicas a través de pozos cilíndricos. Por último, entre la información hidrológica que puede corroborarse en campo se encuentra la asociada con la precipitación promedio de la zona de interés. Esta información se obtiene mediante la instalación de un pluviógrafo o equipos similares en el área de estudio, con el fin de cuantificar los parámetros de duración, intensidad y frecuencia de los eventos de lluvia que allí se desarrollan. Cabe destacar que entre mayor sea el número de eventos medidos, mayor será el nivel de confianza de los resultados. A partir de la información recolectada en esta prueba y de las áreas de drenaje delimitadas en el levantamiento topográfico, es posible calcular de manera general el volumen bruto de escorrentía (sin considerar pérdidas) que se generaría en la zona de interés. Basado en este valor, se puede realizar una primera estimación de la magnitud que tendría la intervención del área de estudio. Otras pruebas de campo en el terreno (p. ej. pruebas de transmisividad, ensayos de permeabilidad y granulometría) pueden ser útiles para comparar la información técnica del área de estudio. Sin embargo, es necesario mencionar que la rigurosidad y el detalle de los resultados de estos ensayos de campo dependerán en gran medida del alcance y tipo de proyecto. Luego de realizar las pruebas respectivas en cada una de las áreas potenciales, es posible seleccionar aquellas en las cuales la información obtenida en campo es consistente y apropiada para la implementación de SUDS. De esta forma, el grupo de áreas factibles se reduce una vez más y, cada una las áreas resultantes de este paso, se considera como un sitio viable de intervención. El proceso de selección definitiva de uno o varios de estos sitios se desarrollará en el siguiente paso de la presente metodología.

Seleccionar el sitio adecuado de intervención El último paso de este proceso de selección consiste en elegir, entre los sitios viables obtenidos del paso anterior, los más apropiados para la implementación de SUDS. En algunos casos, luego de filtrar el grupo de áreas potenciales en cada uno de los pasos de esta metodología, sólo se tendrá un único sitio factible que deberá ser escogido de manera directa como el sitio más apropiado para la implementación de SUDS. No obstante, en los casos en los cuales resulten varios sitios posibles, es 45

necesario realizar nuevamente una serie de reuniones con los principales actores involucrados en el desarrollo del proyecto para, de forma conjunta, seleccionar el sitio más apropiado a intervenir con este tipo de sistemas de drenaje. En este sentido, es importante aclarar que no es necesario seleccionar un único sitio, pues, si el proyecto así lo requiere, pueden escogerse tantos sitios como el alcance lo permita. De esta manera, se elegirá el(los) sitio(s) que cumpla(n) con todos los requerimientos abordados en esta metodología de selección, garantizando así que el resultado en este proceso sea el producto de un análisis técnico riguroso, así como de evaluaciones conjuntas de todos los actores involucrados en el desarrollo del proyecto.

Verificar si el sitio seleccionado satisface el alcance propuesto Este paso de verificación constituye el mecanismo de decisión que finaliza la metodología de selección de sitios. Para ello, se debe determinar si el sitio seleccionado como más apropiado cumple con el alcance planteado en el proyecto. Es necesario verificar que las condiciones y características (técnicas, normativas, políticas, ambientales y socioeconómicas) de éste posibiliten la consecución de los objetivos planteados en dicho alcance. Generalmente, este paso de verificación no es necesario debido a la alta rigurosidad aplicada en los diferentes pasos previos de comparación y comprobación. Sin embargo, en proyectos locales o nuevos desarrollos sin información suficiente, este último paso puede resultar fundamental para evitar errores futuros en la selección de tipologías. Por esta razón, si el sitio seleccionado cumple la totalidad de los requerimientos del alcance propuesto, éste se elige de manera definitiva como el sitio adecuado de implementación de SUDS, con lo cual se finaliza este proceso de selección de sitios. En caso contrario, es necesario volver al segundo paso de esta metodología, para replantear el alcance de la intervención y determinar nuevamente si la implementación de SUDS constituye la alternativa más adecuada.

Caso de estudio: Bogotá D.C A continuación se presentará, de manera breve y con el propósito de ejemplificar la implementación de la metodología propuesta, el desarrollo de los primeros cuatro pasos de dicha metodología de selección de sitios para el caso de estudio de Bogotá, Colombia. Este caso de estudio se enmarca dentro del proyecto: “Investigación de las tipologías y/o tecnologías de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D.C”, desarrollado por el Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental (CIIA) de la Universidad de los Andes, en conjunto con la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá (EAB), la Secretaria Distrital de Ambiente (SDA), y con el apoyo del Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), el Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático (IDIGER), el Instituto Distrital de Recreación y Deporte (IDRD) y el Jardín Botánico de Bogotá, entre otros.

Delimitar el área de estudio Siguiendo el esquema de la metodología presentado al inicio de este capítulo (ver Figura 3), el primer paso de este proceso de selección consiste en delimitar el área de estudio mediante un marco de referencia y un número de unidades de análisis. Dado que el proyecto mencionado abarca la totalidad del perímetro urbano de la ciudad, éste se eligió como el marco de referencia en el cual se iba a desarrollar la selección de sitios. En cuanto a las unidades de análisis, se seleccionaron los polígonos ya definidos de las Unidades de Gestión de Alcantarillado (UGAs), puesto que estas unidades cubren la totalidad del área de Bogotá. Las UGAs están definidas según algunos criterios como topografía 46

del terreno, dirección de flujo e información sobre el manejo y operación del sistema de alcantarillado en la ciudad. En conformidad con el alcance del proyecto sólo se evaluaron las UGAs contenidas en el perímetro urbano de la ciudad. La Figura 4 presenta el mapa en donde se puede observar tanto el marco de referencia como las unidades de análisis escogidos para este primer paso.

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Figura 4. Mapa de marco de referencia y unidades de análisis

Establecer el alcance y determinar la conveniencia de los SUDS En cuanto al alcance de la implementación de este proyecto es preciso mencionar que su finalidad principal es determinar, priorizar y seleccionar las tipologías más apropiadas para optimizar el manejo de la escorrentía pluvial en las diferentes localidades, entornos urbanos y usos del suelo contemplados en el área urbana de Bogotá D.C. En este sentido, los objetivos enmarcados en este alcance están orientados hacia la búsqueda de una adecuada calidad de la escorrentía que drena hacia ríos, quebradas y humedales, de manera que se promueva el aprovechamiento del agua lluvia para usos no potables y paisajísticos y que tienda a condiciones pre-urbanas del ciclo hidrológico con el fin de prevenir y/o mitigar inundaciones. Por esta razón, para este proyecto particular se establecieron dos objetivos principales para la implementación de SUDS: (1) manejar volúmenes y picos de escorrentía, y (2) mejorar la calidad del agua de escorrentía que llega a cuerpos de agua receptores. Adicionalmente, se incluyeron de manera secundaria los tres objetivos adicionales de: amenidad, urbanismo y paisajismo, y re-naturalización de cuerpo hídricos, como elementos complementarios en la toma de decisiones de selección de sitios. Por último, dado que el proyecto está totalmente encaminado al desarrollo de SUDS, la conveniencia de este tipo de alternativa de drenaje es completamente adecuada para este proyecto.

Recopilar información e identificar áreas potenciales de intervención Luego de definir el alcance y los objetivos, se recopiló toda la información secundaria existente en la ciudad con el propósito de identificar las áreas potenciales para la implementación de SUDS. Dado el carácter distrital del proyecto, en este paso de la metodología se determinó que las áreas potenciales a analizar constituirían aquellos espacios públicos disponibles de la ciudad en donde fuera posible realizar una intervención con este tipo de estructuras de drenaje. En la Tabla 2, se presentan las principales referencias (fuente, año, formato y observaciones) evaluadas para la priorización posterior de estas áreas potenciales. Tabla 2. Información recopilada para el desarrollo del análisis espacial en Bogotá

CATEGORÍA

Unidades de gestión y planeación

TIPO DE INFORMACIÓN

FUENTE

AÑO

FORMATO

OBSERVACIONES

Subcuencas

EAB

2012

Polígono

La información reportada corresponde a 137 subcuencas sanitarias y 45 pluviales, contiene información referente al área y cuerpo de agua al que drenan.

Universidad de los Andes

2012

Polígono

Se reportan 485 UGAs y contiene información sobre el tipo de cada una (separada, combinada, rural y cárcava), así como la cuenca y subcuenca pluvial y/o sanitaria a la cual pertenece.

SDP

2013

Polígono

Los datos hacen referencia a 114 UPZ, y cuenta con información específica sobre los códigos y nombre de identificación de cada una, localidad, zona a la que pertenece y decreto que la ampara.

SDP, EAB, SDM (IDECA)

2015

Polígono

Incluye los siguientes usos del suelo: comercio y servicios, dotacional, industrial, residencial, áreas protegidas, central y minería.

Unidades de Gestión de Alcantarillado (UGAs) Unidades de Planeamiento Zonal (UPZ) Uso Catastral del Suelo

Clasificación del Uso del Suelo

Lotes y Construcciones

IDECA

2013

Polígono

Zonas de Expansión

SDP

2013

Polígono

La cobertura de lotes describe todos los lotes a nivel catastral dentro del perímetro urbano, mientras que la cobertura de construcciones contiene aquellas zonas de los lotes que se encuentran desarrolladas. Cada uno de los lotes y construcciones está relacionado a un área, código catastral y número de pisos y/o sótanos que posee. La cobertura contiene información específica de valores de área de zonas urbanizadas, zonas de urbanización irregular y zonas de expansión. Sin embargo, debido a la rápida urbanización de la ciudad, es posible que esta información se encuentre desactualizada y algunas zonas que se definen en la capa como zonas de expansión ya se encuentren urbanizadas.

CATEGORÍA

Sistema de Drenaje Natural

Sistema de Alcantarillado Construido

TIPO DE INFORMACIÓN

FUENTE

AÑO

FORMATO

Áreas Protegidas

SDP

2013

Polígono

Canales

EAB

2007

Línea

Ríos

EAB

2007

Línea

Quebradas

EAB

2007

Línea

Humedales

EAB

2007

Polígono

Cuerpos de Agua

EAB

2007

Polígono

Alcantarillado Pluvial

EAB

2014

Línea

Alcantarillado Sanitario

EAB

2013

Línea

Capacidad del Sistema

SDP

2013

Polígono

OBSERVACIONES La información disponible sobre áreas protegidas abarca datos sobre el perímetro y área, tipos de suelo, tipo de área protegida (Metropolitano, Ecológico del Sistema Orográfico, Ecológico Distrital y Nacional Natural), tipo de reserva (Forestal Distrital y Forestal Nacional), clase (áreas de manejo especial nacional y santuario distrital de fauna-flora), acto administrativo que la cobija y el nombre de cada área declarada como protegida. Esta capa muestra el conjunto de canales presentes en el casco urbano de la ciudad, en su mayoría paralelos la configuración vial de Bogotá. Representa la ubicación de los cuatro ríos principales de la ciudad: el Tunjuelo, el Torca, el Salitre y el Fucha. Esta capa compila la información referente al sistema de drenaje natural de la ciudad. La tabla de atributos de esta capa comprende la siguiente información: nombre de la quebrada, longitud y acto administrativo que la contempla. Contiene información de 15 humedales en Bogotá. Únicamente se incluye la identificación del humedal y el área de los polígonos que lo conforman. En esta capa se encuentran los datos referentes a los cuerpos de agua que se localizan tanto en la ciudad como a sus alrededores, ya sean humedales, lagos, embalses, canales, meandros y ríos, al igual que el área de estos. Esta cobertura comprende aproximadamente 2,400 km de red local distribuida en las zonas norte, occidente y sur de la ciudad. Contiene información sobre el tipo de tubería, fecha de instalación y cotas de nivel. Estos datos describen la cobertura de alcantarillado a nivel local y troncal. Se reporta información concerniente a diámetros de tubería, fechas de instalación, estado de calidad estructural y longitud de cada tubería. Contiene los rangos de capacidad del sistema de alcantarillado de zonas relacionadas a las UGAs. Los rangos son: sin servicio, crítica, restringida, moderada, alta y suelo de protección.

CATEGORÍA

Infraestructura y espacio público

TIPO DE INFORMACIÓN

FUENTE

AÑO

FORMATO

Amenazas de Inundación

SDP

2013

Polígono

Zonas de Encharcamiento

IDIGER

2014

Raster

Puntos Críticos del Sistema

EAB (IEHGRUCON)

2011

Punto

Parques

SDP

2013

Polígono

Plazas

SDP

2015

Polígono

Andenes

EAB

2013

Polígono

Malla Vial

SDP

2013

Línea

Arbolado

SDA

2005 y 2014

Punto

OBSERVACIONES Contiene información sobre las áreas de la ciudad con amenaza de inundación fluvial alta, media y baja. En su mayoría, ubicadas a lo largo del costado occidental y al norte de la ciudad, en las rondas del río Bogotá y a lo largo de cuerpos de agua como los humedales Juan Amarillo, y Córdoba y el río Molinos. La información disponible en esta capa corresponde a los puntos más importantes del sistema donde se presenta encharcamiento. Estos se definen por la cantidad de llamadas de emergencia que se establecen en las zonas más propensas a presentar esta situación, debido a problemas como la sobrecarga del sistema de drenaje. Esta referencia contiene los puntos críticos del sistema de alcantarillado, derivados de un análisis en el que se incluyeron factores como la probabilidad de falla y la evaluación del riesgo en diferentes zonas. Esta capa comprende información de 160 parques, 159 ubicados dentro del perímetro del casco urbano y uno (Parque San Rafael) en La Calera. Debido a que esta capa solamente incluía parques de un tamaño considerable, se tuvo en cuenta una capa adicional que contaba con parques de menor tamaño. Esta cobertura incluye la representación geográfica de 91 plazas distribuidas en la ciudad. Para cada plaza se presenta información referente a nombre, perímetro, área, tipo de plaza, localidad y dirección específica donde se ubica. La información referente a andenes comprende una tabla de atributos que incluye como datos relevantes los códigos de identificación de cada zona definida como andén. Contiene la cobertura completa del área urbana de la ciudad y comprende información para cada tramo de vía que incluye: tipo de vía (Carrera, Diagonal, Calle, Avenida-Carrera, Avenida-Calle y Transversal), nombre de la vía y códigos de la localidad y barrio al que pertenece. Se presenta información de cada árbol de la ciudad, incluyendo: nombre de la especie, altura total, código de la UPZ en la que se encuentra y la fecha en que fue inventariado (entre el año 2005 y el año 2014).

TIPO DE INFORMACIÓN

FUENTE

AÑO

FORMATO

Modelo de Elevación Digital

Universidad de los Andes

2011

Raster

Taza de Infiltración

Universidad de los Andes

2015

Raster

Profundidad Freática

Universidad de los Andes

2015

Raster

Condiciones Climáticas

Precipitación

INGETEC S.A Universidad de los Andes

2014

Raster

Información Adicional

Ortofoto

EAB

2009

Raster

CATEGORÍA

Características Físicas del Suelo

OBSERVACIONES Esta información contiene las curvas de nivel de toda la ciudad, que facilita el análisis topográfico para el cálculo de pendientes y direcciones de flujo. Se recopiló información reportada en la base de datos SISGEO. Se desarrolló un mapa de permeabilidad del suelo a partir de 2973 sondeos y análisis del suelo. El procesamiento de la capa se especifica en el capítulo de Análisis de Espacio Público del Producto 2 de este proyecto (“Informe sobre la investigación y desarrollo de las tecnologías y/o tipologías de SUDS que más se adapten a la problemática de la escorrentía urbana en la ciudad de Bogotá D.C.”). Información concerniente a la profundidad del nivel freático multianual de la ciudad en el periodo comprendido entre 1969 y 2011. El procesamiento de la capa se especifica en el capítulo de Análisis de Espacio Público del Producto 2 de este proyecto (“Informe sobre la investigación y desarrollo de las tecnologías y/o tipologías de SUDS que más se adapten a la problemática de la escorrentía urbana en la ciudad de Bogotá D.C.”). Se utilizó la información desarrollada por INGETEC S.A para el cálculo de las curvas IDF (Intensidad Duración Frecuencia), y a partir de estas se desarrolló una cobertura raster para calcular la profundidad máxima de precipitación para una duración de 6 horas y un periodo de retorno de 10 años. Esta información permite realizar observaciones específicas de la ciudad para su posterior digitalización.

Las unidades de análisis (UGAs) establecidas desde un inicio se integraron con la mayor cantidad de información técnica presente en las coberturas disponibles. Luego, a partir de los datos recopilados de infraestructura y espacio público, se construyó una cobertura conjunta de zonas disponibles para la implementación de SUDS. Esta cobertura se compone de andes y separadores, corredores verdes y verde-azules, plazas, parques, zonas verdes, y otras áreas complementarias. Es importante aclarar que no todas las referencias recopiladas estaban actualizadas o completas. Por esta razón, no se recomienda abordar el mapa expuesto en la Figura 5 como manual de áreas de intervención y, por el contrario, se sugiere que éste sea analizado a manera de ejemplo orientador para futuros proyectos de implementación de SUDS. Así pues, a partir de ambas coberturas (UGAs con toda la información disponible y espacio público potencial) se realizó la priorización por objetivos, como se presenta en el paso siguiente.

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Figura 5. Mapa de espacio público de la ciudad de Bogotá

Priorizar áreas por objetivo de interés Una vez obtenidas las dos coberturas necesarias para realizar la priorización se analizó la información necesaria para seleccionar una UGA en particular en función de cada uno de los objetivos establecidos en el alcance. En este sentido, se generó un mapa de UGAs priorizadas para cada uno de los objetivos de interés, combinando todos los aspectos relevantes a cada objetivo. Luego se combinaron los mapas resultantes de los objetivos principales y se construyó un mapa conjunto y definitivo de UGAs priorizadas. Posteriormente, éste se intersectó con el mapa de espacio público potencial generado en el paso anterior, para obtener como resultado el mapa de áreas potenciales priorizadas por objetivos de interés. A continuación se presenta de manera general los aspectos involucrados en la selección de 52

UGAs, acorde a cada uno de los objetivos mencionados, junto con los mapas construidos en el desarrollo de este paso. Manejo de escorrentía Para priorizar las unidades de análisis a partir del objetivo de manejo de escorrentía se involucraron cuatro coberturas de información, que incluyen los siguientes aspectos: capacidad del sistema de alcantarillado, zonas de encharcamiento, puntos críticos y zonas de inundación fluvial. La capacidad del sistema es una medida de la capacidad instalada para la recepción de volúmenes de escorrentía. Por su parte, las zonas de encharcamiento y los puntos críticos representan UGAs con problemas actuales relacionados con el manejo de la escorrentía. Por último, las zonas de inundación fluvial son aquellas que poseen alto riesgo de inundación por desbordamiento de los cuerpos receptores. Para cada una de las cuatro coberturas descritas se proponen categorías de 0 a 4, donde 1 es el estado menos crítico, 4 es el estado más crítico y 0 hace referencia a situaciones especiales. La Tabla 3 presenta la matriz de calificación empleada para categorizar cada una de las UGAs con respecto a los cuatro aspectos evaluados para el objetivo de manejo de escorrentía. Tabla 3. Matriz de calificación de aspectos para el manejo de escorrentía

Aspectos

Puntuación de la UGA 0

Capacidad del sistema de alcantarillado

Sin servicio

Alta

Restringida

Moderada

Crítica

Zonas de encharcamiento

Sin reportes

Escasa frecuencia de reportes de encharcamiento

Baja frecuencia de reportes

Frecuencia moderada de reportes

Alta frecuencia de reportes

Puntos críticos

Sin reportes

Mayor o igual a un punto crítico con riesgo bajo

Zonas de inundación

Sin amenaza fluvial

Bajo porcentaje de área con amenaza fluvial en la UGA

Mayor o igual a un punto crítico con riesgo medio de encharcamiento Porcentaje medio de área con amenaza fluvial en la UGA

Mayor o igual a un punto crítico con riesgo medio-alto de encharcamiento Porcentaje medio-alto de área con amenaza fluvial en la UGA

Mayor o igual a un punto crítico con riesgo alto de encharcamiento Alto porcentaje de área con amenaza fluvial en la UGA

Luego de calificar cada UGA con respecto a los cuatro aspectos mencionados, se analizó de manera global el objetivo de manejo de escorrentía. Para ello, se comparó la información de los aspectos de cada UGA y se asignó la siguiente calificación: (0) si los cuatro aspectos se evaluaban como cero, (1) si de las cuatro calificaciones la máxima puntuación era uno, (2) si de las cuatro calificaciones la máxima puntuación era dos, (3) si de las cuatro calificaciones la máxima puntuación era tres y (4) si de las cuatro calificaciones la máxima puntuación era cuatro. De esta manera, integrando la información derivada de las cuatro coberturas, se desarrolló el mapa conjunto de UGAs priorizadas por objetivo de manejo de escorrentía (ver Figura 6). 53

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Figura 6. Mapa de priorización conjunta de UGAs para el objetivo de manejo de escorrentía

Calidad de cuerpos de agua Para priorizar las unidades de análisis a partir del objetivo de mejorar la calidad de la escorrentía que llega a los cuerpos de agua receptores, se abordaron dos aspectos: la calidad del agua de ríos y de humedales de la ciudad. El enfoque general de este proceso fue determinar la condición de calidad en cada uno de estos cuerpos de agua y asociarla al área de cada UGA. Para este análisis se involucraron cuatro determinantes de calidad en los cuerpos hídricos evaluados: DBO, SST, NT y FT. De este modo, para los dos aspectos evaluados en el objetivo de calidad se estableció una calificación para cada UGA de acuerdo con las concentraciones de los cuatro determinantes evaluados: (1) N/A, si no existía información para esa UGA; (2) bajo, si al comparar las concentraciones de cada determinante ninguno sobrepasaba la calificación baja del rango especifico a cada uno de estos; (3) medio, si al comparar las concentraciones de cada determinante al menos un parámetro se encontraba en concentraciones medias; y (4) alto, si al comparar las concentraciones de cada determinante al menos un parámetro se encontraba en concentraciones altas. De esta forma se identificaron aquellas UGAs prioritarias con respecto a la calidad del agua de ríos y humedales, en las cuales se podría evidenciar un mayor efecto positivo como consecuencia de la implementación SUDS. La Tabla 4 y la Tabla 5 resumen la asignación cualitativa de los rangos de concentración para cada uno de los cuatro determinantes de calidad de agua, tanto para ríos como para humedales, respectivamente.

Tabla 4. Rangos cualitativos de calidad de ríos

DETERMINANTE DBO SST NT (mg/L) FT (mg/L) (mg/L) (mg/L) RANGO Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Bajo Medio Alto

0 93 175

93 175 317

0 139 279

139 279 586

0 3 6

3 6 19

0 15 45

15 45 69

Tabla 5. Rangos cualitativos de calidad para humedales

DETERMINANTE DBO SST NT (mg/L) FT (mg/L) (mg/L) (mg/L) RANGO Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Bajo Medio Alto

0 23.9 23.9

23.9 0 33.1 39 33.1 54 39 54 85

0 6.7 12

6.7 12 19

0 1.6 2.4

1.6 2.4 5.2

Para realizar el análisis conjunto del objetivo de mejora de la calidad del agua y hacer comparables los resultados obtenidos de éste con los del objetivo de manejo de escorrentía, se compararon ambos aspectos de calidad y se calificó cada UGA con un valor entre 1 y 4, donde 4 es el estado más crítico. Las calificaciones del análisis conjunto se asignaron de la siguiente manera: (0) si para ambos aspectos la UGA no presentaba información, (1) si al menos para uno de los aspectos la UGA presentaba una calificación baja, (2) si al menos para uno de los aspectos la UGA presentaba una calificación media, (3) si para ambos aspectos la UGA presentaba una calificación media y (4) si al menos para uno de los aspectos de la UGA presentaba una calificación alta. De esta forma, se identificaron aquellas UGAs que podrían tener un mayor efecto positivo sobre la calidad de los distintos cuerpos de agua al implementarse SUDS. Siguiendo el procedimiento del objetivo anterior, a cada UGA se le asignó un valor entre 1 y 4, donde 4 es el estado más crítico. Así pues, una vez obtenidos los dos mapas de calidad se realizó la priorización conjunta de los dos cuerpos de agua (ríos y humedales), con el fin de obtener un mapa priorizado definitivo para este objetivo. La Figura 7 presenta el resultado final de este procesamiento.

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Figura 7. Mapa conjunto de clasificación de UGAs para el objetivo de calidad de agua

Amenidad La priorización para el objetivo de amenidad fue el resultado de diálogos y reuniones entre actores y entidades involucradas en el desarrollo del proyecto, en relación a los criterios de escogencia de los sitios más apropiados para la implementación de SUDS. Así pues, se intentó seleccionar aquellas UGAs donde el impacto social positivo fuese más relevante, a partir de la intervención con este tipo de sistemas de drenaje. Los aspectos que se consideraron para este propósito fueron las coberturas de parques, zonas verdes y arbolado de la ciudad. A esta información se integró el resultado obtenido en un estudio del Centro de Investigaciones en Ingeniería Ambiental (CIIA) de la Universidad de los Andes, en el que se valoraban los servicios ambientales, sociales y económicos de las áreas verdes de la ciudad (Rincón, 2015). La Figura 8 presenta el mapa final de esta priorización, el cual está clasificado en 6 categorías relevantes. Éstas son el resultado de las distintas combinaciones encontradas a partir del grado de satisfacción (A: alto M: medio y B: bajo) de los tres servicios evaluados en cada UGA. Se consideraron como unidades de análisis prioritarias aquellas con la calificación más baja en estos tres aspectos. De esta manera, el mapa construido ofrece un panorama más amplio de la interacción social que tendría la inclusión de SUDS en las UGAs prioritarias por objetivo de amenidad en la ciudad de Bogotá.

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Figura 8. Mapa de priorización de UGAs a partir del análisis ambiental, social y económico

Urbanismo y paisajismo Para priorizar las unidades de análisis a partir del objetivo de urbanismo y paisajismo en Bogotá se utilizó como aspecto de selección el desarrollo de nuevos proyectos de renovación urbana en la ciudad. Estos proyectos tienen como finalidad promover el reordenamiento del área urbana de zonas ubicadas estratégicamente en la ciudad, que se encuentran en un actual deterioro urbanístico y social. Usualmente, este tipo de proyectos se desarrollan en zonas abandonadas y con bajo aprovechamiento de las redes de comunicación y de servicios públicos, por lo cual su renovación puede incrementar significativamente su potencial urbano y social. La implementación de SUDS en proyectos de renovación puede disminuir los costos de ampliación del sistema de alcantarillado preexistente debido a la nueva densidad de usuarios en el área. Algunos ejemplos de proyectos en la ciudad donde se podría evidenciar de manera directa este tipo de oportunidades son el plan parcial de renovación de La Sabana, Proscenio y Shaio. Allí los SUDS constituirían una alternativa más beneficiosa para el manejo de escorrentía en comparación con la adaptación y ampliación del sistema convencional. La información correspondiente a estos proyectos fue recopilada de diferentes fuentes que incluyen la Empresa de Renovación Urbana, la Secretaría Distrital de Planeación, y algunos decretos vigentes de la Alcaldía de Bogotá. A partir de esta información se desarrolló una cobertura de proyectos de renovación urbana, que fue cruzada con la cobertura de UGAs, para facilitar la comparación visual de éstas con respecto a los otros objetivos evaluados. Posteriormente, la definición de las zonas 57

prioritarias se realizó en función del área de cada proyecto, dado que los proyectos de mayor extensión tienen una mayor probabilidad de ser intervenidos con SUDS. Cabe resaltar que la cobertura de proyectos de renovación generada no pudo contar con la totalidad de proyectos de la ciudad debido a que no existe un inventario total de estos. Sin embargo, es claro que la mayor parte de estos proyectos involucran el desarrollo hacia el occidente de Bogotá, y es importante destacar el hecho de que gran parte de las zonas que contienen una alta área de intervención se encuentran en UGAs al margen del río Bogotá. De esta manera, la cobertura resultante de este objetivo puede ser de utilidad para la selección final de sitios, ya que los proyectos de renovación urbana representan una buena oportunidad para integrar la implementación de SUDS desde el principio de este tipo de proyectos. Algunas de las ventajas de integrar el diseño de SUDS desde la planificación de proyectos de renovación urbana son: ahorros económicos en la ampliación de redes de alcantarillado existentes, promoción del manejo de escorrentía en el área intervenida a través del espacio público mediante la implementación de SUDS, mejora de amenidad y armonización de la operación de SUDS con las dinámicas sociales proyectadas de modo que se obtengan beneficios no sólo operacionales del sistema de drenaje sino que a su vez se alcancen beneficios urbanos y sociales. El mapa de la priorización de UGAs a partir de este objetivo se presenta en la Figura 9.

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Figura 9. Área de proyectos de renovación urbana cuantificada por UGA

Renaturalización de cuerpos de agua Con respecto al objetivo de renaturalización de cuerpos de agua, se tuvieron en cuenta los aspectos relacionados con los puntos de canalización e integración de ríos y quebradas al sistema de drenaje convencional, y la ubicación de corredores verdes y verde-azules en la ciudad, con el fin de identificar las zonas potenciales para el restablecimiento de las condiciones naturales de los cuerpos hídricos existentes a partir de la implementación de SUDS. La determinación de puntos de canalización de ríos y quebradas es relevante ya que gran parte del agua que proviene de éstas, con calidad relativamente buena, se mezcla con corrientes de agua contaminada. Por lo tanto, la implementación de SUDS podría promover el restablecimiento de las condiciones originales de estos cuerpos hídricos, incentivando así la preservación urbana de dichos cauces naturales al interior de la ciudad. Por otra parte, los corredores verdes y verde-azules son zonas paralelas o cercanas a un río, quebrada o canal, que por sus condiciones naturales tienen el potencial de ser intervenidos con este tipo de estructuras de drenaje, lo que permitiría incentivar la renaturalización y protección de estos cuerpos de agua. Adicionalmente estas zonas podrían ser incluidas como parte de los sistemas de drenaje, conectadas a ríos principales o como mecanismo de control de calidad de quebradas afectadas por escorrentía difusa. Para este objetivo no se realizó una priorización por UGAs ya que la información procesada fue construida, en su mayoría, a partir imágenes satélites. Estas observaciones son subjetivas, y por lo tanto, son proclives a fallas y equivocaciones, lo que incrementa el margen de error de los resultados obtenidos. Por esta razón, este objetivo no se consideró en la priorización conjunta, pero se puede integrar a uno de los componentes a considerar en etapas posteriores de decisión, para seleccionar una u otra área potencial. Así pues, la Figura 10 presenta el mapa obtenido para este objetivo.

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Figura 10. Mapa de identificación de los puntos de entrada de quebradas al sistema de drenaje (natural y construido) en Bogotá

Priorización conjunta de objetivos Luego de realizar el análisis particular para cada uno de los objetivos identificados, se estableció que la priorización conjunta se haría a partir de los dos objetivos principales de este proyecto: (1) manejar volúmenes y picos de escorrentía, y (2) mejorar la calidad del agua de escorrentía que llega a cuerpos de agua receptores. Esta valoración conjunta fue posible ya que las dos coberturas individuales presentaban la misma escala de calificación de prioridad. Después de priorizar conjuntamente las unidades de análisis teniendo en cuenta ambos objetivos, se obtuvo el mapa de UGAs prioritarias teniendo en cuenta los objetivos de interés (ver Figura 11).

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Figura 11. Priorización conjunta de UGAs por manejo de escorrentía y calidad de agua de ríos, quebradas y humedales

La cobertura de priorización conjunta de UGAs (ver Figura 11) se intersectó con la cobertura de espacio público potencial para la implementación de SUDS (ver Figura 5), con el fin de generar el mapa definitivo de áreas potenciales de intervención a partir del análisis de prioridad conjunta por objetivos de interés, que se presenta en la Figura 12. En este sentido, el conjunto total de áreas factibles se redujo significativamente, seleccionando sólo aquellas áreas potenciales que se encontraban al interior de las UGAs prioritarias donde el impacto de la implementación de SUDS resultaría más importante. De esta manera, se estaría garantizando que la intervención con estructuras de drenaje sostenible en estas áreas promueva los beneficios asociados a los objetivos evaluados. A partir de esta selección de áreas potenciales fue posible continuar con los pasos siguientes de comparación y selección del sitio más conveniente para la implementación de SUDS en el proyecto mencionado.

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Figura 12. Mapa de áreas potenciales priorizadas por objetivos de interés.

Por último, es necesario mencionar que cada proyecto es único y presenta condiciones particulares, por lo que se sugiere seguir la presente metodología como orientación y no como normativa para el desarrollo futuro de proyectos similares. El éxito de este proceso de selección de sitios consistirá en la adecuada definición del alcance y los objetivos de implementación del proyecto, así como del buen manejo de la información que se encuentre disponible en el área de interés. Adicionalmente, la coordinación e integración de todos los actores involucrados en el desarrollo de este tipo de proyectos será fundamental para tomar las mejores decisiones a lo largo del proceso de selección, y evaluar de manera crítica las recomendaciones y sugerencias existentes en la literatura, con lo cual se espera seleccionar de la forma más conveniente el sitio adecuado para la implementación de sistemas urbanos de drenaje sostenible.

3. METODOLOGÍA DE SELECCIÓN DE TIPOLOGÍAS Y TRENES DE SUDS La selección de tipologías de SUDS y la conformación de trenes implica el análisis del lugar de implementación, con el fin de establecer las áreas potenciales escogidas conforme a los objetivos identificados en el alcance propuesto, así como las limitaciones físicas para la implementación de algunas tipologías. De esta manera, para el desarrollo de la metodología presentada en este capítulo se parte de la evaluación de cinco criterios (i.e. mejoramiento de la calidad del agua, control de volúmenes de agua lluvia, amenidad, mantenimiento y costos) para definir las tipologías más adecuadas de acuerdo con los requerimientos del sitio y los intereses de los actores involucrados (p. ej. constructores, urbanistas y entidades distritales). A su vez, se establecen recomendaciones para la conformación de trenes de SUDS de acuerdo con el número de tipologías del tren y los procesos que sean más convenientes en el lugar de implementación (i.e. transporte, almacenamiento, infiltración y aprovechamiento de escorrentía para riego o para otros objetivos). La metodología propuesta se resume en la Figura 13 y comprende tres etapas principales correspondientes a: (1) preselección de tipologías, (2) evaluación de tipologías factibles y (3) determinación de trenes recomendados. Cabe aclarar que la información presentada en este capítulo se restringe a las siete tipologías identificadas en el Producto 2 del proyecto: “Investigación de las tipologías y/o tecnologías de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D. C.” (i.e. alcorques inundables, tanques de almacenamiento, zonas de bio-retención, cunetas verdes, cuencas secas de drenaje extendido, zanjas de infiltración y pavimentos permeables). En las siguientes secciones se detallan las distintas partes de la metodología. Adicionalmente, se incluye como anexo a este documento una herramienta en Excel para llevar a cabo los pasos 2 y 3 de la metodología propuesta.

Figura 13. Metodología de selección de tipología * Consultar el Producto 2 del presente estudio.

Preselección de tipologías La primera parte de la metodología propuesta corresponde al establecimiento de las tipologías que potencialmente pueden implementarse en un lugar determinado. Este proceso se lleva a cabo de acuerdo con las restricciones físicas así como las restricciones asociadas a las actividades que puedan tener lugar en el área. De esta forma, para la preselección de tipologías se debe evaluar el tipo de espacio disponible y el uso principal de la zona donde se localiza (p.ej. comercial, industrial o institucional). En esta medida, en la Tabla 6 se resumen las tipologías de SUDS más recomendadas para diferentes espacios y zonas de la ciudad de acuerdo con la información disponible en la literatura. Es importante considerar que, si el análisis se realiza para proyectos de nuevos desarrollos urbanos en los cuales se quiera involucrar SUDS desde la planeación misma del proyecto, puede ser conveniente evaluar la totalidad del área del proyecto para establecer cuál es la tipología de SUDS y la ubicación más conveniente para cumplir los objetivos de la implementación de SUDS.

Zanjas de infiltración

Cuenca seca de drenaje extendido

Pavimentos permeables

Parques

Cunetas verdes

Alcorques inundables

Áreas potenciales

Zonas de bio-retención

Tipologías

Tanques de almacenamiento

Tabla 6. Preselección de tipologías de SUDS de acuerdo con la selección de áreas potenciales

Plazas

Andenes

Vías (flujo vehicular bajo)

Zonas comerciales

x x

Zonas industriales

Zonas institucionales

Separadores viales

Corredores verdes Jardines domiciliares

Parqueaderos

x x

A su vez, el área potencial para la implementación de SUDS debe evaluarse de acuerdo con características como la pendiente, la distancia al nivel freático, la tasa de infiltración del suelo, la distancia a cimientos y el tamaño del área disponible. En la Tabla 7 y la Tabla 8 se resumen las restricciones asociadas a estas características para las siete tipologías consideradas.

Tipo de restricción por valor

Cunetas verdes

Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Zonas de bioretención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje extendido

Tabla 7. Restricciones recomendadas para las tipologías propuestas

Máximo

101

511

101

151

Mínimo

111

0.53

Distancia al nivel freático (m)

Mínimo

1.51

1.83

Tasa de infiltración del suelo* (mm/h)

Mínimo

133

710

Distancia a cimientos**

Mínimo

612

213

Parámetro

Pendiente longitudinal (%)

X No se presenta información disponible 1 Geosyntec consultants (2010) 2 Riverside County Flood Control and Water Conservation District (2011) 3 City of Edmonton (2011) 4 CIRIA, Norfolk County Council (2007) 5 City of Santa Rosa (2011) 6 Urban Drainage and Flood Control District (2010)

Center for Watershed Protection (2000) Clean Water Services (2009) 9 Toronto and Region Conservation Authority (2010) 10 Departament of Defense - USA (2010) 11 City of Los Angeles (2011) 12 Virginia Departament of Transportation (2013) 13 Secretaría de Ambiente de Bogotá (2015) 8

* La tasa de infiltración deberá ser estimada por medio de pruebas de infiltración realizadas en el sitio donde se desea implementar la tipología. Debido a la variedad de suelos presentes en la ciudad de Bogotá, no se considera apropiado estimar una tasa de infiltración promedio pues este es un factor importante en el desempeño de las tipologías, por lo que es necesaria una estimación precisa de la misma. ** Distancia a cimientos corresponde a la distancia mínima recomendada entre el sitio de implementación de la estructura y los cimientos de fundación de estructuras aledañas como edificaciones y vías (Virginia Department of Transportation, 2013). Tabla 8. Restricciones asociadas a geometría del diseño de 4 tipologías propuestas

Parámetro

Tipo de restricción por valor

Área (m2)

Mínimo

45*

Mínimo Mínimo Mínimo

2:11 52 9*

Relación L/W Ancho (m) Largo (m) 1 Wisconsin Department of Natural Resources (s.f.) 2 Bowling Green (2011) * Valores calculados

Cuenca seca de drenaje extendido

Si el área a intervenir corresponde a espacio público se recomienda revisar el mapa de las tipologías más adecuadas para la ciudad de Bogotá, resultado del Producto 2 del proyecto: “Investigación de las tipologías y/o tecnologías de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) que más se adapten a las condiciones de la ciudad de Bogotá D. C.”. En éste se definieron las tipologías factibles para distintas áreas de espacio público de acuerdo con las restricciones físicas de cada tipología y el tipo 66

de espacio público. En la Figura 14 se presenta un extracto de esta cobertura, el cual corresponde a un ejemplo de la información a la que se hace referencia.

Figura 14. Mapa de tipologías aptas en áreas cercanas al río Fucha

Metodología para la evaluación y selección de tipologías de SUDS Una vez se ha llevado a cabo el proceso de preselección de las tipologías de SUDS para un sitio en particular, es necesario definir y analizar diferentes criterios de evaluación, que permiten determinar cuáles son las tipologías más adecuadas según la opinión de los diferentes actores involucrados y las necesidades propias del sitio de interés. El análisis debe incluir tanto los beneficios como las limitaciones de cada una de las tipologías evaluadas con respecto a cada uno de los de los criterios identificados. El número de criterios puede aumentar o disminuir dependiendo de la información disponible en el área de estudio. De esta manera, para la presente guía de diseño de SUDS se establecieron los siguientes cinco aspectos para la evaluación de tipologías, tomando como referencia principal la información contenida en el manual de CIRIA (2007). -

Mejoramiento de la calidad del agua. Control de volúmenes de agua lluvia. Amenidad y conflictos de uso. Mantenimiento. Costos de implementación.

A partir de las tipologías preseleccionas en el sitio y de estos cinco criterios, se propone desarrollar un esquema de evaluación que califique estas estructuras de drenaje (ver Figura 13). Esta sección del capítulo expone el análisis comparativo, tanto cuantitativo como cualitativo, de cada uno de los criterios establecidos previamente para cada estructura de SUDS evaluada. En primer lugar, este análisis toma en consideración información secundaria de artículos científicos, manuales y guías de 67

diseño internacionales de SUDS para, de este modo, establecer valores de calificación a cada tipología para cada criterio. Luego, a partir de la opinión y sugerencia de los actores de interés, se establecen pesos porcentuales a cada criterio. Finalmente, se pondera el puntaje total de cada tipología y se identifica cuál de éstas resulta más adecuada para el sitio de estudio. A continuación se describe en detalle cada uno de los criterios identificados.

Mejoramiento de la calidad del agua En áreas urbanas el flujo de escorrentía generado durante eventos de precipitación tiene el potencial de transportar diferentes contaminantes hacia el sistema de drenaje de la ciudad y, posteriormente, hacia cuerpos de agua receptores. Usualmente, esto se debe al múltiple número de fuentes contaminantes que se encuentran en centros urbanos. El impacto negativo sobre los cuerpos de agua receptores puede ser mitigado mediante la implementación de SUDS. Un adecuado diseño, construcción y mantenimiento de estas estructuras puede disminuir eficientemente la concentración de diferentes contaminantes de la escorrentía urbana (p.ej. sedimentos, nutrientes, metales y patógenos, entre otros). La remoción de dichos contaminantes se da a través de mecanismos como la sedimentación, filtración, adsorción, transformación biológica y degradación. En términos de calidad o eficiencias de remoción de contaminantes, las diferentes tipologías presentan un comportamiento variable dependiendo de sus componentes y de su configuración física. En la Tabla 9 se presenta una clasificación de eficiencia de acuerdo con el porcentaje de remoción de contaminantes. Esta calificación tiene en cuenta las siguientes categorías: alta, media y baja. La calificación de cada una de las tipologías se hace de acuerdo con el informe “Stormwater Best Management Practices: Guidance Document” de la Comisión de Agua y Alcantarillado de Boston (2013). Tabla 9. Criterio de valoración cualitativa

Eficiencia Alta Media Baja

Promedio % Remoción >80% 30 - 80% <30%

Fuente: (Boston Water and Sewer Commission 2013)

Contaminantes como sedimentos y plomo son fácilmente removidos por mecanismos comunes como asentamiento y filtración. Por otra parte, contaminantes como nitrato, fósforo y algunos metales pesados son más difíciles de remover y generalmente requieren del uso de mecanismos químicos y biológicos como bacterias, algas, plantas acuáticas, materia orgánica y/o suelos (Boston Water and Sewer Commission, 2013). Por esta razón, a continuación se realiza una descripción de los contaminantes que se encuentran con mayor frecuencia en la escorrentía y se realiza la calificación de las tipologías de SUDS con respecto a los valores de eficiencias de remoción presentados en la Tabla 10. Sedimentos Corresponde al material generado debido a procesos erosivos de distintas superficies. Este material es trasportado por la acción del viento, agua y gravedad, y puede depositarse y acumularse en distintas zonas urbanas durante tiempo seco. Generalmente, estos sedimentos contienen una variedad de contaminantes que son partículas sólidas o que poseen una alta afinidad por la unión a material orgánico. En este sentido, la acumulación de sedimentos en los componentes del sistema de drenaje 68

convencional (p.ej. sumideros, rejillas y tuberías) disminuye la capacidad de transporte de agua pluvial y deteriora las estructuras del mismo. Los sedimentos son removidos principalmente a través de la infiltración y la sedimentación. Algunas de las tipologías de SUDS más apropiadas para remover este tipo de material contaminante son las zanjas de infiltración y los pavimentos porosos. Como se observa en la Tabla 10, las siete tipologías evaluadas presentan una eficiencia de remoción mayor o igual al 30%, exceptuando los tanques de almacenamiento en donde se asume que esta estructura por sí sola no remueve contaminantes del agua. Nutrientes (Nitrógeno y Fósforo) Los nutrientes se encuentran comúnmente en forma de sales minerales disueltos en el agua o adheridos al material orgánico. Una excesiva concentración de nutrientes en el volumen de escorrentía que llega a los cuerpos de agua receptores puede ocasionar problemas de eutrofización y liberación de toxinas. Las principales fuentes de nutrientes en las áreas urbanas corresponden a los fertilizantes, basuras, escombros y suelos erosionados. Los procesos más frecuentes para disminuir la concentración de nutrientes en el volumen de escorrentía son la sedimentación y la filtración, para aquellos nutrientes que se encuentran en forma particulada. Para aquellos que se encuentran en forma disuelta el proceso más usual de remoción consiste en el tratamiento biológico de descomposición orgánica mediante plantas y bacterias. Algunas de las tipologías de SUDS más apropiadas para remover nutrientes son los alcorques inundables y las zonas de bio-retención, ya que estas estructuras presentan cobertura vegetal que interactúa y trata el volumen de escorrentía capturado. Por su parte, los tanques de almacenamiento no cuentan con procesos propios de remoción de nutrientes. Metales Esta categoría hace referencia a metales como el cadmio, cromo, cobre, plomo, mercurio y zinc, presentes principalmente en pinturas, combustibles y productos automotrices. Estos elementos se pueden desprender de las superficies originales por procesos erosivos y ser trasportados por la escorrentía luego de eventos de precipitación. Las principales fuentes de contaminantes en áreas urbanas corresponden a zonas comercializadoras de productos automotrices y productos metálicos. Los procesos empleados para remover dichos metales de la escorrentía incluyen sedimentación, filtración y procesos bioquímicos. Generalmente, se emplean tipologías que presenten una capa granular o material poroso que favorezca la sorción y captura de este tipo de elementos. En este sentido, las zanjas de infiltración muestran una mayor eficiencia de remoción de metales comparado con las otras tipologías. Por su parte, los pavimentos porosos y las cuencas secas de drenaje extendido presentan una eficiencia media. Finalmente, tipologías como cunetas verdes, zonas de bio-retención y alcorques inundables tienen una baja eficiencia de remoción de este tipo de contaminantes, para tanques de almacenamiento la eficiencia es nula. Patógenos Una alta concentración de patógenos en el agua puede crear condiciones adversas para los humanos y la vida acuática. La principal fuente de patógenos en áreas urbanas está comúnmente asociada al 69

transporte de desechos fecales animales y/o humanos, desbordamiento del alcantarillado sanitario, conexiones erradas de líneas de tubería sanitaria a la línea de alcantarillado pluvial, entre otras. Los patógenos son removidos de la escorrentía urbana mediante la reducción del volumen y el control de la fuente de contaminación. Analizar este tipo de contaminante es muy importante debido a las posibles implicaciones causadas en la salud del ser humano por el contacto directo de patógenos. Por lo tanto, en caso de que la escorrentía a tratar presente una concentración de patógenos con algún grado de riesgo, se deben tomar todas las medidas necesarias para garantizar que se remueva la cantidad adecuada de patógenos durante toda operación de la estructura de drenaje implementada. Tipologías como cuenca seca de drenaje extendido y las zanjas de infiltración presentan una alta eficiencia de remoción de patógenos. Por su parte, pavimentos porosos, zonas de bio-retención y alcorques inundables presentan una eficiencia media. Si el objetivo es remover patógenos no se recomienda la implementación de cunetas verdes y/o tanques de almacenamiento, ya que su eficiencia es baja y nula, respectivamente. Aceites y grasas La presencia de aceites y grasas en el agua de escorrentía puede afectar algunos organismos como los macro y micro invertebrados acuáticos y ser tóxica para los organismos que habitan los cuerpos de agua receptores. Estos organismos hacen parte de la cadena alimenticia, lo cual tiene como consecuencia la afectación de todo el sistema ecológico. Usualmente, este tipo de contaminación puede estar asociada a productos industriales y derivados del petróleo. Las zonas de bio-retención, los alcorques inundables y los pavimentos porosos presentan una alta eficiencia de remoción de este contaminante, en comparación con las demás tipologías, las cuales poseen una eficiencia de remoción media. Los tanques de almacenamiento, al igual que con los otros parámetros de calidad evaluados, no cuentan con procesos propios de remoción de este tipo de contaminante. Basura y Escombros El desarrollo de las zonas urbanas puede generar cantidades de basura significativas y escombros si estos no son manejados adecuadamente. Los cambios en el uso del suelo asociados con el plan de ordenamiento de un área urbana, incluyendo la intensificación de los usos residenciales, potencia la generación de basura y escombros. De acuerdo con lo presentado en la Tabla 10, la mayoría de las tipologías estudiadas presentan una alta eficiencia de remoción de basuras y escombros, exceptuando las cunetas verdes y los pavimentos porosos, donde la eficiencia es media. En los tanques de almacenamiento la eficiencia de remoción depende del pretratamiento que se le dé al flujo de escorrentía previo al ingreso a esta estructura. Procesos y configuraciones que dan lugar a diferentes tipos de remoción Los procesos llevados a cabo por las diferentes estructuras incluyen procesos físicos como la sedimentación, filtración e infiltración, así como algunos procesos térmicos y bioquímicos. Una única tipología puede involucrar uno o varios de estos procesos. Por su parte, la sedimentación hace referencia a un proceso de asentamiento de las partículas con mayor densidad en el fluido de interés. Este proceso depende ampliamente de factores como la densidad y el tamaño de las partículas, y la temperatura de la escorrentía. Por otro lado, el proceso de infiltración ocurre cuando el agua fluye y 70

se almacena al interior del suelo. Una vez el agua se encuentra bajo el suelo, ésta fluye de forma lateral como flujo subsuperficial o como parte de la tabla de agua subterránea. Debido a la alta factibilidad de obstrucción o taponamiento de las estructuras con capacidad de infiltración, resulta difícil obtener eficiencias de remoción constantes a lo largo de toda su vida útil. Por otra parte, la filtración corresponde al proceso en el cual el agua pasa a través de un medio poroso, y la sorción se refiere a los procesos unitarios individuales tanto de absorción como de adsorción. En este caso se valora el desempeño de las tipologías en lo referente a los procesos de filtración y sorción de acuerdo con la información presente en el informe “Stormwater Best Management Practices: Guidance Document” de la Comisión de Agua y Alcantarillado de Boston (2013). En general, las calificaciones definidas para estos procesos evidencian que en tipologías como las cunetas verdes, los tanques de almacenamiento y la cuenca seca de drenaje extendido, los procesos de sorción y filtración no son mecanismos relevantes para el mejoramiento de la calidad del agua (ver Tabla 11). Esto ocurre porque estas tipologías no se caracterizan por estar provistas de un medio filtrante que promueva los procesos mencionados. Calificación de las tipologías según la eficiencia de remoción de contaminantes La clasificación de las tipologías de SUDS de acuerdo con la eficiencia de remoción de los contaminantes más comunes encontrados en el agua lluvia producto del análisis anterior se presenta en la Tabla 10. Ésta tabla, en conjunto con la Tabla 11, proporciona una base para la evaluación de las tipologías previamente seleccionadas respecto al criterio de calidad del agua. Cabe anotar que la Tabla 10 se construyó a partir del análisis de diferentes referencias.

Metales

Patógenos

Sedimentos

Aceites y grasas

Basura y escombros

Contaminante

Nutrientes

Tabla 10. Calificación tipologías según eficiencia de remoción de contaminantes

M1,2,3,4

Tipología Cunetas verdes Tanques de almacenamiento

Diseñados específicamente para reducción del volumen de escorrentía y retención, no para remoción de contaminantes.1

Zonas de bio-retención

B2,4

Alcorques inundables

B2,4

Cuenca seca de drenaje

B2,3,4

Zanjas de infiltración

M3,4

Pavimentos permeables

B2,4

A: Alta: 3 M: Media: 2 B: Baja: 1 1Boston Water and Sewer Commission (2013) 2 Leisenring, Clary, & Hobson (2014) 3 Middlesex University (2003) 4 Debo & Reese (2003)

Criterio de volumen

Tipología

Filtración y sorción

Tabla 11. Procesos de filtración y sorción

Cunetas verdes

Tanques de almacenamiento

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración Pavimentos permeables

B A M

A: Alta: 3 M: Media: 2 B: Baja: 1 Fuente: adaptado de (Boston Water and Sewer Commission 2013)

De acuerdo con la Tabla 11, se recomienda evaluar las tipologías de SUDS por medio de la matriz que se presenta en la Tabla 12, la cual contiene en las columnas las tipologías seleccionadas para el sitio de estudio y en las filas los contaminantes descritos. La calificación se asigna numéricamente teniendo en cuenta la eficiencia de remoción, donde uno (1) equivale a una baja remoción, dos (2) hace referencia a una remoción media y tres (3) corresponde a una alta remoción. Al final de la matriz se promedian los resultados y la tipología que presente la calificación más alta será la tipología más eficiente en la eliminación de contaminantes. Tipología de SUDS n

Tipología de SUDS 3

Contaminante

Tipología de SUDS 2

Tipología

Tipología de SUDS 1

Tabla 12. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según eficiencia de remoción de contaminantes

Nutrientes Metales Patógenos Sedimentos Aceites y grasas Basura y escombros Filtración y sorción Total

Control de volúmenes de agua lluvia Con el incremento de las superficies impermeables en las cuencas se producen cambios en la hidrología natural de las mismas, lo cual produce un aumento de los volúmenes de escorrentía y de los caudales pico. Esto también genera un incremento en la cantidad de los contaminantes transportados y una mayor probabilidad de erosión en los cuerpos de agua receptores. Las tipologías de SUDS tienen un potencial de manejar la cantidad de escorrentía por medio de procesos como la 72

infiltración y la evapotranspiración. Así pues, la reducción de volumen a la que se hace referencia en la presente evaluación corresponde a la fracción del agua manejada por la tipología que no es descargada a los cuerpos de agua. Es decir, la fracción que es infiltrada, evaporada, transpirada o utilizada en usos no potables. Por otro lado, la reducción de la descarga máxima corresponde al desempeño de los sistemas para atenuar el caudal pico de salida mediante procesos de detención y retención. Calificación de las tipologías según el control de volúmenes de agua lluvia En la Tabla 13 se presenta una comparación cualitativa entre las diferentes tipologías respecto a su eficiencia en la reducción del volumen de escorrentía de acuerdo con lo presentado en “Stormwater Best Management Practices: Guidance Document, 2013” de la Comisión de Agua y Alcantarillado de Boston. La tipología con rangos más altos de reducción de volúmenes de escorrentía y reducción del pico de descarga reportados corresponde a las zanjas de infiltración. Por otro lado, las cunetas verdes y los alcorques inundables presentan los menores rangos de reducción, mientras que las restantes tipologías presentan eficiencias medias de reducción.

Reducción volumen

Reducción descarga máxima

Tabla 13. Calificación tipologías según eficiencia de reducción de escorrentía

Cunetas verdes

Tanques de almacenamiento

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración Pavimentos permeables

Criterio de volumen

Tipología

A: Alta: 3 M: Media: 2 B: Baja: 1 Fuente: adaptado de (Boston Water and Sewer Commission 2013)

En la Tabla 13 presenta una matriz para la evaluación del criterio de control de volúmenes de agua lluvia a partir de la disminución del volumen y la reducción de la descarga máxima. De esta manera, en las columnas se ubican las tipologías seleccionadas para el sitio de estudio y en las filas los criterios descritos. La calificación se proporciona numéricamente teniendo en cuenta la eficiencia de reducción, donde uno (1) equivale a una baja reducción, dos (2) hace referencia a una reducción media y tres (3) corresponde a una alta disminución. Al final de la matriz se promedian los resultados y la tipología que presente la calificación más alta, será la tipología más eficiente en la reducción del volumen de escorrentía.

Tipología de SUDS n

Tipología

Tipología de SUDS 3

Criterio de volumen

Tipología de SUDS 2

Tipología de SUDS 1

Tabla 14. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según eficiencia de reducción de escorrentía

Reducción volumen Reducción descarga máxima Filtración y sorción Total

Amenidad y conflictos de uso. Amenidad La amenidad es una característica de un lugar que está asociada a una percepción general positiva de la zona por parte de las personas que lo habitan. Se encuentra determinada por un conjunto de elementos relacionados con la calidad del paisaje, las posibilidades de recreación, la seguridad del entorno, entre otros. De esta manera, la implementación de algunas tipologías de SUDS contribuye en distinta medida a la generación de amenidad. Considerando esto, se evalúan las tipologías preseleccionadas de acuerdo con sus características y el potencial de favorecer la recreación y mejorar la percepción del entorno. Luego, se asigna una calificación nula a la tipología que no provee amenidad al sitio y se asigna una calificación media o alta a las tipologías que pueden fomentar en alguna medida la amenidad. Lo anterior se presenta en la Tabla 15.

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje

Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Amenidad M A: Alta: 3 M: Media: 2 N: Nula: 0

Tanques de almacenamiento

Tipología

Cunetas verdes

Tabla 15. Calificación tipologías según contribución a la amenidad

Conflictos de uso La evaluación de conflictos de uso se realiza de manera complementaria a la evaluación de la amenidad, a partir de los dos factores que se presentan en la Tabla 16. El primero corresponde a la posibilidad de que la implementación de las tipologías de SUDS preseleccionadas afecten las actividades del lugar. Por lo tanto, se califica la afectación como alta si la construcción de la tipología imposibilita las actividades para las cuales está concebido el sitio, media si interfiere en las actividades para las cuales está concebido el sitio y baja si es acorde o favorece las actividades para 74

las cuales está concebido el sitio. El segundo concepto consiste en evaluar si las tipologías preseleccionadas pueden representar un riesgo para la seguridad de los usuarios del sitio. En este sentido, se califica como alto si representa un riesgo directo para los usuarios del sitio, medio si representa un riesgo menor para los usuarios y bajo si no representa un riesgo.

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

B B

Cuenca seca de drenaje

Actividades en el sitio Seguridad (para los usuarios)

Alcorques inundables

A A

Conflicto de uso

Zonas de bio-retención

Tanques de almacenamiento

Tipología

Cunetas verdes

Tabla 16. Calificación tipologías según conflictos de uso

B B

M M

B B

A: Alto: 1 M: Medio: 2 B: Bajo: 3

Calificación de las tipologías según amenidad y conflictos de uso De acuerdo con la evaluación realizada en la Tabla 15 y la Tabla 16 se procede a calificar las tipologías de SUDS previamente seleccionadas, por medio de la matriz que se presenta en la Tabla 17. Ésta contiene en las columnas las tipologías seleccionadas para el sitio de estudio y en las filas los criterios descritos. La calificación se asigna numéricamente respecto a la contribución de la amenidad en donde tres (3) equivale a alta, dos (2) es media y cero (0) es nula, y respecto a los conflictos de uso donde tres (3) equivale a bajo, dos (2) es medio y uno (1) es alto. Al final de la matriz se promedian los resultados y la tipología que presente la calificación más alta es la tipología con mayor contribución a la amenidad y con menores conflictos de uso. Cabe resaltar que primero se debe definir un puntaje promedio para conflictos de uso de acuerdo con la interferencia con las actividades en el sitio y los riesgos de seguridad para las personas, y este es el puntaje promediado con el obtenido para amenidad.

Tipología de SUDS n

Tipología de SUDS 3

Amenidad y

Tipología de SUDS 2

Tipología

Tipología de SUDS 1

Tabla 17. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según contribución a la amenidad y conflictos de uso

Conflicto de uso Amenidad Actividades en el sitio Seguridad (para los usuarios) TOTAL

Mantenimiento El mantenimiento es uno de los factores más importantes para garantizar el funcionamiento apropiado de los SUDS, puesto que no llevarlo a cabo puede afectar el desempeño del sistema. Así pues, es necesario considerar la frecuencia del mantenimiento, el equipo requerido y los responsables del mismo. Las actividades de mantenimiento abarcan acciones de diferente frecuencia y complejidad, por lo que estas se definen como mantenimiento regular, ocasional y correctivo. Las principales consideraciones sobre el mantenimiento de las tipologías de SUDS y las actividades específicas para cada una se pueden consultar en el Capítulo 9. Calificación de las tipologías según los requerimientos de mantenimiento En la Tabla 18 se presenta una comparación entre las diferentes tipologías respecto al tipo de actividades y la frecuencia (mensual, semestral y anual) con la que se deben realizar. Se evalúa el riesgo de colmatación del medio filtrante o el reservorio y las capas superiores, ya que esto influye directamente en la necesidad de llevar a cabo ciertas acciones de mantenimiento correctivo. En este caso si la estructura no cuenta con un medio filtrante se establece el riesgo como bajo. Igualmente, como medio si la estructura tiene una capa filtrante pero incluye vegetación y alto si la estructura no tiene vegetación. De acuerdo con esta información se seleccionaron las necesidades de mantenimiento para cada tipología. De esta manera las tipologías con mayores requerimientos corresponden a las zonas de bio-retención, las zanjas de infiltración y los pavimentos permeables, mientras que las cunetas verdes y los tanques de almacenamiento precisan un bajo mantenimiento.

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

Cuenca seca de drenaje

Alcorques inundables

Zonas de bioretención

Cunetas verdes

Tipología Frecuencia Tipo

Tanques de almacenamiento

Tabla 18. Calificación tipologías según frecuencia de mantenimiento

M S A M S A M S A M S A M S A M S A M S A

Regular

3 0

2 0

3 0

2 0

3 0

0 0

Ocasional

4 2

5 5

3 4

4 0

2 1

0 1

Correctivo

2 8

1 8

1 6

0 8

2 6

Riesgo de colmatación

BAJO

MEDIO

BAJO

ALTO

Total (Requerimientos)

BAJO

ALTO

MEDIO

ALTO

M: Mensual S: Semestral A: Anual

A partir de la tabla anterior es posible calificar las tipologías de SUDS previamente seleccionadas por medio de la matriz que se presenta en la Tabla 19, la cual contiene en las columnas las tipologías seleccionadas para el sitio de estudio y en las filas los criterios descritos. La calificación se da numéricamente respecto a los requerimientos de mantenimiento, donde tres (3) equivale a bajo, dos (2) a medio y uno (1) a alto.

Tipología de SUDS n

Tipología de SUDS 3

Tipología de SUDS 2

Tipología de SUDS 1

Tipología

Tabla 19. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según requerimientos de mantenimiento

Frecuencia Tipo Regular Ocasional Correctivo Riesgo de colmatación Total (Requerimientos)

Costos En esta sección se presentan los costos de construcción y mantenimiento de las tipologías de SUDS identificados en la literatura. Sin embargo, es importante considerar que en la determinación de la factibilidad de implementación de una tipología los costos deben ser valorados en conjunto con los diferentes beneficios que pueden proveer los SUDS (p.ej. menores costos en el sistema de colectores, control de contaminación, recarga de acuíferos e integridad paisajística). Esto debido a que un análisis adecuado de los costos implica la evaluación de factores que permitan cuantificar los diferentes beneficios de la implementación de estos sistemas. En general, los costos varían de acuerdo con las condiciones locales como el acceso al sitio, topografía, área, técnicas constructivas, costos de material y obras adicionales requeridas. De esta manera, las condiciones particulares de cada sitio tienden a incrementar o disminuir los costos de cada tipología. Es necesario aclarar que los costos de construcción y mano de obra en Colombia tienden a ser significativamente menores a los de otros países desarrollados. Considerando lo anterior, estos costos deben ser considerados como información secundaria y no como valores establecidos para la implementación de SUDS en Bogotá. De esta forma, se recomienda realizar una validación local de este tipo de costos. Como en las siguientes secciones, los costos se presentan de acuerdo con la moneda en la que fueron reportados. La Tabla 20 resume el valor promedio en pesos colombianos (enero – octubre 2016) de las principales tasas de cambio de monedas extranjeras, para considerar la equivalencia correspondiente de estos costos. Tabla 20. Tasas de cambio promedio (Enero - Octubre 2016)

Equivalente a peso colombiano (COP) $ 3.057 Dólar estadounidense USD $ 2.268 Dólar australiano AUS $ 3.411 Euro € $ 4.250 Libra £ Fuente: (Banco de la República, Colombia., 2016) Moneda

Símbolo

Alcorques inundables De acuerdo con The State University of New Jersey (2013), un caso de estudio en New Jersey determinó un costo de USD $12500 por cada alcorque, cada uno de los cuales trataba un área de drenaje igual a 0.13 Ha. Adicionalmente, según Charles River Watershed Association (2008) el costo de mantenimiento de un alcorque se encuentra en un rango de USD $100 – 500 anual/alcorque. Por otro lado, UNHSC (2012) reportó en su informe bienal los siguientes costos para los alcorques inundables: - Costos de mano de obra e instalación: USD $3000/alcorque - Costos de construcción (material y vegetación): USD $3000/alcorque Adicionalmente, Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants (2010) determinó los costos cualitativos de alcorques inundables, como se presenta a continuación en la Tabla 21. Tabla 21. Costos cualitativos para alcorques inundables

Alcorques inundables Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

MEDIO MEDIO MEDIO ALTO BAJO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor abarcan: -

Reparar áreas erosionadas cercanas mediante gravas o el restablecimiento de la vegetación. Remover basura y escombros. Remover los sedimentos finos acumulados sobre la superficie permeable. Remover contaminantes visibles flotando como aceites y grasas. Remover sedimentos y escombros acumulados en las estructuras de entrada y salida

Las actividades de mantenimiento mayor incluyen: - Realizar reparaciones estructurales de las entradas y salidas. - Restaurar la vegetación en caso de daño severo por erosión. - Reemplazar el sustrato para restaurar la capacidad de infiltración. Cuenca seca de drenaje extendido Según el informe final del estudio adelantado por Caltrans (2004), en el cual se construyeron y analizaron diferentes tipologías según el estado de arte de las mismas, el costo de construcción promedio de una cuenca seca de drenaje extendido es de USD $172737 (año 1999). Dado que el costo depende del volumen de diseño, se determinó un costo promedio de USD $590/m3 (año 1999). Adicionalmente, se estableció el valor mínimo y máximo de los costos de construcción total analizados como USD $91035 y USD $356300 (año de 1999), respectivamente. Por otro lado, Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants, (2010) determinó los costos cualitativos de una cuenca seca de drenaje extendido, los cuales se presenta en la Tabla 22.

Tabla 22. Costos cualitativos para cuenca seca de drenaje extendido

Cuenca seca de drenaje Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

MEDIO MEDIO MEDIO ALTO BAJO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor incluyen: -

Remover basuras y escombros. Remover los sedimentos acumulados cerca de las estructuras de entrada y salida. Estabilizar bancas erosionadas y, si se presentan, rellenar las madrigueras de animales. Realizar reparaciones menores en las estructuras de entrada y salida si se requieren.

Las actividades de mantenimiento mayor comprenden: -

Remover árboles muertos o enfermos y vegetación que interfiera con la operación. Reparar las bancas erosionadas. Remover los sedimentos acumulados en la antecámara y en el área principal de la cuenca. Reparar estructuras principales según sea necesario. Cunetas verdes

Fletcher, Duncan, Poelsma, & Lloyd (2004) estimaron un costo de capital para cunetas verdes de aproximadamente AU $4.50 /m2. Este costo incluye las actividades de movimiento de tierra, mano de obra y el establecimiento de la cobertura vegetal. Los costos de mantenimiento anual fueron valorados en AU $2.50/m2. Por otro lado, según se encuentra consignado en URS (2003), el costo de construcción de una cuneta verde de 1 m de largo y 3 m de ancho en Sídney se estima en aproximadamente AU $30.0 /m. Este costo incluye las actividades de movimiento de tierra, suministro e instalación de la capa de suelo para la siembra de la cobertura vegetal, y el suministro fertilizantes y riego. En lo referente a los costos de mantenimiento, de acuerdo con Beecham (2002) (citado en URS (2003)), dichos costos estimaron en AU $2.50/m2 de cuneta por año. A su vez, en Taylor & Wong (2002) se referencia un costo de mantenimiento anual correspondiente al 5% - 7% del costo total de construcción. Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants (2010) determinó los costos cualitativos de cunetas verdes, los cuales se presenta en la Tabla 23.

Tabla 23. Costos cualitativos para cunetas verdes

Cunetas verdes Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

BAJO MEDIO MEDIO BAJO BAJO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor abarcan: -

Realizar mantenimiento de la vegetación para preservación de la estética. Remover basuras, escombros, aceites o grasas de la superficie. Remover sedimentos acumulados cerca de las estructuras de salida. Estabilizar áreas erosionadas. Eliminar vectores y condiciones que favorezcan su proliferación.

Las actividades de mantenimiento mayor incluyen: - Reparar pendientes laterales si se requiere. - Restablecer la pendiente de diseño. - Airear áreas compactadas para restaurar la capacidad de infiltración. Pavimentos permeables Fletcher, Duncan, Poelsma, & Lloyd (2004), referenciaron en su estudio algunas estimaciones de costos para pavimentos permeables del Seminario “Water Sensitive Urban Design in the Sydney Region” llevado a cabo en Marzo de 2003. De acuerdo con esto los costos de algunos tipos de pavimentos son: -

Pavimentos permeables con infiltración: AU $111/m2 Pavimentos permeables sobre subrasante sellada y recolección de agua: AU $119/m2 Pavimentos permeables con bloques de concreto e infiltración: AU $98/m2 Pavimentos permeables con asfalto e infiltración: AU $67/m2

De acuerdo con URS (2003) los costos del suministro para un pavimento permeable varían entre AU $30 y AU $50/m2 y los costos de instalación son mayores a los asociados con un pavimento típico. El costo total para 1 m2 de pavimento empleando bloques de 400 mm de ancho y una sub-base en arena/grava es igual a AU $98.4/m2. Este costo incluye las actividades de excavación, suministro e instalación del pavimento, suministro e instalación del geotextil para revestimiento, capa de grava (350 mm) y cama de arena (50 mm). De acuerdo con esta fuente, los costos de mantenimiento son mayores en comparación a los costos de mantenimiento de un pavimento típico ya que se debe realizar actividades especiales de limpieza para evitar la obstrucción de los poros. A su vez, los costos de mantenimiento anual de acuerdo con Lamdphair et al. (2000) (citado en Fletcher, Duncan, Poelsma, & Lloyd (2004)) son de aproximadamente AU$9700/Ha. Por otro lado, como se referencia en el informe de Middlesex University (2003), de acuerdo con el Centro de Estudios sobre Redes, Transporte, Urbanismo y Obras Públicas (CERTU, 1998) de Francia 80

los costos de mantenimiento para un pavimento poroso varían entre € $0.3/m3 - 1.52/m3 por año. Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants (2010) determinó los costos cualitativos de pavimentos porosos, los cuales se presentan en la Tabla 24. Tabla 24. Costos cualitativos para pavimentos permeables

Pavimentos permeables Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

ALTO ALTO MEDIO ALTO BAJO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor comprenden: -

Inspeccionar zonas con estancamiento de agua después de eventos de tormenta. Aspirar la superficie. Inspeccionar crecimiento de vegetación y removerla si es necesario. Remover basuras y escombros presentes en la superficie. Realizar mantenimiento de áreas que drenen a la estructura.

Las actividades de mantenimiento mayor abarcan: - Reparar surcos o depresiones en el pavimento mediante repavimentación o parches. - Sustituir los adoquines dañados. - Rehabilitar la capa de suelo subsuperficial cuando ha perdido capacidad de infiltración. Tanques de almacenamiento Los tanques de almacenamiento se encuentran disponibles en diferentes tamaños y materiales, por lo que su costo depende de las particularidades del sitio, y del tipo de instalación (p.ej. bajo tierra o en superficie). Las actividades de mantenimiento son mínimas y generalmente involucran limpieza o sustitución de los filtros y actividades de mantenimiento propias del sistema de bombeo según lo especifique el fabricante. De acuerdo con Fletcher, Duncan, Poelsma, & Lloyd (2004), el costo de suministro e instalación de un tanque de 4500 litros sobre la superficie es de AU $500, y para el mismo tanque enterrado el costo se incrementa a AU $2500. Los costos de mantenimiento fueron estimados en AU $70 por año. En URS (2003) se incluyen tablas de valores típicos para tanques de almacenamiento de diferentes materiales, las cuales se presentan a continuación. Tabla 25. Costos típicos para tanques de almacenamiento

Tipo de Tanque Hierro Galvanizado Polímero Concreto

Costo 4.5kL 9kL AU$440 AU$640 AU$670 AU$1150 AU$1300 AU$1800

Fuente: adaptado de (URS, 2003)

Tabla 26. Costos de instalación y accesorios para tanques de almacenamiento

ítem Sistema de bombeo y control de presión Base para el tanque Instalación Accesorios Total

Costo AU$350 AU$300 AU$450 AU$500 AU$1600

Fuente: adaptado de (URS, 2003)

En Colombia existen proveedores a nivel nacional de tanques de almacenamiento de agua como Pavco, Colempaques, Eduardoño S.A y Acuaviva, que ofrecen dentro de su portafolio de productos diferentes tanques prefabricados de plástico y metal. El precio de estos tanques oscila entre COP $ 200.000 y COP $5’000.000 aproximadamente, dependiendo de la capacidad y el material del tanque. Sin embargo, dentro del mercado nacional existe poca oferta de sistemas específicos para la recolección y almacenamiento de agua pluvial, así como estructuras complementarias para estos tanques, que permitan mejorar de manera eficiente la calidad del agua de escorrentía. Por otra parte, la estimación cualitativa de los costos realizada por Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants (2010) se presenta en la Tabla 27. De acuerdo con esta estimación los mayores costos corresponden a los de capital y a los costos de mantenimiento mayor. Tabla 27. Costos cualitativos para tanques de almacenamiento

Tanques de almacenamiento Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

MEDIO BAJO BAJO ALTO MEDIO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor incluyen: - Inspeccionar fugas en tanques, tuberías y válvulas del sistema. - Limpiar canales y bajantes. - Realizar reparaciones menores de las estructuras de entrada y salida si se requiere. Las actividades de mantenimiento mayor abarcan: - Remplazar rejillas rotas, llaves, válvulas, etc. - Realizar reparaciones estructurales del tanque. - Efectuar revisiones eléctricas y de la bomba según se requiera. Zanjas de infiltración Fletcher, Duncan, Poelsma, & Lloyd (2004) reportaron en su informe, sobre el impacto de BMP (Best Managment Practices) en el flujo y la calidad del aguas urbanas, un costo de capital entre AU $60/m3 – 80/m3 de zanja asumiendo 1 m de profundidad y 1 m de ancho. Este costo incluye mano de obra, materiales y movimiento de tierra, sin embargo no reportaron costos de mantenimiento. A su vez, URS (2003) estimó el costo total de una zanja de infiltración típica de 1 m de ancho y 1 m de 82

profundidad en Sydney como AU $138 por m lineal. Este costo incluye el valor de la excavación, suministro e instalación del geotextil, suministro e instalación de la tubería perforada, suministro e instalación de la grava y capa filtrante, aplicación de la capa de suelo superficial, pasto, fertilizante y riego. En este caso tampoco se reportan costos de mantenimiento. Taylor & Wong (2002) determinaron que los costos de mantenimiento anual corresponden aproximadamente del 5% al 20% de los costos de construcción como lo reportan en la Tabla 4.17 de su estudio, en donde recopilaron información de diferentes fuentes. Estos costos de mantenimiento se basan en literatura de los Estados Unidos y se resalta que debe ser empleada como una guía de los costos típicos, ya que como se ha mencionado antes, estos varían dependiendo de lugar de implementación. Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants (2010), determinó los costos cualitativos de zanjas de infiltración como se presenta a continuación en la Tabla 28. Tabla 28. Costos cualitativos para zanjas de infiltración

Zanjas de infiltración Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

MEDIO BAJO BAJO ALTO MEDIO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor comprenden: -

Remover basura y escombros. Remover sedimento acumulado cerca de la estructura de entrada. Realizar reparaciones menores en las estructuras de entrada y salida si lo requiere. Eliminar vectores y condiciones que favorezcan su proliferación.

Las actividades de mantenimiento mayor incluyen: - Remplazar la capa de gravilla (dependiendo de las condiciones de drenaje puede requerirse de sustitución de toda la zanja). - Reparar los desgarros en el geotextil o remplazarlo. - Verificar el funcionamiento de la zanja previo a la inicio de la temporada de lluvias. Zonas de bio-retención El informe elaborado por Fletcher, Duncan, Poelsma, & Lloyd (2004) proporciona un costo total de construcción para zonas de bio-retención igual a AU $135 por metro lineal, basado en información obtenida de Lynbrook Estate Water Sensitive Urban Desing. Los costos de construcción asociados a las zonas de bio-retención dependen del área de la superficie, profundidad y tipo de vegetación empleada, además de las estructuras de entrada y salida requeridas. De acuerdo con URS (2003), para una zona de 3 m de ancho y 1 m de profundidad nominal, el costo total es de AU $410/m de longitud. Este valor incluye las actividades de excavación manual, suministro e instalación del geotextil, tubería de drenaje subterránea, capa de grava/área filtrante, capa superficial de suelo y el suministro e instalación de la capa vegetal, incluyendo fertilizante y riego. Los costos de mantenimiento se

consideran similares a los requeridos por los sistemas de cunetas verdes y varían entre AU $1.5/m2 – 2.5/m2. Los costos de mantenimiento anual de acuerdo con información obtenida en casos de estudios aplicados en Estados Unidos y presentados por Taylor & Wong (2002) se estimaron entre el 5% y 7% del costo total de construcción. Louisiana Public Health Institute, Geosyntec Consultants (2010) estableció los costos cualitativos de zonas de bio-retención, los cuales se resumen en la Tabla 29. Tabla 29. Costos cualitativos para zonas de bio-retención

Zonas de bio-retención Costos de capital Costos de mantenimiento menor Frecuencia de mantenimiento menor Costos de mantenimiento mayor Frecuencia de mantenimiento mayor

MEDIO MEDIO BAJO ALTO BAJO

Fuente: adaptado de (Luisiana, 2010)

Las actividades de mantenimiento menor abarcan: -

Realizar mantenimiento de la vegetación para preservación de la estética Remover basuras, escombros, aceites o grasas de la superficie. Realizar remoción menor de la acumulación de sedimento cerca de las estructuras de salida. Estabilizar áreas erosionadas. Eliminar vectores y condiciones que favorezcan su proliferación

Las actividades de mantenimiento mayor son tales como: - Restablecer la pendiente de diseño. - Airear áreas compactadas para restaurar la capacidad de infiltración. Calificación de las tipologías según el costo En la Tabla 30 se presenta una calificación cualitativa de los costos de capital y de mantenimiento. En ésta se definen los costos como bajos, medios y altos de acuerdo con la información identificada en la revisión bibliográfica. En este caso, los pavimentos permeables corresponden a la tipología con mayor costo de capital y las cunetas verdes presentan los costos de capital y de mantenimiento más bajos.

Tanques de almacenamiento

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje

Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

COSTOS

Cunetas verdes

Tabla 30. Calificación tipologías según costos

Costos de capital

Costos de mantenimiento

TIPOLOGÍA

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

Cuenca seca de drenaje

Alcorques inundables

Zonas de bio-retención

COSTOS

Tanques de almacenamiento

TIPOLOGÍA

Cunetas verdes

A: Alto: 1 M: Medio: 2 B: Bajo: 3

La valoración del desempeño de las tipologías frente a este criterio se realiza a partir de la matriz presentada en la Tabla 31. Con el objetivo de definir una puntuación para cada tipología se asocia un número a cada calificación. De este modo, tres (3) equivale a un costo bajo, dos (2) es medio y uno (1) es alto. Al final de la matriz se promedian los resultados y la tipología que presente la calificación más alta, será la tipología con menores costos. Tipología de SUDS n

Tipología de SUDS 3

Costos

Tipología de SUDS 2

Tipología

Tipología de SUDS 1

Tabla 31. Matriz de evaluación de tipologías seleccionadas según costos

Costos de capital Costos de mantenimiento TOTAL

Beneficios y limitaciones por tipología Alcorques inundables Tabla 32. Beneficios y limitaciones de la implementación de alcorques inundables

Tipología

Figura 15. Ejemplo de implementación de alcorques inundables. Fuente: Department of Enviromental Protection. Montgomery County – Maryland (2016)

ALCORQUES INUNDABLES

Figura 16. Calificación de desempeño de los alcorques inundables

Beneficios Pueden ser usados como una estructura de pretratamiento para otras tipologías. Tienen una alta eficiencia de remoción de contaminantes. Reducen el volumen de escorrentía a través de los procesos de retención e infiltración. Reducen los caudales pico de descarga. Ideal para pequeños espacios.

Limitaciones -

Requieren de un constante mantenimiento. Limitados a pequeñas áreas de drenaje. Limitados al tratamiento de pequeños volúmenes de agua. El tipo de árbol debe ser acorde a la capacidad y la resistencia de la estructura.

Tipología Ideal para la reconfiguración de áreas urbanas debido a que provee una estética amigable.

Cuenca seca de drenaje extendido Tabla 33. Beneficios y limitaciones de la implementación de cuenca seca de drenaje extendido

Tipología

Figura 17. Ejemplo de implementación de una cuenca seca de drenaje extendido. Fuente: Massachusetts Stormwater Handbook (2008)

CUENCA SECA DE DRENAJE EXTENDIDO

Figura 18. Calificación de desempeño de la cuenca seca de drenaje extendido

Beneficios -

Puede remover significativamente los sedimentos y absorber contaminantes. Es un potencial hábitat natural para vida acuática y terrestre. Puede emplearse en cuencas ya existentes.

Limitaciones La infiltración y la recarga de aguas subterráneas es mínima por lo que la reducción del volumen de escorrentía es muy pequeño. Posee una eficiencia media en la remoción de contaminantes. La frecuencia del mantenimiento es moderada o alta. Posible resuspensión de sedimentos si estos no son removidos.

Tipología - Requiere de amplios implementación.

espacios

para

Cunetas verdes Tabla 34. Beneficios y limitaciones de la implementación de cunetas verdes

Tipología

Figura 19. Ejemplo de implementación de una cuneta verde. Fuente: Massachusetts Stormwater Handbook (2008)

CUNETAS VERDES

Figura 20. Calificación de desempeño de las cunetas verdes

Beneficios -

Las cunetas verdes ubicadas junto a las vías proveen control de calidad y cantidad del agua, lo que conserva las vías seguras al mantener la escorrentía fuera de las calzadas. Mantienen una armonía con el paisaje. Pueden ser empleadas para remplazar sistemas de bordillos y canaletas, siendo más económicas.

Limitaciones Requieren de un mantenimiento mayor que el sistema de bordillos y canaletas. Las cuentas ubicadas junto a las vías son susceptibles al daño por parte de vehículos parqueados fuera de la carretera. Susceptibles a erosión durante fuertes eventos de tormenta. Limitadas a pequeñas áreas de drenaje. No se recomiendan en zonas planas. Pueden requerir control de mosquitos.

3.2.6.4 Pavimentos permeables Tabla 35. Beneficios y limitaciones de la implementación de pavimentos permeables

Tipología

Figura 21. Ejemplo de implementación de pavimentos permeables. Fuente: Stormwater Best Management Practices: Guidance Document (2013)

PAVIMENTOS PERMEABLES

Figura 22. Calificación de desempeño de los pavimentos permeables

Beneficios Reducen significativamente la escorrentía de las áreas pavimentadas. Reducen los caudales pico de descarga. Proveen recarga a las aguas subterráneas a través de la infiltración. Reducen el transporte de contaminantes a través de la infiltración directa. Disminuyen el estancamiento de agua en zonas de parqueo.

Limitaciones -

Propensos a obstrucción por parte de finas partículas de sedimento. Requieren de mantenimiento constante y especializado. Limitados a áreas con una tasa de infiltración según diseño. Se requiere tomar medidas especiales para prevenir la compactación del suelo.

Tanques de almacenamiento Tabla 36. Beneficios y limitaciones de la implementación de tanques de almacenamiento

Tipología

Figura 23. Ejemplo de implementación de un tanque de almacenamiento. Fuente: Toronto and Region Conservation Authority (2010)

TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Figura 24. Calificación de desempeño de los tanques de almacenamiento

Beneficios Reduce el volumen de escorrentía a través del aprovechamiento de agua pluvial. Reduce los caudales picos de descarga. Provee una fuente adicional de agua para usos como riego, lavado de carros, limpieza y sanitarios.

Limitaciones -

Su eficiencia en cuanto a la remoción de contaminantes está limitada al pretratamiento que se le dé antes del ingreso al tanque. Su desempeño está limitado por la cantidad de agua recolectada.

Zanjas de infiltración Tabla 37. Beneficios y limitaciones de la implementación de zanjas de infiltración

Tipología

Figura 25. Ejemplo de implementación de una zanja de infiltración. Fuente: Massachusetts Stormwater Handbook (2008)

ZANJAS DE INFILTRACIÓN

Figura 26. Calificación de desempeño de las zanjas de infiltración

Beneficios -

Proveen recarga de agua subterránea. Preservan el balance natural del agua en el sitio de implementación. Poseen un alto grado de remoción de contaminantes cuando su diseño y funcionamiento son adecuados. Reducen la inundación aguas abajo.

Limitaciones Su uso está limitado a pequeñas áreas de drenaje. Están asociadas a un potencial riesgo de contaminación de las aguas subterráneas dependiendo de la calidad del agua afluente. Susceptibles a obstrucción debido a partículas finas de sedimento. Requieren un mantenimiento frecuente.

Zonas de bio-retención Tabla 38. Beneficios y limitaciones de la implementación de zonas de bio-retención

Tipología

Figura 27. Ejemplo de implementación de zonas de bio-retención. Fuente: Massachusetts Stormwater Handbook (2008)

ZONAS DE BIO-RETENCIÓN

Figura 28. Calificación de desempeño de las zonas de bio-retención

Beneficios Su diseño puede ser enfocado a proveer recarga de aguas subterráneas y preservar el balance de agua del sitio. Poseen una alta eficiencia de remoción de contaminantes. Puede implementarse en pequeños lotes con limitaciones de espacio. Modifica el paisaje de manera agradable.

Limitaciones

Requieren de constante mantenimiento. Están limitadas a pequeñas áreas de drenaje.

Evaluación ponderada de las tipologías de SUDS Para realizar una evaluación de las tipologías se establece un puntaje a partir de la ponderación de las calificaciones para los distintos criterios de acuerdo con el peso o importancia asignada a estos. En la 92

Tabla 39 se presenta la matriz de selección propuesta para la elección de la alternativa más adecuada según los objetivos buscados en cada sitio particular. Una vez realizada esta evaluación, las tipologías con mayor puntuación son escogidas como las más adecuadas para el sitio y el puntaje obtenido también se usa para la conformación de trenes de tratamiento. Tipología de SUDS n

Tipología de SUDS 3

Criterios de selección

Tipología de SUDS 2

Tipología

Tipología de SUDS 1

Tabla 39. Matriz final de selección de tipologías

Mejoramiento de calidad de agua Control de volúmenes Amenidad y conflictos de uso Mantenimiento Costos TOTAL

Conformación y evaluación de trenes de tratamiento En esta sección se describe el procedimiento propuesto para la determinación de los trenes de SUDS. Éste se lleva a cabo a partir de los procesos que sean adecuados o requeridos para el manejo de la escorrentía en una zona específica y el número de etapas del tren. La aplicación de esta metodología da como resultado el establecimiento de los trenes factibles y los procesos asociados a las tipologías integradas en el tren. Así pues, se define un puntaje para cada uno de los trenes de acuerdo con los resultados de la sección 3.2 y al desempeño de las tipologías respecto a estos procesos. Una vez se finalice este paso de la metodología, se sugiere continuar con el predimensionamiento de las tipologías que conforman el tren. En este sentido, se recomienda una evaluación general de la capacidad y el desempeño del tren escogido, que permita analizar de manera particular si la configuración del tren resultante cumple con los objetivos propuestos. Los procesos considerados para la conformación de trenes incluyen transporte, almacenamiento, infiltración y aprovechamiento de escorrentía para riego o para otros objetivos. En el primer caso de aprovechamiento, la escorrentía puede ser almacenada en las capas inferiores de las tipologías para ser usada por la vegetación presente en estos sistemas. En contraste, el aprovechamiento de escorrentía para otros objetivos corresponde al almacenamiento de escorrentía para su posterior aprovechamiento en usos no potables como lavado de pisos, sanitarios o riego de otras áreas. Para la determinación de los trenes factibles, en primer lugar se definen las asociaciones posibles de dos procesos, de acuerdo con las restricciones de realizar un proceso en particular después de que otro haya tenido lugar (ver Tabla 40). A su vez, para cada combinación se establecen las tipologías que pueden ser utilizadas de acuerdo con la asociación de dos procesos (ver Tabla 41 a Tabla 51). A partir de esta información es posible definir, para diferentes tipologías y procesos de interés, trenes que incluyan dos tipologías. Para trenes de más de dos etapas el orden de los procesos y tipologías se define mediante el análisis de las parejas definidas. 93

PROCESO INICIAL

Infiltración (I) Almacenamiento / Detención (A)

Transporte (T)

Aprovechamiento de agua pluvial (R) Aprovechamiento de agua pluvial para riego (Ri)

Infiltración (I)

PROCESO FINAL

Transporte (T)

…………

Almacenamiento / Detención (A)

Tabla 40. Combinaciones para dos procesos

Aprovechamiento de agua pluvial (R) Aprovechamiento de agua pluvial para riego (Ri)

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

Cuenca seca de drenaje

Cunetas verdes

Alcorques inundables

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 41. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) y almacenamiento (A)

Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención

Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración Pavimentos permeables

Pavimentos permeables

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 42. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) e infiltración (I)

Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración Pavimentos permeables

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 43. Asociaciones posibles de SUDS para infiltración (I) y transporte (T)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención Alcorques inundables

X X

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 44. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) y transporte (T)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración Pavimentos permeables

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 45. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) y aprovechamiento de agua pluvial (R)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 46. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) e infiltración (I)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 47. Asociaciones posibles de SUDS para infiltración (I) y aprovechamiento de agua pluvial (R)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Cunetas verdes

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 48. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) y aprovechamiento de agua pluvial (R)

Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 49. Asociaciones posibles de SUDS para almacenamiento (A) y aprovechamiento para riego (Ri)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 50. Asociaciones posibles de SUDS para infiltración (I) y aprovechamiento para riego (Ri)

Cunetas verdes Tanques de almacenamiento Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Cunetas verdes

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Tabla 51. Asociaciones posibles de SUDS para transporte (T) y aprovechamiento para riego (Ri)

Tanques de almacenamiento

Pavimentos permeables

Zanjas de infiltración

TIPOLOGÍA INICIAL

Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje

…………………..TIPOLOGÍA FINAL

Cunetas verdes

Zonas de bio-retención Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

Una vez se han establecido los trenes factibles, se define una calificación para cada uno de los mismos. Esta calificación se determina a partir del puntaje calculado en la sección 3.2 y el desempeño de cada tipología en relación a los procesos evaluados (ver Tabla 52). Finalmente, los trenes recomendados corresponden a las configuraciones con los mayores puntajes.

Infiltración (I)

Almacenamiento / Detención (A)

Transporte (T)

Aprovechamiento de agua pluvial (R)

Aprovechamiento de agua pluvial para riego (Ri)

Tabla 52. Puntajes asignados según el desempeño de cada tipología de SUDS para los cinco procesos evaluados

Cunetas verdes

Tanques de almacenamiento

Zonas de bio-retención

Alcorques inundables

Cuenca seca de drenaje

Zanjas de infiltración

Pavimentos permeables

…………………..

PROCESOS

TIPOLOGÍA

Puntaje definido de 0 a 5

4. DISEÑO HIDROLÓGICO Las tipologías de SUDS son elementos que hacen parte del sistema de drenaje urbano y que producen algún tipo de tratamiento (en términos de calidad y cantidad) antes de que la escorrentía pluvial ingrese al sistema de alcantarillado convencional o llegue a los cuerpos de agua receptores. El uso de estas estructuras contribuye a que el ciclo hidrológico urbano tienda, en algún grado, a condiciones más naturales. Los procesos más frecuentes para este propósito son la infiltración y la detención/retención de agua. Desde el punto de vista de la ubicación e interacción de las tipologías con el sistema de drenaje, el tipo de tratamiento mediante SUDS se puede clasificar en tratamiento en línea o fuera de línea. En la Figura 29 se presenta un esquema que lo ilustra. En el tratamiento en línea la tipología recibe la totalidad del afluente de escorrentía pluvial. Por tal razón, el diseño debe realizarse teniendo en cuenta consideraciones de reducción de eficiencia de tratamiento con caudales afluentes altos, y de adecuado manejo de estos en su evacuación al sistema colector mediante estructuras de rebose. En el tratamiento fuera de línea la tipología recibe sólo caudales que no superen el de diseño para tratamiento de calidad de agua, por lo cual el sistema de derivación de éste tiene la mayor importancia en su diseño. Conducción de escorrentía pluvial de aguas arriba

Estructura de derivación de caudal

Tipología o tren de tipologías

Tratamiento en línea

Tipología o tren de tipologías

Tratamiento fuera de línea

Figura 29. Tratamientos en línea y fuera de línea

Los tipos más frecuentes de tratamiento son: (a) infiltración, en la cual el agua penetra en suelo natural y/o capa artificial filtrante, contribuyendo a su vez a la remoción de contaminantes; (b) detención o almacenamiento temporal de agua a tratar, donde una fracción de ésta puede infiltrarse y remover contaminantes y el volumen remanente sale de manera controlada hacia el sistema colector, promoviendo la decantación y remoción de contaminantes durante el tiempo de detención de diseño, y la reducción de picos y del volumen de escorrentía al sistema colector; (c) retención o 100

almacenamiento permanente de agua, en el cual el asentamiento de partículas es el mecanismo más importante de tratamiento, al igual que la actividad biológica que pueda desarrollarse, se puede evidenciar adicionalmente reducción de picos y de volúmenes de escorrentía; y (d) bio-retención, la cual está asociada al almacenamiento temporal de agua con infiltración natural o artificial, transpiración, remoción de contaminantes de la escorrentía, reducción de volúmenes de ésta y de picos, debido a la interacción del agua con actividad biológica. En la Figura 30 y la Figura 31 se presentan esquemas ilustrativos de flujos y procesos típicos en sistemas de retención y detención, con tratamientos en línea o fuera de línea (flechas puenteadas). Estos evidencian que los volúmenes de agua afluente a la tipología pueden provenir parcialmente del área tributaria a ésta directamente conectada, así como también de afluencias externas de escorrentía pluvial conducida a la tipología, y resaltando la interacción de la tipología SUDS con el sistema de drenaje.

Figura 30. Flujos y procesos en tratamiento por retención

101

Figura 31. Flujos y procesos en tratamiento por detención

Dependiendo de la tipología SUDS, su diseño se puede basar en el caudal de tratamiento o en el volumen de tratamiento. Usualmente, el primero busca reducir caudales pico mediante almacenamiento temporal, mientras que el segundo está orientado fundamentalmente a reducción de volúmenes de escorrentía y de cargas contaminantes. Para el caso de la ciudad de Bogotá, los diseños de tipologías y/o estructuras complementarias basadas en el caudal de escorrentía para un periodo de retorno deben soportarse en la norma técnica de servicio NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá, para la definición de criterios, períodos de retorno de diseño y métodos de estimación. Por su parte, para las tipologías cuyo diseño se desarrolla con el volumen de tratamiento para control de calidad de agua, a continuación se presenta una revisión de criterios y métodos existentes en la práctica internacional, y se estiman los valores relevantes para la ciudad de Bogotá.

Volumen de tratamiento para el control de calidad de agua Las tipologías de SUDS que buscan mejorar la calidad del agua tienen como objetivo la reducción de porcentajes elevados de cargas contaminantes anuales transportadas por la escorrentía pluvial. 102

Universidad de los Andes Facultad de IngenierĂa InvestigaciĂłn de las TipologĂas y/o tecnologĂas de sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS) que mĂĄs se adapten a las condiciones de la ciudad de BogotĂĄ D.C.

Consecuentemente, la aproximaciĂłn hidrolĂłgica considera la captura y tratamiento de la escorrentĂa generada por eventos frecuentes de lluvia, responsables del primer lavado y causantes del mayor impacto en la calidad del agua en los cuerpos receptores. Si una tipologĂa de SUDS se diseĂąa para tratar eventos de tormentas mĂĄs severos, su tamaĂąo y costo se incrementa significativamente, mientras que el nĂşmero adicional de tormentas tratadas disminuye. Por esta razĂłn, se requiere definir el volumen de tratamiento đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? a partir de la profundidad de lĂĄmina de escorrentĂa hWQCV (Water Quality Capture Volume o Water Quality Control Volume) o profundidad de lĂĄmina para el volumen de tratamiento de calidad del agua del mayor evento de escorrentĂa a ser capturado y tratado por medio de SUDS. Este volumen de calidad representa el balance adecuado en tĂŠrminos de costo eficiencia entre tormentas tratadas, remociĂłn de sĂłlidos y costos de construcciĂłn y operaciĂłn (City of Woodland Park, 2014; Urban Drainage and Flood Control District, 2011; Guo, 2002). Esta aproximaciĂłn de diseĂąo se soporta en evidencias experimentales, en las cuales se ha observado que la mayor carga de sedimentos y contaminantes que transporta la escorrentĂa se genera en eventos de lluvia de baja magnitud, por lo cual, resulta tĂŠcnica y econĂłmicamente conveniente determinar el volumen adecuado de escorrentĂa a tratar. En este sentido, el valor de hWQCV se puede estimar, por ejemplo, a partir del anĂĄlisis de la relaciĂłn entre volumen tratado de escorrentĂa y nĂşmero de eventos capturados. En este caso, como se presenta en la Figura 32, el punto de inflexiĂłn de la curva corresponde al punto a partir del cual un incremento en el volumen almacenado no representa un incremento significativo en los eventos capturados.

FracciĂłn de eventos de precipitaciĂłn capturados

Punto de inflexiĂłn

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

FracciĂłn del volumen de escorretĂa tratado Figura 32. RelaciĂłn entre volumen tratado de escorrentĂa y nĂşmero de eventos capturados. Fuente: adaptado de (Iowa Department of Natural Resources, 2009)

De esta manera, este punto de la curva permite determinar el percentil adecuado de eventos a capturar y, por lo tanto, la profundidad de lluvia asociada a ese percentil, en la cual se obtendrĂa un valor adecuado de volumen de escorrentĂa a manejar. Valores superiores a este percentil representarĂan 103

incrementos de volúmenes de escorrentía a tratar y, por lo tanto, mayores costos de construcción y operación de las estructuras SUDS implementadas.

Determinación de la profundidad de lámina (hWQCV) a partir de series de escorrentía La determinación directa de hWQCV se hace a partir de valores o series medidas o simuladas de eventos independientes de escorrentía afluente a la tipología. Existen varios métodos referidos en la literatura, y a continuación se describen tres de los más relevantes e implementados. Método 1: A partir de series históricas de escorrentía Este método es un proceso preciso, pero difícil de implementar dada la disponibilidad de información. Consiste en establecer el hWQCV de la siguiente forma: (a) disponer de series históricas horarias de escorrentía en el sitio de emplazamiento de la tipología, (b) establecer un criterio de separación de eventos independientes de escorrentía y (c) generar con este criterio series de eventos independientes de escorrentía producida. El análisis estadístico de estas últimas permite establecer el evento de interés y su valor hWQCV asociado. Para determinar el hWQCV se puede utilizar el siguiente procedimiento: (1) hacer un histograma acumulado normalizado de los eventos de escorrentía, ubicando en el eje vertical la magnitud de la profundidad del evento dividida por la magnitud del máximo evento muestral hWQCV / hWQCVmax, y en el eje horizontal la fracción acumulada de número de eventos (ver ejemplo en la Figura 33); (2) determinar el punto de inflexión (si la escala vertical es la misma que la horizontal, este punto corresponde al lugar donde la pendiente es de 45º); (3) leer la relación hWQCV / hWQCVmax (eje vertical), y (4) calcular hWQCV = [hWQCV / hWQCVmax] x hWQCVmax. El valor de hWQCV determinado establece la profundidad del evento de escorrentía a partir del cual la profundidad de los eventos se incrementa a una tasa mayor que el incremento en el número de estos. Método 2: A partir de modelos lluvia-escorrentía Si no existe información histórica horaria de afluencias al sitio de emplazamiento de la tipología pero se dispone de información horaria de lluvias en el lugar, una alternativa es convertir eventos de lluvia en eventos de escorrentía mediante modelación. Para esto se requiere de (a) disponer de series históricas horarias de lluvia en el sitio de implantación de la tipología, (b) establecer un criterio de separación de eventos de tormentas independientes y (c) generar, mediante modelación continua lluvia – escorrentía del área tributaria y sus características de usos y tipos de suelos, series de eventos independientes de escorrentía producida. Con éstas se aplica el mismo procedimiento estadístico descrito en el Método 1 para estimar hWQCV (ver Figura 33). En diferentes partes del mundo, particularmente en EEUU, se han realizado estudios utilizando el anterior procedimiento, donde han implementado el criterio de independencia de eventos de lluvia a partir de una separación de 6 o más horas, encontrando por ejemplo valores de hWQCV de 12.7 mm (Rapid City, 2009), y entre 9.7 y 16.5 mm en 19 localidades en California. En este caso, el punto de inflexión usualmente corresponde al percentil 80 de los eventos de escorrentía, y han establecido que los valores de hWQCV por lo general están entre los percentiles 80 y 90 de los eventos de escorrentía.

104

Figura 33. Ejemplo de punto de inflexiĂłn

MĂŠtodo 3: Percentil 80-90 de las series acumuladas Consecuente con lo anterior, algunas guĂas y manuales internacionales sugieren estimar la profundidad de escorrentĂa hWQCV como el valor correspondiente a un determinado percentil, usualmente entre 80 y 90, como por ejemplo el percentil 80 de los eventos de escorrentĂa (Aspen, Colorado), donde allĂ se ha encontrado que tiene una frecuencia entre 6 meses y 1 aĂąo. Esto es el resultado de identificar en varios casos de estudio la correspondencia mĂĄs frecuente entre el punto de inflexiĂłn y el respectivo percentil.

DeterminaciĂłn de hWQCV a partir de la profundidad de lluvia (hp) En algunos casos, hWQCV se estima de manera indirecta, al tomarse como equivalente al punto de inflexiĂłn del histograma acumulado normalizado de eventos independientes de tormenta o como un percentil de estos. Para esto, la profundidad de lluvia â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? asociada al punto de inflexiĂłn o al percentil de la serie de eventos de tormenta debe ser multiplicada por un factor de escorrentĂa Ki para obtener hWQCV: â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; = đ??žđ?&#x2018;&#x2013; â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;?

(1)

Donde â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; = profundidad de lĂĄmina del volumen de calidad de agua (mm), đ??žđ?&#x2018;&#x2013; = factor de escorrentĂa y â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = profundidad de lluvia (mm).

105

A continuaciĂłn se presentan 4 mĂŠtodos que describen procedimientos para determinar el â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; indirectamente a partir de la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ). MĂŠtodo 4: Percentil de la serie de eventos de lluvia Dado que existe una relaciĂłn directa entre las series de eventos de tormenta y las series de eventos de escorrentĂa, es posible considerar que la estructura estadĂstica de estas dos series sea similar, de tal manera que un determinado percentil de la serie de tormenta se asocie con el percentil correspondiente a â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; . Consecuentemente, â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? se estima como un percentil de la serie de eventos independientes de tormenta. Por ejemplo, en Iowa utilizan el percentil 90 de los eventos de lluvia (con criterio de separaciĂłn de 6 horas o mĂĄs), excluyendo de estos los eventos con valores menores a 2.5 mm (que son los que normalmente no producen escorrentĂa); en este estado, el percentil 90% usualmente corresponde a una frecuencia entre 3 a 4 meses, con profundidades de menos de 31.7 mm. De manera similar, en Denver (Colorado) usan el percentil 90 pero sin excluir eventos de menos de 2.5 mm, mientras que en Columbia County (Georgia) este percentil es 85%. MĂŠtodo 5: Punto inflexiĂłn de la serie de eventos de lluvia Siguiendo con la similitud entre las series de eventos independientes de lluvia y de escorrentĂa, otra manera plausible de estimar â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? es con el punto de inflexiĂłn de la series de eventos independientes de tormenta. El procedimiento estadĂstico descrito en el MĂŠtodo 1, aplicado a la serie de eventos independientes de lluvia en lugar de la serie de eventos independientes de escorrentĂa, permite determinar â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? . MĂŠtodo 6: Primeros milĂmetros del evento de lluvia Una forma simplificada de establecer â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? es considerar que la mayorĂa de la carga contaminante estĂĄ asociada al primer lavado generado por los eventos de escorrentĂa. Esta profundidad, por lo general, se asocia a los primeros milĂmetros de profundidad de lluvia de un evento de tormenta, como por ejemplo a los primeros 12.5 mm del evento de lluvia (casos de Rapid City en South Dakota y Virginia). MĂŠtodo 7: MĂĄximo entre Periodo de retorno, primeros milĂmetros de profundidad y percentil 90 de los eventos de lluvia Una aproximaciĂłn utilizada en Inglaterra corresponde a estimar â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? como la profundidad de lluvia diaria con un perĂodo de retorno de 6 meses. En efecto, el procedimiento usado en Inglaterra es estimar â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? como el mĂĄximo entre (a) 10 a 15 mm de lluvia efectiva (es decir entre 12.5 a 17.5 mm de profundidad de lluvia, suponiendo 2.5 mm de humedecimiento inicial y almacenamiento en depresiones), equivalente al MĂŠtodo 6, (b) profundidad de lluvia diaria con perĂodo de retorno de 6 meses, y (c) percentil 90% de los eventos de tormenta (equivalente al MĂŠtodo 4). DeterminaciĂłn del factor de escorrentĂa Ki Como se mencionĂł previamente Ki es un factor de generaciĂłn real de escorrentĂa en el ĂĄrea tributaria, que depende del grado de impermeabilidad de ĂŠsta (ver EcuaciĂłn (2)). Existen varias aproximaciones para estimar Ki. Una de ĂŠstas es mediante siguiente expresiĂłn. đ??ž1 = 2.326(0.91đ??ź 3 â&#x2C6;&#x2019; 1.19đ??ź 2 + 0.78đ??ź)

(2)

106

Donde đ??ž1 = Factor de escorrentĂa e đ??ź = FracciĂłn impermeable efectiva del ĂĄrea tributaria. La fracciĂłn đ??ź se refiere a las ĂĄreas impermeables que contribuyen a la escorrentĂa del sistema de drenaje, e incluye las ĂĄreas impermeables directamente conectadas y las porciones de ĂĄreas impermeables no conectadas que tambiĂŠn contribuyen a la escorrentĂa del sitio (excluye ĂĄreas impermeables no conectadas que drenan a zonas permeables que actĂşan como sumideros y que no contribuyen a la escorrentĂa del sistema de drenaje). Si ĂŠstas se incluyen se tiene la denominada fracciĂłn impermeable total, It. Entonces, I se puede representar por medio de la siguiente expresiĂłn. đ??ź=

1 â&#x2C6;&#x2018; đ??źđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2013; đ??´đ?&#x2018;&#x2013; đ??´đ?&#x2018;&#x2021;

(3)

Donde đ??ź = FracciĂłn impermeable total, đ??źđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2013; = FracciĂłn impermeable efectiva del ĂĄrea Ai, đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea con usos y caracterĂsticas homogĂŠneas y đ??´ đ?&#x2018;&#x2021; = Ă rea impermeable efectiva. Cabe resaltar que en la EcuaciĂłn (3) el ĂĄrea total tributaria tiene una porciĂłn equivalente impermeable efectiva AT, la cual estĂĄ compuesta a su vez por porciones impermeables efectivas asociadas a zonas de uso y caracterĂsticas homogĂŠneas, que definen su grado de impermeabilidad. Dinicola (1989, citado por Ashley et al., 2007) da valores de fracciĂłn impermeable efectiva I y de fracciĂłn impermeable total It de 0.04 y 0.10 para zonas residenciales de baja densidad (0.5 a 1 vivienda/ha), de 0.10 y 0.20 para densidad media (2.5 viviendas/ha), de 0.24 y 0.35 para densidad suburbana (10 viviendas/ha), de 0.48 y 0.60 para alta densidad (multifamiliar o > 20 viviendas/ha) y de 0.86 y 0.90 para ĂĄreas comerciales e industriales. Como puede verse, la fracciĂłn impermeable efectiva es menor que la fracciĂłn impermeable total, y depende del ĂĄrea especĂfica considerada. Valores frecuentes en la literatura para la fracciĂłn impermeable total son de 1.0 para vĂas pavimentadas, 0.9 para techos y andenes, 0.05 para parques, 0.10 para patios de recreo, 0.8 para bloques de apartamentos, 0.75 para viviendas multifamiliares adosadas, 0.95 para ĂĄreas comerciales, y 0.80 a 0.90 para ĂĄreas industriales (UDFCD, 2008). Una segunda forma de estimar Ki es đ??ž2 = 0.05 + 0.9đ??ź

(4)

Donde đ??ž2 = Factor de escorrentĂa e đ??ź = FracciĂłn impermeable efectiva del ĂĄrea tributaria. Por otra parte, en el caso de Inglaterra existe otra forma de estimar el factor de escorrentĂa K3 igual a la fracciĂłn impermeable del ĂĄrea tributaria. En la Figura 34 se muestran los valores K1, K2 y K3 del factor Ki de generaciĂłn real de escorrentĂa en funciĂłn de I, donde se observa que, en tĂŠrminos generales, las tres formas de estimar Ki producen valores similares.

107

Figura 34. EstimaciĂłn de los coeficientes Ki de generaciĂłn real de escorrentĂa

Una preocupaciĂłn que puede resultar al estimar Ki a partir de los tres mĂŠtodos anteriores es que estos no tienen en cuenta el tipo de suelo. Ă&#x2030;ste puede ser distinto en el ĂĄrea tributaria, lo que generarĂa diferentes cantidades de escorrentĂa. Una forma de considerar la situaciĂłn mencionada es mediante el mĂŠtodo TR-55 del Soil Conservation Service (SCS) y el nĂşmero de curva CN (Iowa Department of Natural Resources, 2009). De acuerdo con el valor de CN, el cual varĂa entre 30 y 100, hay una menor o mayor propensiĂłn a la producciĂłn de escorrentĂa. El valor de CN se define en funciĂłn del tipo de suelo, de la cobertura vegetal o uso del suelo y de la humedad antecedente. El mĂŠtodo clasifica los suelos en 4 grupos: A, B, C y D, siendo A un suelo de bajo potencial de generaciĂłn escorrentĂa y D de alto potencial de producciĂłn de escorrentĂa. Para diferentes tipos de cobertura o uso, el mĂŠtodo asigna un valor de CN segĂşn sea el grupo de suelo. Normalmente, los valores encontrados en la literatura de CN corresponden a la condiciĂłn de humedad antecedente II o condiciĂłn normal, siendo I la condiciĂłn seca y III la condiciĂłn hĂşmeda (Iowa Department of Natural Resources, 2009). Dado un valor de CN para la condiciĂłn II, se pueden aplicar factores de ajuste para estimar los valores correspondientes de CN para las condiciones I y III de humedad antecedente. Para el contexto urbano, el valor de CN representativo del ĂĄrea tributaria se puede estimar mediante la siguiente relaciĂłn: đ??śđ?&#x2018; = (1 â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013; )đ??śđ?&#x2018; đ?&#x2018;? + đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013; đ??śđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;

(5)

Donde đ??śđ?&#x2018; = NĂşmero de curva, đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013; = FracciĂłn de ĂĄrea impermeable directamente conectada al sistema de drenaje, đ??śđ?&#x2018; đ?&#x2018;? = NĂşmero de curva del ĂĄrea permeable y đ??śđ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013; = NĂşmero de curva de la fracciĂłn đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2013; . Independientemente del grupo de suelo, ĂĄreas especĂficas como accesos, vĂas, calles pavimentadas y techos, que representen superficies â&#x20AC;&#x153;completamente impermeablesâ&#x20AC;?, se les puede asociar un valor de 108

CNi de 95. Las ĂĄreas complementarias â&#x20AC;&#x153;permeablesâ&#x20AC;? tienen valores de CNp que dependen del grupo de suelo y del uso/cobertura de ĂŠste. En la Tabla 53 se presentan valores de CNi y CNp para la condiciĂłn II de humedad antecedente. AsĂ mismo, es necesario considerar que, para un sector con varios tipos de coberturas, es posible estimar su valor de CN como el promedio ponderado con las respectivas ĂĄreas por tipo. Tabla 53. Valores de CNi y CNp para condiciĂłn II de humedad antecedente

Ă reas Ă reas Impermeables (pavimentos, concreto, etc.)

Calles / VĂas

Espacios abiertos (patios, parques, cementerios, linderos, relictos de vegetaciĂłn nativa, etc.)

Cobertura Techos Aceras Accesos Parqueaderos Pavimentada/Concreto Grava Afirmado Pasto (cobertura < 50%) Pasto (50% a 75%) Pasto (> 75%) Suelo desnudo Ă rboles Matorrales

A 95 95 95 95 95 76 72 68 49 39 77 36 46

B 95 95 95 95 95 85 82 79 69 61 86 60 62

C 95 95 95 95 95 89 87 86 79 74 91 73 74

D 95 95 95 95 95 91 89 89 84 80 94 79 84

Con el mĂŠtodo de estimaciĂłn de escorrentĂa del SCS, el factor Ki de generaciĂłn de escorrentĂa varĂa con la profundidad de lluvia hP. En este caso Ki corresponde a la EcuaciĂłn (6) si hP > (200-2CN)/CN, y es 0 de lo contrario. En la Figura 35 se presenta la grĂĄfica de hP vs. K4 para valores de hP hasta de 50 mm y de CN entre 30 y 95. 200 â&#x2C6;&#x2019; 2đ??śđ?&#x2018; 2 ) đ??śđ?&#x2018; đ??ž4 = 800 â&#x2C6;&#x2019; 8đ??śđ?&#x2018; â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x192; (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x192; + ) đ??śđ?&#x2018; (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2019;

(6)

Donde đ??ž4 = factor de escorrentĂa, â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = profundidad de lluvia (mm) y đ??śđ?&#x2018; = nĂşmero de curva.

109

Figura 35. RelaciĂłn entre la profundidad de precipitaciĂłn y el coeficiente K4 para diferentes nĂşmeros de curva

DeterminaciĂłn de Vc Dado el valor estimado de hWQCV, el volumen de tratamiento se puede establecer con la siguiente ecuaciĂłn: đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = 10đ?&#x2018;&#x17D;đ??śâ&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; đ??´

(7)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de tratamiento (m3), đ??´ = Ă rea de drenaje (ha), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ??śđ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2030; = Profundidad de lĂĄmina para el volumen de tratamiento (mm), đ?&#x2018;&#x17D; y đ??ś = Coeficientes dependientes de la tipologĂa y el tiempo de drenaje. Para la aplicaciĂłn de la EcuaciĂłn (7) a es igual a 0.7, 0.8, 0.9 o 1.0 segĂşn sea el tiempo de drenaje de 6, 12, 24 o 40 horas de la tipologĂa correspondiente y C es un factor que depende de la tipologĂa. En la Tabla 54 se presenta un resumen de los valores de tiempos de drenaje, de a y de C tĂpicamente recomendados.

110

Tabla 54. TipologĂas de SUDS y valores de tiempo de drenaje, a y C

TipologĂa

Tiempo de drenaje (hr) a C Lugar 12 0.8 1.3 Aspen Cuenca seca de drenaje extendido (CSDE) 40 1.0 1.2 Rapid City 40 1.0 1.2 Denver Porous landscape detention 12 0.8 1.0 Rapid City 24 0.9 1.0 Rapid City Humedal artificial 12 0.8 >0.75 Aspen 24 0.9 1.0 Denver Zona de bio-retenciĂłn* 12 0.8 1.0 Denver 12 0.8 1.0 Aspen Pavimento poroso 12 0.8 1.0 Denver Filtro de arena 24 0.9 1.0 Denver Pondaje hĂşmedo 12 0.8 1.0 Denver Tanque de almacenamiento (aislado y subterrĂĄneo) 12 0.8 1.0 Denver *Para los alcorques inundables se pueden considerar valores similares para los parĂĄmetros presentados

Sin embargo, las estructuras de SUDS se suelen implementar para ĂĄreas de drenaje pequeĂąas. Teniendo en cuenta que para ĂĄreas de este tipo la EAB recomienda la aplicaciĂłn de la ecuaciĂłn del mĂŠtodo racional para el cĂĄlculo de caudales de escorrentĂa, se considera apropiado aplicar el mismo principio para el cĂĄlculo del volumen. De esta forma, como los coeficientes de escorrentĂa C reportados en la norma tĂŠcnica de la EAB y los coeficientes K son compatibles, el volumen de calidad tambiĂŠn puede calcularse por medio de la siguiente fĂłrmula, que involucra directamente la profundidad de lluvia: đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = đ??śâ&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? đ??´

(8)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de tratamiento (m3), đ??´ = Ă rea de drenaje (m2), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (m), y đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa del terreno.

EstimaciĂłn de la profundidad de lluvia (hp) para la ciudad de BogotĂĄ EstimaciĂłn de la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) a partir de informaciĂłn de estaciones de lluvia Es evidente que en casi la totalidad de los casos especĂficos de implementaciĂłn de SUDS, el MĂŠtodo 1 resulta inaplicable para determinar hWQCV. En el caso de la ciudad de BogotĂĄ no se cuenta con registros histĂłricos horarios para la mayorĂa de estaciones pluviogrĂĄficas existentes, y por lo tanto con ĂŠstas no son aplicables los MĂŠtodos 2 y 3 descritos previamente para estimar hWQCV (que se basan en la conversiĂłn de series histĂłricas de eventos independientes de tormentas en las correspondientes series de eventos de escorrentĂa mediante modelos lluvia-escorrentĂa). Se considera que, dada la disponibilidad de informaciĂłn, es mĂĄs adecuado estimar (hP) para las estaciones pluviomĂŠtricas y pluviogrĂĄficas de BogotĂĄ a partir de anĂĄlisis de informaciĂłn horaria disponible en algunas estaciones de la red de calidad de aire de la ciudad para algunos perĂodos. En la Tabla 55 se presentan estas estaciones y el perĂodo de disponibilidad de informaciĂłn horaria. Debe enfatizarse que en la medida en que se disponga de mejor y mĂĄs actualizada informaciĂłn, los procedimientos aquĂ descritos y valores estimados deben ser actualizados.

111

Tabla 55. Estaciones de la red de calidad de aire y períodos con disponibilidad de series horarias

Estación

Dirección

Coordenadas E N

Univ. El Bosque

Calle 14 # 6-54 Entrada 1, Cazucá Cra 10 Esquina Av. 1 Inst. de Estudios Ambientales Autopista Norte Km 13 Autopista Sur # 6140 Cra 9 # 72-90 Calle 13 # 37-35 Av. Corpas Km 13 Autopista al Llano Calle 71a-90 sur Transv. 9 # 133-95

MMA

Calle 37 # 8 – 40ta

1001122.1

1003120.8

Centro Alto Rendimiento

Calle 63# 59 A - 06

999261.2

1006901.5

Cazucá H. Olaya Univ. Nacional Escuela Colombiana de Ingeniería Sony Music Univ. Santo Tomás Cade de Energía Univ. Juan N. Corpas Central de Mezclas

Periodo

988096.0

981586.7

1997 – 2000

997773.8

997466.0

1997 – 2000

999093

1004316

1997 – 2000

1003703,6

1020737.8

1997 – 2000

992095.9

999935.5

1997 – 2000

1002351.7 995531.7 998211.3

1006678.9 1003952.8 1018403.8

1997 – 2000 1997 – 2000 1997 – 2000

994030.9

993929.1

1997 – 2000

1005050.1

1012514.6

1997 – 2000 1997 – 2000 2012 – 2014 1997 – 2000 2012 – 2014

La información horaria anterior permitió determinar series de eventos de tormenta. Por tal razón, no se empleó arbitrariamente el criterio de separación de tormentas de seis horas o más en caso de Bogotá, el cual constituye un criterio subjetivo, sino que se utilizó la aproximación propuesta por Eagleson (1978) para caracterizar y representar secuencias de eventos de tormenta independientes. En esta aproximación, (1) las llegadas de eventos de tormenta siguen un proceso de Poisson; (2) cada tormenta se representa como un pulso rectangular caracterizado por una duración tr y una intensidad promedio ir; (3) el tiempo entre la llegada de tormentas consecutivas es ta y el tiempo entre tormentas es tb; (4) las variables ir, tr, ta y tb son claramente variables aleatorias; (5) dado el proceso de Poisson, la función de densidad de probabilidad de ta es la distribución exponencial [fT(ta) = λexp(-λta), ta > 0, λ > 0], siendo el proceso independiente, (6) para la distribución exponencial el coeficiente de variación [CV = desviación estándar / media] es igual a 1, y (7) la distribución exponencial y CV=1 también son aproximadamente válidos para tb. Consecuentemente, el procedimiento de determinación de secuencias de eventos independientes de tormentas fue el siguiente: (1) suponer un valor de tbmin y generar la correspondiente serie de eventos “independientes” considerando sólo eventos con profundidades mayores que 2 mm; (2) con esta serie determinar la distribución muestral de ta y establecer si ésta se comporta como exponencial; (3) si se comporta como exponencial calcular el coeficiente de variación de ta y verificar que sea aproximadamente igual a 1; (4) si no es así, cambiar el valor de tbmin y repetir el proceso. Para las estaciones y periodos presentados en la Tabla 55 se realizó el anterior procedimiento adoptando valores de tbmin de 3, 4, 5, 6, 7 y 8 horas y calculando con cada una de las seis series de tormentas resultantes su respectivo valor del coeficiente de variación CV de ta. En la Tabla 56 se presentan los valores de CV obtenidos para ta y se anota el valor adoptado de tb en cada estación, donde se tomó un valor máximo de 8 horas dado que en algunos casos tb se extrapoló por regresión 112

con valores altos y con secuencias de tormentas con alguna discontinuidad temporal en el registro disponible. Tabla 56. Valores del coeficiente de variación para el tiempo entre llegada de tormentas (tb)

tb (hr) Estación Cazucá H. Olaya Univ. Nacional Esc. Col. de Ingeniería Sony Music Univ. Santo Tomás Cade de Energía Univ. Juan N. Corpas Central de Mezclas Univ. El Bosque MMA Centro Alto Rendimiento

1.10 1.50 1.26 1.27 1.46 1.25 1.42 1.10 1.09 1.46 1.72 1.41 1.07 1.02

1.02 1.41 1.18 1.12 1.30 1.16 1.32 1.00 1.02 1.42 1.64 1.30 0.99 1.04

0.98 1.36 1.11 1.05 1.24 1.11 1.27 0.94 0.99 1.34 1.56 1.21 0.95 0.96

0.93 1.32 1.08 1.00 1.18 1.08 1.24 0.91 0.96 1.31 1.51 1.15 0.91 0.92

0.90 1.29 1.04 0.94 1.14 1.04 1.20 0.86 0.94 1.26 1.44 1.12 0.86 0.90

0.87 1.26 1.02 0.89 1.11 1.02 1.19 0.83 0.93 1.25 1.40 1.09 0.81 0.88

tb con CV de ta =1 4.44 29.23 8.52 5.78 11.01 8.55 19.36 4.13 4.80 29.09 13.94 10.47 4.10 3.99

tb adoptado 4.44 8.00 8.00 5.78 8.00 8.00 8.00 4.13 4.80 8.00 8.00 4.00

En la Tabla 57 se presentan los valores de los puntos de inflexión para las series de tormentas de la Tabla 55. Tabla 57. Valores de puntos de inflexión de eventos de tormenta (mm)

tb (hr) Estación

Cazucá H. Olaya Univ. Nacional Esc. Col. de Ingeniería Sony Music Univ. Santo Tomás Cade de Energía Univ. Juan N. Corpas Central de Mezclas Univ. El Bosque MMA Centro Alto Rendimiento

10.4 19.4 24.4 22.3 10.2 19.7 20.2 21.3 20.6 25.6 20.8 16.6 13.7 17.9

10.4 19.1 24.9 24.7 10.5 22.4 20.3 21.3 23.1 25.9 23.6 21.1 14.6 18.0

10.3 18.5 26.3 24.8 10.7 19.9 20.6 21.0 20.6 25.7 23.4 20.7 14.4 17.1

10.3 19.9 24.4 24.7 11.4 22.6 20.7 21.3 23.0 26.0 23.7 21.8 13.6 17.0

10.9 18.3 24.9 24.7 11.3 23.5 20.7 21.3 23.4 26.1 23.6 21.8 13.6 17.2

10.4 18.1 24.4 25.3 11.4 26.8 20.7 21.3 27.0 26.2 23.3 22.7 14.7 17.6

Valor de punto de inflexión para ta con CV = 1 10.4 17.1 24.3 24.8 12.0 26.1 21.3 21.3 22.2 28.5 33.4 24.4 14.6 15.6

Valor adoptado (mm) 10.4 18.1 24.4 24.8 11.4 26.8 20.7 21.3 22.2 26.2 23.0 16.3

En la Tabla 58 se presenta el resumen de valores de hP para las estaciones de la red de calidad de aire obtenidos con el Método 5 (con valores de tb adoptados, ver Tabla 56 y con tb de 6 horas), con el 113

Método 4 con tb de 6 horas y percentiles 85, 90 y 95, con el Método 7 (lluvia diaria con período de retorno de 6 meses) excluyendo valores diarios menores que 2 mm, y con el Método 6. Tabla 58. Valores estimados de hp (mm)

Estación Cazucá H. Olaya Univ. Nacional Esc. Col. de Ingeniería Sony Music Univ. Santo Tomás Cade de Energía Univ. Juan N. Corpas Central de Mezclas Univ. El Bosque MMA Centro Alto Rendimiento

5, tb adoptado 10.4 18.1 24.4 24.8 11.4 26.8 20.7 21.3 22.2 26.2 23.3 22.7 14.6 18.0

5, tb = 6 hr 10.3 19.9 24.4 24.7 11.4 22.6 20.7 21.3 23.0 26.0 23.7 21.8 13.6 17.0

Método, tb usado, percentil 4, tb = 6 4, tab= 6 4, tb = 6 hr, P85 hr, P90 hr, P95 10.0 16.5 20.6 13.9 22.0 33.5 16.8 24.2 33.2 17.5 28.0 44.0 12.9 20.4 24.1 17.6 26.9 35.9 14.4 22.4 29.2 14.2 21.5 30.5 12.0 18.3 25.8 18.8 26.2 33.6 18.7 28.5 38.9 13.8 20.6 24.0 11.1 17.2 21.9 14.5 19.9 27.6

19.7 12.3 29.5 11.4 17.2 35.5 22.0 25.7 14.1 36.4

≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5 ≥ 12.5

22.5 24.7

Como se evidencia en la Tabla 58, los valores de hP son similares con el Método 5 para la mayoría de estaciones, y estos tienen mayor correspondencia con los valores obtenidos con el Método 4 para el percentil 90. Es decir, para el caso de Bogotá es posible establecer que hay mayor correlación entre los puntos de inflexión de las series históricas de tormentas y el percentil 90 de éstas. El percentil 85 presenta en general subvaloración de los puntos de inflexión, mientras que el percentil 95 presenta lo contrario. En dos de las estaciones los valores del punto de inflexión son menores que 12.5 mm, lo cual implicaría que el Método 6 indique acotarlos a este valor. Por su parte, el Método 7 presenta en general sub y sobrevaloración con respecto a los puntos de inflexión. El siguiente paso fue buscar relaciones entre los valores más representativos de hP y valores obtenibles de las series diarias de lluvia, con el fin de permitir extrapolación de las estaciones de la red de calidad de aire al resto de estaciones pluviométricas y pluviográficas con información diaria. Se identificaron valores obtenibles de series diarias de lluvia como el punto de inflexión y varios percentiles como 85, 90 y 95. En la Tabla 59 se presentan los valores considerados más representativos de hP y de la lluvia diaria (punto de inflexión y P90), encontrando que el punto de inflexión diario (excluyendo valores menores que 2 mm) es el que mejores relaciones provee para los valores de hP, como se puede apreciar desde la Figura 36 a la Figura 38. En particular la mejor regresión corresponde a la estimación de hP como el punto de inflexión de tormentas con tb adoptado a partir del punto de inflexión de lluvia diaria, con un coeficiente de determinación R2 = 0.71.

114

Tabla 59. Valores estimados de hp (mm) y valores diarios de punto de inflexión y percentil 90

Estación Cazucá H. Olaya Univ. Nacional Esc. Col. de Ingeniería Sony Music Univ. Santo Tomás Cade de Energía Univ. Juan N. Corpas Central de Mezclas Univ. El Bosque MMA Centro Alto Rendimiento

5, tb adoptado [1] 10.4 18.1 24.4 24.8 11.4 26.8 20.7 21.3 22.2 26.2 23.3 22.7 14.6 18.0

hP (mm) 5, tb = 6 hr [2] 10.3 19.9 24.4 24.7 11.4 22.6 20.7 21.3 23.0 26.0 23.7 21.8 13.6 17.0

4, tb = 6 hr, P90 [3] 16.5 22.0 24.2 28.0 20.4 26.9 22.4 21.5 18.3 26.2 28.5 20.6 17.2 19.9

Lluvia diaria (mm) Punto de P90 inflexión [4] [5] 13.4 16.5 16.9 14.9 25.4 23.4 31.1 34.9 19.9 20.1 27.9 27.4 20.8 22.6 23.8 21.4 21.4 25.9 24.4 24.4 21.6 28.6 20.2 21.4 16.4 17.3 18.9 18.9

Figura 36. Punto de inflexión diario vs. Punto de inflexión de tormentas separadas con criterio de tb = 6 hr

115

Figura 37. Punto de inflexión diario vs. Punto de inflexión de tormentas separadas con criterio de tb = adoptado

Figura 38. Percentil 90 de lluvias diarias vs. Punto de inflexión de tormentas separadas con criterio de tb = adoptado

116

En la Tabla 60 se presentan los valores estimados de hP en todas las estaciones de medición de lluvia disponibles a partir de valores obtenidos de las series diarias del punto de inflexión y del percentil 90, usando las regresiones anotadas de la Figura 36 a la Figura 38. Dado que la mejor regresión es la que estima el punto de inflexión de tormentas separadas con tb adoptado a partir del punto de inflexión de lluvias diarias, se adoptan estos valores de hP (ver columna [2]) tomando en consideración como criterio adicional un valor mínimo de 12.5 mm (Método 7) como representativos para estas estaciones. En la Tabla 61 se presentan los valores propuestos de hP para las estaciones de medición de lluvia de la ciudad de Bogotá, con los cuales se generó el mapa de la Figura 39, donde se expone la distribución espacial de hP propuesto para la ciudad. Tabla 60. Estimación de hP para las estaciones disponibles con registro de lluvia diaria

Coordenadas Estación, período

Código

Escuela Col. Ing., 88-13 Torca, 90-13 Serrezuela, 90-13 Guaymaral, 66-14 La Caro, 90-13 Contador, 90-13 La Conejera, 90-13 Cerro Suba, 66-11 Usaquén Santa Ana, 29-13 Salitre Km9, 33-11 Camavieja, 75-13 Casablanca, 76-12 Choachí El Uval, 47-11 El Delirio, 33-13 El Granizo, 47-11 El Verjón, 46-11 San Diego, 46-11 San Luis, 36-12 Santa Lucía, 56-12 Une, 47-11 Vitelma, 41-11 Fontibón, 55-11 Guadalupe, 87-11 Bocagrande Salitre, 41-11 Bosa Barreno, 42-12 El Hato, 28-11 La Regadera, 70-11 Los Tunjos, 89-11 Socha, 90-11 Juan Rey, 89-12 Quiba, 90-12 La Huertas, 90-11 Saucedal II, 90-12 Almaviva, 73-97 Jardín Botánico, 57-05 La Vieja, 58-90

2120605 2120077 P-78 2120559 P-79 P-11 P-95 P-01 P-09 P-29 P-30 P-31 P-34 P-35 P-36 P-37 P-40 P-41 P-42 P-46 P-47 P-48 P-49 2120019 P-51 P-52 P-54 P-61 P-74 P-81 P-90 P-92 2120207 2120113 2120571 P-38

Lluvia diaria

P90

1020729 1021800 1018613 1024100 1028994 1012560 1019644 1013541 1010242 999200 1003580 998377 992400 994730 1002200 998000 1001500 1005380 997550 979000 997682 1007180 999430 970891 1001915 976829 978751 967955 1007100 991780 992305 999100 1005635 1029595 1007468 1005710

1003513 1005320 1007000 1000725 1005739 1005068 1000578 999137 1005804 1004500 998480 990428 1016850 1002120 1002830 1005994 1001390 1004130 995080 1005800 1000642 992500 1002520 992331 988072 988920 992782 985648 1012850 999260 989998 981400 992335 1007127 997972 1003822

18.50 21.70 20.60 19.10 17.50 24.70 18.50 19.90 25.50 24.00 20.10 17.20 20.70 23.30 23.30 20.00 24.00 26.20 21.10 18.00 20.00 17.00 25.10 27.50 15.00 14.70 15.20 22.10 22.40 18.00 18.40 14.20 16.40 20.00 19.00 18.90

18.0 20.2 19.7 18.0 17.5 22.8 20.0 20.2 24.0 20.2 20.6 16.5 15.9 19.5 20.9 17.6 23.0 22.6 17.0 19.0 21.0 17.0 21.6 18.4 15.5 13.5 14.2 15.5 18.2 18.0 15.2 14.5 16.6 20.0 19.0 23.2

0.5 años 18.1 13.7 18.7 14.0 18.4 22.5 14.0 17.8 14.5 23.0 19.3 12.5 16.0 20.3 16.0 20.0 16.5 24.0 14.1 13.3 18.2 14.7 10.0 17.0 10.1 10.5 16.0 19.7 16.7 20.4 18.2 11.3 15.5 12.0 19.0 22.1

hP estimado (mm) [1]

[2]

[3]

20.4 22.5 21.8 20.8 19.7 24.3 20.4 21.3 24.8 23.9 21.4 19.5 21.8 23.5 23.5 21.4 23.9 25.2 22.1 20.0 21.4 19.4 24.6 26.0 17.9 17.7 18.1 22.7 22.9 20.0 20.3 17.3 18.9 21.4 20.7 20.7

17.9 20.9 19.9 18.5 16.8 23.4 17.9 19.3 24.1 22.9 19.5 16.5 20.0 22.3 22.3 19.4 22.9 24.6 20.4 17.4 19.4 16.3 23.7 25.5 13.8 13.5 14.1 21.3 21.6 17.4 17.8 12.8 15.6 19.4 18.4 18.3

16.7 18.7 18.2 16.7 16.2 20.8 18.5 18.6 21.6 18.6 19.0 15.2 14.5 18.0 19.2 16.3 20.9 20.6 15.7 17.6 19.3 15.7 19.8 17.0 14.1 11.7 12.6 14.1 16.9 16.7 13.8 13.0 15.3 18.5 17.6 21.0

117

Coordenadas Estación, período

Código

Lluvia diaria PI

P90

hP estimado (mm)

0.5 años 20.8 23.0 12.4 11.9 12.4 20.3 15.4 21.7 13.8 17.3 13.0 15.9 10.9 19.8 25.1 21.7 22.5 24.7 19.7 12.3 29.5 11.4 17.2 35.5 22.0 25.7 14.1 36.4

[1]

[2]

[3]

Lab Hormona, 60-90 P-02 1009880 1001620 23.00 21.0 23.3 Arrayán San Fco, 33-09 P29 998262 1005280 22.20 20.1 22.8 Tanque Jalisco, 57-91 P-45 996900 991500 14.60 14.7 17.6 Techo, 57-96 P-44 1005120 991300 12.50 14.6 16.0 Casa Bombas Salitre, 75-12 P-04 1009950 999770 20.80 21.7 21.9 Olarte ,90-96 P-91 983000 993850 12.80 15.4 16.3 Doña Juana, 91-11 2120630 993000 994000 13.50 15.8 16.8 Edif. Manuel Mejía, 81-03 2120115 1000925 1000295 20.70 21.4 21.8 La Picota, 80-12 2120156 994720 995620 20.50 16.4 21.7 La Ramada, 38-12 2120516 1012980 988640 21.00 16.5 22.0 El Muña, 66-03 2120561 994560 980700 13.50 15.3 16.8 Apostólica, 70-11 2120051 989800 981200 15.90 16.2 18.6 El Bosque, 66-11 2120085 986500 1000000 25.00 18.0 24.5 Apto El Dorado 2120579 1010773 993176 17.70 18.5 19.8 Edifico Himat, 97-05 2120160 1000191 1001162 21.90 24.1 22.6 Univ. Nacional, 97-05 2120622 1004316 999093 21.10 21.9 22.1 MMA Aire, 97-00 y 12-14 SDA1 1003121 1001122 20.90 25.0 22.0 Cen AR Aire, 97-00 y 12-14 SDA2 1003121 1001122 17.70 18.1 19.8 Cazucá Aire, 97-00 SDA3 1006571 999661 13.40 16.5 16.7 Olaya Aire, 97-00 SDA4 981587 988096 16.90 14.9 19.3 Nacional Aire, 97-00 SDA5 997466 997774 25.40 23.4 24.7 Escuela Aire, 97-00 SDA6 1004316 999093 31.10 34.9 28.0 Sony Aire, 97-00 SDA7 1020738 1003704 19.90 20.1 21.3 Santo Tomás Aire, 97-00 SDA8 999935 992096 27.90 27.4 26.2 Cade Aire, 97-00 SDA9 1006679 1002352 20.80 22.6 21.9 Corpas Aire, 97-00 SDA10 1002643 998834 23.80 21.4 23.8 Central Aire, 97-00 SDA11 1018404 998211 21.40 25.9 22.3 UniBosque Aire, 97-00 SDA12 993929 994031 24.40 24.4 24.1 PI = punto de inflexión P90 = percentil 90 0.5 años = período de retorno de 0.5 años [1] = valor estimado de PI de tormentas con tb = 6 horas a partir del valor de PI de lluvias diarias [2] = valor estimado de PI de tormentas con tb = adoptado a partir del valor de PI de lluvias diarias [3] = valor estimado de PI de tormentas con tb = adoptado a partir del valor de P90 de lluvias diarias

22.1 21.4 13.3 10.3 20.1 10.8 11.8 20.0 19.9 20.3 11.8 15.0 23.7 17.0 21.1 20.4 20.2 17.0 11.7 16.1 24.0 27.9 19.3 25.8 20.1 22.7 20.7 23.2

19.3 18.5 13.2 13.1 19.9 14.0 14.4 19.6 15.1 15.2 13.8 14.9 16.7 17.1 21.7 20.0 22.3 16.8 15.2 13.5 21.1 28.0 18.6 23.9 20.6 19.6 22.9 21.9

Tabla 61. Valores propuestos de hp para las estaciones disponibles con registro de lluvia diaria

Estación, período

Código

Escuela Col. Ing., 88-13 Torca, 90-13 Serrezuela, 90-13 Guaymaral, 66-14 La Caro, 90-13 Contador, 90-13 La Conejera, 90-13 Cerro Suba, 66-11 Usaquén Santa Ana, 29-13

2120605 2120077 P-78 2120559 P-79 P-11 P-95 P-01 P-09

Coordenadas E N 1020729 1003513 1021800 1005320 1018613 1007000 1024100 1000725 1028994 1005739 1012560 1005068 1019644 1000578 1013541 999137 1010242 1005804

hP (mm) 17.9 20.9 19.9 18.5 16.8 23.4 17.9 19.3 24.1

118

Estación, período

Código

Salitre Km9, 33-11 Camavieja, 75-13 Casablanca, 76-12 Choachí El Uval, 47-11 El Delirio, 33-13 El Granizo, 47-11 El Verjón, 46-11 San Diego, 46-11 San Luis, 36-12 Santa Lucía, 56-12 Une, 47-11 Vitelma, 41-11 Fontibón, 55-11 Guadalupe, 87-11 Bocagrande Salitre, 41-11 Bosa Barreno, 42-12 El Hato, 28-11 La Regadera, 70-11 Los Tunjos, 89-11 Socha, 90-11 Juan Rey, 89-12 Quiba, 90-12 La Huertas, 90-11 Saucedal II, 90-12 Almaviva, 73-97 Jardín Botánico, 57-05 La Vieja, 58-90 Lab Hormona, 60-90 Arrayán San Fco, 33-09 Tanque Jalisco, 57-91 Techo, 57-96 Casa Bombas Salitre, 75-12 Olarte ,90-96 Doña Juana, 91-11 Edif. Manuel Mejía, 81-03 La Picota, 80-12 La Ramada, 38-12 El Muña, 66-03 Apostólica, 70-11 El Bosque, 66-11 Apto El Dorado Edifico Himat, 97-05 Univ. Nacional, 97-05 MMA Aire, 97-00 y 12-14 Cen AR Aire, 97-00 y 12-14 Cazucá Aire, 97-00 Olaya Aire, 97-00 Nacional Aire, 97-00 Escuela Aire, 97-00

P-29 P-30 P-31 P-34 P-35 P-36 P-37 P-40 P-41 P-42 P-46 P-47 P-48 P-49 2120019 P-51 P-52 P-54 P-61 P-74 P-81 P-90 P-92 2120207 2120113 2120571 P-38 P-02 P29 P-45 P-44 P-04 P-91 2120630 2120115 2120156 2120516 2120561 2120051 2120085 2120579 2120160 2120622 SDA1 SDA2 SDA3 SDA4 SDA5 SDA6

Coordenadas E N 999200 1004500 1003580 998480 998377 990428 992400 1016850 994730 1002120 1002200 1002830 998000 1005994 1001500 1001390 1005380 1004130 997550 995080 979000 1005800 997682 1000642 1007180 992500 999430 1002520 970891 992331 1001915 988072 976829 988920 978751 992782 967955 985648 1007100 1012850 991780 999260 992305 989998 999100 981400 1005635 992335 1029595 1007127 1007468 997972 1005710 1003822 1009880 1001620 998262 1005280 996900 991500 1005120 991300 1009950 999770 983000 993850 993000 994000 1000925 1000295 994720 995620 1012980 988640 994560 980700 989800 981200 986500 1000000 1010773 993176 1000191 1001162 1004316 999093 1003121 1001122 1006571 999661 981587 988096 997466 997774 1004316 999093 1020738 1003704

hP (mm) 22.9 19.5 16.5 20.0 22.3 22.3 19.4 22.9 24.6 20.4 17.4 19.4 16.3 23.7 25.5 13.8 13.5 14.1 21.3 21.6 17.4 17.8 12.8 15.6 19.4 18.4 18.3 22.1 21.4 13.3 12.5 20.1 12.5 12.5 20.0 19.9 20.3 12.5 15.0 23.7 17.0 21.1 20.4 20.2 17.0 12.5 16.1 24.0 27.9

119

EstaciĂłn, perĂodo

CĂłdigo

Sony Aire, 97-00 Santo TomĂĄs Aire, 97-00 Cade Aire, 97-00 Corpas Aire, 97-00 Central Aire, 97-00 UniBosque Aire, 97-00

SDA7 SDA8 SDA9 SDA10 SDA11 SDA12

Coordenadas E N 999935 992096 1006679 1002352 1002643 998834 1018404 998211 993929 994031 1012515 1005050

hP (mm) 19.3 25.8 20.1 22.7 20.7 23.2

A partir de la Figura 39 es posible obtener, para cualquier sitio de la ciudad, una profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo mediante las coordenadas cartesianas en sistema Magna Colombia BogotĂĄ. En esta figura se evidencia la variabilidad de la precipitaciĂłn en BogotĂĄ, la cual tiene una magnitud mayor en la parte nororiental de la ciudad y disminuye gradualmente hacia la regiĂłn sur occidental del perĂmetro urbano. Esto resulta concordante con la geografĂa de la ciudad, cuyo lĂmite oriental se encuentra definido por una cadena montaĂąosa, la cual afecta de forma relevante la variabilidad y el rĂŠgimen hidrolĂłgico de la misma (IDEAM, 2004).

Figura 39. Mapa de distribuciĂłn espacial de hp propuesto para la ciudad de BogotĂĄ

EstimaciĂłn aproximada de (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) a partir de las curvas IDF Para propĂłsitos de normalizaciĂłn en relaciĂłn con SUDS en el sistema de drenaje de la ciudad, se hace necesario disponer de un procedimiento alternativo para la estimaciĂłn de hp basado en informaciĂłn oficial distrital. En relaciĂłn con Planes Parciales de Desarrollo, la norma aprobada en junio de 2017 (Molina, comunicaciĂłn personal) indica que se debe â&#x20AC;&#x153;retener, detener o infiltrar el volumen de diseĂąo de escorrentĂa para un evento de lluvia de 6 horas y perĂodo de retorno de 5 aĂąos al interior de la unidad de actuaciĂłn urbanĂstica en un tiempo mĂnimo de 18 horasâ&#x20AC;?. AdemĂĄs, para el resto de la ciudad se indica que el volumen a tratar corresponde al 30% del anterior volumen. En consecuencia, a 120

continuaciĂłn se presenta una aproximaciĂłn basada en las curvas Intensidad-DuraciĂłn-Frecuencia (IDF) de la ciudad para estimar hp y las profundidades de lluvia del anterior evento. Las curvas IDF actualizadas (Ingetec S.A., 2015) tienen la siguiente ecuaciĂłn: đ??ź=

đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; + đ?&#x2018;&#x201C;

(9)

Donde I = Intensidad de lluvia (mm/hr), T = PerĂodo de retorno (aĂąos), D = duraciĂłn del evento de lluvia (minutos) y c, m, e y f son coeficientes propios de cada estaciĂłn pluviogrĂĄfica. En la Tabla 62 se presentan los valores de estos coeficientes para las estaciones analizadas por Ingetec S.A. (2015). Tabla 62. Valores de coeficientes de las curvas IDF

Nombre

CĂłdigo

Arrayan San San Rafael El Delirio El Hato San Diego El VerjĂłn Cerros de El Granizo San Luis La CabaĂąa ApostĂłlica Santa LucĂa Laboratorios Tanque GuaranĂ Contador La Vieja El Bosque Santa Teresa UsaquĂŠn Ed. M. MejĂa Bosa Barreno La Picota Edificio Himat El Fute San Jorge Tabio Salitre Casa Casablanca Guadalupe Socha La MarĂa

2120008 2120011 2120013 2120020 2120023 2120024 2120031 2120032 2120040 2120050 2120051 2120052 2120058 2120059 2120060 2120065 2120066 2120085 2120103 2120111 2120115 2120154 2120156 2120160 2120166 2120172 2120188 2120196 2120197 2120198 2120199 2120201

Coordenadas Este Norte 1004500 999200 1010827 1011164 1002120 994730 989200 976700 1001390 1001500 1005994 998000 1001581 1016693 1002830 1002200 1004100 1005350 1014524 1018537 981235 990892 995075 997525 1001581 1009321 991500 996900 975683 981679 1004850 1012890 1003822 1005710 999732 987204 1016375 1007479 1005800 1010480 999732 1001948 988000 1001000 994183 996419 1001581 1000105 977538 1000109 986784 990891 999732 1036966 1001581 1007478 990500 997400 1002520 999430 1012850 1007100 1002050 991750

c 1597.99 24262.95 1394.67 219.88 1628.1 1015 3375.5 3204.5 973.8 1282.9 766.4 997.7 3649.9 208.1 584 4721.4 1334.5 328.7 719.3 3184 1890.1 1511.9 184.8 1219.4 610 1326 1129.7 2235 1149.5 849.5 100.4 1131.2

ParĂĄmetros e f 0.89 13.31 1.39 690.26 0.9 13.94 0.69 2.54 0.91 12.5 0.82 14 1.06 33.8 0.98 34.7 0.83 4.1 1 15.8 0.89 5.3 0.91 9.4 1.04 42.6 0.72 -2.8 0.74 3.5 1.11 41.4 0.87 5.5 0.73 0.7 0.9 5.3 1.04 33.1 1.02 22.2 0.99 24.6 0.64 -1.6 0.86 9 0.93 1.3 1 23.9 0.94 6.4 1.01 19.3 0.95 14 0.82 3.2 0.44 -0.3 0.86 11.5

m 0.14 0.25 0.19 0.19 0.13 0.171 0.14 0.124 0.162 0.241 0.196 0.181 0.128 0.266 0.196 0.154 0.159 0.231 0.203 0.173 0.191 0.143 0.194 0.173 0.275 0.223 0.209 0.152 0.177 0.166 0.197 0.27

121

Nombre

CĂłdigo

Serrezuela La Meseta Juan Rey Quiba Olarte Saucedal II La Conejera Los Tunjos Las Huertas La Regadera La Ramada Obs. Vitelma La Caro Techo TibaitatĂĄ Tibitoc FontibĂłn Venado de Guaymaral Represa Camavieja JardĂn Granja San Base aĂŠrea Aeropuerto El Granja Esc. Col. de Radio Sonda Universidad DoĂąa Juana Planta Chipaque Choachi - El Une Llano Largo La Bolsa

2120202 2120203 2120204 2120205 2120206 2120207 2120208 2120210 2120211 2120509 2120516 2120523 2120524 2120531 2120538 2120542 2120545 2120547 2120558 2120559 2120561 2120569 2120571 2120572 2120577 2120579 2120598 2120605 2120613 2120622 2120630 2120642 3502005 3502024 3502042 3502505 3502506

Coordenadas Este Norte 1007000 1018600 984200 991750 999260 991780 989500 992800 993850 983000 992000 1006400 1000500 1019500 985648 967955 981400 999100 993289 978730 988637 1013008 997882 1003791 1000600 997540 1005790 1029050 991300 1005120 984938 1011165 1012671 1042497 992250 1010000 1001581 1000105 999732 1024065 981236 994578 998250 1003600 997883 1009321 986784 990891 979392 1014852 992335 1013007 986789 1022223 1003430 1020379 992335 1011164 997882 1003791 990483 989048 1007000 1010300 1003700 983000 1016850 992400 1005800 979000 1005281 987204 1008980 996420

c 1239.2 12873.3 4877.9 1289 2758.3 571.5 4346.4 828.8 964.2 326.2 1111.7 5449.5 2649.8 2819.4 2944.6 1675.1 2423.1 2024.4 3257 1251.2 1206.2 2514.1 1788.4 1788.4 1564.7 2937.4 1835.5 4407.7 1345.2 1968.6 1824 3171.8 522.8 366.8 233.3 231.4 374.4

ParĂĄmetros e f 0.89 11.8 1.37 255.3 1.2 81.5 0.97 25.2 1.14 31 0.8 1.1 1.15 54.4 0.91 15.6 0.98 14.1 0.76 1.8 0.91 2.5 1.15 60.9 1.03 30.8 1.08 37.6 1.14 41.7 1.01 14.9 0.99 48.9 1.02 19.8 1.06 40.9 0.95 15.7 0.99 23.9 1.05 24.5 0.97 11.5 0.97 11.5 1.04 21.7 1.09 33.9 0.99 18 1.1 61.1 0.95 11.3 1 16.8 1.04 30 1.1 40.4 0.82 7.2 0.75 1.6 0.66 0.8 0.65 1.6 0.73 3.7

m 0.2 0.27 0.23 0.143 0.273 0.244 0.185 0.201 0.212 0.112 0.258 0.14 0.175 0.187 0.205 0.177 0.188 0.187 0.153 0.184 0.172 0.189 0.205 0.205 0.204 0.165 0.151 0.212 0.215 0.147 0.215 0.19 0.196 0.193 0.185 0.186 0.204

Para las estaciones comunes de la Tabla 61 y la Tabla 62 ubicadas dentro o en la cercanĂa del perĂmetro urbano de la ciudad de BogotĂĄ, se establecieron relaciones entre hp y la profundidad de lluvia (mm) para diferentes perĂodos de retorno y duraciones, hT,D, donde: â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2021;,đ??ˇ = [

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2021; đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇ ][ ] đ?&#x2018;&#x2019; đ??ˇ + đ?&#x2018;&#x201C; 60

(10)

122

Donde T = Período de retorno (años), D = duración del evento de lluvia (minutos) y c, m, e y f son coeficientes propios de cada estación pluviográfica. Así pues, se determinó que la máxima correlación (con un coeficiente de determinación R2 de 0.692) entre hp y hT,D se obtiene con un período de retorno (T) de 1.2 años y una duración (D) de 360 minutos (6 horas). En la Tabla 63 se muestran las estaciones con valores de hpy de h1.2,360, cuya relación se presenta en la Figura 40, la cual se puede representar mediante la siguiente ecuación: hp = 10.19 ln[h1.2,360] – 16.785 Tabla 63. Valores de hp, h1.2,360 y hp estimado

Nombre Arrayan San El Delirio El Hato San Diego El Verjón Cerros de Suba El Granizo San Luis Santa Lucía Lab Hormona Tanque Jalisco Contador La Vieja Usaquén Santa Ana Ed. M. Mejía Bosa Barreno La Picota Edificio Himat Salitre Casa Bombas Casablanca Guadalupe Serrezuela Juan Rey Quiba Olarte Saucedal II La Conejera Las Huertas La Regadera La Ramada Vitelma La Caro Techo Fontibón Guaymaral Represa

hp 21.4 22.3 13.5 22.9 19.4 19.3 22.3 24.6 20.4 22.1 13.3 23.4 18.3 24.1 20 13.8 19.9 21.1 20.1 16.5 23.7 19.9 17.4 17.8 12.5 15.6 17.9 12.8 14.1 20.3 19.4 16.8 12.5 16.3 18.5 12.5

h1.2,360 (mm) 48.76 40.52 22.54 44.57 45.27 38.03 55.44 44.10 27.95 45.00 19.72 39.95 47.65 40.35 27.49 25.58 27.58 45.24 34.37 25.24 41.05 38.52 24.42 24.28 20.42 32.00 29.16 18.00 22.33 32.60 35.66 28.50 21.27 29.59 27.34 20.55

hp estimado 22.82 20.94 14.96 21.91 22.07 20.29 24.13 21.80 17.15 22.00 13.60 20.79 22.59 20.89 16.98 16.25 17.02 22.06 19.26 16.11 21.07 20.42 15.78 15.72 13.95 18.53 17.59 12.67 14.86 18.72 19.63 17.35 14.37 17.73 16.93 14.02

123

Nombre Camavieja Jardín Botánico Aeropuerto El Dorado Esc. Col. Ingeniería Universidad Nacional Doña Juana

19.5 18.4 17 17.9 20.4 12.5

h1.2,360 (mm) 30.75 35.56 28.14 38.74 32.20 23.44

hp estimado 18.13 19.61 17.22 20.48 18.59 15.36

hp (mh)

10 y = 10.19ln(x) - 16.785 R² = 0.6922 5

0 0

30 h1.2,360 (mm)

Figura 40. Relación entre h1.2,360 y hWQCV para las estaciones disponibles

En la Figura 41se muestra la bondad de ajuste del procedimiento propuesto.

124

hp (mm)

15 y = 1x + 0.0008 RÂ˛ = 0.6922 10

0 0

15 hp estimado (mm)

Figura 41. Bondad de ajuste del procedimiento propuesto

En consecuencia, el procedimiento para estimar hp a partir de las curvas IDF es el siguiente: -

Estimar h1.2,360 para la estaciĂłn pluviogrĂĄfica de la EAB mĂĄs cercana al sitio de interĂŠs que cuente con curvas IDF (Ingetec S.A., 2015), o alternativamente estimarla con la regionalizaciĂłn por cuadrantes de la EAB de las curvas IDF. Para el caso de una estaciĂłn pluviogrĂĄfica especĂfica usar la EcuaciĂłn (11), con los valores de los parĂĄmetros c, m, e y f propios de la estaciĂłn. â&#x201E;&#x17D;1.2,360 = [

đ?&#x2018;?(1.2)đ?&#x2018;&#x161; 360 ][ ] đ?&#x2018;&#x2019; (360) + đ?&#x2018;&#x201C; 60

(11)

Transformar h1.2,360 a hp mediante la siguiente ecuaciĂłn: â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = 10.19đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x203A;[â&#x201E;&#x17D;1.2,360 ] â&#x2C6;&#x2019; 16.785

(12)

Donde hp = Profundidad de lluvia (mm) y â&#x201E;&#x17D;1.2,360 = Profundidad de lluvia con un periodo de retono de1.2 aĂąos y una duraciĂłn de 360 minutos (mm). Por otro lado, en la Tabla 64 se muestran los valores de la profundidad de lluvia correspondiente al evento de 6 horas de duraciĂłn y perĂodo de retorno de 5 aĂąos (definido para los Planes Parciales de Desarrollo), y se comparan con los valores de hp. En la Figura 42. h5,360 vs. hWQCV se muestra la relaciĂłn entre h5,360 y hp. Puede observarse que estos valores corresponden a mĂĄs del doble de los correspondientes a hp. 125

Tabla 64. Valores de hp, h5,360 y hp/h5,360

Nombre Arrayan San El Delirio El Hato San Diego El Verjón Cerros de El Granizo San Luis Santa Lucía Laboratorios Tanque Contador La Vieja Usaquén Ed. M. Mejía Bosa Barreno La Picota Edificio Himat Salitre Casa Casablanca Guadalupe Serrezuela Juan Rey Quiba Olarte Saucedal II La Conejera Las Huertas La Regadera La Ramada Vitelma La Caro Techo Fontibón Guaymaral Represa Camavieja Jardín Aeropuerto El Esc. Col. de Universidad Doña Juana

h5,360 (mm)

21.4 22.3 13.5 22.9 19.4 19.3 22.3 24.6 20.4 22.1 13.3 23.4 18.3 24.1 20 13.8 19.9 21.1 20.1 16.5 23.7 19.9 17.4 17.8 12.5 15.6 17.9 12.8 14.1 20.3 19.4 16.8 12.5 16.3 18.5 12.5 19.5 18.4 17 17.9 20.4 12.5

59.54 53.15 29.56 53.65 57.78 46.44 66.18 55.57 36.19 54.02 28.82 49.77 59.78 51.65 36.10 31.37 36.37 57.91 42.70 32.49 52.02 51.24 33.91 29.78 30.15 45.33 37.98 24.36 26.20 47.11 45.77 37.22 28.49 38.64 35.55 26.27 40.28 47.65 35.62 52.42 39.71 31.86

hp/h5,360 0.36 0.42 0.46 0.43 0.34 0.42 0.34 0.44 0.56 0.41 0.46 0.47 0.31 0.47 0.55 0.44 0.55 0.36 0.47 0.51 0.46 0.39 0.51 0.60 0.41 0.34 0.47 0.53 0.54 0.43 0.42 0.45 0.44 0.42 0.52 0.48 0.48 0.39 0.48 0.34 0.51 0.39

126

hWQCV

10 y = 10.669ln(x) - 21.194 R² = 0.65624

0 0

h5,,360

Figura 42. h5,360 vs. hWQCV

Adicionalmente, en la Tabla 65 se presentan los valores correspondientes al 30% de h5,360 y se comparan con los respectivos de hp. De forma similar, en la Figura 43 se comparan estas dos variables. En este caso, el 30% de h5,360 corresponde aproximadamente al 70% de hp. Tabla 65. Valores del 30% de h5,360

Nombre Arrayan San El Delirio El Hato San Diego El Verjón Cerros de El Granizo San Luis Santa Lucía Laboratorios Tanque Contador

hp 21.4 22.3 13.5 22.9 19.4 19.3 22.3 24.6 20.4 22.1 13.3 23.4

0.3 h5,360 (mm) 17.86 15.94 8.87 16.10 17.33 13.93 19.85 16.67 10.86 16.20 8.65 14.93

hp/0.3h5,360 1.20 1.40 1.52 1.42 1.12 1.39 1.12 1.48 1.88 1.36 1.54 1.57

127

Nombre La Vieja Usaquén Ed. M. Mejía Bosa Barreno La Picota Edificio Himat Salitre Casa Casablanca Guadalupe Serrezuela Juan Rey Quiba Olarte Saucedal II La Conejera Las Huertas La Regadera La Ramada Vitelma La Caro Techo Fontibón Guaymaral Represa Camavieja Jardín Aeropuerto El Esc. Col. de Universidad Doña Juana

hp 18.3 24.1 20 13.8 19.9 21.1 20.1 16.5 23.7 19.9 17.4 17.8 12.5 15.6 17.9 12.8 14.1 20.3 19.4 16.8 12.5 16.3 18.5 12.5 19.5 18.4 17 17.9 20.4 12.5

0.3 h5,360 (mm) 17.94 15.49 10.83 9.41 10.91 17.37 12.81 9.75 15.61 15.37 10.17 8.93 9.05 13.60 11.39 7.31 7.86 14.13 13.73 11.17 8.55 11.59 10.67 7.88 12.08 14.29 10.68 15.73 11.91 9.56

hp/0.3h5,360 1.02 1.56 1.85 1.47 1.82 1.21 1.57 1.69 1.52 1.29 1.71 1.99 1.38 1.15 1.57 1.75 1.79 1.44 1.41 1.50 1.46 1.41 1.73 1.59 1.61 1.29 1.59 1.14 1.71 1.31

128

hWQCV

y = 10.669ln(x) - 8.3486 R² = 0.65624

0 0

30% de h5,,360

Figura 43. 0.3h5,360 vs. hWQCV

Caudal de diseño asociado a un periodo de retorno Para el diseño de las tipologías de SUDS, especialmente aquellas que retienen un volumen importante de escorrentía, se suele utilizar el volumen de tratamiento para dimensionar las principales estructuras de estos sistemas, con el fin de asegurar un tiempo de retención que favorezca el tratamiento del agua y por lo tanto incremente su calidad. Sin embargo, dado que existen estructuras e incluso tipologías que dependen directamente de los caudales extremos de escorrentía, se requiere en muchos casos conocer los caudales pico asociados a un periodo de retorno específico. En este contexto, uno de los métodos más implementado para definir estos caudales corresponde a las curvas de Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF). Estas curvas relacionan la intensidad de un evento de precipitación con su duración y el periodo de retorno (frecuencia) con que ocurren los eventos de cierto tipo. Las curvas se obtienen a partir de un análisis de frecuencia que parte de un registro histórico de precipitación, en el que se seleccionan las intensidades más fuertes de cada año. Teniendo en cuenta esta información, se obtienen varias curvas que presentan la relación entre intensidad y duración, para diferentes periodos de retorno. Específicamente para el diseño de SUDS, los rangos de periodos de retorno recomendados para cada tipología varían en cada guía de diseño. Así pues, existen recomendaciones de periodos de retorno en diferentes guías y manuales internacionales de 5, 10 y 100 años para el dimensionamiento de una misma estructura. Dado que el desarrollo de las curvas IDF requiere de un amplio registro histórico 129

de información pluviográfica, se recomienda utilizar las curvas que desarrolló la EAB en conjunto con INGETEC, en las cuales se desarrolló el análisis para periodos de retorno de 3, 5, 10, 25, 50 y 100 años. Estas curvas se desarrollaron para un total de 70 estaciones meteorológicas, de manera que se cuenta con información en diferentes puntos de la ciudad. Es necesario aclarar que, si se cuenta con curvas IDF más recientes, se debe hacer uso de las mismas. Así pues, a continuación se presenta la estructura general de las curvas IDF de la EAB: 𝐼=

𝑐 𝑇𝑚 𝐷𝑒 + 𝑓

(13)

Donde 𝐼 = Intensidad de lluvia (mm/hr), 𝑇 = Periodo de retorno (años), 𝐷 = Duración del evento (min) y 𝑐, 𝑚, 𝑒, 𝑓 = Coeficientes dependientes de la estación de medición. Tal como se describe previamente, en el cálculo del volumen de tratamiento para los caudales con un periodo de retorno la EAB recomienda la aplicación de la fórmula racional (ver Ecuación (14)). Para aplicar la fórmula se debe desarrollar un análisis ponderado por áreas y coeficientes de escorrentía asociados a cada una de las áreas. En este sentido, en zonas con variaciones grandes de precipitación también se pueden ponderar las áreas con diferentes regímenes de lluvia. 𝑄𝑏 = 𝐶𝑖𝑏 𝐴

(14)

Donde 𝑄𝑏 = Caudal para un periodo de retorno 𝑏 (m3), 𝐴 = Área de drenaje (m2), 𝑖𝑏 = Intensidad de lluvia (m/s), y 𝐶 = Coeficiente de escorrentía del terreno.

130

5. TIPOLOGÍAS DE SUDS En los capítulos previos, se han descrito los procedimientos para seleccionar los sitios de implementación más adecuados y determinar las tipologías aptas en estos sitios. Adicionalmente, en el Capítulo 3 se detalló la metodología para el diseño hidrológico de las estructuras de SUDS. Estos procedimientos aplican para todas las tipologías, bien sea por medio del volumen de calidad de agua (WQCV) o por medio de eventos para ciertos periodos de retorno. Sin embargo, cada tipología de SUDS tiene características propias a nivel estructural, funcional y de operación. Por esta razón, en el presente capítulo se resume la información particular para cada estructura de drenaje; ésta incluye una descripción general de la tipología, el procedimiento del diseño hidrológico, la metodología de diseño recomendada y un ejemplo de predimensionamiento aplicando la metodología de diseño. Ahora bien, es importante resaltar que en este documento únicamente se encuentra información sobre las siete tipologías definidas como más aplicables en Bogotá. No obstante, existen otros SUDS como los humedales artificiales, pondajes húmedos y filtros de arena, que pueden ser beneficiosos para ciertas condiciones de un sitio de implementación. En ese caso se recomienda revisar la información disponible en otras guías y manuales internacionales específicos para estas tipologías.

Alcorques inundables Descripción Los alcorques inundables son sistemas de apariencia similar a los árboles que se disponen en los andenes, pero presentan un conjunto de modificaciones que los hacen adecuados para el manejo de la escorrentía. Estas modificaciones tienen el objetivo de incrementar la habilidad del árbol para reducir la escorrentía y proveer condiciones para que éste pueda soportar problemas asociados a las inundaciones y la interacción con estructuras circundantes. Por este motivo, en los alcorques inundables se disponen suelos modificados que están en capacidad de almacenar la escorrentía y permitir la expansión de las raíces. A su vez, como parte de la implementación de este sistema se instalan mecanismos para canalizar y dirigir la escorrentía al alcorque (ver Figura 44). Un alcorque inundable se compone de una caja de concreto prefabricada que suele tener un revestimiento o concreto en el fondo si no se busca infiltrar agua en el suelo con el alcorque. A su vez, incluye un sistema de drenaje para dirigir la escorrentía fuera del alcorque compuesto por una tubería perforada subterránea, necesaria cuando se tiene una baja tasa de infiltración. Adicionalmente, se utiliza una tubería de rebose para manejar la escorrentía generada en eventos de mayor magnitud al evento de diseño, para evitar que el nivel de agua encharcada sobrepase la altura recomendada. Un componente fundamental corresponde al suelo modificado, que consiste en una mezcla de grava y arena con tierra vegetal y compost. Para el correcto funcionamiento de este componente es necesario desarrollar pruebas con el fin de determinar que la tasa de infiltración y la capacidad de almacenamiento de agua sean adecuadas para los requerimientos del lugar. Así mismo, en esta estructura se incluye un árbol o un arbusto, una rejilla para proteger el árbol, disipadores de energía en los puntos de entrada de la escorrentía y una zona disponible para el almacenamiento temporal de agua (ver Figura 45 y Figura 48). La disposición de un mantillo puede retrasar el crecimiento de yerbas no deseadas y contribuir a la filtración de la escorrentía.

131

Figura 44. Alcorque inundable con sistema de canalización de escorrentía a la entrada. Fuente: (Steed, 2012)

Se pueden diferenciar tres tipos de alcorques inundables. En el primero, la salida se da a través de una tubería de rebose; en el segundo se hace uso de un sistema de drenaje para la evacuación del agua y en el último, se promueve la infiltración profunda y recarga de aguas subterráneas. Existen algunas variaciones como el uso de suelo estructural, que es un tipo de suelo modificado con una capacidad portante adecuada para las cargas que se presentan en los andenes. La implementación de éste permite prescindir del cajón de concreto y hace posible que las raíces tengan espacio adicional disponible para su expansión. Sin embargo, en este caso pueden producirse fallas a causa de una inadecuada instalación del suelo estructural o por falta de mantenimiento. La reducción de la escorrentía y los cambios en su calidad son producto de procesos asociados al árbol o arbusto del alcorque y al suelo donde la escorrentía puede ser almacenada. Típicamente la escorrentía superficial es dirigida, en primer lugar, a una rejilla donde se interceptan los residuos de gran tamaño; no obstante, la escorrentía puede entrar lateralmente a la estructura. En algunos casos, como se presenta en la primera imagen de la Figura 46, la escorrentía es conducida al alcorque a través de sumideros convencionales, los cuales deben estar diseñados de acuerdo con la norma NS 047 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá, en donde puede realizarse pretratamiento del agua dado que se promueve la sedimentación de las partículas antes de que el agua ingrese al alcorque. Posteriormente, la escorrentía es almacenada en el suelo donde ocurren procesos de filtración, adsorción y biodegradación. Finalmente, si se tienen las condiciones adecuadas, el 132

volumen de agua es infiltrado. En caso contrario, la escorrentía es detenida temporalmente y dirigida al sistema de drenaje convencional o a otra tipología de SUDS a partir de tuberías perforadas. Por otra parte, a través de procesos como la interceptación y la evapotranspiración el árbol reduce el volumen de escorrentía.

Figura 45. Alcorque inundable. Fuente: (Neponset River Watershed Association, 2004)

Estos sistemas son adecuados para zonas altamente urbanizadas, donde hay poco espacio disponible para su instalación (ver Figura 47). A su vez, los alcorques inundables tienen un mejor desempeño si se implementan en serie; además, como se conectan directamente con áreas impermeables, pueden ser útiles como parte del pretratamiento de un tren de SUDS. Sin embargo, si se tienen pendientes muy altas o grandes áreas de drenaje, no se recomienda el uso de estos sistemas puesto que la velocidad y el volumen de escorrentía pueden afectar la capacidad del alcorque para capturar e infiltrar el agua. Cabe resaltar que este tipo de estructuras suelen estar conectadas por una tubería de

133

rebose al sistema de alcantarillado, con el fin de evitar encharcamientos en eventos superiores a la lluvia de diseño de la tipología.

Figura 46. Alcorques inundables con entradas laterales de escorrentía. Fuente: (Iorio, 2013)

Figura 47. Alcorques inundables localizados en un corredor comercial. Fuente: (Marritz, 2013)

134

DiseĂąo hidrolĂłgico Los alcorques inundables se diseĂąan a partir del volumen de calidad de agua đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? , que puede obtenerse por medio de tres variables resumidas en la Tabla 66 (ver CapĂtulo 3). En primer lugar, se debe calcular la profundidad de lluvia propia de la zona de intervenciĂłn y el ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Como se describe en la secciĂłn 4.1.3, la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) es el resultado de un anĂĄlisis hidrolĂłgico de mĂşltiples series de precipitaciĂłn. En la presente guĂa se incluyen los resultados del anĂĄlisis realizado para diferentes estaciones distribuidas espacialmente en la ciudad de BogotĂĄ. De esta forma, la profundidad de lluvia puede ser determinada mediante la localizaciĂłn espacial del sitio de implementaciĂłn (coordenadas geogrĂĄficas), en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de Alcorques Inundables anexa a la guĂa. Tabla 66. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de alcorques inundables

Variable

DefiniciĂłn Ă rea que aporta escorrentĂa a los alcorques Ă rea tributaria (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) inundables Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (đ??ś) permeabilidad de la superficie Profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo Profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) especĂfica para el sitio de implementaciĂłn

En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje del alcorque inundable. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como sumideros, cunetas, redes de alcantarillado y demĂĄs elementos que puedan definir el flujo del agua. En tercer lugar, el coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ dado segĂşn el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. De esta forma, se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. vĂas, zonas verdes, techos, andenes y parques) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la escorrentĂa real que es producida. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la Norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn el tipo de cobertura. Por Ăşltimo, el volumen de calidad se define mediante la EcuaciĂłn (15). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś

(15)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (mm) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria del alcorque inundable (m2).

135

Diagrama de referencia

Figura 48. Diagrama esquemático de una estructura de un alcorque inundable.

136

Metodología adaptada para alcorques de “Bioretention”, Delaware (2014) Dimensionamiento Los alcorques tienen como objetivo regular la infiltración de eventos de precipitación de poca magnitud. Sin embargo, también pueden emplearse para almacenar la escorrentía de eventos asociados a diferentes periodos de retorno (i.e. 10 años), para lo cual se implementan alcorques en serie que permitan manejar mayor volumen de escorrentía. Esta metodología presenta el diseño de zonas de bio-retención que pueden incluir árboles. No obstante, los parámetros de diseño se enfocan en alcorques pues es posible comprobar qué porcentaje del volumen a tratar es manejado por la estructura. La metodología presenta los pasos que requiere el diseño de las estructuras, diferentes criterios de viabilidad de las zonas de instalación, la geometría, el área superficial de la estructura y la profundidad de la cuenca. Finalmente, con base en el volumen total de calidad, se realiza una comprobación de diseño para conocer qué porcentaje de este volumen puede ser tratado por la estructura. Comprobación del dimensionamiento En la Figura 49 se ilustra el procedimiento de comprobación de diseño de las variables involucradas en el dimensionamiento de la estructura. Dicho proceso se explica a continuación con más detalle.

137

Figura 49. Procedimiento propuesto para la comprobación de diseño de las variables del dimensionamiento

138

Se parte de la profundidad del sustrato, cuyo valor recomendado es mĂnimo de 0.6 m y de 0.10 m bajo el cepellĂłn, y del tiempo de vaciado del filtro (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; ), para el que se recomienda un valor de 12 horas. Con esta profundidad, la permeabilidad del sustrato (đ?&#x2018;&#x2DC;), cuyo valor tĂpico es 70 mm/h, y la porosidad efectiva del sustrato (đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; ), cuyo valor tĂpico es 40%, se comprueba la relaciĂłn entre el ĂĄrea superficial de la parte superior del sustrato (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; ) y el ĂĄrea superficial de la parte mĂĄs baja del ĂĄrea de encharcamiento (đ??´đ?&#x2018; ), segĂşn la EcuaciĂłn (16). Dicha relaciĂłn se debe cumplir con el fin de proporcionar suficiente ĂĄrea superficial al sustrato, la cual permitirĂĄ que la estructura drene en un tiempo establecido. Cabe aclarar que las ĂĄreas correspondientes al ĂĄrea superficial de la parte superior del sustrato (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; ), el ĂĄrea superficial de la parte mĂĄs baja del ĂĄrea de encharcamiento (đ??´đ?&#x2018; ) y el ĂĄrea superficial a la mĂĄxima profundidad de encharcamiento (đ??´đ?&#x2018;&#x201C; ), pueden ser iguales (ver Figura 48). Sin embargo, en algunos casos, pueden presentarse variaciones de tal modo que el fondo del ĂĄrea de encharcamiento puede ser hasta dos veces mĂĄs grandes que el sustrato. A su vez, la parte superior del ĂĄrea de encharcamiento puede ser mayor a la del fondo en caso de que el borde lateral del cajĂłn no sea vertical. đ??´đ?&#x2018; â&#x2030;¤ 2 â&#x2C6;&#x2122; đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;

(16)

Donde đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial de la parte de mĂĄs baja del ĂĄrea de encharcamiento (m2 ) , đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; = Ă rea superficial de la parte superior del sustrato (m2 ). La mĂĄxima profundidad de encharcamiento (d) debe estar entre 15 y 30 cm y, si existe pretratamiento, se debe considerar el volumen almacenado en prĂĄcticas de pretratamiento (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ą ). Con base en la profundidad de la capa de drenaje, se procede a calcular el volumen tratado (V) de acuerdo con la EcuaciĂłn (17). En caso de que no se incluya drenaje, el valor de (dc) y (ng) serĂĄn tomados como cero en esta ecuaciĂłn. Por otra parte, sĂ se desea proveer una mayor protecciĂłn a la capa de drenaje y para evitar el lavado del sustrato se puede utilizar una capa filtrante intermedia, la cual se diseĂąa como la capa filtrante de una zona de bio-retenciĂłn (Ver secciĂłn 5.4) con una profundidad mĂnima de 5 cm. Es necesario resaltar que el dimensionamiento de esta estructura estĂĄ sujeto a las condiciones de nivel freĂĄtico existentes, pues todas las capas deben poder localizarse por encima del nivel freĂĄtico, para favorecer el crecimiento y desarrollo del ĂĄrbol. đ?&#x2018;&#x2030; = đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2122; (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; ) +

đ??´đ?&#x2018;&#x201C; + đ??´đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ą 2

(17)

Donde đ?&#x2018;&#x2030; = Volumen tratado (m3 ), đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; = Ă rea superficial de la parte superior del sustrato (m2 ), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; = Profundidad del sustrato (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; = Porosidad efectiva del sustrato (%), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? = Profundidad de capa de drenaje y de capa de almacenamiento de grava (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad efectiva de la capa de grava (%), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial de la parte de mĂĄs baja del ĂĄrea de encharcamiento (m2 ), đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea superficial a la mĂĄxima profundidad de encharcamiento (m2 ), đ?&#x2018;&#x2018;= MĂĄxima profundidad de encharcamiento (m) y đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ą = Volumen almacenado en prĂĄcticas de pretratamiento (m3 ). Capa de drenaje En la Figura 50 se ilustra el procedimiento de diseĂąo de la capa de drenaje. Dicho proceso se explica a continuaciĂłn con mĂĄs detalle. Es importante resaltar que los alcorques inundables pueden incluir estructuras anexas cuya funciĂłn sea transportar la escorrentĂa producida en eventos extremos, en los cuales cierto volumen de agua no podrĂĄ ser almacenado en el medio del alcorque. De esta forma, en

139

la secciĂłn 6.4 se describen las principales estructuras de salida y de manejo de escorrentĂa en exceso, que pueden incluirse en el diseĂąo de esta tipologĂa.

Figura 50. Procedimiento propuesto para el diseĂąo de la capa de drenaje

Esta estructura no siempre incluye una tuberĂa de drenaje. Si se incluye este sistema, se deben dimensionar el diĂĄmetro de la tuberĂa perforada (đ??ˇđ?&#x2018; ) y la profundidad de la capa de drenaje sobre la tuberĂa (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201D; ) para que la estructura drene completamente en un tiempo de 12 horas. El diĂĄmetro de la tuberĂa usualmente se encuentra entre 0.10 y 0.15 m y se recomienda que la profundidad de la secciĂłn de la capa de drenaje sobre la tuberĂa (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201D; ) sea de 15 cm. Otros parĂĄmetros incluyen la porosidad efectiva de la capa de drenaje (đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; ), que tĂpicamente se asume como 40%, y la profundidad 140

del almacenamiento bajo de la tuberĂa (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; ), cuyo valor recomendado es de 8 cm. Posteriormente, se debe calcular la profundidad de la capa de drenaje (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? ) como se presenta en la EcuaciĂłn (18). đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201D; + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; + đ??ˇđ?&#x2018;

(18)

Donde đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? = Profundidad de capa de drenaje (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x201D; = Profundidad de la capa de drenaje sobre la tuberĂa perforada (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; = Profundidad de la capa de drenaje bajo la tuberĂa perforada (m) y đ??ˇđ?&#x2018; = DiĂĄmetro de la tuberĂa perforada (m). Volumen infiltrado El volumen infiltrado hace referencia al volumen de escorrentĂa que en la prĂĄctica puede ser infiltrado. Ă&#x2030;ste depende directamente del tipo de diseĂąo utilizado (con o sin drenaje). Con base en la tasa de infiltraciĂłn del suelo (đ?&#x2018;&#x201C;), se calcula el volumen infiltrado (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; ). En estructuras de bio-retenciĂłn pequeĂąas, este valor puede ser equivalente al volumen total a tratar por la tipologĂa (đ?&#x2018;&#x2030;). Si en el sistema se incluye drenaje, este valor se calcula con la EcuaciĂłn (19). 1 đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x20AC;Ăđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; ; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; 0.024) 2

(19)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Volumen infiltrado (m3 ), đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; = Ă rea superficial de la parte superior del sustrato (m2 ), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; = Profundidad de la capa de drenaje bajo la tuberĂa (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad efectiva de la capa de drenaje (%) y đ?&#x2018;&#x201C; = Tasa de infiltraciĂłn (mm/h). En caso de que el sistema no incluya drenaje, el volumen de infiltraciĂłn (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; ) se calcula segĂşn la EcuaciĂłn (20). 1 đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x20AC;Ăđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x153; (đ?&#x2018;&#x2030;; đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2014; 0.024) 2

(20)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Volumen infiltrado (m3 ), đ?&#x2018;&#x2030;= Volumen total a tratar (m3 ), đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; = Ă rea superficial de la parte superior del sustrato (m2 ), đ?&#x2018;&#x201C;= Tasa de infiltraciĂłn (mm/h). Volumen filtrado El volumen filtrado hace referencia al volumen de escorrentĂa resultante de restar el volumen de tratamiento con el volumen que ha sido infiltrado. Ă&#x2030;ste depende directamente del tipo de diseĂąo utilizado y se define por medio de la EcuaciĂłn (21). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x2030; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C;

(21)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Volumen infiltrado (m3 ), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201C; = Volumen filtrado (m3 ) y đ?&#x2018;&#x2030;= Volumen total a tratar (m3 ). Volumen de encharcamiento Este volumen se requiere en los casos en donde la intensidad de los eventos de precipitaciĂłn es alta, y se calcula con el objetivo de garantizar suficiente volumen almacenado. Ă&#x2030;ste se puede estimar por medio de la EcuaciĂłn (22).

141

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A; =

đ??´đ?&#x2018;&#x201C; + đ??´đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ą 2

(22)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A; = Volumen de encharcamiento (m3 ) , đ??´đ?&#x2018;&#x201C; =Ă rea superficial a la mĂĄxima profundidad de encharcamiento (m2 ) , đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial de la parte de mĂĄs baja del ĂĄrea de encharcamiento (m2 ), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad mĂĄxima de encharcamiento (m) y đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ą = Volumen almacenado en prĂĄcticas de pretratamiento (m3 ). ComprobaciĂłn de diseĂąo Con el fin de comprobar los resultados obtenidos se debe determinar el ĂĄrea superficial mĂnima de la parte superior del medio (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; ), para verificar que ĂŠsta cumpla la condiciĂłn de ser menor o igual al ĂĄrea superficial de la capa mĂĄs baja del ĂĄrea de encharcamiento (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161; ). Si esta condiciĂłn no se satisface, se recomienda cambiar las variables iniciales del proceso de cĂĄlculo, segĂşn sea posible en el diseĂąo preliminar, hasta cumplir con las condiciones mencionadas. El (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; ) se puede estimar de la siguiente manera. đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; =

đ?&#x2018;&#x2030; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2DC; â&#x2C6;&#x2122; ( + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; ) 2

(23)

Donde đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea superficial mĂnima de la parte superior del medio (m2 ), đ?&#x2018;&#x2030; = Volumen total a tratar (m3 ), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; =Profundidad del sustrato (m), đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; = Tiempo de vaciado del filtro (h), đ?&#x2018;&#x2DC; = Permeabilidad del medio filtrante (mm/h) y đ?&#x2018;&#x2018; = MĂĄxima profundidad de encharcamiento (m). Adicionalmente, a partir del volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) y el volumen que tratarĂĄ la estructura (V) calculado con la EcuaciĂłn (17), se procede a calcular el porcentaje de volumen de calidad manejado por la tipologĂa y a verificar si existen parĂĄmetros por fuera de los rangos recomendados por la metodologĂa. Lo anterior permite conocer los parĂĄmetros necesarios para diseĂąar una estructura tipo alcorque, asĂ como la cantidad de volumen de calidad que ĂŠsta tratarĂa. De este modo, es posible evaluar el nĂşmero de estructuras con las mismas caracterĂsticas que son necesarias para tratar el volumen de calidad requerido. En este punto del proceso de diseĂąo, es importante resaltar que el constructor de un proyecto de implementaciĂłn de SUDS (en este caso de alcorques), es quien debe definir quĂŠ porcentaje de reducciĂłn del volumen de escorrentĂa se busca lograr. Por ejemplo, en caso de que se quiera tratar el 100% del volumen generado, se deberĂĄ dividir el volumen total a tratar en el volumen que es capaz de manejar un sĂłlo alcorque, para definir de este modo el nĂşmero de alcorques requeridos para tratar el volumen total de escorrentĂa a manejar.

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a seis alcorques inundables ubicados en el separador de la Avenida BoyacĂĄ frente al Portal Tunal de Transmilenio. Los cuatro alcorques localizados en la zona norte del separador reciben la escorrentĂa de la vĂa y del separador, y llevan a cabo un proceso de pretratamiento del agua. En la zona sur se encuentran ubicados dos alcorques, los cuales tambiĂŠn realizan un pretratamiento de la escorrentĂa proveniente de la vĂa. Estas estructuras cuentan con una tuberĂa perforada ubicada bajo el sustrato en una capa de grava. 142

Ă rea de drenaje El ĂĄrea de los alcorques ubicados en el sector norte se compone de tres superficies distintas, las cuales corresponden al andĂŠn, las vĂas y la zona verde del separador. El ĂĄrea de las estructuras ubicadas en la zona sur tiene una composiciĂłn similar a la mencionada anteriormente, excepto que no hay un andĂŠn presente. Dadas las caracterĂsticas de las superficies se definen dos tipos de ĂĄreas: permeable e impermeable. La Figura 51 presenta el ĂĄrea de drenaje definida para cada uno de los alcorques. Para la zona norte se plantean 4 alcorques dado que se cuenta con una mayor ĂĄrea de drenaje, mientras que para la zona sur se plantea un alcorque por ĂĄrea.

Figura 51. Ă rea de drenaje de los alcorques inundables en el piloto de SUDS del separador Av. BoyacĂĄ â&#x20AC;&#x201C; Portal Tunal

De esta forma, las ĂĄreas de drenaje determinadas para cada alcorque inundable se presentan en la Tabla 67. La distribuciĂłn de los alcorques se especifica en la Figura 52. Tabla 67. Ă rea de drenaje de los alcorques

Alcorque 1 2 3 4 5 6

đ?&#x2018;¨đ?&#x2018;¨đ?&#x2018;°â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;° (ha) 0.0068 0.0060 0.0010 0.0062 0.0046 0.0045

đ?&#x2018;¨đ?&#x2018;¨đ?&#x2018;°â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;ˇ (ha) 0.0090 0.0109 0.0181 0.0090 0.0118 0.0151

đ?&#x2018;¨đ?&#x2018;¨đ?&#x2018;° (ha) 0.0157 0.0169 0.0190 0.0152 0.0164 0.0195

Donde đ??´đ??´đ??źâ&#x2C6;&#x2019;đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (ha), đ??´đ??´đ??źâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = Ă rea de drenaje permeable (ha) y đ??´đ??´đ??ź = Ă rea de drenaje total del alcorque inundable I (ha).

143

DiseĂąo hidrolĂłgico El diseĂąo hidrolĂłgico de esta tipologĂa parte de la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ). El procedimiento para obtener este parĂĄmetro se detalla en el CapĂtulo 3. AsĂ pues, teniendo en cuenta las coordenadas del ĂĄrea de estudio (X = 993208.75, Y = 997048.38), se determinĂł una profundidad de 16.62 mm de acuerdo con la cobertura correspondiente a la Figura 39. Posteriormente, se utilizĂł la EcuaciĂłn (25) para obtener el volumen de calidad correspondiente al ĂĄrea de cada uno de los alcorques. SegĂşn la norma tĂŠcnica NS-085 de la EAB, se considerĂł un coeficiente de escorrentĂa de 0.8 para vĂas y andenes, y de 0.3 para zonas verdes. La Tabla 68 presenta los volĂşmenes que cada alcorque estarĂa en capacidad de manejar. 2

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ??´đ??ź đ?&#x2018;&#x2013;

(24)

đ?&#x2018;&#x2013;=1

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de agua (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (m), đ??śđ?&#x2018;&#x2013; = Coeficiente de escorrentĂa del ĂĄrea correspondiente (m) y đ??´đ??´đ??ź đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea de drenaje (permeable o impermeable) (m2). Tabla 68. Volumen de calidad de agua para los alcorques inundables en el ejemplo de predimensionamiento.

Alcorque 1 2 3 4 5 6

đ?&#x2018;˝đ?&#x2019;&#x201E; (m3) 1.35 1.34 1.04 1.27 1.20 1.35

ParĂĄmetros de diseĂąo La hoja de cĂĄlculo construida para el predimensionamiento de cada alcorque permite determinar el volumen que la estructura estĂĄ en capacidad de detener. Los parĂĄmetros de diseĂąo requeridos para ello incluyen un ĂĄrea superficial preliminar, la cual se establece a partir del ĂĄrea disponible. En este caso se hizo uso de un ĂĄrea de 1.6 m x 1.6 m, correspondiente a 2.56 m2. A su vez, considerando que la estructura se compone de una caja con paredes rectangulares, el ĂĄrea superficial de todos los alcorques se definiĂł como igual. De esta manera, se interviene un ĂĄrea total de 15.4 m2. Adicionalmente, es necesario ingresar las profundidades de los diferentes estratos y la mĂĄxima profundidad de encharcamiento, las cuales se definieron de acuerdo con las recomendaciones presentes en la metodologĂa utilizada. TambiĂŠn se tuvieron en cuenta otras recomendaciones de diferentes guĂas y manuales internacionales. A partir de estas sugerencias se estableciĂł una profundidad mĂnima total de 0.3 m (que incluye la capa filtrante, la tuberĂa perforada y la capa de drenaje). Por otra parte, la tasa de infiltraciĂłn se determinĂł a partir de ensayos de campo realizados en distintas ĂĄreas del separador, permitiendo establecer una tasa de infiltraciĂłn aproximada para las zonas donde se dispondrĂĄn los alcorques. En cada caso, se hizo uso de la mitad de la tasa de infiltraciĂłn, con el fin de considerar un factor de seguridad debido a la incertidumbre asociada a las mediciones realizadas. En la Tabla 87 se resumen los principales parĂĄmetros de diseĂąo.

144

Tabla 69. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de los alcorques inundables.

Parámetro Profundidad del sustrato Permeabilidad del sustrato Porosidad efectiva del sustrato Área superficial de la parte superior del sustrato Área superficial de la parte más baja del área de encharcamiento Área superficial a la máxima profundidad de encharcamiento Máxima profundidad de encharcamiento Diámetro de tubería perforada Profundidad de la capa de grava Profundidad de la capa de drenaje sobre la tubería Profundidad de la capa de drenaje bajo la tubería Tasa de infiltración del suelo (alcorques norte) Tasa de infiltración del suelo (alcorques sur)

Valor 0.65 70 0.40 2.56 2.56 2.56 0.15 0.10 0.10 0.15 0.15 94.5 158

Unidades m mm/h m2 m2 m2 m m m m m mm/h mm/h

Predimensionamiento Se obtuvieron distintos volúmenes asociados a los procesos que se dan en el alcorque, y una relación entre el volumen de calidad y el volumen que está en capacidad de tratar la estructura. Estos resultados se resumen en la Tabla 70. Tabla 70. Principales resultados del dimensionamiento del alcorque inundable en el ejemplo de predimensionamiento

Parámetro Volumen tratado Volumen filtrado Volumen de encharcamiento Volumen infiltrado

Valor 1.46 1.31 0.38 0.15

Unidades m3 m3 m3 m3

Adicionalmente, en la Tabla 71 se presenta el volumen de calidad de agua que puede ser manejado por cada uno de los alcorques diseñados, de acuerdo con las diferentes áreas de drenaje. Los resultados evidencian que, en todos los casos, las áreas definidas están en capacidad de manejar la totalidad del volumen estimado de calidad del agua. Tabla 71. Volumen de calidad de agua para el predimensionamiento de los alcorques inundables

Alcorque 1 2 3 4 5 6

% de Volumen de calidad (m3) 107.8% 108.8% 140.9% 114.6% 121.6% 108.0%

Finalmente, en la Figura 52 se presenta el esquema aproximado de la ubicación y tamaño de los alcorques.

145

Figura 52. Esquema de predimensionamiento para los alcorques inundables en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal

Cuenca seca de drenaje extendido Descripción La cuenca seca de drenaje extendido (CSDE) consiste en una zona permeable que ocupa un área considerablemente mayor a las demás tipologías de SUDS, en la cual se almacena de forma temporal un volumen de escorrentía. Esta cuenca se caracteriza por tener taludes hacia los lados, de tal manera que una vez inicia un evento de lluvia, la escorrentía que ingresa a la cuenca se va deteniendo de manera temporal, disminuyendo el volumen y el pico de escorrentía aguas abajo del sistema. Dado que se trata de una cuenca seca, esta tipología se mantiene seca en la mayor parte de su funcionamiento, por lo que el agua que es almacenada durante un evento de lluvia no es retenida, sino que es detenida temporalmente y drenada a una tasa constante por medio de diferentes estructuras que complementan la cuenca. En la Figura 53 y la Figura 54 se observa la configuración típica de una cuenca seca de drenaje extendido.

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Figura 53. Cuenca seca con enrocado para disipación de energía. Fuente: (Stormwater Maintenance & Consulting, 2012)

Figura 54. Cuenca seca de drenaje extendido con canal de caudales bajos, micropiscina y estructura de salida. Fuente: (Riverside County Flood Control and Water Conservation District, 2011)

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A continuación se describen los procesos de transporte y almacenamiento de escorrentía en la CSDE, de acuerdo con las estructuras que se presentan en la Figura 55 y la Figura 56. La escorrentía puede entrar a la estructura a nivel superficial o subterráneo (a través de tuberías). En ambos casos se recomienda implementar un sistema de disipación de energía, comúnmente compuesto por rocas (ver Figura 53). Una vez la escorrentía ingresa, ésta debe pasar por la antecámara, que funciona como estructura de pretratamiento para remover sólidos sedimentables, de manera que estos no entren directamente a la superficie de la cuenca. Al final de la antecámara se cuenta con una berma, que limita el flujo y el nivel de agua que pasa de la antecámara a la superficie de la cuenca. De esta forma, la escorrentía ingresa a la cuenca y comienza a llenarla desde el fondo. En este punto, cabe destacar que existen dos posibles escenarios para la CSDE de acuerdo con el tipo de evento de lluvia. Para eventos con baja precipitación la escorrentía transita a través de un canal central construido en concreto o con rocas, que se conoce como canal de caudales bajos (ver Figura 54), cuya función es transportar el agua en eventos de poca profundidad de lluvia. A través dicha conducción se previene la erosión de las zonas laterales y acumular agua en otras áreas de la cuenca. Por otro lado, si se trata de eventos de precipitación fuertes, el agua no solo es transportada por el canal de caudales bajos, sino que empieza a ocupar toda la superficie de la cuenca, la cual es capaz de almacenar un gran volumen de escorrentía de manera temporal gracias a que está limitada por taludes. Dado que en esta tipología sólo se almacena la escorrentía temporalmente, es necesario implementar conjunto de estructuras de salida bastante completo. Por ejemplo, en algunos casos se utiliza una micropiscina en la parte más baja, con el fin de disminuir la probabilidad de que los sólidos sean resuspendidos antes de salir de la cuenca. A su vez, para eventos fuertes de precipitación se cuenta con una estructura de salida que puede conformarse por un conjunto de tuberías, una tubería perforada, e incluso un vertedero de rebose para los eventos extremos. En caso de que la escorrentía sea liberada sobre la superficie y no al alcantarillado, se utiliza un enrocado a la salida de la cuenca para prevenir la erosión de esta zona (ver Figura 56). Por otra parte, es importante resaltar que, aunque el principal objetivo de la cuenca seca de drenaje consiste en la reducción del caudal pico y del volumen de escorrentía aguas abajo del sistema, también se cuenta con algunos beneficios y procesos secundarios. Por ejemplo, existe un volumen de pérdida de escorrentía que se logra mediante procesos de evaporación y evapotranspiración, ya que el agua almacenada no se evacúa una vez se termina el evento de precipitación, sino que esta evacuación se realiza de manera paulatina por un tiempo máximo de 24 horas. Adicionalmente, aunque la cuenca seca de drenaje extendido no tiene un gran impacto sobre la calidad del agua para la gran mayoría de los parámetros, esta tipología sí disminuye considerablemente las concentraciones de sólidos suspendidos. Esta reducción de partículas se logra por medio del uso de la antecámara como estructura pretratamiento (ver Figura 55), y la sedimentación gravitacional en la cobertura de césped que se favorece mientras el agua es almacenada. Es importante aclarar que la CSDE se diferencia de otras cuencas principalmente porque ésta no tiene como principal función la infiltración de escorrentía. Dado que se trata de una superficie permeable, la CSDE sí cuenta con una tasa de infiltración en el suelo que puede reducir una fracción del volumen de agua. No obstante, este proceso no hace parte de los principales objetivos de la tipología y se considera como un beneficio adicional. Otra característica relevante de la CSDE es la facilidad de implementación de la zona como área para recreación. Lo anterior se puede desarrollar teniendo en cuenta que, bajo un diseño apropiado de la 148

cuenca, ĂŠsta permanece una fracciĂłn del tiempo en estado seco, por lo que puede utilizarse como zona de recreaciĂłn pasiva. AdemĂĄs, el tiempo de drenaje para eventos fuertes de precipitaciĂłn no debe exceder un periodo mayor a 48 horas, de manera que la cuenca no cuenta con un espejo de agua permanente y por ende estĂĄ disponible para el uso de la comunidad. Sin embargo, para que la cuenca mantenga un desempeĂąo apropiado y conserve el volumen de diseĂąo se deben retirar residuos y sedimentos de manera periĂłdica, con el fin de evitar posibles obstrucciones y encharcamientos. Finalmente, dado que la CSDE permite almacenar un volumen de escorrentĂa mayor al de otras tipologĂas, tambiĂŠn requiere de un ĂĄrea de implementaciĂłn mayor. Por consiguiente, se recomienda construirlas en nuevos desarrollos urbanos o espacios pĂşblicos amplios, que faciliten desde el punto de vista de planeaciĂłn, la inclusiĂłn de estas zonas de drenaje a nivel comunitario.

DiseĂąo hidrolĂłgico La CSDE puede diseĂąarse en funciĂłn del volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) o del volumen de control de inundaciones (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; ). La selecciĂłn del volumen a utilizar para el diseĂąo de una cuenca seca de drenaje extendido debe realizarse teniendo en cuenta el espacio disponible, la magnitud del evento de diseĂąo que se busque tratar, el alcance del proyecto y los requerimientos especĂficos de reducciĂłn de escorrentĂa en la zona. La CSDE es una estructura que busca maximizar el tiempo de drenaje para facilitar la remociĂłn de contaminantes de la escorrentĂa proveniente de eventos de lluvia de alta frecuencia. Por esta razĂłn, se recomienda diseĂąar la estructura para drenar el volumen de diseĂąo en un tiempo mĂĄximo de 24 horas para el volumen de calidad, o de 48 horas para el volumen de control de inundaciones. De esta forma, para el cĂĄlculo del volumen de calidad de agua (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) se requiere conocer las variables resumidas en la Tabla 72 (ver CapĂtulo 3). En primer lugar, se debe establecer la profundidad de lluvia propia de la zona de intervenciĂłn y el ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Como se describe en la secciĂłn 4.1.3, (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) es el resultado de un anĂĄlisis hidrolĂłgico de mĂşltiples series de precipitaciĂłn. En la presente guĂa se incluyen los resultados del anĂĄlisis realizado para diferentes estaciones distribuidas espacialmente en la ciudad de BogotĂĄ. De esta forma, la profundidad de lluvia puede ser determinada mediante la localizaciĂłn espacial del sitio de implementaciĂłn (coordenadas geogrĂĄficas), en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de Cuenca Seca de Drenaje Extendido anexa a la guĂa. Tabla 72. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de una cuenca seca de drenaje extendido

Variable

DefiniciĂłn Ă rea que aporta escorrentĂa a la cuenca seca Ă rea tributaria (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) de drenaje extendido. Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (đ??ś) permeabilidad de la superficie. Profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo Profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) especĂfica para el sitio de implementaciĂłn. Intensidad de lluvia para un periodo de Intensidad de lluvia (đ?&#x2018;&#x2013;10 ) retorno de 10 aĂąos.

En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje de la cuenca. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como sumideros, cunetas, redes de alcantarillado y demĂĄs elementos asociados con el flujo del agua. En tercer lugar, 149

el coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ definido por el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. Se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. vĂas, zonas verdes, techos, andenes y parques) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la cantidad de escorrentĂa que es producida. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la norma NS085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn los tipos de coberturas. Por Ăşltimo, el volumen de calidad se define mediante la EcuaciĂłn (25). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2018; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś

(25)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de diseĂąo (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (mm), đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la cuenca (m2) y đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa. Por otra parte, para obtener los caudales asociados a un periodo de retorno especĂfico se recomienda utilizar las curvas IDF con una duraciĂłn igual al tiempo de concentraciĂłn del ĂĄrea de drenaje, para calcular la intensidad de precipitaciĂłn (ver EcuaciĂłn (26)) y posteriormente, el volumen asociado. La informaciĂłn correspondiente a las curvas IDF en diferentes zonas de la ciudad puede ser solicitada a la EAB. AsĂ pues, el volumen de control de inundaciones se puede calcular a partir del caudal correspondiente a un evento extremo y la duraciĂłn crĂtica del evento. En este punto es necesario resaltar que el volumen de control de inundaciones se define de acuerdo con el nivel de protecciĂłn que se desee alcanzar en el ĂĄrea de drenaje por medio de la implementaciĂłn de la cuenca. De acuerdo con la informaciĂłn presentada en el CapĂtulo 3, el periodo de retorno para el cĂĄlculo de este volumen puede ser de 10 aĂąos o mĂĄs. đ?&#x2018;&#x2013;10 =

đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; + đ?&#x2018;&#x201C;

(26)

Donde đ?&#x2018;&#x2013;10 = Intensidad de lluvia (mm/hr), đ??ˇ = DuraciĂłn del evento de lluvia (min) y đ?&#x2018;&#x2021; = Periodo de retorno del evento de lluvia (aĂąo) y đ?&#x2018;?, đ?&#x2018;&#x161;, đ?&#x2018;&#x2019;, đ?&#x2018;&#x201C; = Coeficientes calibrados para la curva IDF. Teniendo en cuenta la intensidad obtenida por medio de la curva IDF, se procede a calcular tanto el caudal asociado a un periodo de retorno de 10 aĂąos como el volumen de control de inundaciones, a travĂŠs de la EcuaciĂłn (27) y la EcuaciĂłn (28). Es importante aclarar que la estimaciĂłn del caudal asociado a un periodo de retorno puede realizarse utilizando el procedimiento descrito, o por medio del mĂŠtodo propuesto en la norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ. đ?&#x2018;&#x201E;10 =

1 đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś 3600000 10

(27)

Donde đ?&#x2018;&#x201E;10 = Caudal de diseĂąo (m3/s), đ?&#x2018;&#x2013;10 = Intensidad de lluvia (mm/hr) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la cuenca (m2) y đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; =

1 đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś â&#x2C6;&#x2014; đ??ˇ 1000 đ?&#x2018;?

(28)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; = Volumen de control de inundaciones (m3), đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;? = Intensidad crĂtica de lluvia (mm/hr), đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la cuenca (m2), đ??ˇ = DuraciĂłn del evento de lluvia (hr) y đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa. 150

Diagramas de referencia

Figura 55. Planta esquemática de una cuenca seca de drenaje extendido

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Figura 56. Perfil esquemático de una cuenca seca de drenaje extendido

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Figura 57. Planta esquemática de una cuenca seca de drenaje extendido con trincheras colectoras

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Figura 58. Perfil esquemático de una cuenca seca de drenaje extendido con trincheras colectoras

Figura 59. Rejilla y estructura de salida para la cuenca seca de drenaje extendido. Fuente: adaptado de (Urban Drainage and Flood Control District, 2010)

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MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Urban Drainage and Flood Control Districtâ&#x20AC;?, Denver (2010) Dimensionamiento Adicional al volumen de diseĂąo, en esta metodologĂa se tiene en cuenta el volumen asociado a la micropiscina permanente y el volumen de recarga. El primero de estos corresponde al volumen almacenado por la generaciĂłn de escorrentĂa de eventos de lluvia de baja magnitud y alta frecuencia. Este volumen se retiene en una zona especĂfica reducida, ubicada al extremo opuesto de la zona de ingreso, en una estructura complementaria denominada micropiscina. En cuanto al volumen de recarga, ĂŠste corresponde al volumen de escorrentĂa generado por eventos de baja magnitud, que es conducido a travĂŠs del canal de caudales bajos y que, eventualmente, renovarĂĄ el volumen de la micropiscina permanente, lo que evitarĂĄ el estancamiento de agua en la misma. Lo anterior previene la proliferaciĂłn de especies de insectos y zancudos. El la Figura 60 y la Figura 61 se detalla la micropiscina, con una profundidad đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? , y una profundidad de recarga (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x; ), asociada al volumen de recarga. Los esquemas corresponden a un diseĂąo desarrollado a partir de un volumen de control de calidad de agua y de un volumen de control de inundaciones, respectivamente.

Figura 60. Micropiscina y estructura de salida para una estructura diseĂąada a partir del volumen de calidad de agua.

Figura 61. Micropiscina y estructura de salida para una estructura diseĂąada a partir del volumen de control de inundaciones.

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Por otro lado, esta estructura debe contar con un canal de caudales bajos que permita la conducciĂłn de la escorrentĂa producida por eventos de baja magnitud a la zona deprimida de la micropiscina permanente. AsĂ mismo, a la entrada y la salida de la cuenca deben ubicarse estructuras de control de caudal para evitar la erosiĂłn de la cuenca y de la zona de descarga, respectivamente. En el caso de la entrada se diseĂąa una antecĂĄmara que, ademĂĄs de controlar la erosiĂłn, permite la retenciĂłn de sĂłlidos y sedimentos. Por otro lado, a la salida se incluye una estructura de placa perforada con rejilla para regular el drenaje del volumen de diseĂąo y un dique de desbordamiento para la evacuaciĂłn controlada del caudal de desbordamiento (asociado periodo de retorno de 10 aĂąos). GeometrĂa de la cuenca El dimensionamiento de la geometrĂa de la cuenca se realiza a partir del procedimiento presentado en la Figura 62. MĂĄs adelante se describen en detalle algunas especificaciones de los pasos de este diagrama.

Figura 62. Procedimiento para definir la geometrĂa de la cuenca seca de drenaje extendido

De acuerdo con el anĂĄlisis hidrolĂłgico desarrollado, se calcula el volumen de diseĂąo, el cual corresponde al volumen que serĂĄ temporalmente almacenado y drenado en el tiempo lĂmite establecido. La selecciĂłn del volumen de diseĂąo depende del nivel de control que se quiera generar, bien sea para favorecer la calidad del agua o para reducir la escorrentĂa generada en el ĂĄrea aferente. Por lo general, se recomienda un tiempo de drenaje mĂĄximo de 24 horas en caso de diseĂąarse con el volumen de calidad de agua (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) y un mĂĄximo de 48 horas en caso de diseĂąarse con el volumen de inundaciĂłn (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; ). En el presente anĂĄlisis y en las hojas de cĂĄlculo desarrolladas se considerarĂĄ un volumen con periodo de retorno de 10 aĂąos para el cĂĄlculo del volumen de inundaciĂłn. 156

Adicionalmente, por tĂŠrminos de seguridad, se define el volumen de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; ) como el volumen seleccionado entre (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) y (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; ) multiplicado por un factor de seguridad. Este factor debe ser definido segĂşn las condiciones de la cuenca, principalmente si se espera que la escorrentĂa tenga altas concentraciones de sedimentos o si la CSDE cuenta con pretratamiento que pueda reducir la concentraciĂłn de este contaminante. No obstante, en la presente guĂa se recomienda un valor aproximado de 1.2, el cual permite la adiciĂłn de un 20% del volumen correspondiente al que pueda ocuparse por acumulaciĂłn de sedimentos. Posteriormente, se parte del volumen de diseĂąo para definir las dimensiones aproximadas de la cuenca considerando una geometrĂa prismĂĄtica de ĂĄrea rectangular con pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1). A su vez, se hace uso del ĂĄrea superficial disponible en el lugar, la razĂłn entre el largo y ancho (relaciĂłn đ??ż/đ?&#x2018;&#x160;) y una profundidad (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ) que debe suponerse. A partir de estos datos es posible calcular las dimensiones de largo y ancho, asĂ como el ĂĄrea de fondo correspondiente. Se recomienda una pendiente lateral mĂnima de 3:1 y una relaciĂłn đ??ż/đ?&#x2018;&#x160; mayor a 2, considerando la longitud medida desde la antecĂĄmara hasta la estructura de salida. La cuenca debe ser lo mĂĄs larga posible, pues esto permite la reducciĂłn de corto-circuitos en el flujo y mejora la eficiencia en la reducciĂłn de SĂłlidos Suspendidos Totales (SST). Por otro lado, el lĂmite de la pendiente lateral se define para asegurar la accesibilidad del equipo convencional de mantenimiento, y el establecimiento de parĂĄmetros adecuados de seguridad y estĂŠtica de la estructura. A continuaciĂłn se presentan las ecuaciones para estimar las dimensiones del ĂĄrea superficial (Ecuaciones (29) y (30)) y del ĂĄrea de fondo (Ecuaciones (31) a la (33)). 2

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; = â&#x2C6;&#x161; đ??żđ?&#x2018; =

đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2026;đ??ż/đ?&#x2018;&#x160;

đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;

(29)

(30)

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;

(31)

đ??żđ?&#x2018;&#x201C; = đ??żđ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;

(32)

đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;&#x201C;

(33)

Donde đ?&#x2018;&#x2026;đ??ż/đ?&#x2018;&#x160; = RelaciĂłn largo ancho (m largo / m ancho), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial disponible para la cuenca (m2), đ??żđ?&#x2018; = Longitud superficial de la cuenca (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; = Ancho superficial de la cuenca (m), đ??żđ?&#x2018;&#x201C; = Longitud del fondo de la cuenca (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho del fondo de la cuenca (m), đ?&#x2018;?: 1 = Pendiente lateral, đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuenca (m) y đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo de la cuenca (m2). Posterior al cĂĄlculo del ĂĄrea de fondo, se calcula el volumen disponible segĂşn la profundidad (d to) y las dimensiones definidas (EcuaciĂłn (34)), con el fin de verificar que el volumen calculado sea mayor o igual al volumen de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; ). Se recomienda realizar un proceso iterativo para definir una profundidad mĂnima que cumpla con los criterios de diseĂąos para no sobredimensionar la cuenca. Cabe aclarar que como en este predimensionamiento se considera una superficie rectangular, una vez se establezca el diseĂąo de la cuenca, es necesario verificar que el volumen final y la relaciĂłn L/W son acordes con los valores previamente definidos. đ?&#x2018;&#x2030;=

đ??´đ?&#x2018;&#x201C; + đ??´đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; 2

(34)

157

Donde đ?&#x2018;&#x2030; = Volumen de almacenamiento (m3), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial disponible para la cuenca (m2), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuenca (m) y đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo de la cuenca (m2). DiseĂąo de la antecĂĄmara La antecĂĄmara, que es considerada una estructura de pretratamiento para la CSDE, permite la sedimentaciĂłn de las partĂculas mĂĄs grandes provenientes de la escorrentĂa. Ă&#x2030;sta se debe ubicar en un ĂĄrea de fĂĄcil acceso para su adecuado mantenimiento. Debe tenerse en cuenta que el proceso de sedimentaciĂłn mejora si se procura minimizar la pendiente de fondo y maximizar la longitud del recorrido de las partĂculas a travĂŠs de la cuenca. El proceso general para el diseĂąo de la antecĂĄmara se detalla en la Figura 63.

Figura 63. Procedimiento para dimensionar la antecĂĄmara de la cuenca seca de drenaje extendido

Dado que la capacidad de la antecĂĄmara depende del nivel de desarrollo del ĂĄrea de drenaje, su volumen corresponde a una fracciĂłn del volumen de calidad de agua (Vc). De esta forma, el volumen mĂnimo de la antecĂĄmara se estima de acuerdo con las especificaciones de la Tabla 73. Tabla 73. Volumen mĂnimo de la antecĂĄmara segĂşn el ĂĄrea impermeable de drenaje.

Ă rea impermeable del ĂĄrea de drenaje (m2)

Volumen mĂnimo de la antecĂĄmara (m3)

< 4000

No requiere

4000 a 8000

1% del Vc

158

Ă rea impermeable del ĂĄrea de drenaje (m2)

Volumen mĂnimo de la antecĂĄmara (m3)

8001 a 20200

2% del Vc

> 20200

3% del Vc

De manera similar, en la Tabla 74 se restringe la profundidad mĂnima, se calcula la descarga de la antecĂĄmara y se define el tipo de estructura recomendada segĂşn el ĂĄrea de drenaje, de acuerdo con las recomendaciones del Urban Drainage and Flood Control District. Tabla 74. Profundidad mĂĄxima, caudal de descarga y tipo de estructura recomendados por ĂĄrea impermeable aferente.

Ă rea impermeable del ĂĄrea de drenaje (m2)

Profundidad mĂnima de la antecĂĄmara (m)

<= 4000

Caudal de descarga (m3/s)

Tipo de estructura de salida

No requiere antecĂĄmara

4000 a 8000 8001 a 20200 20201 a 80900 > 80900

0.3 0.45

2% Qp_10aĂąos1

0.75

Pared con vertedero rectangular Berma con tuberĂa

Debe evaluarse el caudal mĂĄximo que podrĂa ingresar a esta para establecer el periodo de retorno del evento extremo a considerar.

Si se selecciona la estructura de pared con vertedero rectangular se puede calcular el ancho del vertedero a partir de la EcuaciĂłn (35). Por su parte, se recomienda utilizar el sistema de berma con tuberĂa en cuencas donde el ĂĄrea de drenaje impermeable sea mayor a 8 hectĂĄreas. La implementaciĂłn de este conjunto de estructuras se restringe al uso de un diĂĄmetro mĂnimo recomendado de 8â&#x20AC;? (0.2 m), para facilitar su mantenimiento. đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x17D; =

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D; + 0.2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ 1.84 â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ )1.5

(35)

Donde đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x17D; = Ancho del vertedero rectangular (m), đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x17D; = Caudal de descarga de la antecĂĄmara (m3/s) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ = Profundidad mĂĄxima de la antecĂĄmara (m). Canal de caudales bajos El canal de caudales bajos es necesario para permitir la conducciĂłn del flujo de escorrentĂa proveniente de eventos de alta frecuencia (bajos volĂşmenes de escorrentĂa) a la micropiscina como volumen de recarga. No obstante, su implementaciĂłn no es necesaria en caso de que el ĂĄrea impermeable aportante sea menor a 4000 m2; de lo contrario, el caudal que conducirĂĄ deberĂĄ ser mayor o igual al caudal mĂĄximo descargado por la antecĂĄmara. El esquema para el dimensionamiento del canal de caudales bajos se fundamenta en el cumplimiento de algunas restricciones, como se presenta en la Figura 64.

159

Figura 64. Procedimiento para dimensionar el canal de caudales bajos de la cuenca seca de drenaje extendido

El tipo de fondo del canal puede ser en concreto, con rocas o superficie suave-natural. En caso de seleccionarse el fondo suave se restringe la profundidad mĂnima del canal a 0.3 m para evitar el crecimiento de especies de humedal, protegiendo el fondo de la cuenca. Para ambos casos, se debe definir la pendiente del canal entre 0.004 m/m y 0.01 m/m para promover la sedimentaciĂłn de partĂculas y a la vez facilitar el acceso para su adecuado mantenimiento. Debe prestarse mayor atenciĂłn al canal cuando se implemente del tipo suave-natural pues, aunque puede mejorar el tratamiento del agua, ĂŠste requiere mayores actividades de mantenimiento correspondientes a remociĂłn mecĂĄnica de sedimentos y platas. Adicionalmente, este tipo de canales puede promover la proliferaciĂłn de mosquitos en caso de presentarse estancamiento de agua. Micropiscina permanente Dado que la acumulaciĂłn de agua poco profunda en ĂĄreas extensas favorece la proliferaciĂłn de mosquitos es recomendable diseĂąar la micropiscina en un ĂĄrea estrecha con mayor profundidad aledaĂąa a la rejilla y estructura de salida. El diseĂąo debe incluir la definiciĂłn de los siguientes parĂĄmetros bĂĄsicos: pendiente lateral (đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? : 1), profundidad (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? ) y ĂĄrea superficial de la misma. Su magnitud depende de la capacidad de la cuenca (volumen de diseĂąo) y de la calidad del agua de la escorrentĂa drenada a la cuenca. Se recomienda utilizar una pendiente lateral đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;? igual a 3 o en su defecto pared vertical, una profundidad mĂnima de 20 cm y un ĂĄrea superficial mĂnima de 1 m2. El fondo debe ser de un material impermeable como el concreto, a menos de que exista flujo base o se anticipe la presencia de agua subterrĂĄnea. No es recomendable el uso de enrocado debido a su eventual remociĂłn tras operaciones de mantenimiento.

160

Estructura de salida La estructura de salida debe diseĂąarse para permitir la descarga del volumen de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? o đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; ) en el tiempo de drenaje de diseĂąo especificado (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; ). AsĂ pues, para el presente diseĂąo se considera el uso de una placa perforada con filas de orificios (ver Figura 59). El procedimiento para el dimensionamiento de la placa perforada se presenta en la Figura 65.

Figura 65. Procedimiento para dimensionar la estructura de salida de la cuenca seca de drenaje extendido

Para el diseĂąo de esta estructura se emplea la EcuaciĂłn (36) y EcuaciĂłn (37), que permiten calcular el ĂĄrea requerida de orificios por fila y el ĂĄrea total de orificios, respectivamente. đ??´đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201C; =

0.0713 đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; (0.859/đ?&#x2018;&#x2018;

0.085 )

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2020; 0.09 (3.28đ?&#x2018;&#x2018;)(2.6 đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D;

0.3

(36) )

Donde đ??´đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea por fila de orificios espaciados a 10 cm desde el centro (m2), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; = Volumen de acuerdo con el objetivo de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? o đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; , m3), đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; = Tiempo de drenaje de diseĂąo (h), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad del volumen de diseĂąo (m) y đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x17D; = Pendiente del canal (m/m). đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = 9.84 â&#x2C6;&#x2014; đ??ť â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201C;

(37)

Donde đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Ă rea total de salida (m2), đ??ť = Profundidad del volumen de diseĂąo (m), đ??´đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea por fila de orificios espaciados a 10 cm desde el centro (m2).

161

Este tipo de estructuras pueden funcionar por medio de orificios circulares o rectangulares, siendo los rectangulares requeridos cuando el ĂĄrea total de salida (đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ) es mayor o igual a 25 cm2, en cuyo caso solo se requerirĂa una columna de orificios. Se prefiere la instalaciĂłn de orificios rectangulares cuando el ĂĄrea excede el valor mencionado anteriormente, ya que esta geometrĂa permite implementar un menor nĂşmero de orificios. Por definiciĂłn, se considera la altura del orificio rectangular igual a 2â&#x20AC;? (5 cm). De acuerdo con esto, el ĂĄrea por fila de orificios rectangulares corresponderĂa al ĂĄrea de un orificio, con lo que es posible estimar el ancho del orificio dividiendo el ĂĄrea (đ??´đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201C; ) sobre su altura. Por otra parte, para definir el diĂĄmetro y el nĂşmero de filas y columnas de los orificios circulares es necesario evaluar el listado de diĂĄmetros y nĂşmero de columnas correspondientes recomendados en la Tabla 75. De acuerdo con los valores mencionados, se escoge el diĂĄmetro cuya ĂĄrea por fila de orificios (đ??´đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201C; ) sea la mĂĄs aproximada al ĂĄrea calculada con la EcuaciĂłn (36). Tabla 75. DiĂĄmetros, nÂ° de columnas y ĂĄrea por fila de orificios de la estructura de salida.

DiĂĄmetros (in) 0.25 1/3 3/8 4/9 1/2 5/9 5/8 2/3 3/4 4/5 7/8 15/16 1 1 1/16 1 1/8 1 1/5 1 1/4 1 1/3 1 3/8 1 4/9 1 1/2 1 5/9 1 5/8 1 2/3 1 3/4 1 4/5 1 7/8 1 15/16 2 1 4/9 1 1/2 1 5/9

NÂ° Columnas 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2

Aof (in2) 0.05 0.08 0.11 0.15 0.20 0.25 0.31 0.37 0.44 0.52 0.60 0.69 0.79 0.89 0.99 1.11 1.23 1.35 1.48 1.62 1.77 1.92 2.07 2.24 2.41 2.58 2.76 2.95 3.14 3.25 3.53 3.83

162

Volumen de recarga El volumen de recarga que se ubica sobre la micropiscina permanente evita el estancamiento total del volumen almacenado en la micropiscina, y a su vez impide la sedimentaciĂłn de sĂłlidos en la cuenca, al renovar el agua almacenada luego de la generaciĂłn eventos de lluvia de alta frecuencia. Su volumen no estĂĄ incluido dentro del volumen de la micropiscina, ya que ĂŠste se da entre la superficie de la micropiscina y el primer desnivel encontrado, tĂpicamente el nivel de fondo del canal de caudales bajos. El ĂĄrea ocupada por este volumen corresponde al ĂĄrea de la micropiscina. Dado que tambiĂŠn es funciĂłn del nivel de desarrollo del ĂĄrea de drenaje, la profundidad mĂnima recomendada se calcula teniendo en cuenta el ĂĄrea impermeable aferente y la profundidad del volumen de calidad (ver Tabla 76). Para obtener la profundidad del volumen de recarga se utiliza la EcuaciĂłn (38). â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; =

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?

(38)

đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? Donde â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030; = Profundidad del volumen de calidad de agua (m), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de agua (m3), đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? = Ă rea de fondo de la micropiscina (m2). Tabla 76. Profundidad mĂnima de recarga como funciĂłn del ĂĄrea impermeable de la cuenca.

Ă rea impermeable del ĂĄrea de drenaje (m2)

Profundidad mĂnima de recarga (m)

< 20200

0.1

â&#x2030;Ľ 20200

0.3% hWQCV

Para este diseĂąo debe introducirse la profundidad estimada de recarga, para calcular posteriormente el volumen asociado a esta profundidad y el ĂĄrea de recarga. El volumen asociado deberĂĄ ser mayor o igual al volumen mĂnimo calculado con la profundidad mĂnima. Rejilla -

Rejilla de basuras.

Esta estructura se diseĂąa de tal forma que su tamaĂąo garantice la adecuada capacidad hidrĂĄulica de evacuaciĂłn y que permita manejar orificios pequeĂąos de manera que se evite el paso de basura. Se recomienda ubicar la secciĂłn inferior de la rejilla a cierta profundidad por debajo de la superficie de la micropiscina permanente, con el fin de permitir el paso de agua a la estructura de salida en caso de que la rejilla se encuentre tapada en su parte superior. De esta forma, aunque la rejilla se encuentre bloqueada en la zona superior a la micropiscina permanente, ĂŠsta tendrĂĄ cierta capacidad de evacuaciĂłn bajo la piscina, pues aunque no se tengan orificios de salida a esa altura (bajo la micropiscina), sĂ se garantiza el paso de agua hacia la estructura de salida (ver Figura 59). El esquema general para el dimensionamiento de la rejilla corresponde al presentado en la Figura 66.

163

Figura 66. Procedimiento para dimensionar la rejilla de basuras de la cuenca seca de drenaje extendido

Inicialmente se calcula el ĂĄrea superficial de la rejilla, que depende del ĂĄrea total ocupada por los orificios de salida (đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ) y el diĂĄmetro de los mismos (ĂĄrea y diĂĄmetros calculados previamente en la secciĂłn de la estructura de salida). Esta dependencia se representa por la razĂłn entre el ĂĄrea ocupada por la rejilla y el ĂĄrea total de los orificios de salida, variable que es funciĂłn del diĂĄmetro o ancho de los orificios. AsĂ pues, se tiene que dicha relaciĂłn varĂa con el tipo de volumen de diseĂąo seleccionado. En la EcuaciĂłn (39) y EcuaciĂłn (40) se presentan estas relaciones, a partir de las cuales se puede estimar el ĂĄrea superficial de la rejilla. đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x;1 = đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2014; 77 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019;4.88đ??ˇ

(39)

đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x;2 = đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2014; 38.5 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019;3.74đ??ˇ

(40)

Donde đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; = Ă rea de la superficie de la rejilla (m2), đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; = Ă rea total de los orificios de salida (m2) y đ??ˇ = DiĂĄmetro de los orificios circulares (đ??ˇđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;? ) (m) o Ancho de los orificios rectangulares de salida (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x153; ) (m). 164

En seguida se define el largo y ancho de la estructura. Para ello, se estima la profundidad de la rejilla bajo la micropiscina. Con el fin de reducir la posibilidad de obstrucciĂłn de esta estructura, se recomienda sumergir la rejilla hasta el fondo de la micropiscina para permitir el paso del flujo de agua a travĂŠs de la misma hacia la estructura de salida, aun cuando la parte superior de la rejilla este taponada. El largo se calcula como la profundidad de diseĂąo (sin considerar el factor de 1.2) mĂĄs la profundidad de la micropiscina permanente (Ver EcuaciĂłn (41)). Cabe resaltar que esta altura es aproximada y, dependiendo de factores constructivos, es posible que la altura de la rejilla sea menor si se presenta una dilataciĂłn entre el fondo de la piscina y la rejilla. đ??ťđ?&#x2018;&#x; = đ?&#x2018;&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?

(41)

Donde đ??ťđ?&#x2018;&#x; = Altura de la rejilla (m), đ?&#x2018;&#x2018;= Profundidad del flujo (m3) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? = Profundidad de la rejilla bajo la piscina permanente (m). El ancho mĂnimo de la rejilla depende de factores como la forma y el tamaĂąo de los orificios; este puede establecerse a partir de la EcuaciĂłn (42) o la EcuaciĂłn (43) y no debe ser menor a 12â&#x20AC;? (30 cm). En la Tabla 77 se presentan recomendaciones sobre la ecuaciĂłn para determinar el ancho, estas ecuaciones sĂłlo son vĂĄlidas para orificios con un ancho o diĂĄmetro menor a 30 cm. đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; =

đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; 0.71 â&#x2C6;&#x2014; đ??ťđ?&#x2018;&#x;

(42)

Donde đ??ťđ?&#x2018;&#x; = Altura de la rejilla (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; = Ancho mĂnimo de la rejilla (m) y đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; = Ă rea de la superficie de la rejilla (m2). đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; =

đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; 0.77 â&#x2C6;&#x2014; đ??ťđ?&#x2018;&#x;

(43)

Donde đ??ťđ?&#x2018;&#x; = Altura de la rejilla (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; = Ancho mĂnimo de la rejilla (m) y đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; = Ă rea de la superficie de la rejilla (m2). Tabla 77. CĂĄlculo del ancho mĂnimo de acuerdo con la forma de los orificios.

Forma del orificio Circular (DiĂĄmetro â&#x2030;¤ 1 Âźâ&#x20AC;?) Circular (DiĂĄmetro > 1 Âźâ&#x20AC;?) Circular (DiĂĄmetro > 1 Âźâ&#x20AC;?) Rectangular Rectangular

Resultados EcuaciĂłn (42) EcuaciĂłn ancho mĂnimo Ancho mĂnimo (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; )= 30 cm < 0.6 m EcuaciĂłn (42) â&#x2030;Ľ 0.6 m EcuaciĂłn (43) < 0.6 m EcuaciĂłn (42) â&#x2030;Ľ 0.6 m EcuaciĂłn (43)

Por otro lado, el espaciamiento recomendado para las rejillas depende del tamaĂąo del orificio. Para orificios rectangulares y circulares mayores a 1 Âźâ&#x20AC;? se recomienda un espaciamiento de 5 cm si el ancho o el diĂĄmetro del orificio es menor a 11 cm; en caso de que sea mayor el espaciamiento recomendado es de 10 cm. -

Rejilla para la estructura de rebose.

Esta estructura se debe utilizar cuando existe un alto riesgo de obstrucciĂłn de la estructura de rebose de la cuenca por material de gran tamaĂąo que pueda ser transportado por el flujo de escorrentĂa. AsĂ mismo, ĂŠsta puede ser empleada para el seguimiento de la operaciĂłn de la estructura de salida, de 165

modo que se pueda realizar una inspecciĂłn visual y, por lo tanto, evidenciar de forma sencilla funcionamientos deficientes en estas estructuras. La eficiencia de este tipo de rejilla depende de la distancia a la cual se ubique con respecto a la salida de la tipologĂa y, en general, debe tener la misma pendiente del talud de la estructura de salida. El ĂĄrea efectiva de la rejilla debe garantizar que no se restrinja el paso del agua cuando se encuentre parcialmente obstruida. Para ello es necesario realizar una estimaciĂłn de la carga anual de residuos que tendrĂa que remover esta rejilla. El diseĂąo general de esta estructura debe seguir como mĂnimo las dimensiones presentadas en la Tabla 78 y Tabla 79. Tabla 78. Dimensiones recomendadas para la rejilla

ParĂĄmetro Ă ngulo Espaciamiento entre las barras Altura mĂĄxima

Valor 60Â° 75 mm â&#x20AC;&#x201C; 150 mm 2m

Fuente: (CIRIA, Norfolk County Council, 2007) Tabla 79. Ă rea total recomendada para la rejilla

Carga de residuos (m3/aĂąo) Ă rea total* <30 6 m2 o 3 veces el ĂĄrea del culvert 30-60 9 m2 o 7 veces el ĂĄrea del culvert >60 12 m2 o 9 veces el ĂĄrea del culvert * Se selecciona el valor mĂĄximo Fuente: (CIRIA, Norfolk County Council, 2007)

Por otro lado, con el caudal pico para un periodo de retorno de 10 aĂąos se puede calcular la velocidad mĂĄxima del flujo que pasa a travĂŠs de la rejilla (ver EcuaciĂłn (44)). Por motivos de seguridad, la velocidad calculada no deberĂa exceder los 0.6 m/s. Es importante aclarar que la rejilla debe diseĂąarse para soportar la presiĂłn ejercida por la lĂĄmina de agua asociada a un periodo de retorno de 10 aĂąos. đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; =

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?_10đ?&#x2018;&#x17D;Ăąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x;

(44)

Donde đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; = Velocidad mĂĄxima de paso por la rejilla (m/s), đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?_10đ?&#x2018;&#x17D;Ăąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; = Caudal pico con periodo de retorno de 10 aĂąos (m3/s), đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; = Ă rea de la superficie de la rejilla (m2). Dique de desbordamiento Se diseĂąa para drenar el caudal pico con periodo de retorno de 10 aĂąos. La pendiente lateral debe ser mayor de 3:1, y se recomienda el uso de una pendiente de 4:1 para asegurar el adecuado acceso de mantenimiento, asĂ como condiciones apropiadas de seguridad y estĂŠtica. De igual forma, se recomienda la plantaciĂłn de especies vegetales como cĂŠsped o hierba para evitar la erosiĂłn y darle mayor consistencia al suelo incluido en el dique. Para mayor informaciĂłn relacionada a estructuras complementarias que permitan el manejo de la salida de escorrentĂa en exceso, se puede ver la secciĂłn 6.4.

166

CorrecciĂłn por infiltraciĂłn Si se presentan altas tasas de infiltraciĂłn en el terreno donde la cuenca va a ser construida se recomienda llevar a cabo una correcciĂłn sobre el volumen total requerido. El procedimiento completo se resume en la Figura 67.

Figura 67. Procedimiento para realizar la correcciĂłn del volumen por infiltraciĂłn en la cuenca seca de drenaje extendido

Para realizar esta correcciĂłn es necesario determinar el volumen infiltrado (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; ), el cual requiere el valor asociado al caudal de diseĂąo para un periodo de retorno de 10 aĂąos (o al caudal correspondiente al mĂĄximo evento de diseĂąo). Con este valor y los resultados de las variables anteriormente calculadas (đ??´đ?&#x2018; , đ??´đ?&#x2018;&#x201C; y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ą0 ) se determina un volumen corregido de almacenamiento (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; ) auxiliar. Luego, se define un ĂĄrea transversal hĂşmeda (đ??´đ?&#x2018;¤ ) a partir de la cual se establece la velocidad del flujo (đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; ) y el tiempo de trĂĄnsito (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;Ą ). Este valor se emplea para calcular el volumen infiltrado (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; ). Las ecuaciones relacionas se presentan a continuaciĂłn: đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = (

đ??´đ?&#x2018; + đ??´đ?&#x2018;&#x201C; ) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ą0 2

đ??´đ?&#x2018;¤ = (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; =

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?10đ?&#x2018;&#x17D;Ăąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ??´đ?&#x2018;¤

(45) (46) (47)

167

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;Ą = đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;Ą â&#x2C6;&#x2014;

đ??żđ?&#x2018; â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; 3600 đ?&#x2018;

(48)

đ?&#x2018;&#x201C; 1đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; 2 1000 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

(49)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = Volumen de almacenamiento corregido por infiltraciĂłn (m3), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial disponible para la cuenca (m2), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuenca (m) y đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo de la cuenca (m2), đ??´đ?&#x2018;¤ = Ă rea transversal (m2), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho del fondo de la cuenca (m), đ?&#x2018;? = Pendiente Lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuenca (m), đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; = Velocidad del agua en la cuenca (m/s), đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?_10đ?&#x2018;&#x17D;Ăąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; = Caudal pico con un periodo de retorno de 10 aĂąos (m), đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;Ą = Tiempo de trĂĄnsito (h), đ??żđ?&#x2018; = Longitud superficial de la cuenca (m), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Volumen infiltrado (m3/s) y đ?&#x2018;&#x201C;= Tasa de infiltraciĂłn (mm/h). Posteriormente, se define un volumen objetivo (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2014; ), el cual corresponde a la diferencia entre el volumen corregido (đ?&#x2018;&#x2030;đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; ) y el volumen de infiltrado (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; ) obtenido. Luego, se calcula el error asociado a esta diferencia y realizar un proceso iterativo, cambiando la variable (đ??´đ?&#x2018; ) hasta que este error converja a 0 %. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2014; = đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C;

(50)

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2014; đ??¸đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = ( ) â&#x2C6;&#x2014; 100% đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;

(51)

Donde đ?&#x2018;&#x2026;đ??ż/đ?&#x2018;&#x160; = RelaciĂłn largo-ancho superficial (m largo / m ancho), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial disponible para la cuenca (m2), đ??żđ?&#x2018; = Longitud superficial de la cuenca (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; = Ancho superficial de la cuenca (m), đ??żđ?&#x2018;&#x201C; = Longitud del fondo de la cuenca (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho del fondo de la cuenca (m), đ?&#x2018;?: 1 = Pendiente lateral, đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuenca (m) y đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo de la cuenca (m2). Este proceso iterativo permite determinar, a partir del volumen corregido (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; ), todas las variables geomĂŠtricas corregidas por las pĂŠrdidas asociadas a una buena tasa de infiltraciĂłn en el suelo a intervenir. Finalmente, se debe realizar una Ăşltima verificaciĂłn, en la cual el volumen corregido no resulte menor al volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ). En caso de que esta verificaciĂłn no se cumpla, se debe adoptar cĂłmo volumen de diseĂąo, el volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) o el volumen de control de inundaciones (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; ), segĂşn el criterio de selecciĂłn escogido en el inicio del proceso de cĂĄlculo.

168

MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Riverside County Flood Control and Water Conservation Districtâ&#x20AC;?, Riverside (2011) Dimensionamiento El propĂłsito del diseĂąo de la cuenca seca de drenaje extendido (CSDE) planteado por esta metodologĂa es proporcionar la retenciĂłn del volumen de escorrentĂa de diseĂąo en un periodo de tiempo extendido y a su vez maximizar la reducciĂłn del volumen drenado por medio de los mecanismos de evaporaciĂłn, evapotranspiraciĂłn, retenciĂłn superficial e infiltraciĂłn. Dicho objetivo se logra gracias a la configuraciĂłn de la estructura, la cual se diseĂąa con antecĂĄmara a la entrada, canal de caudales bajos, colectores transversales a lo largo de la cuenca, zona de micropiscina permanente y estructura de salida al final de la cuenca. La micropiscina al final de la cuenca se diseĂąa para permitir el almacenamiento de agua y la posterior filtraciĂłn de volĂşmenes de escorrentĂa asociados a eventos de baja intensidad (periodos secos). Dicha estructura contarĂĄ con un estrato de arena y una tuberĂa de drenaje que se instalarĂĄ en una capa de grava. GeometrĂa de la cuenca Luego de definir el ĂĄrea tributaria de la cuenca, asĂ como el volumen de diseĂąo de la misma (ver CapĂtulo 3), se deben determinar las dimensiones bĂĄsicas de la cuenca. La razĂłn largo-ancho (L:W) debe ser mayor o igual de 2:1, con el fin de prevenir corto-circuitos y a su vez procurar el adecuado funcionamiento de la estructura, al maximizar la eficiencia de remociĂłn y/o sedimentaciĂłn de contaminantes. La longitud de la cuenca debe medirse desde la estructura de pretratamiento (antecĂĄmara) hasta la estructura de salida de la misma, en tanto que el ancho debe medirse en la zona mĂĄs ancha de la estructura. Se recomienda una pendiente lateral mĂnima de 3:1. Posteriormente, se debe estimarse la profundidad del volumen de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2018;) y el borde libre (đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ), con los cuales se estimarĂĄ la profundidad mĂnima de excavaciĂłn. Esta profundidad mĂnima se mide desde el fondo del estrato de filtraciĂłn hasta la superficie del borde libre de la cuenca. Por esta razĂłn, las dos profundidades previamente definidas (đ?&#x2018;&#x2018; y đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) consideran la profundidad mĂnima de la micropiscinia permanente (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? = 0.2 m) y la profundidad mĂnima del estrato de filtraciĂłn (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x201C; = 0.7 m) (ver Figura 58). La profundidad de excavaciĂłn mĂnima es Ăştil para identificar si las condiciones topogrĂĄficas de la zona de estudio son suficientes para garantizar el adecuado diseĂąo de la estructura. La profundidad de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2018;) se define desde la superficie del volumen de la micropiscina hasta la elevaciĂłn del orificio mĂĄs bajo de la estructura de salida. La profundidad total de la cuenca (profundidad disponible de almacenamiento) corresponde a la suma del borde libre (đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) y la profundidad de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2018;). Por otro lado, se definen la pendiente longitudinal (đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201C; ) y transversal (đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x201C; ) de la cuenca; la primera, medida a lo largo del canal de caudales bajos, y la segunda en direcciĂłn perpendicular al mismo canal. Para ambos casos la pendiente debe ser mayor o igual al 0.01 m/m. Finalmente, se debe hacer una estimaciĂłn del volumen almacenado en la cuenca, segĂşn la configuraciĂłn geomĂŠtrica definida. El volumen de almacenamiento encontrado debe ser mayor o igual al volumen de diseĂąo. DiseĂąo de la antecĂĄmara La antecĂĄmara es indispensable para garantizar la remociĂłn de sedimentos y basuras que puedan llegar con la escorrentĂa del ĂĄrea aferente; por lo anterior, todo el caudal de entrada debe pasar previamente por ella. Se recomienda implementar antecĂĄmaras cuya superficie de fondo sea, en la 169

medida de lo posible, suave y nivelada en concreto. Lo anterior, para facilitar la remociĂłn mecĂĄnica de los sedimentos y basuras depositadas. Para su diseĂąo se recomienda un volumen correspondiente al 3 - 5% del volumen de diseĂąo de la cuenca. A su vez, se sugiere instalar una berma en concreto o roca para detener temporalmente el agua antes de que ingrese a la cuenca. La altura de la berma no debe quedar por encima de la cota batea de la tuberĂa de conducciĂłn del caudal de entrada. A partir del volumen de la antecĂĄmara y profundidad de la berma, se puede definir el ĂĄrea mĂnima superficial de la misma (EcuaciĂłn (52)). Finalmente, aunque en el evento de diseĂąo la antecĂĄmara debe encontrarse bien sumergida, se recomienda emplear un vertedero rectangular a travĂŠs de la berma para prevenir encharcamientos permanentes en la antecĂĄmara y permitir el paso gradual del agua que ingresa a todo el cuerpo de la cuenca. Este vertedero debe desplazarse de la lĂnea de corriente de entrada para prevenir que caudales bajos generen corto-circuitos. đ??´đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; =

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x17D;

(52)

đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ

Donde đ??´đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea mĂnima superficial de la antecĂĄmara (m2), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x17D; = Volumen de la antecĂĄmara (m3) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = Altura de la berma o antecĂĄmara (m). Canal de caudales bajos y trincheras colectoras El canal de caudales bajos consiste en una zanja con grava en su interior, por medio de la cual se conducirĂĄ la escorrentĂa de periodos secos (baja intensidad), desde la antecĂĄmara hasta la micropiscina y el estrato de filtraciĂłn. De este modo se promoverĂĄ la mĂĄxima infiltraciĂłn y pĂŠrdida de volumen a lo largo de la cuenca. Ă&#x2030;ste debe ser de mĂnimo 1.2 m (48â&#x20AC;?) de ancho por 0.6 m de profundo (24â&#x20AC;?). Adicionalmente, no se recomienda instalar geotextil o membrana en su contorno, y en la medida de lo posible se debe rellenar el canal con grava AASHTO No. 2 o similar. Del mismo modo no se deben incorporar tuberĂas de drenaje en su interior. El fondo del canal debe tener una pendiente menor o igual a 0.01 m/m, con el fin de promover la infiltraciĂłn. Por otro lado, las trincheras colectoras o zanjas colectoras deben rellenarse de grava, y ubicarse de forma diagonal y transversal al canal de caudales bajos (Figura 57). Su objetivo es facilitar la conducciĂłn del agua en la periferia de la cuenca al canal longitudinal de caudales bajos, en caso de que se presenten eventos de baja intensidad, promoviendo a su vez la infiltraciĂłn de la misma en el suelo subyacente. Al igual que el canal de caudales bajos, el fondo de las zanjas debe tener una pendiente mĂĄxima del 0.01 m/m. Su ancho y profundidad deben ser mĂnimo de 0.45 m (18â&#x20AC;?) y 0.6 m (24â&#x20AC;?), respectivamente; no deben ser impermeabilizadas y se recomienda rellenarlas con grava AASHTO No. 2 o similar. Ă&#x2030;stas deben ir desde el borde externo de la cuenca hasta el canal de caudales bajos al centro de la cuenca, no requieren instalaciĂłn de tuberĂas drenaje y deben espaciarse a mĂĄximo 7.5 m (25â&#x20AC;&#x2122;) de distancia entre centros. Micropiscina permanente Al final del canal de caudales bajos, adyacente a la estructura de salida debe ubicarse un estrato de filtraciĂłn, el cual tiene la finalidad de tratar el caudal proveniente de eventos de baja frecuencia. Para asegurar que la escorrentĂa proveniente de estos eventos de lluvia sea tratada por medio del estrato de arena antes de ser descargada por la estructura de salida, la superficie del estrato debe ubicarse al menos 20 cm (4â&#x20AC;?) por debajo del Ăşltimo orificio de la estructura de salida. Esta zona deprimida permitirĂĄ la creaciĂłn de una micropiscina que posteriormente serĂĄ filtrada por el estrato de arena y 170

conducida por la tuberĂa de drenaje al fondo del estrato. Debe definirse el ĂĄrea de la micropiscina y del estrato de filtraciĂłn, con lo que es posible calcular el volumen almacenado dicha estructura (EcuaciĂłn (53)), el cual debe representar al menos el 0.5% del volumen de diseĂąo de la cuenca. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; = đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;?

(53)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; = Volumen almacenado en tiempo seco (m3), đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? = Ă rea superficial mĂnima del nivel de fondo o estrato de filtraciĂłn (m2), y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;? = Profundidad de la micropiscina (m). La profundidad del estrato de arena debe ser mĂnimo de 0.45 m (18â&#x20AC;?). Debajo de ĂŠsta se cuenta con un estrato de grava de profundidad mayor a 0.25 m (10â&#x20AC;?), en el cual se instalarĂĄn tuberĂas perforadas que permitirĂĄn el drenaje del agua tratada en el filtro de arena. Estas tuberĂas se deben conectar con la estructura de salida en su parte inferior y deben tener un diĂĄmetro mĂnimo de 15 cm (6â&#x20AC;?) y un espaciamiento mĂĄximo de 6 m entre centros. Sin embargo, cuando el ĂĄrea del nivel de fondo o estrato de arena sea menor a 46 m2, las tuberĂas de drenaje deberĂĄn separarse mĂĄximo a 3 m (1â&#x20AC;&#x2122;) de distancia entre centros.

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a la cuenca seca de drenaje extendido que hace parte de una de las estructuras diseĂąadas para el Parque Metropolitano San CristĂłbal. La funciĂłn principal de esta cuenca es la de reducir el pico de escorrentĂa y a su vez permitir la infiltraciĂłn en el subsuelo. Lo anterior, se logra al almacenar temporalmente una gran cantidad del agua lluvia en la cuenca, la cual serĂĄ descargada al canal San Blas de forma continua y controlada. Esta tipologĂa cuenta con un canal de caudales bajos que transporta la escorrentĂa producida en eventos de baja intensidad y duraciĂłn, con el fin de minimizar la erosiĂłn de las demĂĄs zonas y promover la utilizaciĂłn de la cuenca para actividades recreativas en tiempo seco. Ă rea de drenaje El ĂĄrea de drenaje que se definiĂł para el dimensionamiento de la cuenca se presenta en la Figura 68. Esta ĂĄrea se compone de una zona impermeable correspondiente a vĂas. Igualmente, dado que la cuenca inicia el almacenamiento de la escorrentĂa en un punto medio del parque, se tomĂł el ĂĄrea superior a este punto de recolecciĂłn del agua como parte del ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. AsĂ mismo, como tambiĂŠn se presenta escorrentĂa en el ĂĄrea de la cuenca, se incluyĂł un ĂĄrea aproximada de la misma como parte del ĂĄrea tributaria de la CSDE; dicha ĂĄrea corresponde a la utilizada en el predimensionamiento, como se presentarĂĄ posteriormente. Por lo tanto, el esquema del ĂĄrea de drenaje total de la cuenca corresponde al presentado en la Figura 68.

171

Figura 68. Ă rea de drenaje de la cuenca seca de drenaje extendido en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San CristĂłbal

Las ĂĄreas de drenaje correspondientes a cada tipo de zona y el ĂĄrea total se detallan a continuaciĂłn en la EcuaciĂłn (54). đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019; đ??ź = 0.143 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;1 = 1.01 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;2 = 0.32 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2020; = 0.08 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020; = 1.56 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(54)

Donde đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019; đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (m2), đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;1 = Ă rea de drenaje permeable superior (m2), đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;2 = Ă rea de drenaje permeable inferior (m2) đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2020; = Ă rea de la cuenca seca (m2) y đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2020; = Ă rea de drenaje total de la cuenca seca (m2). DiseĂąo hidrolĂłgico El diseĂąo hidrolĂłgico de la cuenca seca implica la estimaciĂłn del volumen de diseĂąo de calidad (V c) correspondiente al agua almacenada temporalmente por la estructura. Adicionalmente, se calcula el volumen de control de inundaciones correspondiente a un evento con periodo de retorno de 10 aĂąos y duraciĂłn de 4 horas y el caudal pico de descarga para un periodo de retorno de 10 aĂąos. El volumen de control de inundaciones se calcula para estimar el volumen de retenciĂłn cuando se tienen exigencias mĂĄs altas respecto a la disminuciĂłn de escorrentĂa producida o mejora en la calidad de la misma. Por otro lado, el caudal pico con periodo de retorno de 10 aĂąos es necesario para el diseĂąo de la antecĂĄmara de tratamiento y rejilla de la estructura de salida. El procedimiento desarrollado sigue los lineamientos descritos con detalle en la secciĂłn de diseĂąo hidrolĂłgico de la presente GuĂa. Para el cĂĄlculo del volumen de inundaciĂłn y el caudal pico con un periodo de retorno de 10 aĂąos fue necesario emplear la informaciĂłn hidrolĂłgica de la estaciĂłn Vitelma, a la cual se le asocia la siguiente curva IDF: đ??ź=

2649.8 đ?&#x2018;&#x2021; 0.175 đ??ˇ1,03 + 30.8

(55)

172

Donde đ??ź = Intensidad de lluvia (mm/hr), đ??ˇ = DuraciĂłn del evento de lluvia (min) y đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x; = Periodo de retorno del evento de lluvia (aĂąo). Con la ecuaciĂłn de la curva IDF es posible estimar la intensidad correspondiente a cada evento de lluvia de diseĂąo. La duraciĂłn asociada al caudal pico de descarga corresponde a la duraciĂłn del evento de lluvia de diseĂąo, que se estableciĂł como 15 minutos. Esto dado que el ĂĄrea de drenaje es pequeĂąa y corresponde al valor mĂnimo recomendado por la norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ para pozos iniciales. Respecto al volumen de control de inundaciones se tuvo en cuenta una duraciĂłn de 4 horas. Finalmente, el periodo de retorno se estima considerando la normatividad local, asĂ como la capacidad econĂłmica disponible y los requerimientos de reducciĂłn de caudal y/o tratamiento de escorrentĂa. En el presente diseĂąo se considerĂł apropiado un periodo de retorno de 10 aĂąos teniendo en cuenta que, de acuerdo con la propuesta de norma tĂŠcnica NS-085 del aĂąo 2015 (EAB), para tramos de red secundaria de alcantarillado se recomienda utilizar periodos de retorno de 5 aĂąos. Las intensidades calculadas correspondientes se muestran a continuaciĂłn: đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;15đ?&#x2018;&#x161; = 84.23 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;/â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;

đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;4â&#x201E;&#x17D; = 12.64 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;/â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x;

(56)

Donde đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;15đ?&#x2018;&#x161; = Intensidad de lluvia para una duraciĂłn de 15 minutos y un periodo de retorno de 10 aĂąos (mm/hr), đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;4â&#x201E;&#x17D; = Intensidad de lluvia para una duraciĂłn de 4 horas y un periodo de retorno de 10 aĂąos (mm/hr). El cĂĄlculo de las tres variables hidrolĂłgicas (volumen de calidad, volumen de inundaciĂłn y caudal pico de descarga) se realizĂł aplicando el mĂŠtodo racional, el cual puede utilizarse para ĂĄreas menores a 10 ha, segĂşn la norma tĂŠcnica de la EAB. AsĂ pues, para las vĂas se tomĂł un coeficiente de ĂĄrea impermeable đ??ś de 0.8, mientras que para las ĂĄreas del parque se tomĂł un valor de 0.45, dado que se trata de unas zonas de alta pendiente con presencia de zonas impermeables correspondientes a las canchas. Finalmente, para el ĂĄrea de la cuenca se estableciĂł un coeficiente de 0.3, el cual se considerĂł adecuado debido a que es una zona verde y este coeficiente se recomienda para parques recreacionales. En la Tabla 80 se resumen los datos empleados para cada ĂĄrea. Tabla 80. Coeficientes y ĂĄreas empleadas con mĂŠtodo racional.

Ă rea

A (m2)

C*A

Ă rea VĂas

0.8

1430

1144.00

Ă rea Parque 1

0.45

10100

4545.00

Ă rea Parque 2

0.45

3230

1453.50

Ă rea Cuenca

0.3

800

240.00

Total

15560

7382.50

Con la informaciĂłn descrita hasta el momento se calculĂł el volumen de inundaciĂłn y el caudal pico que ingresa a la cuenca para un evento con periodo de retorno de 10 aĂąos. Los resultados se presentan a continuaciĂłn. đ?&#x2018;&#x2030;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;10 = đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;4â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ??´ = 283.49 đ?&#x2018;&#x161;3

đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;10 = đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;15đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ??´ = 0.173 đ?&#x2018;&#x161;3 /đ?&#x2018;

173

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;10 = Volumen de inundaciĂłn para un evento de duraciĂłn de 4 horas y un periodo de retorno de 10 aĂąos (m3), đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2020;â&#x2C6;&#x2019;10 = Caudal pico para un evento de duraciĂłn de 15 minutos y un periodo de retorno de 10 aĂąos (m3/s). Finalmente, el volumen de diseĂąo de calidad del agua se calcula a partir del producto entre el ĂĄrea de drenaje modificada por el coeficiente de escorrentĂa y la profundidad de lluvia de diseĂąo (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ). Esta profundidad se estima a partir del procedimiento descrito en la secciĂłn de diseĂąo hidrolĂłgico de la GuĂa tĂŠcnica de diseĂąo y construcciĂłn de SUDS. De esta forma, segĂşn la cobertura correspondiente a la Figura 39 se obtiene un valor de â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = 18.506 mm de acuerdo con la ubicaciĂłn geogrĂĄfica del punto de anĂĄlisis (Coordenadas: X = 999322.76, Y = 997597.58). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2018; đ??´đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??śđ?&#x2018;&#x2013; = 136.62 đ?&#x2018;&#x161;3 Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de diseĂąo (m3) y â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (m). ParĂĄmetros de diseĂąo Para el dimensionamiento principal de la estructura es necesario conocer el volumen de diseĂąo, el tiempo de drenaje, la relaciĂłn largo ancho, el ĂĄrea superficial disponible y la profundidad. De estas variables se conoce el volumen de diseĂąo y el ĂĄrea de la estructura; los demĂĄs valores se definen por recomendaciĂłn de diferentes guĂas y manuales internacionales. De forma similar se introdujeron otras variables para el dimensionamiento de las estructuras complementarias que hacen parte de la cuenca, listadas en la Tabla 81. Tabla 81. Principales parĂĄmetros de diseĂąo para el dimensionamiento de la cuenca seca de drenaje extendido

Estructura

ParĂĄmetro

Valor

Unidades

Volumen de diseĂąo Tiempo de drenaje RelaciĂłn Largo/ancho Pendiente lateral Ă rea superficial disponible Profundidad Pendiente lateral

m3 h m/m m2 m m

Tipo de canal Pendiente del canal

163.94 40 3 4 800 0.25 4.0 Pared con vertedero rectangular Superficie en concreto 0.006

Profundidad

0.25

Ă rea superficial

5.0

Volumen de recarga

Profundidad de recarga

0.11

Rejilla para la estructura de rebose

Ă rea superficial

1.40

Dique de desbordamiento

Pendiente lateral

3.0

m/m

CorrecciĂłn por infiltraciĂłn

Tasa de infiltraciĂłn

200.0

mm/hr

GeometrĂa de la cuenca

AntecĂĄmara Canal de caudales bajos Micropiscina permanente

Tipo de diseĂąo

m/m

174

Predimensionamiento Los principales resultados del dimensionamiento a partir del proceso desarrollado en la hoja de cálculo se listan en la Tabla 82. Estos valores permitirán desarrollar el posterior diseño de detalle. Tabla 82. Principales resultados del dimensionamiento de la cuenca seca de drenaje extendido

Estructura

Parámetro Ancho superficial de la cuenca Largo superficial de la cuenca Ancho de la base Longitud de la base Área de fondo Volumen Volumen mínimo Profundidad máxima Área mínima Ancho del vertedero Caudal mínimo Profundidad del volumen de diseño Tipo de orificio Diámetro recomendado Número de columnas Número de filas Área total de orificios Área de fondo micropiscina Profundidad mínima Volumen de recarga Área superficial Ancho mínimo Altura

Rejilla para la estructura de rebose

Corrección por infiltración

Geometría de la cuenca

Antecámara

Canal de caudales bajos

Estructura de salida

Volumen de recarga

Rejilla de basuras

Valor 16.33 48.99 14.83 46.99 673.36 184.17 1.37 0.30 4.55 0.07 0.0035

Unidades m m m m m2 m3 m3 m m2 m m3/s

0.225

Circular 0.75 1 2 6.30*10-4 5.00 0.11 0.55 221.86 0.30 0.47

m2 m2 m m3 cm2 m m

Velocidad de paso

0.12

m/s

Área transversal Velocidad Volumen infiltrado Volumen de la cuenca Área de fondo Ancho base Longitud base Ancho cuenca Longitud cuenca Área superficial

3.46 0.05 13.46 147.8 544.62 12.82 42.47 14.82 44.47 659.21

m2 m/s m3 m3 m2 m m m m m2

”

En caso de que la velocidad de paso por la rejilla asociada a la estructura de rebose no cumpla con la medida de seguridad requerida, se recomienda aumentar el área superficial de la misma. Así pues, 175

con los resultados obtenidos después del predimensionamiento se desarrolló un esquema aproximado con la ubicación y tamaño de la cuenca, el cual se presenta en la Figura 69. En ésta se señala la ubicación de la entrada y salida de la CSDE, así como las diferentes estructuras que la componen.

Figura 69. Esquema de predimensionamiento para la cuenca seca de drenaje extendido en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal

Cunetas verdes Descripción Las cunetas verdes corresponden a una de las tipologías de SUDS más implementadas para transportar y dirigir el flujo de escorrentía. Consisten en depresiones del terreno con un rango de pendientes longitudinales que permiten la circulación del agua. Por ejemplo, en la Figura 70 se observa una cuneta verde funcionando durante un evento de precipitación. Usualmente, esta tipología se caracteriza por tener franjas de césped como estructura anexa a ambos lados; éstas direccionan la escorrentía superficial que fluye por los lados de la cuneta, de tal forma que el agua entre al sistema y sea transportado por la cuneta. Esta tipología suele implementarse en zonas de espacio público, dado que se requiere de un área longitudinal considerable para que el agua sea transportada apropiadamente. Por esta razón, las zonas más aptas para su construcción corresponden a los separadores entre las avenidas, o de manera lateral a las mismas, como se observa en la Figura 71. En zonas residenciales se recomienda su aplicación principalmente en nuevos desarrollos pues se debe contar con un ancho mínimo disponible que no es común en urbanizaciones preexistentes.

176

Figura 70. Cuneta verde en un evento de precipitación. Fuente: (Hunter, 2017)

Existen diferentes tipos de cunetas verdes que pueden implementarse según las condiciones del sitio y el interés particular de quien desarrolle un sistema de SUDS con esta tipología. La cuneta convencional, que puede ser implementada de manera más sencilla y sin muchas limitaciones, permite la infiltración natural hacia el suelo permeable. Por otra parte, la cuneta seca es aquella que permanece gran parte del tiempo en estado seco; para esto, se implementa en la parte inferior de la cuneta un reservorio que facilite la infiltración y retención de un volumen adicional de escorrentía (ver Figura 71), de tal forma que en la superficie no se mantenga una lámina profunda de agua. La cuneta húmeda consiste en un canal que impide la infiltración (natural o con reservorio), con el fin de conservar una lámina de agua casi permanente en el sistema; para lograrlo, se implementa un recubrimiento impermeable en el suelo. Es importante resaltar que para el análisis de esta tipología, en el presente documento se hace referencia a la cuneta convencional, pues es la que tiene un mayor rango de aplicación.

177

Figura 71. Cuneta verde con reservorio. Fuente: (Salix River & Wetland Services Limited, 2013)

La implementación de cunetas verdes como sistema de recolección y transporte de la escorrentía genera varios beneficios relacionados principalmente con las condiciones aguas abajo. Por ejemplo, si se tienen cuerpos receptores aguas abajo del sistema, estos son protegidos frente a efectos por eventos extremos de precipitación, dado que las cunetas reducen en un porcentaje el caudal pico y por ende la velocidad del agua de escorrentía. Así mismo, dadas las características de pendientes y según se utilicen o no barreras de detención, las cunetas verdes descargan el agua a los sistemas de drenaje con una velocidad menor, en comparación a los sistemas de tuberías tradicionales. Las barreras de detención son estructuras que simulan el funcionamiento de pequeñas presas (ver Figura 72) y pueden estar construidas con grava, cemento y otros materiales. Estas barreras cumplen con dos objetivos: reducir la velocidad de flujo al detener temporalmente la escorrentía y aumentar la remoción de sólidos en el sistema por medio de la sedimentación de partículas en las barreras. Por otra parte, cabe destacar que los canales pueden diseñarse con formas trapezoidales o triangulares, pero independientemente de su forma, se debe asegurar que el terreno esté en un rango de pendientes que permita mantener las condiciones de flujo requeridas. De lo contrario, no se puede asegurar que la velocidad de la escorrentía sea disminuida antes de ser descargada a los sistemas de drenaje o a los cuerpos receptores.

178

Figura 72. Cunetas verdes con barreras de detenciĂłn. Fuente: (Credit Valley Conservation, 2011)

Con respecto a los componentes que conforman las cunetas verdes, esta tipologĂa tiene un menor nĂşmero de estructuras complementarias en comparaciĂłn a otros SUDS (ver Figura 73). En primer lugar, se cuenta con una tuberĂa de entrada que permite el ingreso de la escorrentĂa al sistema. En segundo lugar, se utiliza un disipador de energĂa que suele componerse por un enrocado; posteriormente, la escorrentĂa puede ser distribuida a lo ancho de la cuneta por medio de un distribuidor de flujo. En el sistema pueden incluirse barreras de detenciĂłn a lo largo del canal; ĂŠstas, ademĂĄs de detener el flujo y reducir la velocidad, pueden generar incluso cambios de pendiente en la cuneta. Adicionalmente, se debe destacar la importancia de los taludes laterales, que funcionan como franjas de cĂŠsped para la entrada de escorrentĂa superficial que no fue interceptada por la tuberĂa de entrada. Por Ăşltimo, se utiliza una tuberĂa de salida que descarga el agua al sistema de alcantarillado o a los cuerpos receptores.

DiseĂąo hidrolĂłgico El diseĂąo de las cunetas verdes se realiza por medio de caudales para diferentes periodos de retorno. EspecĂficamente, para el diseĂąo se utiliza un periodo de retorno para eventos frecuentes (de 2 a 5 aĂąos), y para la verificaciĂłn del diseĂąo un periodo para eventos extremos (10 o mĂĄs aĂąos). Teniendo en cuenta la norma NS-085 de la EAB y la informaciĂłn reportada en guĂas y manuales internacionales, para el diseĂąo de cunetas verdes en BogotĂĄ se recomienda utilizar caudales con periodos de retorno de 2 y de 10 aĂąos (para diseĂąo y verificaciĂłn, respectivamente). Es importante aclarar que la selecciĂłn de un periodo de retorno debe estar acompaĂąado de la justificaciĂłn tĂŠcnica correspondiente. De esta forma, para el cĂĄlculo del caudal de diseĂąo se requiere conocer las variables resumidas en la Tabla 83 (ver CapĂtulo 3). Tabla 83. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de una cuneta verde

Variable

DefiniciĂłn

Ă rea que aporta escorrentĂa a la cuneta verde Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (đ??ś) permeabilidad de la superficie Ă rea tributaria (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; )

179

Variable Intensidad de lluvia ( đ?&#x2018;&#x2013;2â&#x2C6;&#x2019;5 ) Intensidad de lluvia (đ?&#x2018;&#x2013;10 )

DefiniciĂłn Intensidad de lluvia para un periodo de retorno de 2 a 5 aĂąos (diseĂąo). Intensidad de lluvia para un periodo de retorno de 10 aĂąos (verificaciĂłn).

En primer lugar, se establece la intensidad de lluvia propia de la zona de intervenciĂłn. Como se describe en la secciĂłn 4.2, las intensidades de lluvia para los dos caudales requeridos (đ?&#x2018;&#x2013;2â&#x2C6;&#x2019;5 e đ?&#x2018;&#x2013;10 ) se obtienen por medio de las curvas de IDF. En la EcuaciĂłn (57) se presenta la estructura general de las curvas IDF, en las cuales se utiliza una duraciĂłn igual al tiempo de concentraciĂłn del ĂĄrea de drenaje. đ?&#x2018;&#x2013;2â&#x2C6;&#x2019;5 ,10 =

đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x161; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019; + đ?&#x2018;&#x201C;

(57)

Donde đ?&#x2018;&#x2013; = Intensidad de lluvia (mm/hr), đ??ˇ = DuraciĂłn del evento de lluvia (min) y đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x; = Periodo de retorno del evento de lluvia (aĂąo) y đ?&#x2018;?, đ?&#x2018;&#x161;, đ?&#x2018;&#x2019;, đ?&#x2018;&#x201C; = Coeficientes calibrados para la curva IDF. En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje de la cuneta. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como sumideros, cunetas, redes de alcantarillado y demĂĄs elementos asociados con el flujo del agua. Por su parte, el coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ definido por el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. Se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. vĂas, zonas verdes, techos, andenes y parques) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la escorrentĂa real que es producida en el ĂĄrea. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la norma NS085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn los tipos de coberturas. Por Ăşltimo, teniendo en cuenta la intensidad obtenida por medio de la curva IDF, el ĂĄrea de drenaje y su respectivo coeficiente de escorrentĂa, se procede a calcular el caudal de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x; = 2 â&#x20AC;&#x201C; 5 aĂąos) y el caudal de verificaciĂłn (đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x; = 10 aĂąos), segĂşn la EcuaciĂłn (58) y la EcuaciĂłn (59). Esta informaciĂłn se puede calcular en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de cunetas verdes anexa a la guĂa, una vez se haya solicitado la informaciĂłn de las curvas IDF a la EAB. đ?&#x2018;&#x201E;2â&#x2C6;&#x2019;5 =

1 đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś 3600000 2â&#x2C6;&#x2019;5

(58)

Donde đ?&#x2018;&#x201E;2â&#x2C6;&#x2019;5 = Caudal de diseĂąo (m3/s), đ?&#x2018;&#x2013;10 = Intensidad de lluvia (mm/hr) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la cuenca (m2) y đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa. đ?&#x2018;&#x201E;10 =

1 đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś 3600000 10

(59)

đ?&#x2018;&#x201E;10 = Caudal de verificaciĂłn (m3/s), đ?&#x2018;&#x2013;10 = Intensidad de lluvia (mm/hr) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la cuenca (m2) y đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa.

180

Diagramas de referencia

Figura 73. Planta esquemática de una cuneta verde

181

Figura 74. Perfil esquemático de una cuneta verde.

182

Figura 75. Vista frontal de una cuneta verde y la tubería perforada

183

Metodología adaptada de “Urban Drainage and Flood Control District”, Denver (2010) Dimensionamiento La presente metodología incluye recomendaciones de diseño y un proceso de dimensionamiento para la implementación de cunetas verdes. Se describen una serie de consideraciones de diseño enfocadas al funcionamiento y control de dichas estructuras. El objetivo principal gira en torno a maximizar el tiempo de residencia hidráulico en la estructura, para aumentar la eficiencia de la misma. Con este fin, se desarrollarán una serie de cálculos y comprobaciones en las secciones posteriores, enfocadas en el diseño de la geometría de la cuneta, y el cálculo de velocidad del agua y las pendientes de diseño. En la Figura 76 se presenta el procedimiento para el dimensionamiento hidráulico, el cual incluye las secciones 5.3.4.1.1 – 5.3.4.1.5.

Figura 76. Procedimiento propuesto para el dimensionamiento y diseño hidráulico de una cuneta verde.

184

Tiempo de residencia hidrĂĄulico Se ha establecido que tiempos de residencia hidrĂĄulicos altos generan un aumento en el tratamiento del agua en las cunetas verdes, lo que permite mejorar la calidad de la escorrentĂa transportada. De manera general, tener un tiempo de retenciĂłn o de residencia hidrĂĄulico considerablemente elevado promueve procesos de sedimentaciĂłn, lo cual aumenta la remociĂłn de agentes contaminantes presentes en el agua a tratar. Por esta razĂłn, el tiempo de residencia es un parĂĄmetro determinante al condicionar el tamaĂąo con el cual se diseĂąarĂĄ la cuneta (particularmente la longitud (L) de ĂŠsta). El cĂĄlculo a desarrollar para encontrar el valor adecuado para el tiempo de residencia hidrĂĄulico se presenta en la EcuaciĂłn (60). đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018; =

đ??ż đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C;

(60)

En donde đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018; = Tiempo de residencia hidrĂĄulico (h), đ??ż = Longitud de la cuneta (m) y đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; = Velocidad de diseĂąo (m/s). Con respecto a la velocidad de diseĂąo, ĂŠsta se abordarĂĄ en detalle en la secciĂłn 5.3.4.1.4. En este caso, la longitud de la cuneta funciona como un parĂĄmetro de entrada que debe ser determinado de acuerdo con las distancias requeridas para el transporte de la escorrentĂa y la disponibilidad de espacio. Sin embargo, se enfatiza la importancia de maximizar esta distancia tanto como sea posible. Si por condiciones propias del sitio escogido para la implementaciĂłn de la cuneta no es posible utilizar una gran distancia para la misma, se recomienda disminuir la pendiente longitudinal o aumentar la secciĂłn transversal de la cuneta. Estas recomendaciones se establecen con el objetivo de generar un mayor tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulico. Pendiente longitudinal Se recomienda la aplicaciĂłn de pendientes longitudinales bajas que permitan transportar el flujo de agua de una forma lenta y superficial. Esto se busca con el fin de facilitar procesos de sedimentaciĂłn y filtraciĂłn y limitar, a su vez, procesos erosivos. De esta forma, por medio de criterios de dimensionamiento y diseĂąo como el nĂşmero de Froude, la velocidad y la profundidad, se debe establecer una pendiente que permita asegurar que la escorrentĂa fluya aguas abajo dentro de la estructura. Para la aplicaciĂłn de la presente metodologĂa se tienen en cuenta dos parĂĄmetros (Tabla 84) dentro del marco de la pendiente longitudinal de la cuneta. Ambos permiten determinar el cĂĄlculo de criterios presentes en secciones posteriores (afectando incluso el tiempo de residencia hidrĂĄulico mencionado en la secciĂłn anterior). Tabla 84. ParĂĄmetros asociados al desarrollo de la pendiente longitudinal de la cuneta.

ParĂĄmetro Pendiente disponible (đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? ) Pendiente de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2020;)

DescripciĂłn Pendiente presente en el sitio, sin realizar ninguna perturbaciĂłn. Pendiente que se considera conveniente para la implementaciĂłn de la cuneta.

De manera general, suele recomendarse una pendiente de diseĂąo mĂnima de 0.01 m/m, ya que esta permite un drenaje apropiado en la estructura. Incluir barreras de detenciĂłn puede resultar Ăştil para controlar limitaciones del sitio de construcciĂłn seleccionado. Si se utilizan, se debe garantizar la 185

disipaciĂłn de energĂa para el flujo que pasa por dichas estructuras, por medio de enrocados u otros mecanismos de disipaciĂłn. GeometrĂa de la cuneta Esta secciĂłn se enfoca principalmente en el ĂĄrea transversal de la cuneta. Suele recomendarse la aplicaciĂłn de diseĂąos trapezoidales; sin embargo, un diseĂąo triangular tambiĂŠn puede ser empleado. Dado que se busca aumentar el tiempo de retenciĂłn se propone un diseĂąo en el cual las pendientes laterales de la cuneta tengan una relaciĂłn horizontal:vertical mayor a 3:1, siendo preferible trabajar con pendientes mĂĄs planas. Esta secciĂłn se fundamenta en dos parĂĄmetros de entrada descritos en la Tabla 85. Para esta secciĂłn no se realizan cĂĄlculos adicionales, sino que se lleva a cabo una comprobaciĂłn de la aplicabilidad de los datos ingresados, con el fin de trabajar con valores validos en la secciĂłn de DiseĂąo (5.3.4.1.5). Es importante tener en cuenta que si se desea implementar una cuneta seca se debe implementar un reservorio y una tuberĂa perforada. Para este caso, en las secciones 5.1.4.1.2 y 6.5.1 se describen las caracterĂsticas para el diseĂąo del reservorio y la tuberĂa. Tabla 85. ParĂĄmetros asociados a la geometrĂa de la cuneta.

ParĂĄmetro Pendiente lateral del canal (Z:1) Ancho del fondo de la cuneta (Wf)

DescripciĂłn Se recomiendan pendientes mayores a 3:1 Se recomienda un ancho mĂnimo de 50 cm

Velocidad Este parĂĄmetro calculado influye directamente en el tiempo de residencia hidrĂĄulico. Una velocidad alta en el flujo de agua impedirĂĄ un tratamiento adecuado de la misma, lo que disminuirĂĄ considerablemente la eficiencia de la tipologĂa. Por este motivo se busca tener velocidades de flujo bajas, preferiblemente que no excedan 50 cm/s. La EcuaciĂłn (61) muestra la expresiĂłn matemĂĄtica que permite encontrar el valor de la velocidad. Dada la importancia de trabajar con velocidades bajas, se establece una comprobaciĂłn que indica si el valor obtenido excede la recomendaciĂłn. đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; =

đ?&#x2018;&#x201E;2â&#x2C6;&#x2019;5 đ??´đ?&#x2018;&#x160;

(61)

Donde đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; = Velocidad de diseĂąo (m/s), đ?&#x2018;&#x201E;2â&#x2C6;&#x2019;5 = Caudal de diseĂąo para un periodo de retorno de dos a cinco aĂąos (m3/s) y đ??´đ?&#x2018;&#x160; = Ă rea de flujo (m2), calculada y explicada en detalle en la secciĂłn 5.3.4.1.5. DiseĂąo Dentro de la secciĂłn de diseĂąo de esta metodologĂa se obtienen valores adecuados para parĂĄmetros de interĂŠs hidrĂĄulico, de control y de eficiencia de la cuneta. Uno de los parĂĄmetros mĂĄs importantes a tener en cuenta es el ĂĄrea de flujo de la cuneta. Ă&#x2030;ste se emplea para el cĂĄlculo de la velocidad de diseĂąo, por lo que influye de manera indirecta en el proceso de maximizaciĂłn del tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulica. En la EcuaciĂłn (62) se presenta la expresiĂłn empleada para obtener el ĂĄrea de flujo. đ??´đ?&#x2018;¤ = (đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; ) + (đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;2 )

(62)

186

Donde đ??´đ?&#x2018;¤ = Ă rea de flujo (m2), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho del fondo de la cuneta (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral del canal (đ?&#x2018;?: 1) y đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de flujo (m). Los parĂĄmetros que se emplean para encontrar el valor del ĂĄrea de flujo deben dimensionarse de tal forma que el ĂĄrea resultante tenga un valor alto, para disminuir la velocidad de diseĂąo y aumentar el tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulica. Se recomienda una profundidad de flujo de mĂĄximo 30 cm, para promover el tratamiento de la escorrentĂa al garantizar el contacto del agua con la vegetaciĂłn. Posteriormente, se calculan los valores para parĂĄmetros de la geometrĂa de la estructura. De esta forma, se obtiene el valor del ancho superior de la cuneta (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; ) y se realiza una comprobaciĂłn hidrĂĄulica asociada al nĂşmero de Froude (đ??š). Las expresiones matemĂĄticas empleadas se presentan en las Ecuaciones (63) y (64). đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?) đ??š=

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C;

(63) (64)

đ??´ â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; ( đ?&#x2018;&#x160; ) đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018;

Donde đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; = Ancho de la cuneta a la altura del flujo (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho del fondo de la cuneta (m), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de flujo (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral del canal (đ?&#x2018;?: 1), đ??š = NĂşmero de Froude, đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x201C; = Velocidad de diseĂąo (m/s), đ?&#x2018;&#x201D; = Gravedad (m/s2) y đ??´đ?&#x2018;&#x160; = Ă rea de flujo (m2). El ancho superior de la cuneta resulta de la relaciĂłn entre el ancho inferior de la misma, su pendiente lateral y la profundidad de flujo. La altura acumulada se calcula como el producto entre la longitud que tendrĂĄ la cuneta y la diferencia entre la pendiente longitudinal del lugar y la pendiente escogida para la implementaciĂłn de la tipologĂa. Finalmente, para el nĂşmero de Froude se recomienda no exceder un valor de 0.5, de manera que el agua dentro de la estructura se restrinja a la categorĂa de flujo subcrĂtico o lento. Ahora bien, la profundidad de diseĂąo corresponde a un parĂĄmetro fundamental para el dimensionamiento de las cunetas verdes. Para el cĂĄlculo de esta profundidad se realiza un proceso iterativo que involucra calcular el caudal de diseĂąo con base en un valor del n de Manning. Se emplea la EcuaciĂłn (65) que permite calcular el caudal en un canal abierto. đ?&#x2018;&#x201E;2â&#x2C6;&#x2019;5 =

2 1 1 (đ??´đ?&#x2018;&#x160; đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť 3 đ?&#x2018;&#x2020; 2 ) đ?&#x2018;&#x203A;

(65)

Donde đ?&#x2018;&#x201E;2â&#x2C6;&#x2019;5 = Caudal de diseĂąo (m3/s), đ?&#x2018;&#x203A; = valor del n de Manning, đ??´đ?&#x2018;&#x160; = Ă rea de flujo (m2), đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť = Radio hidrĂĄulico (m) y đ?&#x2018;&#x2020; = Pendiente de diseĂąo (m/m). Por su parte, el valor del radio hidrĂĄulico depende de la geometrĂa de la estructura. Dado que se recomienda trabajar con un ĂĄrea transversal de carĂĄcter trapezoidal, la expresiĂłn utilizada para su cĂĄlculo se presenta en la EcuaciĂłn (66) . đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť =

đ??´đ?&#x2018;&#x160;

(66)

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + 2đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;1 + (đ?&#x2018;?)2

Donde đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť = Radio hidrĂĄulico (m), đ??´đ?&#x2018;&#x160; = Ă rea de flujo (m2), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho del fondo de la cuneta (m), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de flujo (m) y đ?&#x2018;? = Pendiente lateral del canal (đ?&#x2018;?: 1).

187

Es importante mencionar que dado el proceso iterativo requerido para encontrar la profundidad de flujo óptima, se debe partir de un valor aleatorio inicial que permita llevar a cabo este proceso. El objetivo de las iteraciones consiste en obtener un valor de caudal a partir de la profundidad de flujo, tal que dicho caudal sea igual al valor obtenido para el caudal de diseño para un periodo de retorno de dos años. Borde libre Con el fin de comprobar que las condiciones de dimensionamiento de la cuneta se cumplan, de tal forma que se asegure el control del drenaje sin inundaciones, se calcula el borde libre requerido. Para esto suele recomendarse trabajar con un caudal para un periodo de retorno de 50 o 100 años. Sin embargo, dado que un periodo de retorno de 100 años es muy restrictivo y la normativa de la EAB recomienda periodos de retorno de 2 y 5 años, en esta guía se considera apropiado partir de un caudal pico calculado para un periodo de 10 años, de manera que se cumpla con la normativa de la EAB y se cuente con un valor más restrictivo. Este valor se obtiene tras aplicar el procedimiento hidrológico expuesto en la sección 4.2. En la Figura 77 se ilustra el procedimiento recomendado para encontrar el valor de borde libre recomendado.

Figura 77. Procedimiento de dimensionamiento del parámetro borde libre para una cuneta verde.

188

De esta forma, para calcular la profundidad asociada al periodo de retorno de 10 aĂąos, se calcula en primer lugar el caudal correspondiente. Para esto se emplea la EcuaciĂłn (65), teniendo en cuenta que el valor de profundidad, tanto en el ĂĄrea de flujo como en el radio hidrĂĄulico, serĂĄ diferente a la profundidad de flujo. A partir de este caudal, se procede a realizar un proceso iterativo similar al aplicado en la secciĂłn anterior. En este caso el objetivo es igualar los caudales mencionados, cambiando asĂ el valor de la profundidad asociada al evento de periodo de retorno 10 aĂąos. Ahora, para encontrar el valor apropiado para el borde libre recomendado (đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) se establece una comparaciĂłn entre la profundidad requerida para el manejo de un evento extremo (previamente calculada) y una altura mĂnima recomendada (0.15 m). Posteriormente, se procede a calcular la profundidad mĂnima de la cuneta (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ) por medio de la EcuaciĂłn (67). A continuaciĂłn, se calcula nuevamente el ancho superior de la cuneta teniendo en cuenta el cĂĄlculo del borde libre de la estructura. Para esto se aplica la EcuaciĂłn (63), reemplazando el valor de la profundidad de flujo (đ?&#x2018;&#x2018;), por el valor encontrado para la profundidad mĂnima de la cuneta (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ). đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż + đ?&#x2018;&#x2018;

(67)

Donde đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad mĂnima de la cuneta (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż = Borde libre recomendado (m) y đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de flujo (m). Barreras de detenciĂłn Finalmente, se plantea el dimensionamiento de las estructuras de detenciĂłn, las cuales se implementan cuando la pendiente del terreno es muy alta (i.e. mayor a 0.02 m/m) y la pendiente efectiva de diseĂąo es menor a ĂŠsta, para disminuir la velocidad del flujo. Cabe anotar que el procedimiento definido en esta secciĂłn integra tambiĂŠn recomendaciones establecidas por el Departamento de Calidad Ambiental de Virginia (2011). En la Figura 78 se presenta el procedimiento a seguir para obtener la informaciĂłn pertinente asociada a la altura de las barreras, la cantidad y la distancia Ăłptima entre ellas. Cada parĂĄmetro se describe en detalle posteriormente.

189

Figura 78. Procedimiento para el dimensionamiento de barreras de detenciĂłn en cunetas verdes.

En esta secciĂłn los cĂĄlculos se realizan a partir de cuatro parĂĄmetros principalmente, entre los que se incluyen la pendiente disponible (đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? ), la pendiente de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2020;), la profundidad de flujo (đ?&#x2018;&#x2018;), el borde libre recomendado (đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) y la longitud de la cuneta (đ??ż). De esta manera, a partir de los valores obtenidos para profundidad de flujo y borde libre recomendado se determina la profundidad real de la cuneta (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; ), la cual deber ser mayor o igual a la profundidad mĂnima (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ). A su vez se establece la altura total superficial de las barreras (đ??ťđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; đ?&#x2018;? ) (ver Figura 74) de acuerdo con las recomendaciones presentadas en las Ecuaciones (68) y (69). đ??ťđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; đ?&#x2018;? â&#x2030;¤ đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;

(68)

đ??ťđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; đ?&#x2018;? â&#x2030;Ľ đ?&#x2018;&#x2018;

(69)

Donde đ??ťđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; đ?&#x2018;? = Altura total superficial de las barreras (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x; = profundidad real de la cuneta (m) y đ?&#x2018;&#x2018; = profundidad de flujo (m). Esta informaciĂłn se emplea en la EcuaciĂłn (70) para calcular la distancia mĂĄxima entre barreras (đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; ). đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; =

đ??ťđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018; đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020;

(70)

Donde đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; = Distancia entre barreras (m), đ??ťđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;? = Altura mĂĄxima (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? = Pendiente disponible (m/m) y đ?&#x2018;&#x2020; = Pendiente de diseĂąo (m/m). A continuaciĂłn se calculan el nĂşmero de barreras necesarias (đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; ) a travĂŠs de la EcuaciĂłn (71).

190

đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; =

đ??ż đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018;

(71)

Donde đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; = NĂşmero de barreras requeridas, đ??ż = Longitud de la cuneta (m) y đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; = Distancia entre barreras (m). Finalmente se calcula el valor correspondiente a la altura acumulada requerida para las estructuras de control (đ??ťđ?&#x2018;&#x2018; ) (ver Figura 79), por medio de la expresiĂłn propuesta en la EcuaciĂłn (72). đ??ťđ?&#x2018;&#x2018; = (đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020;) â&#x2C6;&#x2014; đ??ż

(72)

Donde đ??ťđ?&#x2018;&#x2018; = Altura acumulada requerida (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? = Pendiente disponible (m/m), đ?&#x2018;&#x2020; = Pendiente de diseĂąo (m/m) y đ??ż = Longitud de la cuneta (m).

Figura 79. Esquema ilustrativo de la altura acumulada requerida

Una opciĂłn alternativa para pendientes en las que se requiere implementar barreras muy altas o con un espaciamiento muy pequeĂąo es crear terrazas en el ĂĄrea para modificar las caracterĂsticas del terreno. En todo caso, esto implica una mayor complejidad en la construcciĂłn ya que se debe garantizar la estabilidad del terreno durante el tiempo de operaciĂłn de la estructura.

191

MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Stormwater Management Manualâ&#x20AC;?, Western Australia (2007) 5.2.3.1 Dimensionamiento La presente metodologĂa presenta otra alternativa para el diseĂąo de las cunetas verdes. Al igual que en la metodologĂa anterior, el objetivo principal gira en torno a maximizar el tiempo de residencia hidrĂĄulico en la estructura, de manera que se aumente la eficiencia de la misma. Para esto, se desarrollarĂĄn una serie de cĂĄlculos y comprobaciones en las secciones posteriores, orientadas a la geometrĂa de la cuneta, la velocidad del agua y pendientes de diseĂąo, asĂ como un dimensionamiento hidrĂĄulico detallado. Esta metodologĂa permite diseĂąar la estructura considerando varias secciones, las cuales se diferencian por la pendiente. De igual manera, calcula las profundidades aguas arriba y aguas debajo de las secciones mediante un proceso iterativo de tal manera que se garantice la continuidad del caudal en toda la estructura. 5.2.3.1.1

CaracterĂsticas del sitio

Para el desarrollo de esta secciĂłn, se deben conocer las caracterĂsticas geomĂŠtricas de la cuneta a diseĂąar, incluyendo longitud total, el ancho del pavimento, andenes y la cuneta. A partir de estos datos se puede calcular el ĂĄrea de trĂĄnsito que corresponde a las vĂas peatonales y vehiculares tal como lo presenta la EcuaciĂłn (73). En la Figura 80 se presenta un esquema de las ĂĄreas asociadas al ĂĄrea de trĂĄnsito. đ??´đ?&#x2018;Ą = đ??ż â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ł + đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A; )

(73)

Donde đ??´đ?&#x2018;Ą = Ă rea de trĂĄnsito (m2 ), đ??ż = Longitud total (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ł = Ancho del pavimento (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x203A; = Ancho de andenes (m).

Figura 80. Ă rea de drenaje de la cuenta.

Posteriormente, se procede a calcular el ĂĄrea de la cuneta tal como lo ilustra la EcuaciĂłn (74). Esto permite establecer el ĂĄrea total de captaciĂłn (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) la cual es equivalente al ĂĄrea de trĂĄnsito (đ??´đ?&#x2018;Ą ) mĂĄs el ĂĄrea de la cuneta (đ??´đ?&#x2018; ). Finalmente, se establecen los valores de la longitud de la secciĂłn superior y la secciĂłn inferior junto a las pendientes de las secciones superiores e inferiores. Es necesario precisar que si se presentan diferentes pendientes, se debe trabajar con la menor. đ??´đ?&#x2018; = đ??ż â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;

(74)

Donde đ??´đ?&#x2018; = Ă rea de la cuneta (đ?&#x2018;&#x161;2 ), đ??ż = Longitud total (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; = Ancho de la cuneta (m).

192

5.2.3.1.2

DiseĂąo de la cuneta

En la Figura 81 se ilustra el procedimiento de diseĂąo de la cuneta verde. Dicho proceso se explica a continuaciĂłn con mĂĄs detalle.

Figura 81: Procedimiento de diseĂąo de una cuneta verde

La pendiente de diseĂąo debe ser la menor de las pendientes en las secciones inferiores y superiores. Esta pendiente debe ser mayor a 0.01 m/m y menor a 0.04 m/m. Posteriormente, se establecen los parĂĄmetros que se utilizarĂĄn para calcular la capacidad de flujo en el canal de la cuneta: el valor del coeficiente de rugosidad de Manning, la pendiente lateral, el ancho base y la profundidad de la cuneta. A partir de estos parĂĄmetros, con base en diseĂąos hidrĂĄulicos para canales trapezoidales se calcula el ĂĄrea mojada y el perĂmetro mojado de acuerdo con las Ecuaciones (75) y (76): đ??´đ?&#x2018;¤ = (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?)) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153;

(75)

Donde đ??´đ?&#x2018;¤ = Ă rea mojada (m2 ), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuneta (m). đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤ = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;1 + đ?&#x2018;? 2 )

(76)

193

Donde đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤ = PerĂmetro mojado (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; = Profundidad de la cuneta (m). Consecutivamente, se calcula el radio hidrĂĄulico por medio de la EcuaciĂłn (77) y la capacidad de flujo de la cuneta, la cual debe ser mayor al caudal de captura. El cĂĄlculo de este parĂĄmetro se presenta en la EcuaciĂłn (78). đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť =

đ??´đ?&#x2018;¤ đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤

(77)

Donde đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť = Radio hidrĂĄulico (m), đ??´đ?&#x2018;¤ = Ă rea mojada (m2 ) y đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤ = PerĂmetro mojado (m). 3

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘ =

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x2020; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť 2

(78)

đ?&#x2018;&#x203A;

Donde đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘ = Capacidad de flujo de la cuneta (m3 /s), đ?&#x2018;&#x2020; = Pendiente de diseĂąo (m/m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť = Radio hidrĂĄulico (m) y đ?&#x2018;&#x203A; = Coeficiente de rugosidad de Manning. 5.2.3.1.3

VerificaciĂłn de velocidad en la zona de menor pendiente (aguas abajo)

En la Figura 82 se ilustra el procedimiento sugerido para verificar la velocidad en la zona de menor pendiente de la cuneta verde (zona aguas abajo).

194

Figura 82: Procedimiento de verificaciĂłn de la velocidad en la zona aguas abajo para una cuneta verde

De acuerdo con el diagrama anterior, a partir del n de Manning y la profundidad aguas abajo se calcula el caudal aguas abajo, el cual, por continuidad, debe ser igual al caudal de diseĂąo para 2 aĂąos (đ?&#x2018;&#x201E;2 ) definido en la secciĂłn 5.3.2. Para esto se realiza un proceso iterativo cambiando la profundidad aguas abajo (đ?&#x2018;&#x2018;1 ) hasta que estos dos caudales sean los mismos. DespuĂŠs de obtener la profundidad aguas abajo (đ?&#x2018;&#x2018;1 ), y con base en diseĂąos hidrĂĄulicos para canales trapezoidales, se calcula el ĂĄrea mojada y el perĂmetro mojado como lo presentan las ecuaciones (79) y (80): đ??´đ?&#x2018;¤1 = (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (đ?&#x2018;&#x2018;1 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?)) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;1

(79)

Donde đ??´đ?&#x2018;¤1 = Ă rea mojada aguas abajo(m2 ), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;1 = Profundidad aguas abajo (m). đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤1 = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;1 â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;1 + đ?&#x2018;? 2 )

(80)

Donde đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤1 = PerĂmetro mojado aguas abajo (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;1 = Profundidad aguas abajo (m). Posteriormente, se calcula el radio hidrĂĄulico como lo ilustra la EcuaciĂłn (81). 195

đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť1 =

đ??´đ?&#x2018;¤1 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤1

(81)

Donde đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť1 =Radio hidrĂĄulico aguas abajo (m), đ??´đ?&#x2018;¤1 = Ă rea mojada aguas abajo (m2 ) y đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤1 = PerĂmetro mojado aguas abajo (m). Finalmente, se procede a calcular la velocidad de flujo. Se recomienda que este parĂĄmetro no supere 0.5 m/s. Este cĂĄlculo se ilustra en la EcuaciĂłn (82). 3

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201C;1 =

â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť12 â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x2020; đ?&#x2018;&#x203A;1

(82)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201C;1 = Velocidad aguas abajo (m/s), đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť1 =Radio hidrĂĄulico aguas abajo (m), đ?&#x2018;&#x2020; =Pendiente de diseĂąo (m/m) y đ?&#x2018;&#x203A;1 = Coeficiente de rugosidad de Manning en la secciĂłn aguas abajo. 5.2.3.1.4

VerificaciĂłn de velocidad en la zona de mayor pendiente (aguas arriba)

En la Figura 82 se ilustra el procedimiento sugerido para verificar la velocidad en la zona de mayor pendiente de la cuneta verde (zona aguas arriba).

Figura 83: Procedimiento de verificaciĂłn de la velocidad en la zona aguas arriba para una cuneta verde

196

A partir del n de Manning y la profundidad aguas arriba se calcula el caudal aguas arriba, que por continuidad, debe ser igual al caudal de diseĂąo para 5 aĂąos đ?&#x2018;&#x201E;2 definido en la secciĂłn 5.3.2; para esto se realiza un proceso iterativo cambiando la profundidad aguas arriba đ?&#x2018;&#x2018;2 hasta que estos dos caudales sean iguales. DespuĂŠs de obtener la profundidad aguas arriba đ?&#x2018;&#x2018;2 y con base en diseĂąos hidrĂĄulicos para canales trapezoidales, se calcula el ĂĄrea mojada y el perĂmetro mojado como lo presentan las Ecuaciones (83) y (84): đ??´đ?&#x2018;¤2 = (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (đ?&#x2018;&#x2018;2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;?)) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;2

(83)

Donde đ??´đ?&#x2018;¤2 = asociado a la zona con mayor pendiente (m2 ), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;2 = Profundidad asociada a la zona con mayor pendiente (m). đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤2 = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; + (2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;2 â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;1 + đ?&#x2018;? 2 )

(84)

Donde đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤2 = PerĂmetro mojado asociado a la zona con mayor pendiente (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho base (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (đ?&#x2018;?: 1), đ?&#x2018;&#x2018;2 = Profundidad asociada a la zona con mayor pendiente (m). Posteriormente, se calcula el radio hidrĂĄulico como lo ilustra la EcuaciĂłn (85), y se procede a calcular la velocidad de flujo la cual se recomienda no supere 0.5 m/s. Este cĂĄlculo se realiza por medio de la EcuaciĂłn (86). đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť2 =

đ??´đ?&#x2018;¤2 đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤2

(85)

Donde đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť2 =Radio hidrĂĄulico asociado a la zona con mayor pendiente (m), đ??´đ?&#x2018;¤2 = asociado a la zona con mayor pendiente (m2 ) y đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;¤2 = PerĂmetro mojado asociado a la zona con mayor pendiente (m). 3

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201C;2 =

â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť 22 â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x20AC;đ??´đ?&#x2018;&#x2039;(đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018; đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;? ; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; )

(86)

đ?&#x2018;&#x203A;1

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x201C;2 = Velocidad asociada a la zona con mayor pendiente (m/s), đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť2 = Radio hidrĂĄulico asociado a la zona con mayor pendiente (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018; đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;? = Pendiente superior (m/m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Pendiente inferior (m/m) y đ?&#x2018;&#x203A;2 = n de Manning en la secciĂłn asociada a la mayor pendiente.

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a una cuneta verde ubicada en el Parque Metropolitano San CristĂłbal, cuyo principal objetivo es el transporte de la escorrentĂa de manera superficial. Otros de los objetivos incluyen minimizar el uso de tuberĂas y favorecer la implementaciĂłn de cobertura vegetal para la mejora de la calidad del agua, en tĂŠrminos de disminuciĂłn de concentraciones de partĂculas sedimentables y otros contaminantes. De esta forma, teniendo en cuenta el interĂŠs de incluir escorrentĂa de vĂas en el desarrollo de la estructura (para tener fuentes de agua tanto de zonas permeables como impermeables), y segĂşn el ĂĄrea disponible de intervenciĂłn, se decidiĂł utilizar una tuberĂa de conducciĂłn hasta la zona potencial de implementaciĂłn de la tipologĂa.

197

Ă rea de drenaje El ĂĄrea de drenaje que se definiĂł para el dimensionamiento de la cuneta verde se presenta en la Figura 84. En primer lugar, se cuenta con un ĂĄrea impermeable correspondiente a los conjuntos residenciales y vĂas presentes en la parte superior de la figura. Dado que, tras una inspecciĂłn en campo, se determinĂł que los conjuntos ya cuentan con un sistema de drenaje propio, el ĂĄrea impermeable se redujo a las vĂas que se encuentran en esta zona. A su vez, considerando que el sumidero no captaba la totalidad de la escorrentĂa de las vĂas, se seleccionĂł solamente una fracciĂłn de ĂŠstas. Por otro lado, dado que la cuneta verde inicia el transporte de la escorrentĂa en un punto medio del parque, se tomĂł el ĂĄrea superior a este punto de recolecciĂłn de escorrentĂa como parte del ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Finalmente, despuĂŠs de la evaluaciĂłn de los pozos en el ĂĄrea se incluyĂł el ĂĄrea adyacente a la cuneta.

Figura 84. Ă rea de drenaje de la cuneta verde en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San CristĂłbal

De esta forma, las ĂĄreas de drenaje correspondientes a cada tipo de zona y el ĂĄrea total se detallan a continuaciĂłn: đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019; đ??ź = 0.143 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;1 = 1.01 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;2 = 0.323 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030; = 1.48 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(87)

Donde đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019; đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (ha), đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;1 = Ă rea de drenaje permeable superior (ha), đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;1 = Ă rea de drenaje permeable inferior (ha) y đ??´đ??śđ?&#x2018;&#x2030; = Ă rea de drenaje total de la cuneta verde (ha). DiseĂąo hidrolĂłgico Para el diseĂąo hidrolĂłgico de la cuneta verde se requiere conocer dos caudales con periodos de retorno de 3 y 10 aĂąos; el primero para el diseĂąo del sistema, y el segundo, opcional, para verificaciĂłn del diseĂąo. Cabe resaltar que para esta tipologĂa no se requiere calcular el volumen de tratamiento puesto que, al ser una tipologĂa para transportar escorrentĂa, su funcionamiento se basa en la capacidad para 198

transportar caudales pico. De esta manera, no se tiene en cuenta una retenciĂłn para el tratamiento del agua que transita por la cuneta. Los beneficios de calidad en esta tipologĂa se dan por la sedimentaciĂłn de las partĂculas a travĂŠs de las franjas de cĂŠsped. AsĂ pues, para el cĂĄlculo de los caudales picos se siguiĂł el procedimiento descrito en el CapĂtulo 3 de la GuĂa tĂŠcnica de diseĂąo y construcciĂłn de SUDS. De esta forma, se utilizĂł la informaciĂłn correspondiente a la EstaciĂłn Vitelma, cuya curva IDF se presenta a continuaciĂłn: đ??ź=

2649.8 đ?&#x2018;&#x2021; 0.175 đ??ˇ1,03 + 30.8

(88)

Donde đ??ź = Intensidad de la tormenta (mm/hr), đ?&#x2018;&#x2021; = Periodo de retorno (aĂąos), đ??ˇ = DuraciĂłn del evento (min). A partir de esta curva IDF, se obtuvieron los valores de las intensidades para los dos periodos de retorno (3 y 10 aĂąos). Estos periodos de retorno fueron considerados dado que, segĂşn la normativa internacional, el caudal de diseĂąo puede desarrollarse con periodos de retorno entre 2 y 100 aĂąos. Sin embargo, la selecciĂłn del periodo de retorno depende de la normativa especĂfica de cada zona, la capacidad econĂłmica y los requerimientos de mitigaciĂłn de inundaciones y manejo de escorrentĂa. De acuerdo con la propuesta de norma tĂŠcnica NS-085 del aĂąo 2015 de la EAB, para tramos de la red secundaria de alcantarillado se pueden utilizar periodos de retorno de 5 aĂąos. Por este motivo, se considerĂł pertinente para el diseĂąo de los pilotos utilizar un periodo de retorno de 3 aĂąos y verificar el diseĂąo con un periodo de retorno de 10 aĂąos. Cabe resaltar que segĂşn los intereses de cada constructor estos periodos de retorno pueden aumentarse para mejorar el desempeĂąo de los sistemas y aumentar su capacidad. Para el diseĂąo de esta estructura, se establecieron duraciones para las distintas ĂĄreas de drenaje a partir de un anĂĄlisis del alcantarillado pluvial, donde se consideraron las ĂĄreas de vĂas, parque 1 y parque 2-a. Para el tramo inicial se hizo uso del valor mĂnimo recomendado para pozos iniciales segĂşn la normativa, correspondiente a 15 minutos, puesto que el ĂĄrea de drenaje es pequeĂąa. Adicionalmente, el ĂĄrea que drena directamente a la cuneta (parque 2-b) se evaluĂł de acuerdo con un tiempo de concentraciĂłn de 15 minutos. En la Tabla 86 se presentan las intensidades obtenidas por medio de la curva IDF. Tabla 86. Coeficientes, ĂĄreas e intensidades empleadas para definir el caudal de diseĂąo.

Ă rea

đ?&#x2018;¨đ?&#x2019;&#x2026; (m2)

đ?&#x2018;Ş â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;¨đ?&#x2019;&#x2026;

Ă rea VĂas Ă rea Parque 1 Ă rea Parque 2-a Ă rea Parque 2-b

0.8 0.45 0.45 0.45

1430 10100 2050 1180

1144.0 4545.0 922.5 531.0

DuraciĂłn (min) 15.00 16.09 16.49 15.00

Intensidad Tr = 3 aĂąos (mm/h) 68.23 66.51 65.89 68.23

Intensidad Tr = 10 aĂąos (mm/h) 84.23 82.10 81.34 84.23

Por otra parte, la estimaciĂłn del coeficiente de escorrentĂa se realizĂł segĂşn los valores recomendados en la norma tĂŠcnica de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ y la fracciĂłn impermeable que se observĂł en cada ĂĄrea de anĂĄlisis. De esta forma, para las vĂas se tomĂł un valor đ??ś de 0.8, mientras para el parque, dado que se trata de una zona de alta pendiente y no permeable en su totalidad debido a las canchas, se tomĂł un valor de 0.45. Finalmente, teniendo en cuenta el mĂŠtodo racional, aplicable en ĂĄreas menores a 10 ha segĂşn la norma tĂŠcnica del EAB, se calcularon los 199

siguientes caudales para los dos periodos de retorno definidos. Es necesario aclarar que para el cĂĄlculo de los caudales se utilizĂł la intensidad asociada a la mayor duraciĂłn. AsĂ pues, el valor de los caudales se presenta a continuaciĂłn. đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;3 = đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;3 â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ??´đ?&#x2018;&#x2018; = 0.131 đ?&#x2018;&#x161;3 /đ?&#x2018;

đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;10 = đ?&#x2018;&#x2013;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;3 â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ??´đ?&#x2018;&#x2018; = 0.161 đ?&#x2018;&#x161;3 /đ?&#x2018;

(89)

Donde đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;3 = Caudal para un periodo de retorno de 3 aĂąos (m3/s), đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;â&#x2C6;&#x2019;10 = Caudal para un periodo de retorno de 10 aĂąos (m3/s). ParĂĄmetros de diseĂąo Los principales parĂĄmetros de diseĂąo que requiere la hoja de cĂĄlculo para el dimensionamiento de la cuneta verde incluyen el ancho del fondo, la longitud disponible, la pendiente lateral y la longitudinal de diseĂąo. AsĂ pues, la longitud disponible de la cuneta correspondiĂł a 70 m y fue determinada segĂşn el diseĂąo planteado para conectar la tuberĂa y la cuenca seca. La pendiente longitudinal fue calculada a partir de las curvas de nivel del terreno, y se aproximĂł a 0.02. Los demĂĄs parĂĄmetros de entrada fueron estimados segĂşn las recomendaciones de las diferentes guĂas y manuales internacionales. En la Tabla 87 se resumen las principales entradas que fueron ingresadas a la hoja de cĂĄlculo. Tabla 87. Principales parĂĄmetros de diseĂąo para el dimensionamiento de la cuneta verde

ParĂĄmetro Longitud de la cuneta Pendiente disponible Pendiente de diseĂąo Pendiente lateral Ancho del fondo n de Manning

Valor 70 0.020 0.007 3:1 0.6 0.045

Unidades m m/m m/m m -

Predimensionamiento Ahora bien, segĂşn el procedimiento desarrollado en la hoja de cĂĄlculo, los principales resultados que permiten dimensionar la cuneta verde con el fin de realizar el diseĂąo en detalle posteriormente se resumen en la Tabla 88. Tabla 88. Principales resultados del dimensionamiento de la cuneta verde

ParĂĄmetro Tiempo de residencia en la cuneta Velocidad de diseĂąo Profundidad de flujo (TR=3) Ancho superior profundidad de flujo Profundidad de flujo (TR=10) Ă rea de flujo Ancho superior de la cuneta para profundidad mĂnima

Valor 2.37 0.49 0.21 1.89 0.24 0.27 2.80

Unidades min m/s m m m m2 m

De acuerdo con los resultados obtenidos en el predimensionamiento, el esquema aproximado para la ubicaciĂłn y el tamaĂąo de la cuneta se presentan en la Figura 85. Cabe resaltar que el trayecto de la cuneta se planteĂł en conjunto con la ubicaciĂłn de la cuenca seca, dado que la cuneta debe transportar el agua hasta la ubicaciĂłn de la entrada de esta segunda tipologĂa. 200

Figura 85. Esquema de predimensionamiento para la cuneta verde en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal

Pavimentos permeables Descripción Los pavimentos permeables consisten en un grupo de sistemas cuyo principal objetivo es reemplazar el pavimento convencional por un tipo de pavimento que permita drenar el agua hacia el subsuelo, de manera que la escorrentía no se acumule en la superficie. Esta tipología no abarca solamente el componente superficial de los pavimentos, pues incluye un grupo de componentes subterráneos que no conforman los pavimentos convencionales, por medio de los cuales se da el proceso de filtración e infiltración hacia el subsuelo. Dado que este tipo de pavimentos es más sensible frente al peso y la velocidad del tráfico que puede soportar en comparación con los sistemas tradicionales, su implementación no se recomienda en avenidas de alto tráfico ni en zonas por donde transite tráfico pesado, pues es muy probable que el suelo y las capas superficiales se desestabilicen, haciendo que se fragmenten los intersticios de las capas. Por esta razón, los principales espacios de implementación de este tipo de estructuras consisten en los parqueaderos descubiertos, las bahías públicas de estacionamiento y en vías con baja carga peatonal o vehicular. El esquema genérico de los sistemas de pavimentos permeables incluye cuatro capas principales, aunque en ciertos esquemas y casos específicos se pueden añadir algunas capas más para agregar mayor resistencia o almacenar un mayor volumen de retención. En primer lugar, se tiene la capa superficial que es aquella que difiere de manera más importante en los sistemas de pavimentos permeables. Esta capa puede estar conformada por una mezcla asfáltica permeable, por concreto poroso, grava porosa, adoquines entrel azados o adoquines de rejillas de concreto (ver Figura 86 a Figura 90). La selección del tipo de capa superficial que se implemente depende del uso que se le quiera dar al pavimento, y de las condiciones estéticas que se quieran generar. En segundo lugar, se ubica una capa de nivelación compuesta típicamente por arena y un material permeable opcional, 201

cuya función es estabilizar la capa superior. La tercera capa de estos sistemas corresponde a la subbase o capa de almacenamiento, que está compuesta por un material granular a través del cual se detiene la escorrentía. En último lugar, se utiliza una capa filtrante que contiene un relleno (arena o piedra triturada), por medio de la cual se infiltra el agua que atraviesa las capas superiores. Aunque los pavimentos permeables tienen un amplio rango de aplicación, existen algunas limitaciones en cuanto a su uso. Por ejemplo, este tipo de estructuras no pueden ser usadas para infiltrar volúmenes de agua con una alta cantidad de contaminantes o sedimentos finos, ya que estos podrían colmatar las capas subterráneas en un corto tiempo. Si esto sucede, se debe realizar un lavado de las capas y una rehabilitación total de la superficie, lo cual aumenta los costos de mantenimiento. Adicionalmente, en algunos casos puede ser necesario evaluar la calidad de la escorrentía antes de implementar este tipo de estructuras, ya que, por ejemplo, si ésta proviene de zonas industriales, puede traer sustancias altamente tóxicas disueltas, y si se tienen pavimentos que favorezcan la infiltración, se podrían contaminar los acuíferos localizados en la zona intervenida. Es clave destacar que aunque la implementación de sistemas de pavimentos permeables por sí solos si puede tener efectos sobre el volumen y la calidad de la escorrentía, esta tipología es muy utilizada como un SUDS que sirve como pretratamiento o que interconecta otras tipologías como los tanques de almacenamiento, las zonas de bio-retención y los alcorques inundables.

Figura 86. Pavimentos permeables de tipo mezcla asfáltica porosa. Fuente: (National Asphalt Pavement Association, s.f.)

202

Figura 87. Pavimentos permeables de tipo concreto poroso. Fuente: (3 Rivers Wet Weather, 2016)

Figura 88. Pavimentos permeables de tipo adoquines entrelazados. Fuente: (Concrete Decor, 2017)

203

Figura 89. Pavimentos permeables de tipo adoquines de rejillas de concreto. Fuente: (Custom Stoneworks & Design Inc., 2013)

Figura 90. Pavimentos permeables de tipo grava porosa. Fuente: (Invisible Structures Inc., 2016)

204

De acuerdo con lo anterior, los pavimentos permeables ofrecen diversos beneficios. Por un lado, al almacenar, detener e infiltrar una fracciĂłn de la escorrentĂa que ingresa al pavimento, se reduce el pico de escorrentĂa, y se disminuye tambiĂŠn el volumen de agua que ingresa al sistema de alcantarillado convencional. Adicionalmente, segĂşn la magnitud y la configuraciĂłn del pavimento, pueden recargarse acuĂferos siempre y cuando se implementen sistemas que permitan la infiltraciĂłn. En este punto es importante resaltar que existen tres posibles configuraciones para los sistemas de pavimentos permeables los cuales dependen del tipo de uso y las actividades, la cercanĂa a los cimientos y las caracterĂsticas del suelo. AsĂ pues, puede utilizarse un recubrimiento impermeable que impida la infiltraciĂłn, como se muestra en la Figura 93, en zonas donde no sea recomendable infiltrar agua al suelo. Por otra parte, puede permitirse infiltraciĂłn parcial si se utiliza una membrana de geotextil (ver Figura 92), y un sistema de tuberĂas perforadas en la capa inferior del pavimento. A su vez, en caso de que el suelo se considere apto para infiltrar toda la escorrentĂa que ingrese por la superficie del pavimento, no es necesario incluir recubrimiento ni tuberĂas, de tal forma que el agua es infiltrada al subsuelo, como se muestra en la Figura 91. Con respecto a la operaciĂłn de los pavimentos permeables, se debe tener en cuenta que un aspecto muy relevante para su correcto desempeĂąo es el mantenimiento de algunos componentes de esta tipologĂa. La tasa de infiltraciĂłn de los pavimentos empezarĂĄ a disminuir significativamente con el paso del tiempo hasta estabilizarse, debido a la acumulaciĂłn de residuos en el material filtrante. Sin embargo, se debe procurar que tanto en el diseĂąo como en la operaciĂłn las tasas de infiltraciĂłn sean superiores a la intensidad de la lluvia. De esta forma, la actividad de mantenimiento mĂĄs relevante para esta tipologĂa consiste en la aspiraciĂłn de la capa superficial del pavimento con una alta frecuencia (se recomienda una frecuencia entre 8 y 15 dĂas mĂĄximo). A su vez, no se recomienda llevar a cabo procesos de lavado con agua a presiĂłn o barridos por medio de aire comprimido pues esto puede remover el material de las capas y generar vacĂos, afectando la resistencia de la estructura y su desempeĂąo. En caso de que esta acciĂłn no sea llevada a cabo de manera regular, las capas que componen el pavimento acumulan una gran cantidad de sedimentos finos y se colmatan, impidiendo el funcionamiento adecuado de la estructura. Adicionalmente, se debe aclarar que el reservorio y la capa filtrante tambiĂŠn pueden colmatarse luego de un intervalo de tiempo (generalmente mayor a 1 aĂąo), siempre y cuando se haya realizado el mantenimiento de manera apropiada. Por esta razĂłn, las capas del pavimento probablemente deban ser extraĂdas, limpiadas e incluso reemplazadas, con el fin de mantener en un estado adecuado el pavimento permeable. Dependiendo del tipo de uso al cual sea expuesta la escorrentĂa que ingresa a la estructura, ĂŠsta podrĂĄ requerir una limpieza o sustituciĂłn despuĂŠs de 15 a 30 aĂąos, debido a la reducciĂłn de la tasa de infiltraciĂłn y la formaciĂłn de encharcamientos. Por esta razĂłn, se debe considerar el levantamiento de la estructura y su limpieza o sustituciĂłn segĂşn se considere de acuerdo con los costos implicados.

DiseĂąo hidrolĂłgico Los pavimentos permeables se diseĂąan a partir del volumen de calidad de agua (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) que puede obtenerse por medio de tres variables resumidas en la Tabla 89 (ver CapĂtulo 3). En primer lugar, se debe calcular la profundidad de lluvia propia de la zona de intervenciĂłn y el ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Como se describe en la SecciĂłn 4.1.3, la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) es el resultado de un anĂĄlisis hidrolĂłgico de mĂşltiples series de precipitaciĂłn. En la presente guĂa se incluyen los resultados del anĂĄlisis realizado para diferentes estaciones distribuidas espacialmente en la ciudad de BogotĂĄ. 205

De esta forma, la profundidad de lluvia puede ser determinada mediante la localizaciĂłn espacial del sitio de implementaciĂłn (coordenadas geogrĂĄficas), en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de pavimentos permeables anexa a la guĂa. Tabla 89. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de pavimentos permeables

Variable

DefiniciĂłn Ă rea que aporta escorrentĂa a los pavimentos Ă rea tributaria (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) permeables Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (đ??ś) permeabilidad de la superficie Profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo Profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) especĂfica para el sitio de implementaciĂłn

En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje del pavimento. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como sumideros, cunetas, redes de alcantarillado y demĂĄs elementos que puedan definir el flujo del agua. En tercer lugar, el coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ definido por el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. De esta forma, se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. vĂas, zonas verdes, techos, andenes y parques) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la escorrentĂa real que es producida. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la norma NS085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn los tipos de coberturas. Por Ăşltimo, el volumen de calidad se define mediante la EcuaciĂłn (90). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś

(90)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de diseĂąo (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (mm) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria del pavimento (m2).

206

Diagramas de referencia

Figura 91. Perfil esquemático de un pavimento poroso con infiltración.

207

Figura 92. Perfil esquemático de un pavimento poroso con infiltración parcial.

208

Figura 93. Perfil esquemático de un pavimento poroso sin infiltración.

209

MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Urban Drainage and Flood Control Districtâ&#x20AC;?, Denver (2010) Dimensionamiento El diseĂąo de los pavimentos permeables depende directamente del tipo de infiltraciĂłn seleccionada y del material de la capa de rodadura utilizado para su construcciĂłn, dado que su funcionamiento se basa en el movimiento de agua hacia las capas inferiores de la estructura. Esta metodologĂa presenta los pasos para dimensionar diferentes tipos de pavimentos teniendo en cuenta distintas variables que influyen de manera directa con el desempeĂąo de los pavimentos permeables, tales como la pendiente del terreno, el tipo de material a utilizar y el tipo de infiltraciĂłn de la estructura, entre otros. Tipo de pavimento poroso Es necesario definir si el tipo de estructura tiene infiltraciĂłn parcial, completa o no tiene infiltraciĂłn, lo cual estĂĄ relacionado directamente con las caracterĂsticas del terreno y la proximidad a la cimentaciĂłn de estructuras adyacentes. La metodologĂa supone que, a menos de que exista una infiltraciĂłn completa, es necesario dimensionar una secciĂłn de salida. Por otro lado, existen cuatro opciones para el material de la capa de rodadura del pavimento: adoquines entrelazados, adoquines de rejillas de concreto, concreto hidrĂĄulico permeable y grava porosa. A partir de la elecciĂłn de este material, se condiciona la porosidad que debe ser menor a 30% para grava porosa y menor a 40% para los demĂĄs materiales. Finalmente, se define la impermeabilidad efectiva del ĂĄrea de drenaje, teniendo en cuenta las diferentes ĂĄreas permeables e impermeables de la zona de anĂĄlisis. Volumen de almacenamiento requerido En la Figura 94 se ilustra el procedimiento para definir la relaciĂłn tributaria impermeable en la estructura. En primer lugar, se ingresa el ĂĄrea total de la cuenca (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) y el ĂĄrea que ocuparĂĄ el pavimento permeable (đ??´đ?&#x2018; ). Posteriormente se calcula la relaciĂłn de impermeabilidad del ĂĄrea total Se recomienda que el ĂĄrea que la estructura ocupe sea al menos el 5% del ĂĄrea total de drenaje. Posteriormente, se calcula la relaciĂłn tributaria impermeable (đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Ą ) tal como lo presenta la EcuaciĂłn (92). Cabe anotar que la expresiĂłn (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ??´đ?&#x2018; ) es equivalente al ĂĄrea impermeable. Esta relaciĂłn entre el ĂĄrea impermeable contribuyente y el pavimento permeable no debe ser mayor a 2. đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161; = đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Ą =

â&#x2C6;&#x2018;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2013;=1 đ??´đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??śđ?&#x2018;&#x2013; đ??´đ?&#x2018;&#x2018;

(đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ??´đ?&#x2018; ) â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161; đ??´đ?&#x2018;

(91)

(92)

Donde đ??´đ?&#x2018; = Ă rea del pavimento permeable (m2 ), đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea total (m2 ), đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x161; = RelaciĂłn de la impermeabilidad del ĂĄrea total, đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea de drenaje sub i, đ??śđ?&#x2018;&#x2013; = Coeficiente de escorrentĂa sub i y đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;Ą = RelaciĂłn tributaria impermeable.

210

Figura 94. Procedimiento empleado para definir la relaciĂłn tributaria impermeable

Longitud entre barreras laterales Se determina la longitud entre las barreras laterales que deberĂĄn ser dispuestas paralelas a los contornos y perpendiculares al flujo, con el fin de garantizar el volumen de almacenamiento disponible y evitar que el agua retorne a la superficie. La distancia entre ellas deberĂĄ satisfacer la condiciĂłn descrita en la EcuaciĂłn (93).

đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; <

2đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201C; đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;

(93)

Donde đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; = Longitud entre barreras laterales (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201C; = Pendiente del reservorio (m/m), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de diseĂąo (m3), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea del pavimento (m2) y đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; = Porosidad del reservorio (%). Volumen de almacenamiento del reservorio En la Figura 95 se ilustra el procedimiento para definir la profundidad del reservorio en la estructura. Dicho proceso se presenta a continuaciĂłn con mĂĄs detalle.

211

Figura 95. Procedimiento empleado para definir la profundidad del reservorio

Se recomienda una profundidad mĂnima del reservorio de 15 cm. Se debe ingresar la porosidad teniendo en cuenta las condiciones del material que se elija para la capa de rodadura de la estructura. AsĂ pues, se calcula el volumen provisto a partir del reservorio por medio de la EcuaciĂłn (94). Cabe resaltar que, si la pendiente es de 0 m/m, no es necesario diseĂąar barreras de flujo lateral, de forma que se calcula el volumen provisto a partir del reservorio, el cual debe ser igual o mayor al volumen que se desea manejar.

đ?&#x2018;&#x2030; = đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2122; (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2019;

đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) â&#x2C6;&#x2122; đ??´đ?&#x2018; 2

(94)

212

Donde đ?&#x2018;&#x2030; = Volumen provisto a partir del reservorio (m3), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x201C; = Pendiente del reservorio (m/m), đ??żđ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2018; = Longitud entre las barreras de flujo lateral (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; = Profundidad del reservorio (m), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea del pavimento (m2), đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż = Profundidad del borde libre (m) = 0.0254, y đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; = Porosidad del reservorio. Salida Para pavimentos con infiltraciĂłn parcial o sin infiltraciĂłn, se calcula el diĂĄmetro de una tuberĂa perteneciente a una secciĂłn de salida o un vertedero de excesos. Ă&#x2030;ste se obtiene para un tiempo de drenaje igual a 12 horas. Aunque la metodologĂa no incluye el cĂĄlculo de la profundidad de la capa filtrante, es importante resaltar que esta profundidad depende de condiciones especĂficas de la zona y debe establecerse de acuerdo con las cargas sobre el pavimento. No obstante, segĂşn el material que conforme la capa filtrante, existen algunas profundidades recomendadas. Por ejemplo, para una capa de arena se utilizan aproximadamente 15 cm, para arena de peĂąa lavada hasta 20 cm de profundidad y para piedra triturada basta con una capa de 5 cm. Por otra parte, con respecto a la capa de drenaje en la que se ubican las tuberĂas perforadas, es recomendable utilizar 8 cm debajo de la tuberĂa y 15 cm arriba de ĂŠsta, para favorecer la estabilidad de la tuberĂa. Finalmente, para manejar escorrentĂa de exceso en eventos extremos se puede implementar alguna de las estructuras descritas en la secciĂłn 6.4.

213

MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Riverside County Flood Control and Water Conservation Districtâ&#x20AC;?, Riverside (2011) Dimensionamiento El diseĂąo de los pavimentos permeables depende directamente del tipo de infiltraciĂłn seleccionado y del material de la capa de rodadura utilizado para su construcciĂłn, dado que su funcionamiento se basa en el movimiento de agua hacia las capas inferiores de las estructuras. Esta metodologĂa presenta los pasos para dimensionar diferentes tipos de pavimentos teniendo en cuenta diferentes variables que influyen de manera directa con el desempeĂąo de los pavimentos permeables, tales como la pendiente del terreno, el tipo de material a utilizar y el tipo de infiltraciĂłn de la estructura, entre otros. Ă rea superficial del pavimento permeable En la Figura 96 se ilustra el procedimiento para calcular el ĂĄrea superficial del pavimento permeable. Dicho proceso se explica a continuaciĂłn con mĂĄs detalle.

Figura 96. Procedimiento para calcular el ĂĄrea superficial del pavimento poroso

Se requiere tener una profundidad de la capa del reservorio (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; ) para evitar problemas por obstrucciĂłn por sedimentos, la cual no debe superar los 0.3 m. A partir de esta profundidad se calcula el ĂĄrea superficial mĂnima requerida (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; ) tal como lo ilustra la EcuaciĂłn (95). Finalmente se evalĂşa si el ĂĄrea superficial propuesta (đ??´đ?&#x2018; ) es mayor al ĂĄrea superficial mĂnima requerida (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; ) calculada. 214

đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; =

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;

(95)

Donde đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea superficial mĂnima requerida (đ?&#x2018;&#x161;2 ), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x161;3 ) encontrado en la secciĂłn de diseĂąo hidrolĂłgico, đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; = Profundidad de la capa de reserva (m) y đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; = Porosidad del reservorio = 0.4. SecciĂłn transversal del pavimento permeable En esta secciĂłn, a partir de la profundidad de las capas de pavimento (Cp), arena (Ca), la capa base (Cas), y el valor de la capa de reserva (dcr) de la secciĂłn anterior, se calcula la secciĂłn total del pavimento poroso (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;? ) de acuerdo con la EcuaciĂłn (96). Finalmente, se verifica que la pendiente de diseĂąo de la estructura no supere 0.03 m/m. Cabe destacar que para zonas de intervenciĂłn con bajas tasas de infiltraciĂłn o con requerimientos de conexiĂłn al sistema de drenaje, se requiere la implementaciĂłn de tuberĂas perforadas como parte del diseĂąo de la estructura (Ver CapĂtulo 6). đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;? = đ??śđ?&#x2018;? + đ??śđ?&#x2018;&#x17D; + đ??śđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x;

(96)

Donde đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;? = SecciĂłn total del pavimento poroso (m), đ??śđ?&#x2018;? = Capa de pavimento (m), đ??śđ?&#x2018;&#x17D; =Capa de arena (m), đ??śđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018; =Capa base (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x; = Profundidad de la capa de reserva (m).

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a la estructura implementada en el piloto del Parque Metropolitano San CristĂłbal. La funciĂłn principal de esta estructura es infiltrar la escorrentĂa del ĂĄrea de interĂŠs y asĂ reducir los picos de escorrentĂa. Lo anterior se logra almacenando temporalmente una cantidad determinada de agua lluvia dentro de la estructura. AsĂ pues, se estableciĂł una infiltraciĂłn parcial para el pavimento poroso, adoquines entrelazados para el material de la capa de rodadura y un reservorio horizontal. Por medio de un anĂĄlisis de las curvas de nivel del terreno, se aproximĂł una pendiente del 3%. Finalmente, se buscĂł garantizar que el volumen almacenado por el pavimento fuese ligeramente superior al volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ).

215

Ă rea de drenaje En la Figura 97 se presenta el ĂĄrea de drenaje seleccionada para la estructura del pavimento poroso. Esta ĂĄrea corresponde al parqueadero ubicado en el parque.

Figura 97. Ă rea de drenaje del pavimento poroso en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San CristĂłbal

De esta forma, el ĂĄrea de drenaje correspondiente al pavimento se detalla a continuaciĂłn: đ??´đ?&#x2018;&#x192; = 0.071 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(97)

đ??´đ?&#x2018;&#x192; = Ă rea de drenaje total del pavimento poroso (m2). DiseĂąo hidrolĂłgico El diseĂąo hidrolĂłgico para esta tipologĂa se fundamentĂł en el concepto de profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ), asociada al volumen de calidad de agua (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ), detallado en el CapĂtulo 3. En este sentido, a partir de las coordenadas (X = 999137.88, Y = 997425.62) del sitio se calculĂł la profundidad de lĂĄmina de agua del mayor evento de escorrentĂa a ser capturado para el tratamiento, obteniendo un valor aproximado de 18.35 mm. Una vez calculada esta profundidad fue posible determinar el volumen de tratamiento, a partir de los valores estimados de fracciĂłn permeable e impermeable del ĂĄrea de drenaje y los coeficientes de escorrentĂa sugeridos en la norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ (0.45 para ĂĄreas permeables y 0.8 para ĂĄreas impermeables). A continuaciĂłn se presenta la EcuaciĂłn (98) empleada en el cĂĄlculo de este volumen. 2

đ?&#x2018;&#x2030;đ??ś = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = 10.42 đ?&#x2018;&#x161;3

(98)

đ?&#x2018;&#x2013;=1

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ??ś = Volumen de calidad (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (m), đ??śđ?&#x2018;&#x2013; = Coeficientes de escorrentĂa del ĂĄrea impermeable y del ĂĄrea verde y đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = Ă reas impermeable y verde (m2). 216

ParĂĄmetros de diseĂąo Los parĂĄmetros de diseĂąo mĂĄs relevantes para el dimensionamiento del pavimento poroso fueron el ĂĄrea del pavimento, la profundidad y porosidad del reservorio, la pendiente del terreno y la distancia de la elevaciĂłn mĂĄs baja al volumen de almacenamiento. La Tabla 90 presenta los principales parĂĄmetros que se utilizaron para realizar el diseĂąo de la estructura. Tabla 90. Principales parĂĄmetros de diseĂąo para el dimensionamiento del pavimento poroso

ParĂĄmetro Ă rea del pavimento permeable Profundidad del reservorio Porosidad Pendiente del terreno Pendiente en la base del reservorio Distancia de la elevaciĂłn mĂĄs baja al volumen de almacenamiento

Valor 107.3 0.28 0.4 0.03 0

Unidades đ?&#x2018;&#x161;2 m m/m m/m

0.2

Predimensionamiento La Tabla 91 presenta los principales resultados del dimensionamiento del pavimento poroso. Entre estos se encuentra la comprobaciĂłn de la mĂĄxima longitud entre barreras, el volumen provisto a partir del reservorio y la profundidad del reservorio. Dado que la infiltraciĂłn es parcial, fue necesario diseĂąar una secciĂłn de drenaje, por lo cual se calculĂł el diĂĄmetro del orificio para un tiempo de drenaje igual a 12 horas. Tabla 91. Principales resultados del dimensionamiento del pavimento poroso

ParĂĄmetro Impermeabilidad efectiva RelaciĂłn de impermeabilidad Volumen provisto a partir del reservorio DiĂĄmetro del orificio para un tiempo de drenaje de 12 horas Profundidad

Valor 80 4.52 10.93

Unidades % m3

0.83

0.25

De acuerdo con los resultados obtenidos en el predimensionamiento, la relaciĂłn de impermeabilidad no cumple con las recomendaciones de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; < 2). Aun asĂ, es posible tratar todo el volumen de calidad asociado a la estructura. Por otro lado, el esquema aproximado para la ubicaciĂłn y el tamaĂąo del pavimento se presenta en la Figura 98. Cabe resaltar que, para el diseĂąo de esta estructura, se eligiĂł un ĂĄrea reducida del parqueadero dado que con esta se logra la representatividad requerida para el diseĂąo de la estructura piloto.

217

Figura 98. Esquema de predimensionamiento del pavimento poroso en el tren piloto de SUDS del Parque Metropolitano San Cristóbal

Tanques de almacenamiento Descripción Los tanques de almacenamiento son estructuras rígidas en forma de prisma que tienen como función principal la retención del volumen de escorrentía generado en un evento de lluvia. El agua almacenada es evacuada o utilizada en actividades que no requieran calidad de agua potable (p.ej. riego de jardines, lavado de automóviles y limpieza de calles). Estas estructuras pueden diseñarse de múltiples maneras y ubicarse de manera superficial o subterránea. Aunque, en un principio los tanques no se consideraban como una tipología de SUDS, su amplia implementación y fácil adaptación constructiva en áreas densamente urbanizadas han demostrado un impacto relevante en la reducción de caudales pico y volúmenes de escorrentía. Usualmente, ésta es una de las tipologías de drenaje que mejor se acopla a proyectos privados, en los cuales se busca hacer un reúso puntual del agua pluvial recolectada. No obstante, en el caso de proyectos públicos estos tanques también se utilizan como reservorios de agua, los cuales pueden ayudar a suplir la demanda de agua que requiere el mantenimiento de zonas verdes comunes, la limpieza de vías y calles e incluso la atención de emergencia por incendios. En la Figura 99 se presentan dos ejemplos de tanques de almacenamiento, el primero ubicado de modo superficial y el segundo de manera subterránea.

218

Figura 99. Ejemplos de tanques de almacenamiento de tipo superficial (izq.) y subterráneo (der.). Fuente: (Toronto and Region Conservation Authority, 2010)

La escorrentía que ingresa a esta tipología puede provenir directamente de sistemas de captación y conducción puntual (p.ej. techos, cubiertas y canaletas), o por medio de sistemas de drenaje convencional (p.ej. alcantarillas y sumideros). El flujo de escorrentía que llega a esta tipología usualmente posee una alta carga de sedimentos, debido al arrastre que ejerce el flujo de agua sobre las partículas depositadas en las superficies de captación durante el tiempo seco antecedente al evento de lluvia. Sin embargo, los tanques no cuentan con ningún tipo de sustrato o mecanismo interno de tratamiento de estos contaminantes. Por esta razón, actualmente se encuentran disponibles una serie de dispositivos de pretratamiento, denominados de primer lavado, que reducen en forma significativa la carga de sólidos suspendidos que transporta la escorrentía. La función de estos mecanismos consiste en separar la primera fracción del volumen almacenado de evento de lluvia, puesto que esta fracción es la más contaminada. Adicionalmente, estos dispositivos tienen la capacidad de disminuir las actividades de mantenimiento de esta tipología, ya que se reduce la cantidad de sedimentos que ingresa al interior de la estructura. Por esta razón, los dispositivos de primer lavado resultan fundamentales, debido a que la tipología en sí no cuenta con otro mecanismo que mejore la calidad del agua almacenada al interior de la misma, como sí ocurre con la mayoría de las otras tipologías de SUDS. El diseño de los tanques de almacenamiento puede variar de acuerdo con el objetivo para el cual estos están planeados. Existen variaciones del diseño, ya que la tipología debe adaptarse al entorno urbano en donde es implementada. Por ejemplo, en proyectos residenciales, en los cuales se quiere acoplar un tanque superficial de almacenamiento que capte la escorrentía de techos y bajantes de cada uno de los domicilios del proyecto, se diseñan los tanques según los requerimientos arquitectónicos de la estructura de cada domicilio. De esta manera, se puede constituir esta tipología como un elemento más del domicilio y no una estructura anexa a éste. Así mismo, el material con el cual están construidas estas tipologías puede cambiar según el costo, la ubicación (p.ej. superficial o 219

subterráneo) y el uso posterior que se le dará al agua almacenada. En la Figura 100 y la Figura 101 se esquematizan los componentes de los dos tipos de tanques que se pueden presentar (superficial o subterráneo). El primer tipo de tanque (Ver Figura 100), que está ubicado en la parte exterior de una casa y recibe la escorrentía de las bajantes del techo, tiene un diseño más simple y práctico. Esto se debe a que, al ubicarse de manera superficial, no es necesario desarrollar estudios geotécnicos que garanticen la aptitud del suelo para su excavación. En el diseño expuesto en la Figura 100 se puede evidenciar el dispositivo de primer lavado y la tubería de entrada o ingreso de escorrentía. Por otro lado, dado que este tipo de tanque es diseñado para reusar el agua pluvial acumulada, es necesario implementar una bomba de succión, la cual puede ser de flotador o estacionaria. Este tipo de tanque posee dos zonas importantes de almacenamiento, las cuales están delimitadas por un volumen específico. Por una parte, está el almacenamiento mínimo, que corresponde a un volumen remanente de agua que no se reutiliza para garantizar la buena operación de la bomba al evitar inconvenientes con el mecanismo de succión. Por otra parte, se tiene una zona de detención que otorga la capacidad del tanque ante eventos muy fuertes de lluvia, en los cuales el volumen del tanque es ocupado en su totalidad. En este escenario, se activan dos componentes: el primero es la estructura de rebose, que evacúa de forma automática el agua adicional en el momento en que el nivel el tanque sobrepasa el volumen de almacenamiento. El segundo elemento es la tubería que está conectada con el sistema de acueducto, que se utiliza para desalojar el exceso de agua acumulada y prevenir que el tanque se sature de agua y se vea afectada su operación. El segundo tipo de tanque es subterráneo (ver Figura 101), y posee un diseño más complejo que el de tipo superficial, lo cual representa un incremento en los costos de construcción, operación y mantenimiento. Este tipo de tanque generalmente se ubica debajo de grandes vías, fábricas de producción o en cualquier proyecto de infraestructura de gran envergadura, y recibe la escorrentía local de las vías, caminos y edificios del área de drenaje. Los elementos que componen su diseño, son similares a los del tanque superficial, con algunas variaciones y complementos. Al igual que en el tanque superficial, en este diseño se observan las bombas de succión y las tuberías de entrada, reúso, excesos y salida de agua (ver Figura 101). Ahora bien, uno de los elementos adicionales en este diseño es el tubo de ventilación, el cual tiene como función evacuar los gases que se puedan generar al interior de la tipología. Lo anterior, debido a que el agua se encuentra a nivel subterráneo con otro tipo de condiciones de presión y temperatura en comparación con la superficie. Este elemento se vuelve fundamental para las actividades de monitoreo y mantenimiento, ya que permite inspeccionar de manera externa alguna condición anormal y equilibrar las características del aire al interior de la estructura. Adicionalmente, en el diseño de los tanques subterráneos es necesario incluir pozos de inspección con sus respectivas compuertas (ver Figura 101). Estos componentes son relevantes en las labores de mantenimiento, ya que proveen el espacio suficiente para verificar el funcionamiento del tanque y realizar las actividades de limpieza. La implementación de tanques de almacenamiento en proyectos de SUDS es cada vez más frecuente debido a su flexibilidad en disposición y el potencial de almacenamiento estas estructuras. Esta tipología puede implementarse al final de un tren de SUDS, pues aunque no tiene la capacidad de mejorar la calidad del agua, sí puede retenerla y permitir su uso posterior. Por esta razón, recurrentemente se sugiere no implementar esta estructura de forma individual sino de manera complementaria a otra tipología. De esta manera, se puede garantizar una reducción en la cantidad de escorrentía y, además, un mejoramiento de la calidad de la misma. No obstante, como se mencionó previamente, para el caso de implementación en áreas privadas la utilización de tanques con mecanismos de primer lavado constituye una opción viable para la recolección y uso de agua lluvia. 220

DiseĂąo hidrolĂłgico Los tanques de almacenamiento se diseĂąan a partir de un balance hidrolĂłgico de escorrentĂa mensual (đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;?), que puede obtenerse por medio de tres variables resumidas en la Tabla 92 (ver CapĂtulo 3). En primer lugar, se debe calcular la profundidad de lluvia promedio en la zona de intervenciĂłn y el ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Para ello, se recomienda utilizar un registro histĂłrico y calcular el promedio mensual multinanual de precipitaciĂłn en la zona de implementaciĂłn. En caso de no contar con esta informaciĂłn, se puede utilizar informaciĂłn secundaria proveniente de estaciones de mediciĂłn cercanas de la EAB o del IDEAM. Los promedios mensuales deben incluirse en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de tanques de almacenamiento anexa a la guĂa, con el fin de calcular la escorrentĂa mensual producida. Tabla 92. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de tanques de almacenamiento

Variable

DefiniciĂłn Ă rea que aporta escorrentĂa a la superficie de Ă rea tributaria (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) drenaje del tanque Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (đ??ś) permeabilidad de la superficie de drenaje Profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo PrecipitaciĂłn (đ?&#x2018;&#x192;) especĂfica para el sitio de implementaciĂłn

En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje del tanque. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como techos, canaletas, sumideros y demĂĄs elementos que puedan definir el flujo del agua. El coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ definido por el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. De esta forma, se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. concreto, tejas de barro, adoquines) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la escorrentĂa real que es producida. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn los tipos de coberturas. Por Ăşltimo, el volumen de escorrentĂa producida se define mediante la EcuaciĂłn (99). đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? =

1 đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś 1000

(99)

Donde đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = EscorrentĂa mensual (m3), đ?&#x2018;&#x192; = Profundidad de lluvia (mm) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria del tanque (m2).

221

Diagramas de referencia

Figura 100. Perfil esquemático de un tanque de almacenamiento superficial.

222

Figura 101. Perfil esquemático de un tanque subterráneo.

223

MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Stormwater Management Manualâ&#x20AC;?, Western Australia (2007) Dimensionamiento El diseĂąo y el dimensionamiento de los tanques de almacenamiento suelen estar sujetos a usos del agua y calidad de la misma. Dentro de los factores que generan efectos negativos en la calidad de agua se encuentran los materiales que hacen parte de superficies de techos y suelos que entran en contacto con la escorrentĂa previo al almacenamiento. El diseĂąo de estructuras complementarias que permitan el tratamiento del agua de manera previa a su almacenamiento en la tipologĂa no se tiene en cuenta en la presente metodologĂa, pero se recomienda su implementaciĂłn al diseĂąar y construir esta estructura. De este modo, a continuaciĂłn se presentan algunos lineamientos que permiten desarrollar un dimensionamiento bĂĄsico asociado a la capacidad de almacenamiento del tanque. En este contexto, la metodologĂa se centra en dos parĂĄmetros primordiales: el volumen de recolecciĂłn y el volumen del tanque como tal. MĂĄximo volumen de recolecciĂłn Esta secciĂłn del dimensionamiento se fundamenta en un anĂĄlisis hidrolĂłgico, dada su estrecha relaciĂłn con datos recolectados en estaciones de mediciĂłn de precipitaciĂłn. Se busca entonces determinar el mayor volumen de recolecciĂłn, anual o mensual, con el cual puede trabajar el tanque a dimensionar. Para esto se cuenta con las variables de entrada descritas en la Tabla 93. Tabla 93. ParĂĄmetros asociados al volumen de recolecciĂłn del tanque de almacenamiento.

ParĂĄmetro Eficiencia de recolecciĂłn PĂŠrdidas por absorciĂłn (mm) Ă rea de drenaje PrecipitaciĂłn

DescripciĂłn Porcentaje de agua de escorrentĂa que pasa a ser almacenado de manera efectiva. Valor recomendado entre 80-85% Cantidad de agua que no pasa a ser parte del almacenamiento en el tanque. Se recomienda un valor cercano a 2 mm Ă rea correspondiente a techos o suelos que drenan Se requiere precipitaciĂłn promedio mensual en el ĂĄrea

Teniendo en cuenta la informaciĂłn presentada en la Tabla 93, y la EcuaciĂłn (100), se procede a realizar el cĂĄlculo del volumen de recolecciĂłn mĂĄximo. A travĂŠs de este procedimiento se estimarĂĄ dicho volumen, a partir del cual se puede evaluar si es apropiado o no la construcciĂłn del tanque. Lo anterior, teniendo en cuenta que, si el resultado es un volumen muy bajo de almacenamiento, puede que la recolecciĂłn de agua lluvia no sea eficiente desde el punto de vista de la relaciĂłn costo efectiva. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = đ??¸đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x17D; ) â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018;

(100)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = Volumen de recolecciĂłn mĂĄximo (m3), đ??¸đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x2122; = Eficiencia de recolecciĂłn (%), đ?&#x2018;&#x192; = PrecipitaciĂłn (mm), đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x17D; = PĂŠrdidas por absorciĂłn (mm) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea de drenaje (m2). TamaĂąo del tanque Dentro del proceso de diseĂąo, adicional al volumen de recolecciĂłn mĂĄximo, es importante determinar el tamaĂąo del tanque. Por medio de este se puede garantizar que el volumen de agua recolectada y 224

almacenada serĂĄ suficiente para abastecer la demanda durante el periodo de un aĂąo, incluso durante los meses mĂĄs secos o periodos de precipitaciĂłn baja o nula. En la Figura 102 se presenta el proceso a seguir para dimensionar el tanque.

Figura 102. Procedimiento de dimensionamiento del tamaĂąo de un tanque de almacenamiento.

La metodologĂa se basa en emplear informaciĂłn de precipitaciĂłn mensual y asumir que al inicio del mes seleccionado como punto de partida, usualmente el mĂĄs hĂşmedo, el volumen de agua en el tanque es cero. En primer lugar, se realiza el balance hidrolĂłgico mensual descrito en la EcuaciĂłn (101). A su vez, la descarga de excesos para cada mes se estima a partir de la EcuaciĂłn (102). Para la aplicaciĂłn de las dos ecuaciones se debe tener informaciĂłn en cada periodo sobre la demanda requerida para el uso de agua lluvia y la precipitaciĂłn mensual en el sitio de anĂĄlisis. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x; = đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x;â&#x2C6;&#x2019;1 + (đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161;) â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ľ

(101)

225

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x; = Volumen de agua remanente al final del mes (m3), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x;â&#x2C6;&#x2019;1 = Volumen de agua remanente al final del mes anterior (m3), đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = EscorrentĂa (m3), đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161; = Demanda (m3) y đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ľ = Descarga de excesos (m3). đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ľ = đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x;â&#x2C6;&#x2019;1 + đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019; đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2030;

(102)

Donde, đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ľ = Descarga de excesos (m3), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x;â&#x2C6;&#x2019;1 = Volumen de agua remanente al final del mes anterior (m3), đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = EscorrentĂa (m3), đ??ˇđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x161; = Demanda (m3) y đ?&#x2018;&#x2030; = Volumen del tanque (m3). Las Ecuaciones (101) y (102) permiten relacionar el volumen propuesto para el tanque con una demanda mensual que debe ser suplida. Es necesario llevar a cabo un procedimiento iterativo, donde se estime el volumen remanente al final de cada mes de acuerdo con el volumen del tanque y se verifique que el volumen remanente es siempre mayor a cero. En este caso se recomienda aplicar la herramienta solver (en la hoja de Excel proporcionada) para determinar el volumen adecuado para el tanque, por medio de un proceso de optimizaciĂłn mĂĄs preciso. Es relevante mencionar que existe la posibilidad que el volumen del tanque con el cual se cumplan las restricciones propias de la metodologĂa sea igual a cero, en cuyo caso se recomienda replantear el dimensionamiento realizado. Si la razĂłn de esto se encuentra en una demanda baja, se recomienda trabajar con un volumen del tanque igual a la demanda de agua promedio obtenida. Adicionalmente, se debe tener en cuenta que la condiciĂłn asociada a la oferta y demanda de agua debe cumplirse, siendo esta que la oferta deberĂĄ ser siempre superior (o igual) a la demanda, para evitar problemas de abastecimiento de agua. Si durante el dimensionamiento esta condiciĂłn no se cumple, se recomienda ubicar una fuente alterna para proporcionar este abastecimiento restante o realizar un nuevo proceso de dimensionamiento partiendo de datos diferentes. Por ejemplo, considerando Ăşnicamente una fracciĂłn de la demanda que sĂ pueda ser suplida.

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a una estructura a implementar en el Parque Metropolitano San CristĂłbal. Se plantea ubicar esta estructura en el JardĂn San CristĂłbal, con el fin de aprovechar los volĂşmenes de agua de escorrentĂa proveniente del techo de la edificaciĂłn. La tipologĂa indicada cumplirĂĄ con la funciĂłn de almacenar el volumen mencionado, para su posterior utilizaciĂłn en actividades como riego de jardines, que demanden agua no potable (no apta para consumo). Ă rea de drenaje Para la implementaciĂłn de la tipologĂa se propone como ĂĄrea de drenaje una secciĂłn de los techos del JardĂn San CristĂłbal. La selecciĂłn se basĂł en la geometrĂa de los techos y el sistema actual de manejo de agua lluvia. El ĂĄrea potencial de intervenciĂłn se escogiĂł dada la facilidad con la que se desarrollarĂan los procesos de recolecciĂłn, transporte y almacenamiento del agua proveniente de los techos. No se tomĂł en cuenta el ĂĄrea del jardĂn, evitando asĂ interferir en actividades propias de ĂŠste

226

y, a su vez, previniendo que estas actividades interfieran con el funcionamiento de la tipologĂa. El esquema del ĂĄrea de drenaje total seleccionada se presenta en la Figura 103.

Figura 103. Ă rea de drenaje del tanque de almacenamiento en el Piloto de SUDS en el JardĂn San CristĂłbal

A continuaciĂłn se detallan tanto el ĂĄrea de drenaje como el ĂĄrea potencial de intervenciĂłn: đ??´ đ?&#x2018;&#x2021;đ??´ = 0.0322 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´ đ?&#x2018;&#x2021;đ??´â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;đ??ź = 0.033 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(103)

Donde đ??´ đ?&#x2018;&#x2021;đ??´ = Ă rea de drenaje (ha), đ??´ đ?&#x2018;&#x2021;đ??´â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;đ??ź = Ă rea potencial de intervenciĂłn (ha). DiseĂąo hidrolĂłgico Para tanques de almacenamiento se requieren parĂĄmetros asociados a la escorrentĂa que se produce en la zona donde se ubicarĂĄ la tipologĂa, en este caso los techos del JardĂn San CristĂłbal. Con la informaciĂłn de precipitaciĂłn mensual obtenida en la base de datos de la red de calidad del aire del Parque Metropolitano San CristĂłbal, se establece un promedio mensual multianual considerando la informaciĂłn disponible desde el aĂąo 2011 hasta el 2015. A partir de ĂŠste se calcula el valor mensual de la escorrentĂa que puede ser captada por parte del tanque de almacenamiento empleando la EcuaciĂłn (104). đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018;

(104)

Donde đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = EscorrentĂa mensual (m3), đ?&#x2018;&#x192; = PrecipitaciĂłn mensual (mm), đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea de drenaje (m2). A su vez, para este cĂĄlculo se tiene en cuenta que đ??´ = 322 m2 y que đ??ś = 0.9, debido a que el ĂĄrea de drenaje corresponde a una cubierta. Posteriormente, se obtienen los resultados presentados en la Tabla 94. A continuaciĂłn se incluye un ejemplo del cĂĄlculo realizado para el mes de enero: đ??¸đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = (42,55đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014;

1đ?&#x2018;&#x161; ) â&#x2C6;&#x2014; 0.9 â&#x2C6;&#x2014; 322đ?&#x2018;&#x161;2 = 12.33đ?&#x2018;&#x161;3 1000đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 227

Tabla 94. Valor de precipitación y escorrentía mensual tenida en cuenta para el diseño hidrológico del tanque de almacenamiento

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Valor Precipitación 42.55 101.23 140.77 73.43 72.32 82.12 53.30 40.20 28.14 100.33 151.33 124.57

Unidades mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm

Valor Escorrentía 12.33 29.34 40.80 21.28 20.96 23.80 15.45 11.65 8.15 29.08 43.86 36.10

Unidades m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3

Parámetros de diseño El proceso de dimensionamiento parte de un valor de demanda de agua mensual, en el cual el objetivo es garantizar 9.5 m3. Adicionalmente, se selecciona el mes en el que se asume que el tanque se encuentra vacío, correspondiente al mes más húmedo. Este último parámetro es prioritario ya que define el inicio del proceso de optimización que arrojará como resultado el valor real del volumen que tendrá el tanque a implementar. En la Tabla 95 se resumen los valores asignados a dichos parámetros para el dimensionamiento del tanque de almacenamiento propuesto para el Jardín San Cristóbal. Tabla 95. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento del tanque de almacenamiento

Parámetro Demanda (Constante para los 12 meses) Mes de inicio

Valor 9.5 Noviembre

Unidades m3 -

Predimensionamiento Teniendo en cuenta los parámetros presentados y el desarrollo de la metodología se obtienen algunos resultados asociados al dimensionamiento de la estructura. En este caso todos los parámetros están relacionados con el volumen de almacenamiento. La Tabla 96 indica los resultados mensuales para dos de estos parámetros, mientras que en la Tabla 97 se reportan los resultados generales. Tabla 96. Principales resultados (mensuales) del dimensionamiento del tanque de almacenamiento

Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio

Volumen de agua remanente al final del mes (m3) 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8

Descarga de excesos (m3) 2.83 19.84 31.30 11.78 11.46 14.30 5.95

228

Mes Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Volumen de agua remanente al final del mes (m3) 1.8 0.45 1.8 1.8 1.8

Descarga de excesos (m3) 2.15 0.00 18.23 32.56 26.60

Tabla 97. Principales resultados del dimensionamiento del tanque de almacenamiento

Parámetro Volumen del tanque Sumatoria de la demanda Sumatoria de la escorrentía (oferta)

Valor 1.8 114.00 192.78

Unidades m3 m3 m3

En la Figura 104 se presenta la ubicación y el tamaño aproximado del tanque de almacenamiento propuesto. El tamaño responde al proceso de dimensionamiento descrito previamente, mientras que la ubicación fue seleccionada según la zona de un acceso en el lugar, que permitirá la recolección del agua así como el mantenimiento periódico del tanque.

Figura 104. Esquema de predimensionamiento del tanque de almacenamiento para el piloto de SUDS en el Jardín San Cristóbal

Zanja de infiltración Descripción Las zanjas o trincheras de infiltración son una de las tipologías de SUDS más implementadas, debido a su flexibilidad en cuanto a construcción y localización. Esta estructura usualmente consiste en una 229

excavación lineal y cuadrangular, que es rellenada con material granular, y en casos particulares, acoplada con estructuras de drenaje complementarias. Esta tipología tiene como función principal la intercepción y detención temporal del flujo de agua de escorrentía proveniente de un evento de lluvia. El agua es almacenada en los intersticios del material granular, para atenuar el caudal pico, y luego infiltrar en el suelo circundante el volumen acumulado a través del fondo de la estructura. En este sentido, se suelen cubrir con geotextil las paredes laterales de la excavación, para garantizar la dirección vertical del flujo y prevenir la inestabilidad del suelo adyacente. En algunos casos el fondo de la zanja también es cubierto con geotextil, debido a que la calidad de la escorrentía interceptada puede afectar de manera significativa en caso de que se recarguen los acuíferos ubicados en el lugar intervenido. En otros casos, se cubre el fondo de la zanja cuando el suelo intervenido no tiene una buena tasa de infiltración, y es necesaria la instalación de tuberías que evacuen el volumen de agua almacenado. La Figura 105, presenta un ejemplo ilustrativo de este tipo de estructura de drenaje.

Figura 105. Ejemplo de aplicación de zanja de infiltración. Fuente: (Litchfield, s.f.)

El material granular empleado para este tipo de estructura cumple la función de filtro de sedimentos y partículas gruesas, de manera que las zanjas tienen potencial para mejorar la calidad del agua de escorrentía, a través de procesos de adsorción e intercepción de contaminantes. Existen diferentes tipos de materiales que pueden ser utilizados para dicha función. El más usual es la roca o piedra, debido a su bajo costo y sencilla adquisición. Sin embargo, actualmente existe una amplia cantidad de alternativas (p.ej. carbón activado, cristales de zeolita, módulos agregados de plástico, escombros y arenas) que pueden constituir la totalidad del relleno de la zanja o conformar combinaciones parciales con roca, de modo que sea posible aumentar significativamente la sorción de contaminantes específicos y prolongar el tiempo de colmatación del reservorio. Usualmente, esta tipología se diseña con el fin de infiltrar la totalidad del volumen almacenado después de un evento de lluvia. Sin embargo, en algunos casos las limitaciones físicas del suelo intervenido, el tamaño disponible para su implementación o la calidad del agua interceptada, restringen la capacidad de infiltración de la estructura. En ese sentido, es necesario involucrar estructuras complementarias que permitan evacuar adecuadamente el volumen remanente de agua 230

que no fue drenado a través del suelo. Estas estructuras generalmente son tuberías perforadas longitudinales, que se colocan de forma paralela con respecto a las paredes laterales de la zanja, como se puede observar en la Figura 106. Estas tuberías pueden estar conformadas por diferentes materiales dependiendo de la configuración del diseño de la tipología y de las características mismas del material granular con que es cubierta. Adicionalmente, se suele acoplar una estructura de rebose (ver Figura 107) con la tubería perforada, la cual se emplea para evacuar de forma rápida el volumen de agua que sobrepasa el nivel de esta estructura. De esta forma, se evita que la zanja sea totalmente cubierta de agua en eventos extremos de lluvia.

Figura 106. Construcción de zanja de infiltración con drenaje. Fuente: (StormwaterPA, 2006)

Este tipo de estructura de infiltración generalmente posee una capacidad limitada de operación, debido a que los sedimentos y partículas atrapados en el reservorio disminuyen paulatinamente la eficiencia de la misma. Por esta razón, es necesario incorporar a esta tipología algunas estructuras previas de pretratamiento que disminuyan la carga de sedimentos de la escorrentía interceptada. Las estructuras más comunes son las franjas de césped (ver Figura 107), que son coberturas lineales de césped muy denso ubicadas en la zona de ingreso de la escorrentía. En la medida en que el flujo de agua atraviesa este tipo de cubierta vegetal, se reduce la cantidad de sedimentos que ingresan al reservorio de la zanja. Las franjas de césped pueden poseer ornamentos florales que mejoren la visualización urbana de esta tipología, con el fin de incrementar así el valor paisajístico de la misma. A su vez, existen otro tipo de estructuras anexas más complejas (p.ej. sedimentadores, desarenadores y trampas de grasa), que pueden ser incorporadas a las zanjas de infiltración, para retener contaminantes específicos que pueden obstruir totalmente la operación de esta tipología. La instalación de este tipo de estructuras más complejas depende de la calidad de la escorrentía interceptada debido a la fuente que la genera (p.ej. vías de zonas industriales y áreas proclives a derrames tóxicos), el costo de mantenimiento del reservorio y el tipo de protección que requiera el nivel freático de la zona. Al implementar los mecanismos anteriores, se puede prolongar el tiempo de operación de la zanja y disminuir los costos de mantenimiento de la misma 231

El perfil esquemĂĄtico de una zanja de infiltraciĂłn, presentado en la Figura 107, permite visualizar de manera general el diseĂąo de esta tipologĂa. Como se puede evidenciar en algunos casos, la base de la excavaciĂłn es cubierta con un filtro de arena, el cual constituye el soporte para la adecuaciĂłn del reservorio y las tuberĂas perforadas de drenaje. Este filtro de arena tambiĂŠn es una medida de tratamiento del agua, ya que puede retener los sedimentos suspendidos mĂĄs finos que contenga el volumen de agua almacenado. AsĂ mismo, la parte superficial de la estructura suele poseer una capa de gravilla ubicada sobre una lĂĄmina protectora o filtrante. Esta adecuaciĂłn superficial tiene como objetivo capturar las partĂculas gruesas (p.ej. basuras, hojas y material vegetal) que arrastre el flujo de escorrentĂa luego de atravesar las diferentes estructuras de pretratamiento. De esta manera el mantenimiento de mayor frecuencia puede concentrarse en esta primera capa de gravilla, la cual se puede remover y remplazar fĂĄcilmente. La berma que se presenta en la Figura 107, tiene la funciĂłn de condicionar la entrada de agua hacia la zanja por un solo costado. Existen variaciones en el diseĂąo de esta tipologĂa, en el cual no hay ningĂşn tipo de berma o barrera, puesto que se desea que el flujo de escorrentĂa ingrese por los costados laterales. Las ventajas principales de esta tipologĂa, en comparaciĂłn con las otras evaluadas, es que este tipo de estructura es de sencilla construcciĂłn y requiere de materiales de fĂĄcil adquisiciĂłn. De igual forma, su diseĂąo lineal permite que las zanjas puedan ser adecuadas en zonas urbanas altamente densificadas, en donde las limitaciones espaciales pueden ser muy importantes (p.ej. zonas intermedias entre edificios y propiedades, o a lo largo de avenidas y separadores viales). Del mismo modo, dado que su implementaciĂłn se realiza de forma subterrĂĄnea, ĂŠsta no interfiere significativamente con el paisaje prexistente, lo cual incrementa las posibilidades de implementaciĂłn en zonas pĂşblicas y privadas. Por otro lado, su desventaja mĂĄs relevante es el tiempo de operaciĂłn en el cual esta tipologĂa puede funcionar sin presentar algĂşn tipo de obstrucciĂłn del reservorio. Por esta razĂłn, se sugiere incluir al menos una medida de pretratamiento (p.ej. franjas de cĂŠsped o sedimentadores) en la entrada de la tipologĂa, para prolongar la vida Ăştil de la misma. Esta tipologĂa de SUDS puede ser diseĂąada como un sistema independiente para el transporte de escorrentĂa. No obstante, es recomendable ubicar este tipo de sistema como parte de un tren de SUDS, en el cual la estructura haga parte de la primera etapa de tratamiento del flujo de escorrentĂa, de manera que se mejore la calidad del agua y luego ĂŠsta sea almacenada en tipologĂas de retenciĂłn (p.ej. tanques de almacenamiento, pondajes hĂşmedos o humedales artificiales).

DiseĂąo hidrolĂłgico Las zanjas de infiltraciĂłn se diseĂąan a partir del volumen de calidad de agua (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ), que puede obtenerse por medio de las variables resumidas en la Tabla 98 (ver CapĂtulo 3). En primer lugar, se debe calcular la profundidad de lluvia propia de la zona de intervenciĂłn y el ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Como se describe en la secciĂłn 4.1.3, la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) es el resultado de un anĂĄlisis hidrolĂłgico de mĂşltiples series de precipitaciĂłn. En la presente guĂa se incluyen los resultados del anĂĄlisis realizado para diferentes estaciones distribuidas espacialmente en la ciudad de BogotĂĄ. De esta forma, la profundidad de lluvia puede ser determinada mediante la localizaciĂłn espacial del sitio de implementaciĂłn (coordenadas geogrĂĄficas), en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de zanjas de infiltraciĂłn anexa a la guĂa.

232

Tabla 98. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de zanjas de infiltraciĂłn

Variable

DefiniciĂłn Ă rea que aporta escorrentĂa a la zanja de Ă rea tributaria (đ??´đ?&#x2018;&#x2018; ) infiltraciĂłn Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (đ??ś) permeabilidad de la superficie Profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo Profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) especĂfica para el sitio de implementaciĂłn

En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje de la zanja. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como sumideros, cunetas, redes de alcantarillado y demĂĄs elementos que puedan definir el flujo del agua. En tercer lugar, el coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ definido por el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. De esta forma, se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. vĂas, zonas verdes, techos, andenes y parques) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la escorrentĂa real que es producida. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la norma NS085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn los tipos de coberturas. Por Ăşltimo, el volumen de calidad se define mediante la EcuaciĂłn (105). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś

(105)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de diseĂąo (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (mm) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la zanja (m2).

233

Diagrama de referencia

Figura 107. Sección transversal de una zanja de infiltración.

234

Metodología adaptada de “Riverside County Flood Control and Water Conservation District”, Riverside (2011) Dimensionamiento La presente metodología de diseño considera las zanjas de infiltración como áreas excavadas rellenas de un material granular que permite crear un reservorio subsuperficial de agua pluvial. Esta estructura se diseña para almacenar temporalmente el volumen de diseño entre los intersticios del reservorio, con el objetivo de favorecer la infiltración gradual del agua en el suelo circundante, en un tiempo recomendado máximo de 48 horas. El dimensionamiento de la zanja de infiltración requiere del previo conocimiento de la tasa de infiltración bajo condiciones saturadas y de las variables hidrológicas descritas en el Capítulo 3. Con esta información y otros parámetros estimados, en la presente metodología se aborda el cálculo de la profundidad máxima de almacenamiento o profundidad del reservorio, de acuerdo con las siguientes restricciones: profundidad infiltrada según el tiempo de diseño, profundidad a máximo nivel freático y profundidad a capa impermeable en el subsuelo. Posteriormente, se estima el área superficial mínima requerida de la zanja, así como su ancho mínimo. A continuación se describen los procedimientos generales para el desarrollo de esta metodología Geometría de la zanja El procedimiento general del diseño geométrico de las zanjas de infiltración se resume en el diagrama de flujo presentado en la Figura 108.

235

Figura 108. Procedimiento de diseĂąo geomĂŠtrico para las zanjas de infiltraciĂłn.

Inicialmente se define el factor de seguridad (đ??šđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? ) que debe aplicarse a la tasa de infiltraciĂłn del suelo saturado obtenida de los estudios geotĂŠcnicos. El valor de (đ??šđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? ) varĂa segĂşn el tipo de estudio desarrollado. En la Tabla 99 se presenta alguna informaciĂłn sobre el nĂşmero de ensayos requeridos de acuerdo con el tipo de estudio geotĂŠcnico, asĂ como tambiĂŠn, el factor de seguridad correspondiente a cada uno.

236

Tabla 99. Requerimientos segĂşn test de infiltraciĂłn para las zanjas de infiltraciĂłn Sondeo de suelo para Factor de muestra seguridad inalterada

Tipo de Test

Anillo infiltrĂłmetro

Test de percolaciĂłn

OpciĂłn 1

2 test mĂnimo (1 por zanja)

No empleado

1 test por zanja

OpciĂłn 2

No empleado

4 test mĂnimo (2 por zanja)

1 test por zanja

OpciĂłn 3

No empleado

1 test por zanja

OpciĂłn 4

No empleado

1 test por zanja

Posteriormente, se determina la profundidad mĂĄxima de almacenamiento (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ ) como el menor valor entre dos distancias calculadas (đ??ˇ1 y đ??ˇ2), sin que este valor exceda los 2.4 m de profundidad. Las dos distancias se relacionan con restricciones propias de la estructura y de la zona: la primera (D1), relacionada a la tasa de infiltraciĂłn mĂĄxima (ver EcuaciĂłn (106)) y la segunda (D2) asociada a las profundidades mĂnimas del nivel freĂĄtico y profundidad con respecto a la capa de suelo impermeable en el subsuelo. Para este diseĂąo, la porosidad del reservorio suele ser cercana al 40%. đ??ˇ1 =

đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 1000 [ â&#x2C6;&#x2014; 100 â&#x2C6;&#x2014; đ??šđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? ] â&#x201E;&#x17D;

(106)

Donde đ??ˇ1 = Profundidad de almacenamiento segĂşn condiciones del suelo (m), đ?&#x2018;&#x201C; = Tasa de infiltraciĂłn segĂşn estudios geotĂŠcnicos (mm/h), đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; = Tiempo de drenaje por infiltraciĂłn (h), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad del reservorio (%) y đ??šđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;? = Factor de seguridad de reducciĂłn a la tasa de infiltraciĂłn. La profundidad D2 corresponde a la menor distancia segĂşn las restricciones de profundidad mĂnima entre el fondo de la zanja y la capa impermeable (valor recomendado mĂnimo de 1.5 m mĂĄs el borde libre) y la profundidad mĂnima desde el fondo de la zanja hasta el mĂĄximo nivel freĂĄtico (valor recomendado mĂnimo de 3 m mĂĄs el borde libre). Para su cĂĄlculo, debe definirse previamente la profundidad ocupada por la gravilla en la parte superior (đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) (Ver Figura 107), asĂ como las profundidades desde la superficie de la zanja hasta el mĂĄximo nivel freĂĄtico y hasta la capa de suelo impermeable, previamente analizados en la zona. En las Ecuaciones (107) a (109) se resumen los cĂĄlculos respectivos para estimar D2: đ??ˇ2đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;

(107)

đ??ˇ2đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C;

(108)

237

đ??ˇ2 = đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A;(đ??ˇ2đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; , đ??ˇ2đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; )

(109)

Donde đ??ˇ2đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; = Profundidad mĂĄxima por distancia a capa impermeable (m), đ??ˇ2đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Profundidad mĂĄxima por distancia a mĂĄximo nivel freĂĄtico (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; = Distancia desde la superficie hasta la primera capa de suelo impermeable en el subsuelo (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Distancia desde la superficie hasta el mĂĄximo nivel freĂĄtico (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż = Profundidad de la gravilla en la parte superior (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; = Distancia mĂnima recomendada entre el fondo de la zanja la capa impermeable (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201C; = Distancia mĂnima recomendada entre el fondo de la zanja y el mĂĄximo nivel freĂĄtico (m) y đ??ˇ2 = Distancia mĂĄxima requerida por restricciones de la zona (m). De esta manera, se calcula la profundidad mĂĄxima del reservorio como el valor mĂnimo entre D1 y D2. La profundidad de gravilla en la parte superior de la zanja (đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż ) no cuenta como espacio disponible para el almacenamiento temporal del volumen de diseĂąo y debe tener mĂnimo 30 cm de profundidad. Este espacio debe emplearse para ubicar la tuberĂa perforada de desbordamiento (10 a 15 cm) que permitirĂĄ la conducciĂłn de volĂşmenes mayores al de diseĂąo o volĂşmenes no tratados en caso de haber colmataciĂłn, hacia una tuberĂa de drenaje convencional. TambiĂŠn se recomienda el uso de tubos perforados o pozos de observaciĂłn verticales para verificar el adecuado funcionamiento de la estructura. Posterior a la definiciĂłn de la profundidad mĂĄxima de la zanja, el diseĂąador define la profundidad a emplear para estimar el ĂĄrea superficial mĂnima requerida para el almacenamiento temporal del volumen de diseĂąo (ver EcuaciĂłn (110)). đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; =

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; 100

(110)

Donde đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea superficial mĂnima de la zanja (m2), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad final de la zanja (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad del reservorio (%) y đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad (m3). Finalmente, el ancho de la zanja debe ser mayor o igual a la profundidad de la zanja incluyendo la secciĂłn superficial dedicada a las tuberĂas de desbordamiento, con el fin de permitir una mejor distribuciĂłn del flujo en toda la estructura bajo la superficie. Es importante resaltar que las zanjas de infiltraciĂłn pueden incluir estructuras anexas cuya funciĂłn sea transportar la escorrentĂa producida en eventos extremos, en los cuales cierto volumen de agua no podrĂĄ ser almacenado en el medio de la zanja. De esta forma, en la secciĂłn 6.4 se describen las principales estructuras de salida y de manejo de escorrentĂa en exceso, que pueden incluirse en el diseĂąo de esta tipologĂa. đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; = đ?&#x2018;&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż

(111)

Donde đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; = Ancho mĂnimo de la zanja (m), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad final de la zanja (m) y đ?&#x2018;&#x2018;đ??ż = Profundidad de la gravilla en la parte superior de la zanja (m). Estructura de pretratamiento Dado que las zanjas tienen un alto potencial de colmataciĂłn con el paso del tiempo, es necesaria la implementaciĂłn de estructuras complementarias adyacentes que permitan la remociĂłn previa de sedimentos y la regulaciĂłn del flujo para evitar descargas puntuales en caso de presentarse. Cuando 238

predomina la escorrentía difusa o laminar a lo largo de la zanja, es recomendable la instalación de franjas de césped entre esta estructura y el área de drenaje. Estas franjas deben tener un ancho mínimo de 1.2 m y ser plantadas con pastos (preferiblemente especies nativas) y mantillo o abono. Para el caso en que se presenten descargas puntuales sobre la zanja, se recomienda redireccionar las descargas hacia una zona de cunetas vegetadas o hacia sumideros de filtración, los cuales permitirán reducir la concentración de sedimentos antes de descargar el agua como flujo superficial sobre la zanja.

239

Metodología adaptada de “Virginia Department of Transportation”, Virginia (2013) Dimensionamiento Al igual que la metodología presentada anteriormente, se consideran las zanjas de infiltración como áreas superficiales equipadas con un depósito subterráneo compuesto de material granular grueso con capacidad de almacenamiento dentro de los intersticios de éste. Para este caso, se recomienda un tiempo de infiltración subsuperficial del agua de máximo 48 horas. El uso de esta estructura aplica principalmente para el mejoramiento de la calidad de la escorrentía superficial. No obstante, cuando se incluyen tuberías de drenaje subterráneo, el volumen temporal de almacenamiento de la zanja puede incrementarse a tal magnitud que permita la reducción de picos de escorrentía en eventos de lluvia con periodos de retorno de 2 a 3 años. El control de caudales pico de eventos con periodo de retorno de 10 o más años supera el alcance de tratamiento de esta estructura. El diseño propuesto de esta estructura requiere del conocimiento previo de las variables hidrológicas descritas en la sección Diseño hidrológico y, adicionalmente, de un estudio riguroso del tipo de suelo donde se pretende emplear esta estructura. Lo anterior dado que es indispensable conocer la tasa de infiltración del área de estudio y las posibles restricciones físicas del sitio (cimentaciones cercanas, distancia a acuíferos y presencia de capas de suelo impermeable). Geometría de la zanja El procedimiento general de diseño de la geometría de la zanja se resume en el diagrama de flujo de la Figura 109.

Figura 109. Procedimiento de diseño de la zanja de infiltración

En primera instancia, se recalcula la tasa de infiltración aplicando un factor de seguridad (FSa) para tener en cuenta la disminución de la capacidad de infiltración en el tiempo. Este valor es mayor a 0 y menor a 1, y se recomienda utilizar un valor cercano a 0.5 (ver Ecuación (112)).

240

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2018; = đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; đ??šđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x17D;

(112)

Donde đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2018; = Tasa de infiltraciĂłn de diseĂąo (mm/h), đ?&#x2018;&#x201C; = Tasa de infiltraciĂłn segĂşn los estudios geotĂŠcnicos (mm/h) y đ??šđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x17D; = Factor de seguridad. Posteriormente, se calcula la mĂĄxima profundidad del reservorio con material agregado grueso, tomando en consideraciĂłn la tasa de infiltraciĂłn de diseĂąo y el tiempo de infiltraciĂłn mĂĄximo recomendado. đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ =

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x2021; 1000 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ

(113)

Con đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ = Profundidad mĂĄxima de la zanja (m), đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x2018; = Tasa de infiltraciĂłn de diseĂąo (mm/h) y đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2018; = Tiempo mĂĄximo de drenaje de la zanja (h). Luego, a partir de la porosidad del material agregado y la profundidad mĂĄxima disponible, se puede conocer la profundidad de agua almacenada y a partir de ella calcular el ĂĄrea mĂnima de fondo. đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; =

đ?&#x2018;&#x2030;đ??ś

đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ â&#x2C6;&#x2014; 100

(114)

Donde, đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea mĂnima de fondo de la zanja (m2), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de diseĂąo (m3), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄđ?&#x2018;Ľ = Profundidad mĂĄxima de la zanja (m) y đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad del material agregado (%). Posteriormente, se definen las dimensiones aproximadas de largo y ancho de fondo de acuerdo con la disponibilidad de ĂĄrea del sitio de estudio. Con ello se recalcula el ĂĄrea de fondo, la cual debe ser mayor o igual al ĂĄrea mĂnima calculada con la EcuaciĂłn (115). đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = đ??żđ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C;

(115)

Donde, đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo (m2), đ??żđ?&#x2018;&#x201C; = Largo de fondo (m) y đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho de fondo (m). Ahora bien, dado que el ĂĄrea de fondo disponible es diferente al ĂĄrea mĂnima, se recalcula la profundidad con el ĂĄrea disponible y la porosidad del medio. Esto con el fin de obtener la profundidad real de la zanja y a su vez verificar que sea menor a la profundidad mĂĄxima calculada. đ?&#x2018;&#x2018;=

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? đ??´đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2C6;&#x2014;

đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; 100

(116)

Donde, đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de diseĂąo de la zanja (m), đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo disponible (m2), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de diseĂąo (m3) y đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad del material agregado (%). Estructura de pretratamiento Dada la alta propensiĂłn de colmataciĂłn de esta tipologĂa, se recomienda la instalaciĂłn de estructuras de pretratamiento antecedentes a la zanja de infiltraciĂłn. Dentro de las estructuras mĂĄs recomendadas se encuentran las franjas de cĂŠsped y las antecĂĄmaras de sedimentaciĂłn. Las franjas de cĂŠsped se recomiendan para zanjas de infiltraciĂłn que reciban la escorrentĂa de forma difusa y en especial para

241

aquellas zonas donde la escorrentía sea propensa a contaminación por partículas finas y sedimentos gruesos. Estructura de rebose Dado que el área de drenaje de estas estructuras es relativamente pequeña, un vertedero de emergencia no es recomendable para evacuar el volumen excedido. En su lugar se recomienda la implementación de tuberías perforadas de drenaje en el extremo aguas abajo de la zanja. La cota batea o fondo de la tubería debe ubicarse a lo sumo en la superficie del reservorio, que permita el almacenamiento temporal del volumen de diseño. La configuración recomendada del sistema descrito se muestra en la Figura 110.

Figura 110. Sección transversal de una zanja de infiltración con estructura de rebose.

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a una zanja de infiltración a implementar en el separador de la Avenida Boyacá frente al Portal Tunal de Transmilenio. Esta tipología consiste en una excavación lineal de geometría rectangular, rellena de un material granular que conforma el reservorio, el cual permite la detención temporal, el tratamiento y la infiltración del agua de escorrentía que proviene de un evento de precipitación. Tomando en consideración el contexto del sitio escogido y las características propias de esta tipología, se planteó que la escorrentía que ingresará a la estructura procederá de las vías laterales al separador (mediante la conducción por pequeños canales revestidos), así como de un área permeable correspondiente al separador. De esta forma, se espera evaluar el impacto en la calidad del agua, luego de que el volumen de escorrentía atraviese por completo esta estructura de drenaje. Parte de este volumen de entrada se infiltrará en el suelo circundante, y el volumen tratado remanente se descargará otra estructura de SUDS. Área de drenaje Para definir el área de drenaje de esta tipología, se analizaron las zonas aportantes de escorrentía correspondientes a esta estructura, a partir de la pendiente del terreno y la localización de sumideros pluviales en el área de interés. En la Figura 111 se presenta el área delimitada que potencialmente aportará el volumen de agua a la zanja. Como se puede evidenciar, la mayor parte de esta área se ubica en el costado sur del separador, debido a que la topografía del terreno condiciona la dirección del flujo de escorrentía en sentido Sur-Norte, por lo que se restringe el aporte de agua desde los sumideros existentes hasta el inicio de la zanja. Adicionalmente, en inspecciones de campo se identificó que el área potencial más conveniente para la implementación de esta tipología es en el

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centro del separador, para no interferir la arborizaciĂłn existente y evitar efectos negativos en el paisajismo del sitio.

Figura 111. Ă rea de drenaje de la zanja de infiltraciĂłn en el piloto de SUDS del separador Av. BoyacĂĄ â&#x20AC;&#x201C; Portal Tunal

A continuaciĂłn se presentan los valores calculados para el ĂĄrea de drenaje de esta tipologĂa: đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;â&#x2C6;&#x2019; đ??ź = 0.16 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = 0.22 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; = 0.38 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(117)

Donde đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;â&#x2C6;&#x2019; đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (m2), đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = Ă rea de drenaje permeable (m2), đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea de drenaje total de la zanja de infiltraciĂłn (m2). DiseĂąo hidrolĂłgico El diseĂąo hidrolĂłgico para esta tipologĂa se fundamentĂł en el concepto de profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ), asociada al volumen de calidad de agua (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ), detallado en el CapĂtulo 3. A partir de las coordenadas de este sitio (X = 993208.75, Y = 997048.38) se calculĂł la profundidad de lĂĄmina de agua del mayor evento de escorrentĂa a ser capturado para el tratamiento, obteniendo un valor aproximado de 16.662 mm. Una vez calculada esta profundidad, fue posible determinar el volumen de tratamiento a partir de los valores estimados de fracciĂłn permeable e impermeable del ĂĄrea de drenaje y los coeficientes de escorrentĂa sugeridos en la norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ (0.3 para ĂĄreas permeables y 0.8 para ĂĄreas impermeables). A continuaciĂłn se presenta la ecuaciĂłn para el cĂĄlculo de este volumen: 2

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x2018; đ??śđ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = 32.25 đ?&#x2018;&#x161;3

(118)

đ?&#x2018;&#x2013;=1

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de agua (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (m), đ??śđ?&#x2018;&#x2013; = Coeficiente de escorrentĂa del ĂĄrea correspondiente (m) y đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea de drenaje (permeable o impermeable) (m2). 243

Parámetros de diseño Los parámetros de diseño más relevantes para el dimensionamiento de la zanja de infiltración son la tasa de infiltración del suelo, el tiempo de drenaje de la estructura, la porosidad del reservorio empleado y la profundidad final de la zanja. El primero de estos parámetros se estimó a partir de ensayos de infiltración en el área del separador, obteniendo una tasa de infiltración aproximada de 316 mm/h. Por otro lado, el tiempo de drenaje y la porosidad se estimaron a partir de recomendaciones de diseño de guías y manuales internacionales. Finalmente, la profundidad final, se determinó de manera iterativa, tomando en consideración el área superficial disponible y las sugerencias de diseño en la literatura. En la Tabla 100 se resumen las principales variables que fueron tenidas en cuenta. Tabla 100. Principales parámetros de diseño para el dimensionamiento de zanja de infiltración

Parámetro Tasa de infiltración Tiempo de drenaje Porosidad del reservorio Profundidad final de la zanja

Valor 316 48 40 1

Unidades mm/h h % m

Predimensionamiento Ahora bien, según el procedimiento desarrollado en la hoja de cálculo, los principales resultados que permiten dimensionar la zanja de infiltración se resumen en la Tabla 101. Tabla 101. Principales resultados del dimensionamiento de la zanja de infiltración

Parámetro Volumen de diseño Área superficial mínima Profundidad de diseño del agua Ancho mínimo de la zanja

Valor 32.25 80.62 0.40 1.30

Unidades m3 m2 m m

De acuerdo con los resultados obtenidos en el predimensionamiento, el esquema aproximado para la ubicación y el tamaño de la zanja se presenta en la Figura 112. Los canales revestidos de las vías llegan hasta el límite de los sumideros pluviales, para luego conectarse con la zanja a partir de tuberías subterráneas. De esta manera, ambas tuberías se interconectan en el inicio de la zanja, descargando la escorrentía vial capturada. La longitud de ambos canales se estimó en 52 m y la de las tuberías en 26 m aproximadamente. Un aspecto adicional que se tuvo en cuenta en el predimensionamiento de esta tipología fue la presencia de una torre de energía cercana al puente peatonal. Para proteger la cimentación de esta construcción se dispuso la zanja alejada de la torre, de manera que se garantice que la infiltración potencial del agua no afecte los cimientos de dicha construcción.

244

Figura 112. Esquema de predimensionamiento para la zanja de infiltración en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal

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Zonas de bio-retención Descripción Las zonas de bio-retención corresponden a una tipología que se fundamenta en la implementación de especies vegetales para la detención, infiltración y posterior evacuación de escorrentía. Como se puede ver en la Figura 113, usualmente son depresiones del suelo en las que se planta una cobertura vegetal, sobre un sustrato, una capa filtrante y una capa de drenaje, de manera que se promueve la detención y el tratamiento de la escorrentía. Dado que esta tipología requiere de un área menor en comparación a otros SUDS, las zonas de bio-retención pueden implementarse varios espacios y contextos, que incluyen separadores de zonas viales, andenes, áreas de uso residencial, parqueaderos, zonas recreativas y áreas comerciales (ver Figura 113, Figura 114 y Figura 115).

Figura 113. Zonas de bio-retención en un andén. Fuente: (Reed, 2013)

A diferencia de otros SUDS, para esta tipología la vegetación es el componente que mayor efecto puede tener sobre su desempeño. Por esta razón, se requiere de un grupo de actividades enfocadas únicamente en el mantenimiento de la cobertura vegetal. Dentro de estos requerimientos se incluyen la poda de pastos y arbustos, el tratamiento de especies enfermas, la remoción de material vegetal muerto, replantar especies para conservar la cobertura vegetal, y la remoción de maleza y plantas invasoras. De esta forma, al desarrollar las actividades previas se puede asegurar que las plantas utilizadas en las zonas de bio-retención funcionen de manera apropiada y permitan que esta tipología mantenga un buen desempeño.

246

Figura 114. Zonas de bio-retención laterales a una avenida. Fuente: (Kentucky Waterways Alliance, 2013)

Por otra parte, es importante resaltar que las zonas de bio-retención generan diversos beneficios en cuanto al manejo de escorrentía, calidad del agua y paisajismo. Por ejemplo, estas estructuras disminuyen el pico de escorrentía que llega al sistema de drenaje convencional, debido a que el agua es detenida temporalmente, almacenada en el sustrato e infiltrada en algunos casos. A su vez, esta tipología es uno de los SUDS que más contribuye a mejorar la calidad del agua drenada, debido a que, al tener una cobertura vegetal densa y diferentes capas de sustrato, se llevan a cabo diferentes procesos biológicos y físicos que favorecen la remoción de algunos contaminantes. Los principales procesos ocurren en la tipología corresponden a: filtración, adsorción y biodegradación de sustancias. Adicionalmente, es importante resaltar que otro de los impactos positivos que producen las zonas de bio-retención está relacionado a los beneficios a nivel de paisajismo y amenidad. Estos sistemas utilizan una amplia diversidad de especies vegetales, tienen diferentes composiciones a nivel estructural, y pueden implementarse en una gran variedad de espacios. Por esta razón, las zonas de bio-retención, además de cumplir con su función de drenaje, también mejoran las condiciones visuales de algunas sitios (ver Figura 115) y favorecen la creación de hábitat (según el tamaño de la tipología).

247

Figura 115. Zonas de bio-retención en áreas privadas. Fuente: (EPA, 2006)

Con respecto a los componentes de las zonas de bio-retención, aunque la vegetación es el componente más importante para garantizar el correcto funcionamiento de la misma, también se deben tener en cuenta otros, para garantizar el buen desempeño de esta tipología (ver Figura 117 y Figura 118). En primer lugar, según las diferentes configuraciones de las zonas, se puede incluir un muro de retención que permita direccionar la entrada de la escorrentía por un punto específico, como se observa en la Figura 116. De esta forma, se asegura que el agua que ingrese lo haga a través de un disipador de energía y por una ruta específica, evitando que diferentes zonas del sistema sean erosionadas. Posteriormente, el agua llega al área de la cobertura vegetal y allí inicia el proceso de infiltración en la capa orgánica (mantillo). Debajo de esta se utiliza suelo mejorado para sostener las raíces de las plantas, además de una capa de grava en la que se puede retener un mayor volumen de agua. Por último, para evacuar el agua de esta capa se utilizan tuberías perforadas que dirigen la escorrentía que no es infiltrada hacia el sistema de drenaje convencional. Cabe resaltar que en algunos casos (según las condiciones del sitio) se implementa un recubrimiento impermeable en los lados o incluso en el fondo para evitar que el agua se infiltra en otras direcciones y esto afecte los cimientos de estructuras cercanas.

248

Figura 116. Zonas de bio-retenciĂłn en un evento de precipitaciĂłn. Fuente: (Vermont Department of Environmental Conservation, 2014)

DiseĂąo hidrolĂłgico Las zonas de bio-retenciĂłn se diseĂąan a partir del volumen de calidad de agua đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? , que puede obtenerse por medio de tres variables resumidas en la Tabla 102 (ver CapĂtulo 3). En primer lugar, se debe calcular la profundidad de lluvia propia de la zona de intervenciĂłn y el ĂĄrea de drenaje de la tipologĂa. Como se describe en la secciĂłn 4.1.3, la profundidad de lluvia (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? ) es el resultado de un anĂĄlisis hidrolĂłgico de mĂşltiples series de precipitaciĂłn. En la presente guĂa se incluyen los resultados del anĂĄlisis realizado para diferentes estaciones distribuidas espacialmente en la ciudad de BogotĂĄ. De esta forma, la profundidad de lluvia puede ser determinada mediante la localizaciĂłn espacial del sitio de implementaciĂłn (coordenadas geogrĂĄficas), en la hoja de cĂĄlculo HidrologĂa, que hace parte de la Hoja de predimensionamiento de zonas de bio-retenciĂłn anexa a la guĂa. Tabla 102. Variables hidrolĂłgicas requeridas para el diseĂąo de zonas de bio-retenciĂłn

Variable

DefiniciĂłn Ă rea que aporta escorrentĂa a la zona de bioĂ rea tributaria (Ad) retenciĂłn Coeficiente (de 0 a 1) que representa la Coeficiente de escorrentĂa (C) permeabilidad de la superficie Profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo Profundidad de lluvia (hp) especĂfica para el sitio de implementaciĂłn

249

En segundo lugar, se debe definir al ĂĄrea de drenaje de la zona de bio-retenciĂłn. Dicha ĂĄrea deberĂĄ ser delimitada segĂşn aspectos topogrĂĄficos y componentes del sistema de drenaje superficial como sumideros, cunetas, redes de alcantarillado y demĂĄs elementos que puedan definir el flujo del agua. En tercer lugar, el coeficiente de escorrentĂa estarĂĄ definido por el tipo de cobertura dentro del ĂĄrea de drenaje. De esta forma, se diferenciarĂĄn superficies (p. ej. vĂas, zonas verdes, techos, andenes y parques) que presenten diferentes condiciones de permeabilidad, con el fin de establecer la escorrentĂa real que es producida. Para definir los coeficientes de escorrentĂa se recomienda tener en cuenta la norma NS-085 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ, la cual establece los coeficientes segĂşn los tipos de coberturas. Por Ăşltimo, el volumen de calidad se define mediante la EcuaciĂłn (119). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś

(119)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de diseĂąo (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (mm) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea tributaria de la zona de bio-retenciĂłn (m2).

250

Diagramas de referencia

Figura 117. Plano en planta de una zona de bio-retención

251

Figura 118. Perfiles A y B - Estructura con infiltración parcial (izq.) y sin infiltración (der.) de una zona de bio-retención (ver Figura 117)

252

Figura 119. Perfil A de una zona de bio-retención con infiltración (ver Figura 117)

Figura 121. Perfil D de una zona de bio-retención (ver Figura 117)

Figura 120. Perfil C de una zona de bio-retención (ver Figura 117)

Figura 122. Perfil E de una zona de bio-retención (ver Figura 117)

253

Figura 123. Planta esquemática de las zonas de bio-retención

254

Metodología adaptada de “Urban Drainage and Flood Control District”, Denver (2010) Dimensionamiento De acuerdo con la metodología de diseño desarrollada por el Distrito de Control de Inundaciones y Drenaje Urbano de Denver, las zonas de bio-retención se consideran como áreas deprimidas plantadas, diseñadas para capturar, filtrar y/o infiltrar el volumen de diseño. Esta estructura se diseña tanto para retener el volumen de diseño como para almacenar temporalmente el volumen de exceso o inundación antes de ser evacuado. Lo anterior puede ser logrado por medio de dos alternativas; en la primera, el diseño puede proveer un volumen adicional de detención sobre la superficie, para el volumen de inundación que es conducido gradualmente por desbordamiento a una estructura de salida. En la segunda alternativa, el diseño puede drenar lentamente el exceso a otras estructuras conectadas o áreas verdes ubicadas aguas abajo. En este caso, se puede presentar infiltración total, parcial o nula. Con respecto a la infiltración total, se diseña la estructura para que el volumen de diseño sea infiltrado al subsuelo y el volumen de exceso derivado al sistema de drenaje. Cuando se presenta infiltración parcial, no se requiere de la instalación de geotextiles o membranas, pues el volumen de diseño se infiltra y posteriormente se conduce por un sistema de tuberías perforadas al sistema de drenaje. Finalmente, si se cuenta con infiltración nula en la zona de interés, la estructura debe incluir tanto tuberías perforadas como geotextil o membrana impermeable. A continuación se detalla el procedimiento de diseño propuesto para las zonas de bio-retención. Geometría de la estructura El procedimiento de diseño desarrollado para definir la geometría de la estructura, se resume a continuación en la Figura 124.

255

Figura 124. Procedimiento de diseĂąo de la geometrĂa de las zonas de bio-retenciĂłn.

Inicialmente, se define la profundidad de diseĂąo de la estructura, la cual debe ser menor a 30 cm con el fin de mantener las condiciones apropiadas de la vegetaciĂłn plantada. Se sugiere la instalaciĂłn de tuberĂas perforadas u otro tipo de estructura de evacuaciĂłn que permita garantizar el adecuado funcionamiento de la estructura para la profundidad de diseĂąo, en caso de la ocurrencia de eventos de mayor magnitud al evento de diseĂąo. SegĂşn el tipo de vegetaciĂłn plantada, una mayor profundidad puede ser empleada con el fin de proveer mayor capacidad de tratamiento. El ĂĄrea del fondo de la estructura debe ser plana, con el fin de evitar la acumulaciĂłn diferencial de sedimentos en zonas puntuales de la estructura. Las zonas de bio-retenciĂłn retienen los sedimentos en la capa de drenaje (estrato mĂĄs bajo de la estructura) de manera que, si esta ĂĄrea es reducida, la estructura se colmatarĂĄ rĂĄpidamente. Lo anterior implica que el incremento del ĂĄrea de fondo o de filtraciĂłn reduce la probabilidad de colmataciĂłn y la frecuencia de mantenimiento requerida. La EcuaciĂłn (120) permite calcular el ĂĄrea mĂnima de fondo considerando un ĂĄrea mayor a la del almacenamiento en el ĂĄrea de filtro. El ĂĄrea final definida deberĂĄ ser mayor o igual a ĂŠsta (đ??´đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2030;Ľ đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; ). AsĂ mismo, el diseĂąador debe definir el ĂĄrea superficial de la zona de bio-retenciĂłn (đ??´đ?&#x2018; ), la cual deberĂĄ ser mayor o igual a el ĂĄrea de fondo (đ??´đ?&#x2018;&#x201C; ). Por otra parte, deben usarse paredes verticales o con pendiente lateral mĂnimo de 4:1 para permitir el almacenamiento del volumen de diseĂąo. đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; =

2 đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; 3 đ?&#x2018;&#x2018;

(120)

256

Donde đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea mĂnima de fondo de la estructura (m2), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de diseĂąo (m3) y đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de diseĂąo (m). Con estas dos variables y la profundidad de diseĂąo (đ?&#x2018;&#x2018;) se calcula el volumen total (đ?&#x2018;&#x2030;), el cuĂĄl debe ser mayor o igual al volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) estimado. Si algunas de estas condiciones no se satisfacen es necesario replantear las variables iniciales del proceso de cĂĄlculo, hasta satisfacer todas las restricciones. đ?&#x2018;&#x2030;=

đ??´đ?&#x2018; + đ??´đ?&#x2018;&#x201C; 2â&#x2C6;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2018;

(121)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;= Volumen total (m3), đ??´đ?&#x2018; = Ă rea superficial de la estructura (m2 ) , đ??´đ?&#x2018;&#x201C; = Ă rea de fondo de la estructura (m2) y đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de diseĂąo (m). Sustrato Para las estructuras con infiltraciĂłn nula o parcial se recomienda una profundidad mĂnima de 45 cm con la siguiente composiciĂłn: 85% arena, 12.75% arena gruesa y 2.25% mezcla de compost/papel triturado. La caracterizaciĂłn del compost y sustrato o medio de crecimiento se desarrolla con mayor detalle en el CapĂtulo 7.7 de la presente guĂa. Sistema de drenaje En la Figura 125 se esquematiza en un diagrama de flujo el procedimiento general de diseĂąo planteado para el sistema de drenaje de la estructura. Cabe resaltar que las zonas de bio-retenciĂłn pueden incluir estructuras adicionales como tubos verticales perforados que facilitan el manejo de escorrentĂa producida en eventos extremos de precipitaciĂłn.

257

Figura 125. Procedimiento de diseĂąo para la estructura de salida de las zonas de bio-retenciĂłn.

Deben emplearse tuberĂas perforadas cuando la tasa de infiltraciĂłn sea menor a 2 veces la tasa requerida para drenar el volumen de diseĂąo de calidad en 12 horas, y cuando se requiera derivar el agua tratada para alejarla de estructuras aledaĂąas o cuando se empleen geotextiles o membranas impermeables (infiltraciĂłn nula). Otra alternativa consiste en la implementaciĂłn de una placa perforada. Para ambos casos, el diĂĄmetro de los orificios de salida se define mediante la EcuaciĂłn (122), en la cual se tiene en cuenta el tiempo de drenaje de diseĂąo de la estructura. El diĂĄmetro mĂnimo de orificios recomendado es de 3/8â&#x20AC;? (1 cm) para evitar la colmataciĂłn o taponamiento de las tuberĂas. La separaciĂłn o espaciamiento entre centros de tuberĂas debe ser mĂĄximo de 6 m. đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;?

(122)

đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; = â&#x2C6;&#x161; 65.17 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;? 0.41 Donde đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; = DiĂĄmetro de los orificios (m), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de diseĂąo (m3) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;? = Distancia desde la superficie de la capa de drenaje hasta el centro de las tuberĂas (m). 258

Algunas recomendaciones técnicas para la selección del tipo de tuberías perforadas se muestran en la Tabla 103. Se debe considerar que, al incrementar la longitud del orificio y/o disminuir la distancia a centros, se puede afectar la integridad estructural de la tubería. Por otra parte, se recomienda que la capa de drenaje tenga una profundidad de 15 cm sobre la tubería y 8 cm debajo de ésta, para asegurar la estabilidad de la tubería perforada. Adicionalmente, se puede utilizar una capa filtrante entre el sustrato y la capa de drenaje para evitar el lavado del medio; esta capa puede corresponder a un geotextil o una capa de agregado fino de mínimo 5 cm. Tabla 103. Consideraciones técnicas recomendadas para las tuberías perforadas

Diámetro 4" 6"

Longitud del Ancho máx. orificio del orificio 1-1/16" 1-3/8"

0.032" 0.032"

Distancia a centros

Área cubierta1 (por cada 0.3 m)

1.05 cm 1.31 cm

12.2 cm2 12.7 cm2

259

MetodologĂa adaptada de â&#x20AC;&#x153;Riverside County Flood Control and Water Conservation Districtâ&#x20AC;?, Riverside (2011) Dimensionamiento De acuerdo con la metodologĂa de diseĂąo planteada por el Distrito de Control de Inundaciones y ConservaciĂłn del Agua del Condado de Riverside, las zonas de bio-retenciĂłn son similares a cuencas poco profundas con vegetaciĂłn sustentada en suelo mejorado, el cual descansa sobre una capa de material granular sobre el que se ubican una serie de tuberĂas perforadas que facilitan el drenaje del volumen de escorrentĂa almacenado. Debido a que el tipo de suelo y sustrato son fundamentales para el adecuado manejo de sedimentos y el mantenimiento de una alta eficiencia de retenciĂłn de agua, se deben considerar las restricciones de diseĂąo aplicables. Por ejemplo, en la mayorĂa de los casos estas estructuras no se impermeabilizan en el fondo para permitir la infiltraciĂłn del agua al subsuelo de la zona. Sin embargo, cuando se excede la capacidad de infiltraciĂłn del suelo, el agua es evacuada por medio de las tuberĂas perforadas en la capa de drenaje. El diseĂąo de la estructura busca maximizar el volumen infiltrado y evapotranspirado, y a su vez minimizar la descarga de agua tratada al sistema de drenaje. El presente diseĂąo incluye dos tipos de estructuras: zonas de bio-retenciĂłn estĂĄndar (con pendientes laterales) y zonas de bio-retenciĂłn modificadas, similares a los alcorques inundables (sin pendientes laterales). Sustrato En relaciĂłn al sustrato, usualmente se utilizan profundidades cercanas a 45 cm. No obstante, para casos en los que se utilicen ĂĄrboles de mayor porte y que requieran una profundidad mayor para el establecimiento de las raĂces, se pueden utilizar sustratos con profundidades hasta de 90 cm (ver profundidad (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; ) en la Figura 127 y Figura 128). A su vez, se recomienda usar una profundidad mĂnima de la capa de drenaje (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? ) de 30 cm. En relaciĂłn con la porosidad del sustrato y la capa de drenaje, se recomiendan valores de 30% y 40% respectivamente para garantizar el adecuado funcionamiento. GeometrĂa de la estructura Se puede definir el tipo de zona con pendiente lateral (tipo 1) o sin pendiente lateral (tipo 2). El primer tipo se recomienda cuando la estructura debe ubicarse paralela a ĂĄreas de parqueo o a lo largo de caminos y senderos; mientras que el segundo tipo es recomendado cuando la estructura se ubica de forma perpendicular a las zonas de parqueo o en el caso de diseĂąarse para alcorques inundables. El segundo tipo de estructuras debe plantarse con arbustos y ĂĄrboles para evitar el acceso de peatones. De igual forma, se recomienda levantar un borde de concreto de mĂĄximo 6â&#x20AC;? (15 cm) para definir entradas puntuales para la escorrentĂa. En la Figura 126 se presenta el procedimiento general desarrollado para el diseĂąo de la geometrĂa de las zonas de bio-retenciĂłn.

260

Figura 126. Procedimiento de diseño para las zonas de bio-retención.

5.7.5.1.2.1. Estructura tipo 1 (con pendiente lateral)

Figura 127. Sección transversal de las zonas de bio-retención con pendiente lateral.

Inicialmente se define la profundidad de pondaje (𝑑), que debe encontrarse entre 15 y 30 cm y se establece la pendiente lateral que debe ser mínimo de 4:1. En relación al ancho total de la sección 261

transversal (Ws) se recomienda un mĂnimo de 1.8 m. Al definir el ancho total, es posible calcular el ancho intermedio (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; ) de acuerdo con la EcuaciĂłn (123). đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;

(123)

Donde đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho intermedio de la secciĂłn transversal (ancho de fondo) (m), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; = Ancho total de la secciĂłn transversal (m), đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (m/m) y đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de pondaje (m). Luego, una vez establecidas las caracterĂsticas del sustrato y la capa de drenaje, se estima la profundidad efectiva de almacenamiento de la estructura (đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; ), que incluye la capacidad de almacenamiento en los poros del sustrato y de la capa de drenaje (ver EcuaciĂłn (124)). Posteriormente, a partir de la profundad efectiva de almacenamiento se calcula el ĂĄrea superficial mĂnima requerida segĂşn la EcuaciĂłn (125). đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; =

đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; [(đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; ) + đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;2 ] + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; [đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018; + (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; 2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;)] đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;

(124)

Donde đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; = Profundidad efectiva de almacenamiento (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; = Porosidad del sustrato (%), đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; = Ancho total de la secciĂłn transversal de la estructura (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; = Profundidad del sustrato (m), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de pondaje (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? = Profundidad de la capa de drenaje (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad de la capa de drenaje (%) y đ?&#x2018;? = Pendiente lateral (m/m). đ??´đ?&#x2018;&#x201C;

đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A;

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019;

(125)

Donde, đ??´đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x161;Ăđ?&#x2018;&#x203A; = Ă rea superficial mĂnima requerida para la estructura (m2), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad (m3) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; = Profundidad efectiva de almacenamiento (m). 5.7.5.1.2.2. Estructura tipo 2 (sin pendiente lateral)

Figura 128. SecciĂłn transversal de las zonas de bio-retenciĂłn sin pendiente lateral.

De manera similar al caso de la estructura tipo 1, se define una profundidad de pondaje, que debe encontrarse entre 15 y 30 cm y se estima el ancho total de la secciĂłn transversal de la estructura (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018; đ?&#x2018;Ą ) (ver Figura 128), el cual debe ser mĂnimo de 60 cm. Posteriormente, se procede a calcular la profundidad efectiva de almacenamiento y el ĂĄrea mĂnima superficial requerida (ver Ecuaciones (125) y (126)).

262

đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; = đ?&#x2018;&#x2018; + (đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; + đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? )

(126)

Donde, đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; = Profundidad efectiva de almacenamiento (m), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad de pondaje (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x161; = Porosidad del sustrato (%), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161; = Profundidad del sustrato (m), đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x201D; = Porosidad de la capa de drenaje (%) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;? = Profundidad de la capa de drenaje (m). Otras estructuras El procedimiento general de diseĂąo se resume en el diagrama de flujo de la Figura 129.

Figura 129. Procedimiento de diseĂąo para otras estructuras de zonas de bio-retenciĂłn.

Para ambos tipos de zonas de bio-retenciĂłn se recomienda implementar tuberĂas perforadas de mĂnimo 6â&#x20AC;? (15 cm) espaciadas a 6 m y con una pendiente mĂnima de 0.5%. Por otro lado, la zona circundante a la estructura debe tener una pendiente longitudinal mĂĄxima del 3%, con el fin de evitar que la escorrentĂa drenada a la estructura pase de forma directa a las tuberĂas de drenaje sin que sea tratada apropiadamente. Finalmente, en caso de que se tengan pendientes altas (mayor a 2%) en el terreno circundante, se recomienda la implementaciĂłn de diques con el objetivo de que el agua pueda ser detenida en la estructura para su posterior tratamiento. A continuaciĂłn se presenta el espaciamiento recomendado para diques de 6â&#x20AC;? (15 cm) de acuerdo con la pendiente del terreno de la zona (ver Tabla 104).

263

Tabla 104. Espaciamiento entre diques de 15 cm.

Pendiente S (%) 1 <= S < 1.5 1.5 <= S < 2.5 2.5 <= S < 3

Espaciamiento (m) 7.6 4.5 3.0

Ejemplo de predimensionamiento El ejemplo de predimensionamiento corresponde a la zona de bio-retención a implementar en el separador vial en la Avenida Boyacá frente al Portal Tunal de Transmilenio. Ésta recibirá una fracción de la escorrentía de la vía y del separador vial, así como la precipitación que caiga directamente sobre ella. Esta tipología se destaca principalmente por su capacidad de remoción de contaminantes de la escorrentía a través de la adsorción, filtración, sedimentación, volatilización, intercambio iónico y descomposición biológica. Adicionalmente, puede servir como sistema de detención lo cual se traduce en reducción de caudal pico en la descarga y reducción del volumen de escorrentía por medio de la infiltración. Área de drenaje Se definió un área de drenaje para esta tipología (ver Figura 130) considerando características topográficas de la zona aguas arriba del sitio que se desea intervenir. El dimensionamiento del área se realizó teniendo en cuenta el drenaje superficial de la vía (sumideros), la pendiente y el área del separador.

Figura 130. Área de drenaje de la zona de bio-retención en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal

De esta forma, las áreas de drenaje correspondientes a cada tipo de zona (permeable e impermeable) y el área total se detallan a continuación: 264

đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019; đ??ź = 0.21 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = 0.35 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´đ?&#x2018;?đ??ľ = 0.56 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(127)

Donde đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019; đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (ha), đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = Ă rea de drenaje permeable (ha), đ??´đ?&#x2018;?đ??ľ = Ă rea de drenaje total de la zona de bio-retenciĂłn (ha). Sin embargo, como la zona de bio-retenciĂłn hace parte de un tren de tratamiento, se debe considerar el ĂĄrea asociada a cada tipologĂa que captura, trata y dirige la escorrentĂa a esta tipologĂa. Por este motivo, se analizĂł la configuraciĂłn del tren y se estableciĂł el ĂĄrea de drenaje de cada tipologĂa teniendo en cuenta su ubicaciĂłn, los sumideros y las curvas de nivel. Posteriormente, se definiĂł una nueva ĂĄrea de drenaje efectiva, que corresponde a la suma del ĂĄrea aferente a cada tipologĂa antecedente a la zona de bio-retenciĂłn. đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019; đ??ź = 0.18 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = 0.23 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

đ??´đ?&#x2018;?đ??ľ = 0.41 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(128)

Donde đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019; đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (ha), đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = Ă rea de drenaje permeable (ha), đ??´đ?&#x2018;?đ??ľ = Ă rea de drenaje total de la zona de bio-retenciĂłn (ha). DiseĂąo hidrolĂłgico El diseĂąo hidrolĂłgico de la zona de bio-retenciĂłn parte del cĂĄlculo del volumen de tratamiento que va a manejar dicho sistema. Este volumen se define teniendo en cuenta la detenciĂłn provista por el sistema para dar lugar a los procesos que beneficiarĂĄn la calidad del agua que se encuentra temporalmente almacenada. A su vez, parte de la profundidad de precipitaciĂłn de diseĂąo dada en el ĂĄrea de estudio. Dicha profundidad es determinada mediante el anĂĄlisis hidrolĂłgico de series de precipitaciĂłn como se describe en el CapĂtulo 3. AdemĂĄs de esto, se considera el hecho de que no toda el agua que cae sobre el ĂĄrea de drenaje se convierte en escorrentĂa directa como resultado de los distintos tipos de cobertura por medio del coeficiente de escorrentĂa. De esta forma, el volumen de diseĂąo de la estructura se encuentra definido por: đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; đ??ś â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;&#x2018;

(129)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Volumen de calidad de agua (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;? = Profundidad de lluvia (m), đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa asociado al tipo de cobertura (m) y đ??´đ?&#x2018;&#x2018; = Ă rea de drenaje (m2). La estimaciĂłn del coeficiente de escorrentĂa se realizĂł segĂşn los valores recomendados en la norma tĂŠcnica del Acueducto y la fracciĂłn impermeable que se observa en cada ĂĄrea de anĂĄlisis. Para las vĂas se tomĂł un valor đ??ś de 0.8, y para el ĂĄrea verde que compone el separador se tomĂł un valor de 0.3. Cada coeficiente fue aplicado a las ĂĄreas respectivas de suelo y finalmente fue calculado el valor del volumen de escorrentĂa generado durante un evento de lluvia. â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018; đ??´đ??ż = 16.62 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

(130)

đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ??ź â&#x2C6;&#x2014; đ??ś = 0.14 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(131)

đ??´đ?&#x2018;?đ?&#x2018; â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2014; đ??ś = 0.069 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(132)

Donde â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201E;đ??śđ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018; đ??´đ??ż = Profundidad de calidad del agua (mm), đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ??ź = Ă rea de drenaje impermeable (ha) y đ??´đ?&#x2018;?đ??ľâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192; = Ă rea de drenaje permeable (ha). El volumen total de diseĂąo calculado para la zona de bio-retenciĂłn es igual a:

265

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018; đ??´đ??ż â&#x2C6;&#x2018; đ??ś â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;?đ??ľđ?&#x2018;&#x2013; = 22.06 đ?&#x2018;&#x161;3 đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = 16.62 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; â&#x2C6;&#x2014;

(133)

1đ?&#x2018;&#x161; 10000 đ?&#x2018;&#x161;2 â&#x2C6;&#x2014; 0.213 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; = 35.41 đ?&#x2018;&#x161;3 1000 đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; 1 â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(134)

Donde đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? = Ă rea de drenaje permeable (m3), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2C6;đ?&#x2018; đ??´đ??ż = Profundidad de calidad del agua (mm), đ??ś = Coeficiente de escorrentĂa asociado al tipo de cobertura (m) y đ??´đ?&#x2018;?đ??ľđ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea de drenaje (permeable o impermeable) (ha). ParĂĄmetros de diseĂąo Los parĂĄmetros de diseĂąo necesarios para el predimensionamiento de la zona de bio-retenciĂłn son la profundidad de diseĂąo, el ĂĄrea de fondo y el ĂĄrea superficial disponible, la pendiente del talud de la estructura, profundidad de la capa de drenaje y la profundidad del sustrato. SegĂşn el ĂĄrea disponible se determinĂł el ĂĄrea superficial de la zona y se estimĂł el ĂĄrea de fondo. Los demĂĄs parĂĄmetros se estimaron de acuerdo con las recomendaciones de los diferentes guĂas y manuales internacionales. Los valores considerados para el dimensionamiento de la estructura se resumen en la Tabla 105. Tabla 105. Principales parĂĄmetros de diseĂąo para el dimensionamiento de la zona de bio-retenciĂłn.

ParĂĄmetro Pendiente lateral (Z:1) Ă rea de fondo Ă rea superficial de la estructura Profundidad de diseĂąo (encharcamiento) Profundidad del sustrato Profundidad de la capa de drenaje Distancia de la superficie del estrato de filtraciĂłn al centro de las tuberĂas Espaciamiento entre tuberĂas

Valor 4 100 138 0.30 0.50 0.33

Unidades

0.65

4.00

m2 m2 m m m

Predimensionamiento SegĂşn el procedimiento desarrollado en la hoja de cĂĄlculo, los principales resultados que permiten dimensionar la zona de bio-retenciĂłn corresponden a un chequeo de cumplimiento de los valores recomendados. El principal valor a destacar es el volumen de capacidad de la estructura el cual debe ser igual o mayor al volumen de diseĂąo. Una vez comprobados dichos parĂĄmetros se emplean las dimensiones para el diseĂąo en detalle. En la Tabla 106 se presenta el volumen de diseĂąo y la capacidad mĂĄxima de la estructura. AsĂ como dimensiones preliminares del largo y ancho superficial a partir de una relaciĂłn largo-ancho de 3 a 1. Tabla 106. Principales resultados del dimensionamiento de zonas de bio-retenciĂłn.

ParĂĄmetro Volumen diseĂąo de calidad Volumen total DiĂĄmetro orificio Ancho superficial Largo superficial Profundidad total

Valor 35.49 35.70 0.0205 6.78 20.34 1.13

Unidades m3 m3 m m m m

266

Finalmente, se presenta el esquema de localización y tamaño de la zona de bio-retención de acuerdo con los resultados del predimensionamiento (ver Figura 131).

Figura 131. Esquema de predimensionamiento para la zona de bio-retención en el piloto de SUDS del separador Av. Boyacá – Portal Tunal

267

6. ESTRUCTURAS ANEXAS Generalmente, para la implementación de las diferentes tipologías de SUDS, se deben incluir distintas estructuras que garanticen el adecuado funcionamiento de las mismas, las cuales pueden ser clasificadas de acuerdo con sus características y/o funciones, como se presenta en la Tabla 107 y la Tabla 108. Si bien estas estructuras varían de acuerdo con cada tipología, algunas recomendaciones de diseño pueden ser aplicadas independientemente de la tipología principal, por lo que en este capítulo se resumen sus principales características y aspectos de diseño. Cabe aclarar que en las tablas se relacionan las estructuras con las tipologías a las que se encuentran típicamente asociadas; sin embargo, algunas de las estructuras que no se encuentran indicadas podrían implementarse si se considera conveniente para un caso en particular. Por otro lado, las estructuras presentadas para los tanques de almacenamiento corresponden principalmente a estructuras para tanques de almacenamiento de tipo subterráneo. Particularmente, para los tanques superficiales el pretratamiento puede tener lugar a partir de la desviación del primer lavado a través de un dispositivo mecánico. A su vez, en caso de que la escorrentía sea recolectada a través de techos y cubiertas, se puede implementar una rejilla a la entrada del tanque, y por tanto el pretratamiento mediante pozos de sedimentación o la inclusión de pozos de inspección no sería necesaria. Aspectos adicionales de estos tanques se presentan en la descripción de la tipología. Tabla 107. Estructuras anexas típicas para cada tipología.

Alcorques inundables CSDE Cunetas verdes Zanjas de infiltración Pavimentos permeables Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención

X X

X X X

X X

Bypass

Distribuidor de flujo

X X

X X X

X X

Barreras de detención

Tubería

Vado

Pozos de sedimentación

Trampa de sedimentos

Antecámara

Separador de aceites

Cuneta verde

Franjas de césped

Tipología

Filtros en los sumideros

SUDS complementario

Estructuras anexas a la estructura de entrada Disipador de energía

Enrocado

Estructura de entrada

Pretratamiento

X X

268

Tabla 108. Estructuras anexas típicas para cada tipología (continuación)

X X

Tubería de inspección

X X

Pozo de inspección

Dique de seguridad

Bermas

Tanque amortiguador

Enrocado

Estructuras para detención/ Monitoreo retención

Disipador de energía

Rejilla

Micropiscina Drenaje de mantenimiento

Vertedero de emergencia

Vertedero de excesos

Tubo vertical

Alcorques inundables Cuenca seca de drenaje extendido Cunetas verdes Zanjas de infiltración Pavimentos permeables Tanques de almacenamiento Zonas de bioretención

Orificio

Tipología

Culvert y tuberías

Estructura de control del flujo

Estructuras anexas a la estructura de salida

Tubería perforada subterránea

Estructura de salida

X X

Estructuras para pretratamiento Los SUDS deben incluir estructuras de pretratamiento con el objetivo de remover sedimentos y residuos, lo anterior permite reducir las necesidades de mantenimiento de los SUDS aguas abajo. El tipo de pretratamiento que se puede implementar depende, entre otras cosas, de las restricciones y características del lugar. Adicionalmente, es ideal implementar varios mecanismos de pretratamiento en serie para que éste sea más efectivo. Este proceso puede llevarse a cabo a través de un SUDS o mediante estructuras destinadas específicamente para la remoción de sólidos o aceites.

Filtros en los sumideros Estos elementos se colocan para llevar a cabo la remoción de distintos contaminantes de la escorrentía (p.ej. residuos, sedimentos, aceites y grasas) una vez ésta ha ingresado a un sumidero. Por lo general se emplean en parqueaderos y otros lugares donde la escorrentía drena directamente de superficies impermeables a sistemas de conducción de agua pluvial. En especial, son utilizados en zonas donde hay poco espacio disponible y hay limitaciones para la implementación de SUDS. Cabe anotar que su uso sólo es recomendable si se tiene un área de drenaje pequeña, en lo posible menor a 4000 m2, 269

para evitar resuspensión, y deben ser empleados como parte de un tren de tratamiento. Igualmente, para que funcionen de manera adecuada es fundamental llevar a cabo una inspección y limpieza regular. La capacidad de estas estructuras usualmente corresponde al volumen de calidad (Vc) y debe proveerse un rebose para el manejo de volúmenes que excedan esta capacidad. Existen distintos tipos de filtros como los que se describen a continuación: a. Tipo bandeja: en este caso se dispone una bandeja con un medio filtrante alrededor del perímetro de la entrada, como se puede observar en la parte superior de la Figura 132. De esta manera, bajo condiciones de diseño la escorrentía sale mediante flujo tipo vertedero. En caso de eventos fuertes de precipitación la escorrentía pasa sobre la bandeja directamente hacia el interior del sumidero.

Figura 132. Filtro tipo canasta con medio filtrante en la parte superior. Fuente: (BioClean, s.f.)

b. Tipo bolsa: corresponde a filtros elaborados en tela que se ubican colgando bajo la rejilla del sumidero. Para el manejo de los eventos mayores al evento de diseño usualmente se disponen agujeros en la parte superior (ver Figura 133).

Figura 133. Filtro tipo bolsa. Fuente: (FLeXstorm Pure, 2014)

c. Tipo canasta: estos filtros cuentan con pequeños orificios que permiten filtrar basura y sedimentos de gran tamaño (ver Figura 134). Para la evacuación de eventos que superen el evento de diseño 270

se disponen orificios en la parte superior de manera similar al filtro tipo bolsa, como se presenta en la Figura 133. Adicionalmente, puede incluirse material absorbente o adsorbente en el interior de la canasta.

Figura 134. Filtro tipo canasta. Fuente: (Pennsylvania Stormwater Management Manual, 2006)

SUDS complementarios Franjas de césped Corresponden a franjas densamente vegetadas diseñadas para recibir el flujo de escorrentía de zonas impermeables (ver Figura 135). Permiten tratar el flujo de agua a bajas velocidades y son apropiadas para SUDS que reciben escorrentía no canalizada, como por ejemplo las cunetas verdes y los pavimentos permeables. Adicionalmente, capturan sedimentos y contaminantes y, en algunos casos, infiltran una porción de la escorrentía.

Figura 135. Franja de césped antes de zona de bio-retención. Fuente: (Essex County Council, 2012)

Son adecuadas para el tratamiento de escorrentía proveniente de caminos, carreteras, zonas residenciales, techos, zonas con poca industria y parqueaderos con bajo tráfico. A su vez, su uso debe limitarse si es posible a sólo tránsito peatonal. En la Tabla 109 se presentan las limitaciones para esta estructura anexa en relación al área tributaria.

271

Tabla 109. Restricciones de implementación de las franjas de césped

Parámetro Área tributaria máxima1 Ancho máximo del área tributaria2 1 (Philadelphia Water Department, 2011) 2 (Toronto and Region Conservation Authority, 2010)

Valor 20000 m2 25 m

En el diseño de estas estructuras se deben considerar distintos factores, los cuales se listan a continuación. Adicionalmente, en la Tabla 110 se presentan las dimensiones recomendadas: - Es fundamental minimizar el riesgo de que se presente flujo concentrado. Por este motivo la pendiente, la longitud de estas estructuras y la longitud máxima del área tributaria se encuentran limitadas. A su vez, se recomienda incluir estructuras para dispersar el flujo, las cuales pueden corresponder a bordillos perforados o enrocados de mínimo 30 cm de ancho y 30 cm de profundidad conformada con agregados de 3 a 10 cm de diámetro. - Es necesario disponer un área para la acumulación de sedimentos lo que determina la distancia de la superficie donde se dispone la franja de césped y el nivel de la superficie impermeable adyacente. - La velocidad del agua en la estructura es un factor determinante para la sedimentación y para prevenir la erosión. Considerando los objetivos de control de la velocidad y minimización del flujo concentrado se deben usar barreras de detención si la pendiente es mayor a 5%. - Para tener mejoras significativas en la calidad del agua se requiere un ancho mínimo. Por ejemplo, si las franjas de césped se utilizan como estructuras de pretratamiento de las cunetas verdes, se recomienda que sean mínimo de 1.2 m de ancho. Aun así, pueden emplearse estructuras de menor ancho, que pueden requerir un mantenimiento más frecuente. Tabla 110. Restricciones en las dimensiones de franjas de césped

Parámetro Pendiente máxima1 Pendiente recomendada2 Velocidad máxima evento de diseño3 Velocidad máxima eventos extremos3 Ancho mínimo 4 Longitud mínima4 Profundidad del agua máxima4 Profundidad del agua recomendada Distancia nivel superficie impermeable y nivel superficie de las franjas de césped3,5 Tiempo de encharcamiento recomendado4 1 (Ministry of the Environment , 2003) 2 (Toronto and Region Conservation Authority, 2010) 3 (Woods-Ballard, y otros, 2007) 4 (Philadelphia Water Department, 2011) 5 (Greater Adelaide Region, 2010)

Valor 10% 1% - 5% 0.3 m/s 1.5 m/s 1.2 m 4m 25 mm 12.5 mm 5 – 15 cm 24 – 48 h

Por otro lado, se recomienda el uso de la siguiente ecuación para determinar el ancho mínimo de la estructura considerando aspectos de calidad del agua:

272

đ?&#x2018;&#x160;=

10,764 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2018; 0,05

(135)

Donde W = Ancho mĂnimo de la banda (m), y Qd = Caudal pico con un periodo de retorno de 2 aĂąos (m3/s). A su vez, se puede estimar si se presentarĂĄ o no flujo concentrado de acuerdo con la pendiente de la cuenca y el ancho del flujo en ĂŠsta. Para lo cual es posible hacer uso de las Ecuaciones (136) y la (137). đ??šđ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2014;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x153;: đ??šđ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2014;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x153;:

đ??šđ??ż â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;&#x2020;đ??ź) â&#x2030;¤1 0.3 đ?&#x2018;&#x161;

đ??šđ??ż â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;&#x2020;đ??ź) >1 0.3

(136) (137)

Donde đ??šđ??ż = Ancho del flujo en la cuenca (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ??ź = Pendiente de la cuenca, perpendicular al flujo en la banda (m/m). Para verificar la velocidad del agua en la estructura es posible hacer uso de la ecuaciĂłn de Manning (EcuaciĂłn (138)), considerando la profundidad del evento de diseĂąo. En este caso, se hace uso de un đ?&#x2018;&#x203A; = 0.25 si la profundidad del flujo es menor o igual a la altura del pasto y đ?&#x2018;&#x203A; = 0.1 si la profundidad es mayor. 2

đ?&#x2018;Ł = đ?&#x2018;&#x2018;3 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2020; 2 â&#x2C6;&#x2014;

1 đ?&#x2018;&#x203A;

(138)

Donde, đ?&#x2018;Ł = Velocidad media del flujo transversal (m/s), đ?&#x2018;&#x2018; = Profundidad del flujo (m), đ?&#x2018;&#x2020; = Pendiente longitudinal (m/m) y đ?&#x2018;&#x203A; = Coeficiente de Manning. En caso de que se desee implementar la estructura de pretratamiento sobre suelo compactado o poco fĂŠrtil es necesario excavar a una profundidad de 300 mm y emplear compost para alcanzar un contenido orgĂĄnico de 8 a 15% peso/peso o de 30 a 40% volumen/ volumen. Los requerimientos de mantenimiento e inspecciĂłn de estas estructuras son mayores para los primeros dos aĂąos de operaciĂłn, ya que en este periodo de tiempo la vegetaciĂłn se estĂĄ estableciendo. Por este motivo, las actividades incluyen la inspecciĂłn regular, el reemplazo de vegetaciĂłn muerta o invasora y el riego, si es necesario. Posteriormente las actividades que deben llevarse a cabo corresponden a la poda de la vegetaciĂłn, aireaciĂłn y remociĂłn de residuos y sedimentos acumulados. Cunetas verdes secas Son canales vegetados que tratan el agua a bajas velocidades. Su uso se recomienda para tipologĂas en las que el agua ingresa mediante una descarga puntual. El dimensionamiento y las caracterĂsticas de ĂŠstas se describen en mayor detalle en los capĂtulos de construcciĂłn y diseĂąo presentados en esta guĂa (Ver CapĂtulo 5 y CapĂtulo 7).

Separador de aceites Este tipo de estructuras se recomiendan cuando la escorrentĂa proviene de ĂĄreas donde hay productos de hidrocarburos (p. ej. ĂĄreas de almacenamiento, aparcamientos de camiones y aeropuertos) o en las 273

que se presentan con regularidad derrames de aceites. Se recomienda ubicarlos cerca de las fuentes de contaminación para reducir la emulsificación y la formación de capas de sedimentos. Es posible que los sedimentos acumulados se resuspendan durante grandes eventos de tormenta, por lo que estas estructuras deben instalarse fuera de línea. Adicionalmente, debido a los problemas asociados a la falta de mantenimiento de la estructura, los separadores solo deben incluirse si se cuenta con un plan para su inspección y mantenimiento a largo plazo. A su vez, debe haber recursos disponibles para garantizar el mantenimiento regular por toda la vida útil del sistema. Los separadores de aceites usualmente se diseñan bajo el principio de separación por flotación, de tal manera que los glóbulos de baja densidad de aceites y grasas se elevan por acción de la gravedad después de un tiempo. Posteriormente, las grasas son removidas de la superficie mediante técnicas como bombeo o limpieza. Debido a que operan por gravedad, estos separadores no pueden ser empleados para remover aceites disueltos o emulsificados, ni contaminantes como refrigerantes, lubricantes solubles, glicoles y alcoholes. Existen dos tipos de separadores, correspondientes a unidades de retención completa y separadores con bypass. En el primer caso, todo el caudal que entra es tratado y, en el segundo, la capacidad de la estructura se encuentra limitada a un cierto caudal, de tal modo que si se tiene un caudal mayor al de diseño éste es desviado al sistema de drenaje. Pueden emplearse separadores prefabricados o construidos in situ, los cuales usualmente se construyen en concreto. Por lo general se diseñan para el tratamiento de un caudal específico, asociado a eventos con un periodo de retorno de un año, y están conformados por una o más cámaras (ver Figura 136), donde la cámara de separación debe proveer almacenamiento para tres volúmenes distintos, los cuales se listan a continuación: a. Volumen para el almacenamiento del aceite separado en la parte superior de la cámara. b. Volumen para la acumulación de los sólidos sedimentables en el fondo de la cámara. c. Volumen para dar un tiempo adecuado de detención en línea para la separación de aceites y sedimentos presentes en el agua lluvia.

Figura 136.Perfil esquemático de un separador de aceites Fuente: adaptado de (M.E.H.L. Integrated Waste Management Facility , 2012; DEQ Michigan, 1992)

274

Estas estructuras se componen básicamente de: -

Una rejilla para evitar la entrada de basura y sedimentos de gran tamaño. Una cámara para sedimentos y sólidos. Una cámara para capturar aceites y grasas. Acceso para cada cámara, el cual debe contar con escalera de pates y ser de tamaño amplio.

Por otro lado, los separadores también se pueden clasificar en separadores convencionales y separadores de placas corrugadas. Estos últimos incluyen placas poco espaciadas lo que permite aumentar la eficiencia de remoción y lograr la misma calidad del efluente, haciendo uso de menos espacio en comparación con un sedimentador convencional. Para estos sistemas se recomienda utilizar las características presentadas en la Tabla 111. Adicionalmente, se debe incluir una antecámara para interceptar los desechos flotantes, así como una rejilla. Tabla 111. Características recomendadas para los separadores de aceites de placas corrugadas

Parámetro Ángulo recomendado Espacio debajo de las placas Altura sobre las placas para acumulación de aceite Borde libre sobre las placas

Valor 45°-60° 0.30 m 0.15 m – 0.30 m 0.30 m

Fuente: adaptado de (Tennessee Water Resources Research Center, 2003)

Trampa de sedimentos / sedimentadores Son estructuras que pueden tener una piscina permanente de agua. Su objetivo es reducir la velocidad del flujo y permitir la sedimentación de partículas grandes para disminuir las necesidades de mantenimiento en la tipología en la que se implementa. Pueden ser superficiales o subterráneas y, a su vez, pueden ser estructuras separadas de la tipología principal o estar contenidas en la misma. En éstas se debe incluir un medidor (regla) para determinar la profundidad del sedimento acumulado. Los principales tipos de trampas de sedimentos son los pozos de sedimentación y las antecámaras, los cuales se describen a continuación. Antecámara: Corresponde a una pequeña cuenca o estanque ubicada aguas arriba de la tipología que funciona como trampa de sedimentos, y su forma puede ser rectangular (Figura 137) o circular (Figura 138). Se encuentra contenida en la tipología y se separa de la parte principal mediante una berma de transición o una pared, de tal forma que la escorrentía es descargada a través de una tubería o un vertedero. Esta división permite retener los sedimentos, así como reducir y manejar las velocidades del flujo. Esta estructura constituye una alternativa adecuada para el pretratamiento cuando la escorrentía proviene de canales o tuberías y, por lo general, se debe emplear cuando el agua estancada no representa un riesgo para la seguridad. Usualmente, la antecámara es revestida a partir de enrocados con geotextiles, pero pueden emplearse otros materiales como concreto. Alternativamente, el fondo de la estructura puede ser permeable para permitir la infiltración de una fracción de la escorrentía que ingresa, de tal modo que la estructura de salida no vacía totalmente la antecámara. En este caso se recomienda que el suelo tenga una tasa de infiltración de al menos 25 mm/h o se disponga una tubería perforada para evitar que el agua se empoce por largos periodos de tiempo. 275

Figura 137. Antecámara en una zona de bio-retención. Fuente: (CSU Urban Water Center, s.f.)

Figura 138. Antecámara en una zona de bio-retención. Fuente: (NC Department of Transportation, 2014)

Para disipar la energía y proveer flujo difuso a la tipología principal, se recomienda que la antecámara sea más profunda en el punto de entrada de la escorrentía y menos profunda en el punto de salida. En caso de que aguas arriba no se cuente con una estructura para desviar el flujo, las antecámaras deben estar en capacidad de manejar el caudal máximo que es entregado aguas abajo del sistema. Lo anterior se encuentra directamente asociado al procedimiento de diseño, ya que si la tipología funciona en línea se recomienda que la estructura de salida de la antecámara este en capacidad de manejar un evento de tormenta con un periodo de retorno de 10 años. En caso contrario, para no sobredimensionar la estructura, solamente se debe considerar el caudal pico que es divergido hacia la antecámara mediante el bypass. Es necesario disponer de un recubrimiento en la entrada a la antecámara para absorber el impacto del agua que ingresa. Esto debe hacerse considerando la velocidad del agua que entra a la antecámara, lo cual depende del evento de diseño. En caso de que se emplee un enrocado éste debe estar compuesto por una mezcla graduada de piedra conformada en su mayoría por piedras grandes (ver sección 6.3.1.1). Por otro lado, la berma de transición debe construirse en un material no erosivo y diseñarse para minimizar las velocidades de salida y distribuir el flujo. Adicionalmente, para definir la ubicación de la antecámara es importante considerar la topografía del sitio. En caso de que la salida de la tubería que conduce la escorrentía se encuentre en un lugar muy empinado, es necesario hacer uso de alternativas, como por ejemplo de un canal enrocado que descargue a la antecámara. Las dimensiones recomendadas para la estructura se resumen a continuación en la Tabla 112. Tabla 112. Dimensiones recomendadas para la antecámara

Parámetro Valor Relación L/W2 2:1 – 6:1 Ancho mínimo (antecámara rectangular)2 1m Diámetro mínimo (antecámara circular)2 1.5 m Profundidad2 1 m – 1.5 m1 2 Pendiente lateral mínima 2:1 Ancho superior mínimo de la berma2 1.5 m Volumen recomendado2 2% – 10% del volumen de calidad de agua 1 Estos valores corresponden a recomendaciones para incrementar la eficiencia en la remoción de sedimentos, si bien se pueden considerar valores menores (de hasta 0.3 m o 0.45 m) de acuerdo con aspectos de seguridad. 2 (NC Department of Transportation, 2014)

276

Adicionalmente, para el dimensionamiento pueden considerarse los mĂŠtodos descritos mĂĄs adelante. Se recomienda adoptar como longitud de la antecĂĄmara la mayor longitud obtenida al comparar los mĂŠtodos a. y b. a. CĂĄlculo de sedimentaciĂłn: en este caso se establece el volumen y la longitud de la antecĂĄmara a partir de cĂĄlculos basados en la sedimentaciĂłn, donde se determina la distancia necesaria para llevar a cabo dicho proceso de acuerdo con la remociĂłn deseada. Para el cĂĄlculo se realiza una simplificaciĂłn en la cual se asume que el caudal de salida de la tipologĂa principal determina la velocidad a travĂŠs de la antecĂĄmara. Si bien lo anterior no es del todo correcto, se considera adecuado para determinar una longitud. De esta forma, de acuerdo con la EcuaciĂłn (139) es posible determinar una longitud considerando la velocidad de sedimentaciĂłn asociada al tamaĂąo de una partĂcula objetivo. 1

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;? 2 đ??żđ?&#x2018;&#x17D; = (đ??żđ?&#x2018;&#x17D; /đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; ) đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;

(139)

Donde, đ?&#x2018;Łđ?&#x2018; = Velocidad de sedimentaciĂłn, depende del tamaĂąo de la partĂcula (m/s), đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;? = Caudal pico de salida durante el evento de diseĂąo para calidad del agua (m3/s), đ??żđ?&#x2018;&#x17D; /đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D; = RelaciĂłn largoancho de la antecĂĄmara (m/m) y đ??żđ?&#x2018;&#x17D; =Longitud de la antecĂĄmara (m). b. Longitud de dispersiĂłn: en este caso el dimensionamiento se establece a partir de la longitud requerida para disminuir la velocidad de una descarga puntual. De esta manera, a partir de la EcuaciĂłn (140) y considerando una velocidad final de 0.5 m/s, se debe determinar la longitud. Luego, con la longitud se verifica que la velocidad promedio en toda la secciĂłn transversal de la antecĂĄmara no supere 0.15 m/s. đ??żđ?&#x2018;&#x17D; =

8â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x201E; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x17D;

(140)

Donde, đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x17D; = Velocidad deseada en la antecĂĄmara (m/s), đ?&#x2018;&#x201E; = Caudal de entrada, de acuerdo con el caudal de diseĂąo (m3/s), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D; = Profundidad de la piscina permanente en la antecĂĄmara (m) y đ??żđ?&#x2018;&#x17D; =Longitud de la antecĂĄmara (m). Finalmente, es fundamental considerar que, para la operaciĂłn adecuada de estas estructuras, es necesario llevar a cabo un mantenimiento periĂłdico en el que se retiren los sedimentos para reestablecer el volumen Ăştil. Por este motivo, es imprescindible garantizar un acceso adecuado para las labores de mantenimiento. Pozos de sedimentaciĂłn: Es un pozo subterrĂĄneo con una piscina permanente que promueve la sedimentaciĂłn de los sĂłlidos y tiene espacio su almacenamiento. Adicionalmente, esta estructura puede incluir un deflector para retener aceites y sĂłlidos flotantes. Se recomienda su uso cuando hay una alta carga de sedimentos gruesos en la escorrentĂa, y como estructura de pretratamiento de tipologĂas de infiltraciĂłn para evitar la colmataciĂłn de la capa de grava y por ende la reducciĂłn en la infiltraciĂłn. El desempeĂąo de la estructura depende de distintos factores como la profundidad de ĂŠsta, el tamaĂąo de la partĂcula, la carga de sedimentos y la cantidad y tipos de residuos. AdemĂĄs, la frecuencia de mantenimiento puede 277

afectar la eficiencia puesto que si los sedimentos no son removidos periódicamente puede haber resuspensión de partículas finas. Usualmente, se construyen en concreto reforzado y pueden ser colocados en serie para tener una mayor remoción antes de que la escorrentía ingrese a la tipología principal. En la Tabla 113 se presentan las dimensiones recomendadas para estas estructuras. Igualmente, se recomienda colocar un codo de 90° en la tubería de salida para prevenir que el material flotante sea conducido al SUDS. Tabla 113. Dimensiones recomendadas para los pozos de sedimentación

Parámetro Diámetro Profundidad Capacidad de acumulación de sedimentos

Valor 1.2 m 3.0 m 1.8 m

Fuente: adaptado de (City of Portland, 2006)

Estructuras de entrada Vado Los vados son entradas laterales que se utilizan para dirigir la escorrentía al interior de un SUDS cuando no drena directamente a este (ver Figura 139). Su diseño y disposición debe garantizar una distribución uniforme del agua al interior de la tipología. A su vez, deben instalarse de tal modo que se prevenga la concentración de la escorrentía en la estructura de salida, y para garantizar que el agua ingrese a la estructura.

Figura 139. Vado utilizado como entrada para una zona de bio-retención. Fuente: (Toronto and Region Conservation Authority, 2010)

Existen distintos tipos de entradas laterales como los que se presentan a continuación:

278

d. Vado estándar: corresponde a la entrada lateral que se establece a partir de una abertura en el bordillo y puede tener paredes verticales o con un ángulo de 45°. Este último es el que usualmente se emplea para generar una especie de canal trapezoidal. e. Vado con bordillos laterales: este tipo de vado se utiliza cuando se tienen SUDS con pendientes laterales muy pronunciadas, de forma que facilitan la contención del suelo circundante. f. Vado con rejilla: se emplean para conducir la escorrentía aguas abajo de senderos peatonales (ver Figura 140 y Figura 141. g. Topes de concreto: corresponde a una estructura que se utiliza comúnmente en aparcamientos, pero también pueden ser útiles para otras condiciones urbanas. Se debe asegurar un espacio mínimo de 0.15 m entre éste y el borde del pavimento para proveerle estabilidad estructural (ver Figura 142).

Figura 140. Vado con rejilla empleado como entrada a una zona de bio-retención. Fuente: (Green Infrastructure, 2014)

Figura 141. Vado con rejilla empleado como entrada a una zona de bio-retención. Fuente: (Portland Public Schools, s.f.)

En general, las recomendaciones referentes a dimensiones y características son similares, de modo que el ancho de la apertura de estas entradas debe ser suficiente para minimizar el riesgo de erosión y el flujo concentrado. Así mismo, el borde debe encontrarse en el mismo nivel que la superficie impermeable para prevenir el encharcamiento y la sedimentación. Adicionalmente, el fondo del vado debe tener una pendiente orientada hacia el SUDS. A su vez, debe garantizarse una diferencia mínima de nivel entre la superficie pavimentada y el suelo de la tipología de 0.05 m, idealmente esta diferencia debe encontrarse entre 0.10 m y 0.15 m.

279

Figura 142. Topes de concreto empleados como parte de la entrada de una zona de bio-retención. Fuente: (The City of New York, 2008)

Como estas entradas son susceptibles a la erosión y obstrucción, los vados se deben emplear en conjunto con enrocados. Estos enrocados deben tener como mínimo el ancho mismo del vado, un grosor de 2.5 a 5 cm y una longitud mínima de 0.6 m. Es importante considerar que los enrocados también constituyen una trampa para los sedimentos y residuos, por lo que es necesario remover de manera periódica los residuos que se hayan acumulado para garantizar el funcionamiento adecuado de la estructura. Características adicionales de esta estructura se presentan en la Tabla 114. Tabla 114. Características recomendadas para los vados

Parámetro Ancho recomendado Distancia máxima entre vados

Valor 0.3 m - 0.6 m 6m

Fuente: adaptado de (Dylewski, Brown, LeBleu, & Brantley, 2014)

El uso de vados como estructura de entrada depende de las características del lugar, de tal manera que no se pueden implementar en calles con pendientes mayor a 5% y se recomienda que estén a una distancia mínima de 1.5 m de accesos vehiculares y 6 m de intersecciones. En la ciudad de Bogotá, dadas las características de la mayoría de los separadores en los que las zonas verdes se encuentran a un nivel mayor que el de las vías, se recomienda implementar los vados principalmente en nuevos desarrollos que minimicen la intervención de los componentes actuales. Sin embargo, en las zonas actuales se pueden utilizar los vados según se adapten a las condiciones del terreno o éste sea modificado.

Tubería Esta estructura se emplea para descargar la escorrentía en el interior de la tipología cuando ésta previamente ha sido recolectada. La tubería debe ser diseñada para cumplir con distintos requisitos de diseño como los que se mencionan a continuación: 280

Estar en capacidad de entregar el caudal máximo requerido. Ser de fácil mantenimiento. Contar con un sistema para prevenir bloqueos. Contar con un sistema para prevenir erosión. Minimizar el riesgo para las personas. Minimizar el riesgo para la vida silvestre. Ser visualmente ameno o neutral. Minimizar el riesgo por vandalismo.

Así mismo, en el diseño es necesario considerar la fuente de la escorrentía, de tal manera que si ésta proviene de una tubería perforada o un pavimento poroso es posible que las necesidades de mantenimiento sean menores en comparación a si la escorrentía proviene directamente de una superficie impermeable o vegetada. En este último caso puede haber presencia de residuos o vegetación que potencialmente bloquea la tubería, por lo que es fundamental disponer de un acceso para el mantenimiento. A su vez, si se requiere emplear una tubería de diámetro grande es necesario implementar elementos adicionales como cabezales de concreto (ver Figura 143) y rejillas de seguridad. La inclusión de estos elementos no debe ir en detrimento de aspectos como el mantenimiento y la amenidad, por lo que se debe buscar que el cabezal también se integre con el paisaje adyacente y que las estructuras no interfieran con las actividades de mantenimiento.

Figura 143. Entrada con cabezal a una zona de bio-retención. Fuente: (Toronto and Region Conservation Authority, 2010)

En caso de que sea necesario disponer un cabezal este debe diseñarse de acuerdo con la normatividad NS-142 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo, en donde se establecen las características de los cabezales de entrega dependiendo del tamaño de la tubería y de los elementos de disipación de energía. Por otro lado, si la escorrentía se captura mediante un sumidero dispuesto en una vía debe considerarse la norma NS-047 (EAB) para el diseño de éste y la EC-302 (EAB) para los aspectos de construcción. Es importante resaltar que en caso de que se considere apropiado, algunas de estas estructuras pueden protegerse por medio de rejillas para evitar que sean utilizadas por vándalos.

281

Estructuras anexas a la estructura de entrada Disipador de energía Un disipador de energía es un dispositivo que reduce la velocidad del flujo, y se implementa con el objetivo de proteger de la erosión aquellas áreas que se encuentran tanto a la entrada como a la salida de los SUDS. Existen distintas formas de disipar la energía como la reducción del gradiente de la tubería, y el uso de enrocados, piedras sueltas, gaviones, adoquines de granito, estanques amortiguadores de concreto y pantallas deflectoras. A continuación se describen las principales estructuras que se pueden implementar a la entrada del SUDS (enrocado y barreras de detención). No obstante, es importante resaltar que existen otros mecanismos que pueden ser implementados como material rocoso fundido, el cual permite el paso del agua a menor velocidad, pero además disminuye el riesgo de que el disipador pueda ser removido. De igual forma, para evitar que los sistemas sean perjudicados por vándalos, se pueden utilizar rejillas que fijen el material rocoso. Enrocado El enrocado se emplea tanto en estructuras de entrada como en estructuras de salida. Corresponden a una capa de piedra, de bajo costo y bajo mantenimiento, que reduce la velocidad del flujo al estar provista de un mayor coeficiente de rugosidad, un ejemplo de estas estructuras se presenta en la Figura 144.

Figura 144. Enrocado a la entrada de una zona de bio-retención. Fuente: (Volkening, 2014)

282

Al emplearse para la disipación de energía, el enrocado también puede cumplir la función de trampa de sedimentos; sin embargo, solo se considera como técnica aceptable de pretratamiento cuando el área de drenaje es pequeña. Para el caso específico de las zonas de bio-retención y las cunetas verdes, el área de drenaje debe ser menor a 100 m2. Barreras de detención Estas estructuras son pequeñas barreras construidas a partir de rocas, concreto, madera, grava, entre otros materiales, como se observa en la Figura 145. Se ubican perpendicular a los patrones de drenaje y pueden ser implementados para prevenir la erosión, ya que reducen la velocidad del flujo. Así mismo, como incrementan el tiempo de retención, pueden aumentar el volumen de agua que es infiltrado y/o filtrado. A su vez, son empleadas para reducir la pendiente efectiva, lo que permite implementar algunos SUDS en áreas donde la pendiente es mayor a la recomendada.

Figura 145. Barreras de detención en una cuneta verde. Fuente: (Stormwater Maintenance and Consulting, LLC., s.f.)

Figura 146. Barreras de detención en una cuneta. Fuente: (Beach, 2013)

Las barreras de detención permiten que el agua se empoce bajo condiciones de bajo flujo (ver Figura 146), la cual posteriormente fluye a través de la barrera de detención, se infiltra o se evapora. Cuando se tienen caudales altos, el agua pasa a través o sobre la estructura. Adicionalmente, constituyen una barrera para los sedimentos y otros solidos que podrían resuspenderse cuando el SUDS debe manejar altos flujos de escorrentía. De este modo proveen una buena remoción para sedimentos medianos y gruesos pero no para partículas de arena o limo. Debido a que retienen sedimentos se requiere que periódicamente sean reparados y se remuevan los sedimentos acumulados. Como el agua debe poder pasar a través de la estructura es fundamental disponer al menos una estructura de drenaje (p. ej. lloraderos), en caso de que la pendiente sea menor a 2% se recomienda colocar al menos tres drenajes. En la parte superior de la barrera se recomienda disponer una depresión, la cual va a funcionar como un vertedero cuyas dimensiones deben definirse de acuerdo con el evento de diseño para el cual sea diseñada la tipología. Para la distribución de las barreras debe tenerse en cuenta que el fondo de la barrera aguas arriba debe estar al mismo nivel que la parte superior de la barrera aguas abajo. Una de las opciones para establecer el espaciamiento es dividir la altura de la barrera entre la pendiente. A su vez, si se hace uso de estas estructuras en una cuneta con una pendiente mayor a la recomendada se puede emplear la Ecuación (141) para definir el espaciamiento máximo en función de la pendiente del terreno, la pendiente efectiva de diseño (valor recomendado 2%) y la altura de la barrera (Virginia Department 283

of Environmental Quality, 2011). En este caso se recomienda hacer uso de una barrera de detenciĂłn con una profundidad mĂĄxima 0.30 m pero si la pendiente longitudinal es mayor a 5% puede ser necesario considerar aspectos adicionales en el diseĂąo ya que se requerirĂĄn barreras mĂĄs altas. Particularmente para los pavimentos permeables se recomienda implementar barreras de detenciĂłn impermeables a partir de concreto o geomembranas. Ă&#x2030;stas se emplean para generar terrazas e incrementar el volumen de almacenamiento cuando se tienen superficies con pendientes altas. đ??żđ?&#x2018;? =

đ??ťđ?&#x2018;? đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2018; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020;

(141)

Donde, đ??żđ?&#x2018;? = Distancia entre las barreras de detenciĂłn (m), đ??ťđ?&#x2018;? = Altura de la barrera de detenciĂłn (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2018; = Pendiente longitudinal (m/m) y đ?&#x2018;&#x2020; =Pendiente efectiva de diseĂąo (m/m).

Bypass (aliviadero) Son estructuras que se emplean para desviar grandes flujos de escorrentĂa a sistemas alternativos de almacenamiento, de tal manera que disminuyen el riesgo de daĂąos en los SUDS asociados a eventos de inundaciĂłn. En su diseĂąo debe garantizarse que el volumen adecuado es retenido en la ruta de drenaje principal y que los volĂşmenes mayores son desviados con un incremento mĂnimo en la cabeza en la estructura de bypass para evitar sobrecargar el drenaje principal bajo condiciones de flujo alto. Existen diferentes alternativas de acuerdo con las caracterĂsticas y los requerimientos particulares de la zona, asĂ como de la estructura que se use para conducir la escorrentĂa. De este modo si la escorrentĂa es conducida al SUDS mediante una cuneta verde, el flujo puede desviarse de manera superficial mediante un vertedero de cresta ancha. Por otro lado, si la escorrentĂa es conducida mediante una tuberĂa, puede requerirse un pozo con dos cĂĄmaras y un vertedero en su interior (ver Figura 147 y Figura 148). Una vez el agua alcanza un nivel dado empieza a ser divergida hacia el sistema de drenaje convencional. Si las salidas se establecen mediante tuberĂas, se debe incluir un vertedero de emergencia para controlar los grandes caudales y para manejar el flujo en caso de que alguna de las tuberĂas estĂŠ obstruida. En este caso el caudal manejado por el vertedero podrĂa ser conducido a una cuenca seca de drenaje o a una ruta de bypass.

284

Figura 147. Planta esquemática de una estructura de bypass Fuente: adaptado de (City of Santa Barbara , 2013)

Figura 148. Perfil esquemático de una estructura de bypass Fuente: adaptado de (City of Santa Barbara , 2013)

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El diseño de estas estructuras debe ser llevado a cabo por un ingeniero con experiencia, ya que si el funcionamiento no es adecuado pueden resultar afectados de manera significativa otros elementos del sistema de drenaje. Como parte del diseño debe llevarse a cabo un tránsito donde se establezca una relación estado-descarga para las tuberías de salida considerando el efecto de remanso. Por este motivo los criterios que se presentan a continuación constituyen únicamente recomendaciones que deben ser complementadas con aspectos específicos para cada caso. En primer lugar, se deben minimizar las pérdidas de cabeza por lo que las transiciones abruptas deben evitarse si es posible. Adicionalmente, se recomienda incluir un acceso para la remoción periódica de sedimentos, ya que estos podrían obstruir las tuberías. Por otro lado, es importante considerar que en algunos casos el uso de estos pozos puede ocasionar que el flujo se devuelva desde el SUDS a través del pozo. Esto ocurre cuando en el interior del bypass el flujo de escorrentía tiene una velocidad mayor a la que se presenta en la tipología, lo que causa el aumento del nivel de agua en esta última estructura, y el retorno de la escorrentía al bypass durante el limbo descendente de un evento de tormenta. Con el objetivo de minimizar este riesgo es necesario tomar en consideración las siguientes recomendaciones: - Minimizar la profundidad de bypass necesaria para obtener el caudal de bypass deseado. - Maximizar la diferencia de alturas entre el nivel del agua en la tipología y en el pozo. Adicionalmente, se recomienda que la altura del vertedero corresponda a la altura del volumen de diseño del SUDS. De este modo, se garantiza que los volúmenes menores o iguales a este volumen sean conducidos a la tipología y que una fracción de los volúmenes mayores al de diseño sea divergida. Sin embargo, es posible que el nivel del agua en el SUDS sea mayor al previsto si se presentan grandes eventos de tormenta, lo cual debe ser considerado en el diseño de la tipología. Así mismo, es importante considerar que este incremento depende en gran medida de la capacidad del vertedero. Por esta razón, se recomienda el uso de un vertedero ancho para maximizar el caudal y minimizar la altura sobre el vertedero cuando tenga lugar la desviación de flujo, sin descuidar la limitación existente por espacio disponible. Por otro lado, el evento de diseño para el cual debe diseñarse el bypass debe corresponder al evento de diseño utilizado para el dimensionamiento de la red de drenaje aguas arriba.

Distribuidor de flujo Un distribuidor de flujo es una estructura que reduce la velocidad y distribuye el flujo concentrado sobre una superficie horizontal (ver Figura 149). Usualmente se dispone como parte de un sistema que incluye una estructura de pretratamiento (p. ej. una antecámara) y un área vegetada aguas abajo del distribuidor. Esta configuración se emplea para disipar la energía antes de que el agua ingrese al distribuidor de flujo. Generalmente, el agua proveniente de una tubería o de un vado entra al sistema, en donde la velocidad se disminuye, la energía se disipa y el flujo se distribuye mediante una zanja poco profunda o una berma. Finalmente, fluye sobre el borde de la zanja o sobre la berma (o barrera que se disponga), de tal modo que el agua es vertida de manera uniforme a lo largo de ésta.

286

Figura 149. Distribuidor de flujo y canal vegetado Fuente: (North Carolina State University, 2010)

Existen distintos tipos de estructuras que pueden cumplir con esa función, como un canal revestido de piedra, canaletas de concreto o de media tubería, a su vez se puede emplear una barrera construida a partir de concreto. En caso de que se emplee un canal revestido de piedra este debe ser excavado siguiendo una curva de nivel del terreno, el borde aguas abajo debe estar nivelado y tener una menor altura que el borde aguas arriba. La profundidad típica de estos canales es de 0.15 m a 0.30 m. Por otro lado, si se establece un canal a partir de concreto, las profundidades recomendadas son de 0.10 m a 0.30 m. En todo caso, la profundidad de la estructura utilizada debe establecerse a partir del caudal de entrada. Es fundamental que en todos los casos el borde sobre el que pasará el agua se encuentre totalmente nivelado para garantizar una distribución uniforme. Por lo tanto, el sitio donde se dispondrá el distribuidor debe tener, en lo posible, variaciones muy pequeñas en la altura para que la adaptación del terreno sea más sencilla de realizar. Por otra parte, no se recomienda construir estas estructuras en suelos con rellenos debido a que hay mayores probabilidades de que ocurra erosión. A su vez, no se considera adecuada la disposición de un distribuidor de flujo antes de que la vegetación se encuentre consolidada. Otros aspectos generales de diseño se presentan en la Tabla 115. Tabla 115. Recomendaciones de diseño para el distribuidor de flujo.

Parámetro Periodo de retorno del evento de diseño Longitud mínima Áreas con cobertura vegetal alta Longitud Áreas con cobertura vegetal baja Áreas con cobertura vegetal alta

Valor 10 años (evento de 24 horas) 3m 14 m por cada 0.1 m3/s 110 m por cada 0.1 m3/s ≤8%

287

ParĂĄmetro Pendiente ĂĄrea vegetada

Ă reas con cobertura vegetal baja

Valor â&#x2030;¤6%

Fuente: (Department of Environmental Protection. Bureau of Watershed Management, 2006)

Estructuras de salida Estructura de control del flujo Esta estructura corresponde a los controles que se establecen en un SUDS para detener parte del agua, lo que disminuye la descarga aguas abajo. Su dimensionamiento es un proceso iterativo donde es necesario establecer una curva de estado â&#x20AC;&#x201C; descarga para un diseĂąo dado. Posteriormente, a partir de la ejecuciĂłn de un modelo se determina si aspectos como el caudal pico de salida y el tiempo de detenciĂłn cumplen con los criterios definidos. Orificio Es un tipo de salida que representa una abertura rectangular o circular en la que el caudal depende de la altura sobre la salida, asĂ como del tamaĂąo y los bordes del orificio. El orificio puede definirse como horizontal, ya sea porque se encuentra a nivel del suelo o corresponde a la parte superior de una tuberĂa vertical. Adicionalmente, puede estar instalado de manera vertical como, por ejemplo, cuando corresponde a la entrada de una tuberĂa de salida. En ambos casos, el comportamiento del orificio varĂa en dependiendo de si encuentra o no sumergido. El orificio se considera no sumergido cuando la altura sobre su centro es menor que la mitad de su diĂĄmetro. En este caso, la estructura opera como un vertedero y el caudal de salida puede ser descrito empleando la ecuaciĂłn que se presenta a continuaciĂłn (Mays L. , 2004). đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x153; = đ??śđ?&#x2018;¤ (đ?&#x153;&#x2039; â&#x2C6;&#x2014; đ??ˇ) â&#x2C6;&#x2014; (đ??ť â&#x2C6;&#x2019; đ??¸đ?&#x2018;&#x153; )1.5

(142)

Donde, đ??śđ?&#x2018;¤ = Coeficiente del vertedero, đ??ť = Altura del agua (m), đ??ˇ = DiĂĄmetro del orificio (m), đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x153; = Caudal de salida (m3/s) y đ??¸đ?&#x2018;&#x153; =Altura del centro del orificio (m). Por otro lado, cuando el orificio se encuentra sumergido, la ecuaciĂłn que permite definir el caudal de salida corresponde a la ecuaciĂłn presentada en seguida (Mays L. , 2004). đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x153; = đ??śđ?&#x2018;&#x153; đ??´đ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;2đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; (đ??ť â&#x2C6;&#x2019; đ??¸đ?&#x2018;&#x153; )

(143)

Donde, đ??śđ?&#x2018;&#x153; = Coeficiente del orificio, đ??ť = Altura del agua (m), đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x153; = Caudal de salida (m3/s), đ??¸đ?&#x2018;&#x153; =Altura del centro del orificio (m), đ??´đ?&#x2018;&#x153; = Ă rea del orificio (m2) y đ?&#x2018;&#x201D; = Gravedad (m/s2). Para el predimensionamiento del diĂĄmetro del orificio se recomienda emplear la EcuaciĂłn (143) para orificio sumergido. Tubo vertical perforado Los tubos verticales perforados se conforman de tubos verticales con perforaciones cuya parte superior puede estar abierta y contar con una rejilla y una placa anti-vĂłrtice. Son estructuras que se implementan para tiempos de detenciĂłn extendidos, sin embargo, es necesario tener en cuenta que tienen un alto riesgo de taponamiento. Este riesgo puede disminuirse con el uso de una capa de grava 288

y malla alrededor de la tuberĂa. En estas estructuras el flujo que pasa a travĂŠs de las perforaciones se comporta como si pasara a travĂŠs de un orificio. La ecuaciĂłn que se presenta a continuaciĂłn se puede emplear para estimar los caudales de salida para el caso en que la tuberĂa de salida tiene una mayor capacidad que la del tubo vertical perforado (City of Santa Barbara , 2013). đ?&#x2018;&#x201E; = đ??śâ&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; (

3 2đ??´đ?&#x2018;&#x153; ) â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;2đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; (â&#x201E;&#x17D;)2 3â&#x201E;&#x17D;â&#x201E;&#x17D;

(144)

Donde, đ??śâ&#x201E;&#x17D; = Coeficiente del orificio, đ??´đ?&#x2018;&#x153; = Ă rea de los orificios (m2), đ?&#x2018;&#x201E; = Caudal de salida (m3/s), â&#x201E;&#x17D;â&#x201E;&#x17D; = Distancia desde s/2 bajo la lĂnea central del orificio mĂĄs bajo a s/2 sobre la lĂnea central del orificio mĂĄs alto (m), donde đ?&#x2018; = Distancia vertical entre los orificios (m), â&#x201E;&#x17D; = Altura del agua medida desde s/2 bajo la lĂnea central del orificio mĂĄs bajo (m) y đ?&#x2018;&#x201D; = Gravedad (m/s2). El procedimiento de diseĂąo involucra un cĂĄlculo iterativo para el cual se deben considerar los siguientes pasos: a.

Determinar las caracterĂsticas del tubo vertical perforado: se recomienda que la fila inferior de orificios se encuentre a 0.15 cm del fondo, debido a la posible acumulaciĂłn de sedimentos, y la fila superior de orificios debe encontrarse al mismo nivel que la profundidad del volumen de calidad de agua. b. Establecer las caracterĂsticas mencionadas en la Tabla 116. CaracterĂsticas de la tipologĂa y el tubo vertical perforado. Tabla 116. CaracterĂsticas de la tipologĂa y el tubo vertical perforado.

ParĂĄmetro Coeficiente del orificio (đ??śâ&#x201E;&#x17D; ) DiĂĄmetro de los orificios (đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; ) Ă rea total de los orificios (đ??´đ?&#x2018;&#x153; ) Gravedad (đ?&#x2018;&#x201D;) Longitud del fondo de la tipologĂa (đ??żđ?&#x2018;&#x201C; ) Ancho del fondo de la tipologĂa (đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x201C; ) Pendiente lateral (Z) Ă rea del fondo de la tipologĂa (đ??´đ?&#x2018;&#x201C; )

Unidad m m2 m/s2 m m m2

Fuente: (City of Santa Barbara , 2013)

c. Calcular la constante k presentada en la EcuaciĂłn (145): 2đ??´đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x2DC; = đ??śâ&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2014; ( ) â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;2đ?&#x2018;&#x201D; 3â&#x201E;&#x17D;â&#x201E;&#x17D;

(145)

Donde, đ?&#x2018;&#x2DC; = Constante (m2/s), đ??śâ&#x201E;&#x17D; = Coeficiente del orificio, đ??´đ?&#x2018;&#x153; = Ă rea de los orificios (m2), đ?&#x2018;&#x201E; = Caudal de salida (m3/s), â&#x201E;&#x17D;â&#x201E;&#x17D; = Distancia desde s/2 bajo la lĂnea central del orificio mĂĄs bajo a s/2 sobre la lĂnea central del orificio mĂĄs alto (m), donde đ?&#x2018; = Distancia vertical entre los orificios (m) y đ?&#x2018;&#x201D; = Gravedad (m/s2). d. Determinar el tiempo de drenaje, a partir de las Ecuaciones (146) a la (151), considerando al menos 19 alturas distintas. Una vez obtenido el tiempo de drenaje debe evaluarse si este es mayor o menor

289

al valor objetivo de acuerdo con la tipologĂa. Si el tiempo es menor debe incrementarse el valor de k y si es mayor debe disminuirse dicho valor hasta que se obtenga el tiempo requerido. â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = đ??¸đ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2019; đ??¸đ?&#x2018;&#x2013;+1

(146)

Donde, â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = Cambio en la altura (m), đ??¸đ?&#x2018;&#x153; = Altura (m) y đ??¸đ?&#x2018;&#x2013;+1 = Altura posterior evaluada (m). 3

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2013; = đ?&#x2018;&#x2DC; â&#x2C6;&#x2014; (â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; )2

(147)

Donde, đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2013; = Caudal promedio de salida (m3/s), â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = Cambio en la altura (m) y đ?&#x2018;&#x2DC; = Constante (m2/s). (148) đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = đ??żđ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x2013; Donde, đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea superficial de la tipologĂa a la altura analizada (m2), đ??żđ?&#x2018;&#x2013; = Longitud de la tipologĂa a la altura analizada (m) y đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x2013; = Ancho de la tipologĂa a la altura analizada (m). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; = đ??´đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013;

(149)

Donde, đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; = Volumen disponible (m3), đ??´đ?&#x2018;&#x2013; = Ă rea superficial de la tipologĂa a la altura analizada (m2) y â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = Cambio en la altura (m). đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; (150) đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013; = â&#x2C6;&#x2014; 3600 đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2013; Donde, đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013; = Tiempo promedio de drenaje (h), đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; = Volumen disponible (m3) y đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2013; = Caudal promedio de salida (m3/s). đ?&#x2018;&#x203A;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = â&#x2C6;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013; đ?&#x2018;&#x2013;=1

(151)

Donde, đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; = Tiempo total de drenaje (h), đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2013; = Tiempo promedio de drenaje (h) y đ?&#x2018;&#x203A; = nĂşmero total de alturas evaluadas. e. Determinar el nĂşmero y tamaĂąo de las columnas de orificios, lo cual depende directamente del k definido en el paso anterior. Para esto es necesario: - Seleccionar un nĂşmero inicial de filas, orificios por filas y diĂĄmetro de los orificios. - Calcular el ĂĄrea de flujo por fila. - Definir un valor para el coeficiente del orificio (đ??śâ&#x201E;&#x17D; ) y la distancia desde s/2 bajo la lĂnea central del orificio mĂĄs bajo a s/2 sobre la lĂnea central del orificio mĂĄs alto (â&#x201E;&#x17D;â&#x201E;&#x17D; ). - Establecer el valor de k. - Comparar el valor de k con el definido en el paso d. En caso de que sea diferente variar las dimensiones supuestas y repetir el procedimiento. Se debe tener en cuenta que el valor del diĂĄmetro recomendado es de mĂnimo 6 mm (1/4â&#x20AC;?). Culvert y tuberĂas Un culvert es un tubo corto que se emplea para conducir el agua lluvia a travĂŠs de avenidas y vĂas. ComĂşnmente se emplean como estructuras de salida en tipologĂas como las cuencas secas de drenaje extendido, puesto que se considera que estas estructuras son eficientes para el control del flujo. En el anĂĄlisis que debe realizarse para determinar el caudal de salida es necesario considerar las caracterĂsticas del flujo, dentro de lo cual es fundamental determinar si se tiene control a la entrada o 290

a la salida. El control a la entrada se presenta por lo general en culverts con alta pendiente y salida libre, mientras que el control a la salida es caracterĂstico de culverts largos y rugosos en los que la altura aguas abajo es considerable. Si el control es a la entrada, la capacidad de descarga del culvert es independiente de la altura aguas abajo y es determinada por la geometrĂa de la entrada, por lo que se debe considerar el ĂĄrea, la forma y las caracterĂsticas del borde. En caso de que el control sea a la salida hay factores adicionales que deben ser tenidos en cuenta como la rugosidad de la tuberĂa, la longitud, la pendiente, la forma, el ĂĄrea y la altura aguas abajo. En la Tabla 117 se presentan las caracterĂsticas que se deben considerarse de acuerdo con el tipo de flujo. Para determinar si el culvert opera bajo control a la entrada o a la salida es necesario considerar su capacidad bajo estos dos escenarios de tal modo que el caso en que se requiera una mayor altura aguas arriba indica la capacidad del culvert. Cabe anotar que si la tuberĂa es menor a 300 mm ĂŠsta puede ser analizada como un orificio sumergido si se cumple la condiciĂłn presentada en la EcuaciĂłn (152), y como vertedero si se tienen condiciones de bajo flujo. â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; > 1.5 đ??ˇ

(152)

Donde, â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; = Cabeza aguas arriba (m) y đ??ˇ = DiĂĄmetro de la tuberĂa (m). Tabla 117. CaracterĂsticas que influencia la descarga del culvert.

CaracterĂstica Altura aguas arriba Ă rea de entrada ConfiguraciĂłn de los bordes a la entrada Forma de la entrada Rugosidad de la tuberĂa Ă rea de la tuberĂa Longitud de la tuberĂa Pendiente de la tuberĂa Altura aguas abajo

Control a la entrada X X X X

Control a la salida X X X X X X X X X

Fuente: adaptado de (Sturm, 2001)

Asimismo si se tiene control a la entrada, el caudal de salida puede aproximarse a partir de la Figura 150 siguiendo los pasos presentados a continuaciĂłn. Cabe aclarar que el caudal obtenido solo corresponde a una estimaciĂłn que despuĂŠs debe ser verificada: a. b. c. d.

Establecer el cociente entre la relaciĂłn entre la cabeza de agua disponible, asociada al evento mĂĄximo que serĂĄ controlado por el culvert. Definir un diĂĄmetro aproximado para la tuberĂa. Calcular el cociente entre la relaciĂłn entre la cabeza de agua disponible y el diĂĄmetro de la tuberĂa. Establecer el caudal a partir de la Figura 17, para esto se realiza una lectura de las escalas 1, 2 o 3 de acuerdo con las caracterĂsticas del culvert. En caso de la escala 2 o 3 es necesario realizar una proyecciĂłn horizontal hasta la escala 1. Si se tiene una relaciĂłn muy alta se puede realizar una aproximaciĂłn con la ecuaciĂłn del orificio. Comparar el caudal obtenido con el caudal mĂĄximo de salida.

291

Figura 150. RelaciĂłn entre el caudal, el diĂĄmetro del culvert y la cabeza disponible para tuberĂas de concreto con control a la entrada Fuente: adaptado de (Spellman & Whiting, 2005)

Por otro lado, si el control es a la salida, el caudal puede aproximarse a partir de la siguiente ecuaciĂłn: 1

1 1 2 đ?&#x2018;&#x201E;=( ) â&#x2C6;&#x2014; đ??´đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2014; (2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x201D; â&#x2C6;&#x2014; (â&#x201E;&#x17D; + đ??ż â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x153; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ą ))2 đ??ž+1

(153)

Donde, đ?&#x2018;&#x201E; = Caudal de salida (m3/s), â&#x201E;&#x17D; = Cabeza de agua disponible, đ??ž = PĂŠrdidas totales, đ?&#x2018;&#x201D; = Gravedad (m/s2), L= Longitud del culvert (m), đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x153; = Pendiente (m/m) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;Ą = Altura aguas abajo (m). Para hacer uso de la EcuaciĂłn (153) las pĂŠrdidas pueden establecerse a partir de las Ecuaciones (154) y (155). 292

đ??ž = đ??žđ?&#x2018;&#x2019; + đ??žđ?&#x2018;Ľ + đ??žđ?&#x2018;? + đ??žđ?&#x2018;&#x203A;

(154)

Donde, đ??ž = PĂŠrdidas totales, đ??žđ?&#x2018;&#x2019; = PĂŠrdidas por entrada, đ??žđ?&#x2018;Ľ = PĂŠrdidas por salida, đ??žđ?&#x2018;? = PĂŠrdidas por codos y đ??žđ?&#x2018;&#x203A; = PĂŠrdidas por fricciĂłn. đ?&#x2018;&#x203A;2 â&#x2C6;&#x2014; đ??ż (155) đ??žđ?&#x2018;&#x203A; = 123.9 â&#x2C6;&#x2014; 4 đ??ˇ3 Donde, đ??žđ?&#x2018;&#x203A; = PĂŠrdidas por fricciĂłn, đ?&#x2018;&#x203A; = n de Manning, đ??ż = Longitud del culvert (m) y đ??ˇ = DiĂĄmetro (m).

Vertedero de excesos Los vertederos de excesos son estructuras empleadas para descargar el agua una vez el volumen de almacenamiento se ha ocupado totalmente. Pueden no ser requeridos si se trata de una estructura que opera fuera de lĂnea o si la estructura de entrada cuenta con un sistema de bypass para el caso en que el SUDS ha alcanzado su mĂĄxima capacidad de almacenamiento. Cabe anotar que los vertederos tambiĂŠn pueden emplearse como estructuras para el control del flujo. Existen dos tipos principales de vertederos correspondientes a los vertederos de cresta ancha y los vertederos de cresta delgada. A su vez estos se clasifican de acuerdo con su forma en rectangulares, triangulares, trapezoidales, entre otros. Por lo general, los vertederos de cresta ancha suelen ser mĂĄs empleados como vertederos de excesos debido a su mayor durabilidad. En caso de que se tenga un vertedero rectangular la longitud aproximada requerida para un caudal mĂĄximo determinado puede establecerse a partir de la siguiente ecuaciĂłn: đ??żđ?&#x2018;Ł =

đ?&#x2018;&#x201E; đ??śđ?&#x2018;Ł â&#x2C6;&#x2014; (đ??ť â&#x2C6;&#x2019;

3 đ??¸đ?&#x2018;Ł )2

(156)

Donde, đ??żđ?&#x2018;Ł = Longitud del vertedero (m), đ?&#x2018;&#x201E; = Caudal de salida (m3/s), đ??śđ?&#x2018;Ł = Coeficiente del vertedero, đ??ť = Altura total del agua (m) y đ??¸đ?&#x2018;Ł = Altura del vertedero (m).

Vertedero de emergencia Un vertedero de emergencia es una estructura recomendada para aquellos casos en los que se cuenta con una topografĂa adecuada y es posible realizar una descarga del caudal pico sin causar erosiĂłn considerable aguas abajo. Los vertederos de emergencia se emplean para conducir caudales extremos que superan el evento de diseĂąo bajo el cual se dimensiona el vertedero de excesos. A su vez, se utilizan para prevenir desbordamientos y posibles daĂąos subsecuentes en los diques, asociados a problemas en las estructuras de salida. Por lo general, se diseĂąan para manejar un caudal asociado a la escorrentĂa producida en una cuenca totalmente desarrollada por un evento con un periodo de retorno de 100 aĂąos. Sin embargo, si el riesgo asociado por la falla de la estructura es alto, es posible que se requiera considerar un periodo de retorno mayor. Se recomienda que el vertedero corresponda a un vertedero vegetado que incluya un canal de entrada, una secciĂłn de control (correspondiente al vertedero) y un canal de salida. A su vez, la vegetaciĂłn dispuesta en el vertedero debe corresponder a vegetaciĂłn resistente a la erosiĂłn. Ă&#x2030;ste debe ser construido a partir del terreno existente y es fundamental evitar el uso de la berma o dique dispuesto en el perĂmetro para su construcciĂłn. En caso de que esto no sea posible debido a restricciones como la topografĂa, se debe considerar incrementar el tamaĂąo del vertedero de excesos o hacer uso de un 293

vertedero recubierto con material no erosionable, el cual debe ser diseĂąado por un ingeniero con experiencia en este tipo de estructuras. Existen distintas alternativas para desarrollar el dimensionamiento de esta estructura. Uno de estos procedimientos se basa en las relaciones preestablecidas para distintas variables asociadas a un vertedero en tierra, las cuales se presentan en la Tabla 118. Los pasos de este procedimiento se presentan a continuaciĂłn: a. Definir el caudal pico: correspondiente a un evento con un periodo de retorno de 100 aĂąos, lo cual puede hacerse a partir del mĂŠtodo racional. En este caso se asume que todo el caudal serĂĄ manejado por el vertedero de emergencia. b. Determinar la altura del vertedero: el vertedero debe colocarse a un nivel un poco mayor del de la superficie del agua asociada a un evento con un periodo de retorno de 10 aĂąos. Esta altura puede ser, por ejemplo, de 3 cm a 4 cm mayor. c. Determinar la cabeza disponible: â&#x201E;&#x17D; = (đ??ťđ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2122; ) â&#x2C6;&#x2019; đ??ťđ?&#x2018;Ł

(157)

Donde, â&#x201E;&#x17D; = Cabeza disponible (m), đ??ťđ?&#x2018;&#x2019; = Altura mĂĄxima del dique (m), đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2122; = Borde libre (m), y đ??ťđ?&#x2018;Ł = Altura del vertedero (m). d. Definir el ancho del vertedero y del canal: a partir de la Tabla 118 se define el ancho mĂnimo (correspondiente tanto al ancho del canal como del vertedero) considerando la cabeza disponible (đ??ťđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;? ) y el caudal de entrada (đ?&#x2018;&#x201E;). Posteriormente, es necesario realizar verificaciones sobre la pendiente mĂnima de salida (S) y la longitud mĂnima del vertedero (x). Alternativamente, si se tienen restricciones en cuanto al ancho del vertedero por la topografĂa, la tabla debe leerse a partir del ancho y del caudal de entrada para determinar la cabeza que se requiere. e. Verificar la relaciĂłn entre el ancho del canal y la profundidad del flujo sobre el vertedero: đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ł /đ??ťđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;? =

đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ł â&#x2030;¤ 35 đ??ťđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;?

(158)

Donde, đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ł /đ??ťđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = RelaciĂłn entre el ancho del canal y la profundidad del flujo, đ?&#x2018;¤đ?&#x2018;Ł = Ancho del canal (m), y đ??ťđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018;? = Cabeza disponible (m). f. Verificar la velocidad (đ?&#x2018;Ł): Se recomienda que la velocidad a la salida del vertedero sea menor a la velocidad de erosiĂłn. Esta comprobaciĂłn puede realizarse considerando una velocidad mĂĄxima de 0.75 m/s, pero es importante tener en cuenta que la velocidad mĂĄxima varĂa de acuerdo con la vegetaciĂłn. Si la velocidad a la salida del vertedero es mayor a la velocidad de erosiĂłn, se recomienda incrementar el ancho del vertedero.

294

Tabla 118. Variables de diseño para vertederos en tierra

Altura sobre la cresta Hdisp (m)

0.15

2.44

3.05

3.66

4.27

4.88

5.49

6.10

6.71

7.32

7.92

8.53

9.14

9.75 10.36 10.97 11.58 12.19

Q(m3/s)

0.17

0.20

0.23

0.28

0.31

0.37

0.40

0.42

0.48

0.51

0.57

0.59

0.62

0.68

0.71

0.76

0.79

v (m/s)

0.82

S (%)

3.9

3.8

x (m)

9.75 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06 10.06

0.18

Q(m /s)

0.23

0.28

0.34

0.40

0.45

0.51

0.57

0.62

0.68

0.74

0.79

0.85

0.91

0.96

0.99

1.05

1.10

v (m/s)

0.91

S (%)

3.7

3.6

3.7

3.6

x (m) 3

0.21

0.31

0.37

0.45

0.51

0.57

0.65

0.71

0.79

0.85

0.93

0.99

1.08

1.16

1.22

1.25

1.30

1.36

v (m/s)

0.98

1.01

S (%)

3.5

3.4

0.37

0.45

0.54

0.62

0.74

0.82

0.91

0.99

1.08

1.19

1.27

1.30

1.36

1.44

1.53

1.61

1.70

v (m/s)

1.07

1.10

S (%)

3.3

3.2

13.41 13.41 13.41 13.41 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72 13.72

Q(m /s)

0.48

0.57

0.68

0.79

0.91

0.99

1.10

1.22

1.33

1.44

1.56

1.61

1.70

1.81

1.93

2.01

2.12

v (m/s)

1.13

1.16

S (%)

3.2

3.1

x (m) 3

0.30

11.89 12.19 12.19 12.19 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50 12.50

Q(m /s)

x (m)

0.27

10.97 10.97 10.97 10.97 10.97 10.97 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28 11.28

Q(m /s)

x (m)

0.24

Ancho del fondo (m)

Variables vertedero

14.33 14.33 14.63 14.63 14.63 14.63 14.63 14.63 14.63 14.63 14.94 14.94 14.94 14.94 14.94 14.94 14.94

Q(m /s)

0.57

0.68

0.82

0.93

1.08

1.19

1.33

1.44

1.59

1.73

1.78

1.93

2.04

2.18

2.29

2.44

2.55

v (m/s)

1.22

295

Altura sobre la cresta Hdisp (m)

2.44

3.05

3.66

4.27

4.88

5.49

6.10

6.71

7.32

7.92

8.53

9.14

9.75 10.36 10.97 11.58 12.19

S (%)

3.1

3.0

x (m)

0.34

15.54 15.54 15.54 15.54 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 15.85 1.10

1.25

1.39

1.53

1.70

1.84

1.98

2.10

2.24

2.38

2.52

2.69

2.83

2.97

v (m/s)

1.28

1.31

2.9

S (%)

16.76 16.76 16.76 16.76 16.76 16.76 16.76 17.07 17.07 17.07 17.07 17.07 17.07 17.07 17.07 17.07 17.07

Q(m3/s)

0.79

0.93

1.13

1.27

1.44

1.64

1.81

1.95

2.12

2.27

2.44

2.61

2.78

2.94

3.11

3.28

3.45

v (m/s)

1.34

1.37

2.9

2.8

S (%)

17.68 17.68 17.98 17.98 17.98 17.98 17.98 17.98 18.29 18.29 18.29 18.29 18.29 18.29 18.29 18.29 18.29

Q(m3/s)

0.91

1.08

1.30

1.50

1.67

1.84

2.07

2.27

2.44

2.58

2.80

3.00

3.17

3.37

3.54

3.77

3.96

v (m/s)

1.37

1.40

1.43

S (%)

2.8

2.7

18.90 18.90 18.90 19.20 19.20 19.20 19.20 19.20 19.20 19.20 19.20 19.51 19.51 19.51 19.51 19.51 19.51

Q(m /s)

1.05

1.25

1.44

1.67

1.87

2.10

2.32

2.55

2.72

2.92

3.14

3.37

3.60

3.79

4.02

4.25

4.47

v (m/s)

1.43

1.46

1.49

S (%)

2.8

2.7

2.6

x (m) 3

19.81 20.12 20.12 20.12 20.12 20.42 20.42 20.42 20.42 20.42 20.73 20.73 20.73 20.73 20.73 20.73 21.03

Q(m /s)

1.16

1.42

1.64

1.87

2.12

2.41

2.61

2.86

3.06

3.28

3.54

3.77

4.02

4.25

4.53

4.79

5.04

v (m/s)

1.46

1.49

1.52

1.55

S (%)

2.7

2.6

2.5

x (m) 3

0.49

3.0

0.96

0.46

3.0

0.79

x (m)

0.43

3.0

0.65

x (m)

0.40

3.0

Q(m3/s)

x (m)

0.37

Ancho del fondo (m)

Variables vertedero

21.03 21.03 21.34 21.34 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64 21.95 21.95 21.95 21.95 21.95 21.95

Q(m /s)

1.30

1.59

1.84

2.12

2.38

2.66

2.94

3.17

3.45

3.74

4.02

4.22

4.47

4.76

5.04

5.30

5.58

v (m/s)

1.52

1.55

1.58

296

Altura sobre la cresta Hdisp (m)

2.44

3.05

3.66

4.27

4.88

5.49

6.10

6.71

7.32

7.92

8.53

9.14

9.75 10.36 10.97 11.58 12.19

S (%)

2.6

2.5

x (m)

0.52

21.95 22.56 22.56 22.86 22.86 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 23.16 2.35

2.66

2.97

3.26

3.57

3.82

4.11

4.42

4.73

4.96

5.30

5.55

5.89

6.14

v (m/s)

1.58

1.62

1.65

2.6

2.5

S (%)

23.16 23.77 24.08 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38 24.38

Q(m3/s)

1.64

1.95

2.29

2.63

2.94

3.28

3.60

3.91

4.25

4.53

4.84

5.15

5.49

5.78

6.06

6.40

6.65

v (m/s)

1.62

1.65

1.68

1.71

2.5

2.4

S (%)

24.38 24.99 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60 25.60

Q(m3/s)

1.81

2.15

2.49

2.89

3.23

3.60

3.96

4.30

4.64

4.96

5.32

5.69

6.03

6.37

6.65

7.05

7.36

v (m/s)

1.68

1.71

1.74

S (%)

2.5

2.4

25.60 25.91 26.21 26.52 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82 26.82

Q(m /s)

2.01

2.35

2.75

3.14

3.54

3.91

4.33

4.64

5.04

5.47

5.78

6.17

6.57

6.94

7.31

7.93

8.30

v (m/s)

1.71

1.74

1.77

1.80

S (%)

2.5

2.4

2.3

x (m) 3

26.82 27.43 27.74 27.74 27.74 27.74 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04 28.04

Q(m /s)

2.18

2.58

3.03

3.45

3.82

4.19

4.59

5.01

5.44

5.86

6.23

6.63

7.08

7.56

7.82

8.24

8.64

v (m/s)

1.74

1.77

1.80

1.83

S (%)

2.4

2.3

x (m) 3

0.67

2.5

2.04

0.64

2.5

1.76

x (m)

0.61

2.5

1.47

x (m)

0.58

2.5

Q(m3/s)

x (m)

0.55

Ancho del fondo (m)

Variables vertedero

28.04 28.96 28.96 28.96 28.96 28.96 28.96 28.96 28.96 29.26 29.26 29.26 29.26 29.26 29.26 29.26 29.26

Q(m /s)

2.38

2.83

3.28

3.71

4.13

4.62

5.01

5.49

5.95

6.34

6.74

7.16

7.62

8.01

8.52

8.89

9.34

v (m/s)

1.80

1.83

1.86

1.89

297

Altura sobre la cresta Hdisp (m)

2.44

3.05

3.66

4.27

4.88

5.49

6.10

6.71

7.32

7.92

8.53

9.14

9.75 10.36 10.97 11.58 12.19

S (%)

2.4

2.3

x (m)

0.70

2.3

29.26 29.87 30.18 30.18 30.18 30.18 30.18 30.48 30.48 30.48 30.48 30.48 30.48 30.48 30.48 30.48 30.48

Q(m3/s)

2.55

3.06

3.51

3.96

4.47

4.96

5.47

5.89

6.40

6.88

7.31

7.79

8.27

8.66

9.15

9.66 10.02

v (m/s)

1.83

1.86

1.89

1.92

2.4

2.3

2.2

S (%) x (m)

0.73

Ancho del fondo (m)

Variables vertedero

30.48 31.09 31.09 31.39 31.39 31.39 31.70 31.70 31.70 32.00 32.00 32.00 32.00 32.00 32.00 32.00 32.00

Q(m3/s)

2.80

3.28

3.85

4.30

4.81

5.18

5.83

6.34

6.82

7.36

7.79

8.33

8.83

9.26

9.80 10.31 10.65

v (m/s)

1.86

1.89

1.92

1.95

2.3

2.2

S (%) x (m)

32.00 32.00 32.31 32.61 32.92 32.92 32.92 32.92 33.22 33.22 33.22 33.22 33.22 33.22 33.22 33.22 33.22 Fuente: Adaptado de (Virginia Department of Transportation, 2013).

298

Estructuras anexas a la estructura de salida Tubería perforada Una tubería perforada es una tubería de metal corrugado galvanizado o una tubería semicircular que se coloca en un medio granular. Se emplea para conducir el agua con el objetivo de que el SUDS se drene en el tiempo requerido, ya sea porque se busca minimizar el agua estancada presente en la estructura y/o porque la tasa de infiltración en el sitio no es óptima. El diámetro mínimo recomendado para éstas es de 10 cm y el espaciamiento máximo sugerido es de 6 m. A su vez, el medio granular debe presentar una altura mínima de 0.33 m, con una profundidad mínima de medio granular sobre la tubería de 15 cm y bajo la tubería de 8 cm. Estas recomendaciones se obtuvieron del manual técnico de Denver (2010) y Alabama (2014) respectivamente. Principalmente, para el caso de los pavimentos permeables sin infiltración y con infiltración parcial, se recomienda considerar los aspectos establecidos por el INVÍAS para los drenajes laterales en el Artículo 673 del documento “Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras” (INVÍAS, 2012) y en el “Manual de drenaje para carreteras” (INVÍAS, 2009). Estas recomendaciones solo aplican de manera parcial puesto que, por ejemplo, al momento de establecer el área perforada de la tubería se deberá considerar volumen que se busca infiltrar en el suelo. A continuación, en la Tabla 119 se resumen los aspectos más relevantes para los distintos componentes asociados a la tubería perforada: Tabla 119. Características recomendadas de acuerdo con la normativa de INVÍAS

Características generales Granulometría Dureza

Medio granular

Durabilidad

Limpieza

Tubería

Material Aberturas

Puede fabricarse a partir de la trituración de roca o corresponder a cantos rodados. Tamaños comprendidos entre el tamiz de 75 mm (3”) y 19 mm (3/4”). No se requiere gradación específica. Norma de ensayo INVÍAS E-219 Valor ≤ 40 Norma de ensayo INVÍAS E-220 Sulfato de Pérdidas en ≤ 12 sodio (%) ensayo de solidez en Sulfato de ≤ 18 sulfatos magnesio (%) Norma de ensayo INVÍAS E-211 Terrones de arcilla y partículas ≤ 0.25 deleznables (%) Norma de ensayo INVÍAS E-221 Partículas livianas (%) ≤ 1.0 Norma de ensayo INVÍAS E-121 Contenido de materia orgánica (%) 0 Polietileno: Tubos flexibles y Especificación AASHTO M 252 corrugados Clase PS 46 PVC: tubos rígidos y lisos Especificación AASHTO M 278 Orificios circulares 1.0 Diámetro < D85 (medio granular)

299

Características generales Granulometría Dureza

Medio granular

Durabilidad

Limpieza

Fracción impermeable

Puede fabricarse a partir de la trituración de roca o corresponder a cantos rodados. Tamaños comprendidos entre el tamiz de 75 mm (3”) y 19 mm (3/4”). No se requiere gradación específica. Norma de ensayo INVÍAS E-219 Valor ≤ 40 Norma de ensayo INVÍAS E-220 Sulfato de Pérdidas en ≤ 12 sodio (%) ensayo de solidez en Sulfato de ≤ 18 sulfatos magnesio (%) Norma de ensayo INVÍAS E-211 Terrones de arcilla y partículas ≤ 0.25 deleznables (%) Norma de ensayo INVÍAS E-221 Partículas livianas (%) ≤ 1.0 Norma de ensayo INVÍAS E-121 Contenido de materia orgánica (%) 0 1.2 Ancho de la ranura < D85 (medio Tubos ranurados granular) ≥ El tercio inferior de la circunferencia

Micropiscina Es una piscina pequeña que se construye para reducir la resuspensión de partículas y, de esta forma, incrementar la eficiencia del sistema en la remoción de contaminantes. Un ejemplo de la estructura se presenta en la Figura 151. Por lo general, las micropiscinas se implementan en cuencas secas de drenaje extendido y las características recomendadas para las mismas son presentadas en la Tabla 120. Adicionalmente, si el área aportante es menor a 20200 m2 la micropiscina puede localizarse dentro de la estructura de salida y no se recomienda el uso de enrocados, de acuerdo al Distrito de Drenaje Urbano y Control de Inundaciones de Denver (2010). Detalles adicionales de la tipología correspondiente se presentan como parte de las metodologías de predimensionamiento. Tabla 120. Dimensiones recomendadas para la micropiscina

Parámetro Valor Pendiente lateral 3H:1V o paredes verticales Profundidad mínima 0.2 m Área superficial mínima 1 m2 Material del fondo Concreto1 1 Excepto si hay flujo base o agua subterránea Fuente: adaptado de (Urban Drainage and Flood Control District, 2010)

300

Figura 151. Micropiscina con vegetaciĂłn. Fuente: ( CASFM Stormwater Quality Committee, s.f.)

Drenaje de mantenimiento Es una estructura empleada para drenar sistemas que retienen el agua, como los tanques de almacenamiento. En el caso de los tanques se pueden emplear tanto para facilitar el mantenimiento como para drenarlo en anticipaciĂłn a un evento de tormenta, lo cual permite incrementar la atenuaciĂłn del caudal pico.

Rejilla La rejilla permite el paso del agua e impide la salida de partĂculas flotantes o de gran tamaĂąo de las tipologĂas de SUDS. El diseĂąo de esta estructura consiste en un marco o placa de metal, concreto o plĂĄstico con perforaciones. Dependiendo del tamaĂąo de las perforaciones, orificios o vacĂos, ĂŠstas pueden ser empleadas como mecanismos de captura de contaminantes o como estructuras de protecciĂłn y control de inundaciones. Rejilla de basuras Este tipo de rejilla consiste en una placa perforada que favorece la reducciĂłn de sedimentos a la salida de la tipologĂa, mejorando la calidad del agua y extendiendo la frecuencia de mantenimiento de las tuberĂas de salida de los SUDS. Para el dimensionamiento de este tipo de estructuras se debe tener en cuenta el ĂĄrea superficial de la rejilla (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; ), el ĂĄrea total de los orificios por donde pasa flujo de agua (đ??´đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x153; ) y el diĂĄmetro o ancho de los orificios (đ??ˇ). Existen dos alternativas de cĂĄlculo para determinar el ĂĄrea superficial de la rejilla (đ??´đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x; ), considerando si la tipologĂa de SUDS a la que se encuentra asociada la rejilla se diseĂąĂł mediante el volumen de calidad (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;? ) o si se diseĂąĂł mediante el volumen de control de inundaciones (đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2013; ). Para profundizar en el predimensionamiento de este tipo de rejilla se recomienda ver el capĂtulo 5.2.4.1.7 del presente documento.

301

Rejilla para la estructura de rebose Es una estructura que se implementa en grandes estructuras de entrada y salida, las cuales sólo deben utilizarse cuando existe un riesgo alto de bloqueo. Se recomienda localizarla a una distancia adecuada de la salida para evitar interferencias con la capacidad hidráulica de ésta. El área de vacíos en la rejilla debe garantizar que no se restrinja el paso del agua cuando se encuentre parcialmente obstruida. Por este motivo, se recomienda que el área de vacíos sea más de diez veces el área del orificio de salida. A su vez, el espaciamiento entre las barras debe ser menor al tamaño de estructura de salida más pequeña, con el fin de asegurar la retención de material que pueda bloquear el drenaje del agua. Para facilitar el mantenimiento, las rejillas deben tener conexiones articuladas de manera que la remoción del material acumulado sea más sencilla. Sin embargo, cuando existe riesgo de vandalismo puede ser necesario instalar una rejilla fija. La rejilla puede la rejilla puede observarse en la Figura 151. Para profundizar en el predimensionamiento de este tipo de rejilla se recomienda ver el capítulo 5.2.4.1.7 del presente documento.

Disipador de energía Los disipadores de energía son estructuras que permiten reducir la velocidad del flujo de tal manera que la erosión producto de la salida del agua se minimiza. Estos deben emplearse cuando la velocidad del flujo de salida excede la velocidad de erosión en el canal aguas abajo, y comúnmente sólo se requieren para estructuras de rebose y vertederos de emergencia. Enrocado El enrocado corresponde a una capa de piedra que reduce la velocidad del flujo. Se recomienda cuando el número de Froude en la salida es menor o igual a 2.5. Puede ser implementada en las transiciones de tuberías y de box culvert a un canal natural. En general las características de estas estructuras asociadas a una tubería y a un cabezal se presentan en la normatividad NS-142 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá. En esta sección se describen consideraciones complementarias de diseño que sólo se recomienda tener en cuenta si se tiene un caso diferente a los incluidos en la norma. El diseño del enrocado debe ser realizado por un ingeniero especializado por lo que, el procedimiento presentado a continuación corresponde a recomendaciones para el establecimiento de algunas características. En primer lugar, deben tomarse en consideración las condiciones aguas abajo, de tal modo que el primer paso es determinar la profundidad del agua bajo la tubería de salida. Para ello es necesario considerar la descarga de la tubería junto con otros flujos afluentes. En caso de que la altura aguas abajo sea menor a la mitad del diámetro de la tubería de salida y la corriente receptora tenga una capacidad suficiente para aceptar los caudales divergidos, se tiene una condición aguas abajo que se clasifica como “mínima”. En caso contrario, la condición es “máxima”, adicionalmente si la tubería descarga a un área plana que no tiene un canal definido se asume que la condición es mínima a menos que las condiciones del sitio indiquen lo contrario. Una vez se ha definido esto, se determina mediante las curvas presentadas en la Figura 152 y la Figura 153 la longitud del enrocado y el diámetro medio (d50). El uso de la Figura 152 y la Figura 153 depende de la estructura de salida, como se resume en la Tabla 121.

302

Tabla 121. Variables a considerar de acuerdo con la estructura de salida

Estructura de salida Tubería llena

Tubería fluyendo parcialmente llena

Box culvert

Variables d = Diámetro de la tubería (cm) Q= Caudal de diseño (m3/s)

d = Profundidad del flujo (cm) V = Velocidad en (m/s)

d = Profundidad del flujo (cm)

Recomendaciones Se realiza primero una lectura de la intersección de las curvas inferiores d y V. Posteriormente se parte de la intersección de las curvas hasta intersectar la curva superior d. Se realiza primero una lectura de la intersección de las curvas inferiores d y V. Posteriormente se parte de la intersección de las curvas hasta intersectar la curva superior d.

Fuente: adaptado de (Debo & Reese, 2003)

303

Figura 152. Enrocado para condiciones mínimas aguas abajo (d en cm y v en m/s) Fuente: adaptado de (Debo & Reese, 2003)

304

Figura 153. Enrocado para condiciones mĂĄximas aguas abajo (d en cm y v en m/s) Fuente: adaptado de (Debo & Reese, 2003)

Posteriormente se establece el diĂĄmetro mĂĄximo de las piedras: đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = 1.5 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;50

(159)

Donde, đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = DiĂĄmetro mĂĄximo de las piedras (m) y đ?&#x2018;&#x2018;50 = DiĂĄmetro medio de las piedras utilizadas en el enrocado (m). A continuaciĂłn se define el grosor del enrocado a partir de la EcuaciĂłn (160): đ?&#x2018;&#x201D; = max(1.5 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ , 0.15 đ?&#x2018;&#x161;)

(160)

Donde, đ?&#x2018;&#x201D; = Grosor del enrocado (m) y đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = DiĂĄmetro mĂĄximo de las piedras (m). El ancho del enrocado depende de si este se establece para condiciones mĂĄximas o mĂnimas. Si las condiciones aguas abajo se clasifican como mĂnimas se emplea la EcuaciĂłn (161) para el ancho del enrocado en el punto de salida de la tuberĂa y la EcuaciĂłn (162) para el ancho en el punto final, de lo contrario se hace uso de la EcuaciĂłn (161) y de la EcuaciĂłn (163), respectivamente. 305

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = 3 â&#x2C6;&#x2014; đ??ˇđ?&#x2018;&#x153;

(161)

Donde, đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = Ancho inicial del enrocado (m), đ??żđ?&#x2018;&#x17D; = Longitud del enrocado (m) y đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; = DiĂĄmetro de la tuberĂa (m). (162) đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x201C; = Do + đ??żđ?&#x2018;&#x17D; Donde, đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D; = Ancho final del enrocado (m), đ??żđ?&#x2018;&#x17D; = Longitud del enrocado (m) y đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; = DiĂĄmetro de la tuberĂa (m). (163) đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x201C; = Do + 0.4 â&#x2C6;&#x2014; đ??żđ?&#x2018;&#x17D; Donde, đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D; = Ancho final del enrocado (m), đ??żđ?&#x2018;&#x17D; = Longitud del enrocado (m) y đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; = DiĂĄmetro de la tuberĂa (m). Cabe anotar que si no se conocen las condiciones aguas abajo se debe realizar un anĂĄlisis para condiciones mĂĄximas y mĂnimas y las dimensiones se establecerĂan de acuerdo con las Ecuaciones (164) a la (166) considerando la Figura 154.

Figura 154. CaracterĂsticas del enrocado cuando no se tiene informaciĂłn sobre las condiciones aguas abajo Fuente: adaptado de (Debo & Reese, 2003)

đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2013; = đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; Donde, đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D; = Ancho del enrocado (m). đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161; = đ??żđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ â&#x2C6;&#x2019; Do

(164)

(165)

Donde, đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161; = Ancho medio del enrocado (m), đ??żđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;Ľ = Longitud del enrocado de acuerdo con el anĂĄlisis de condiciones mĂĄximas (m) y đ??ˇđ?&#x2018;&#x153; = DiĂĄmetro de la tuberĂa (m). đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x201C; = Wc

(166)

306

Donde, đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x201C; = Ancho final del enrocado (m) y đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;? = Ancho del canal (m). Adicionalmente, se recomienda que el enrocado se extienda alrededor de la tuberĂa o culvert en el punto de descarga. La pendiente debe ser mĂĄximo de 2:1 y la altura mayor o igual a la de la tuberĂa. En caso de que exista un alto potencial de vandalismo se recomienda considerar el uso de rocas mĂĄs grandes o mantenerlas en su lugar a partir de mortero. Tanque amortiguador para descarga Es una estructura con forma de caja con una pantalla vertical colgante y una solera o durmiente al final de la caja. La disipaciĂłn de la energĂa se da mediante el impacto del agua contra la pantalla y a causa de la turbulencia resultante. Se emplea cuando las velocidades de salida son mayores a 15 m/s y el nĂşmero de Froude se encuentra entre 1 y 9. Por lo general, su funcionamiento no se ve afectado por las condiciones aguas abajo de la estructura de salida; sin embargo, la altura aguas abajo puede ayudar a que el flujo a la salida sea menos turbulento. La norma NS-142 de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de BogotĂĄ incluye caracterĂsticas y dimensiones mĂnimas para estos tanques de acuerdo con el caudal. Asimismo, restringe el uso de los tanques a caudales menores a 11 m3/s y donde se presenten velocidades de entrada menores a 9 m/s. En esta normativa tambiĂŠn se incluyen caracterĂsticas de los materiales.

Estructuras de detenciĂłn o retenciĂłn Taludes laterales Los taludes laterales permiten contener el agua lluvia, ya sea mediante la subdivisiĂłn de un espacio de almacenamiento mĂĄs grande, o como parte del dique que define todo el perĂmetro del espacio de detenciĂłn o retenciĂłn. Los taludes tambiĂŠn se pueden implementar en el interior del ĂĄrea de algunas tipologĂas para incrementar el tiempo de retenciĂłn hidrĂĄulico. Los componentes bĂĄsicos de un talud son tierra vegetal, vegetaciĂłn y vertedero o sistema de bypass. La tierra vegetal corresponde a la parte exterior del talud y debe ser de buena calidad, dado que no solo provee una barrera para el flujo, sino que tambiĂŠn constituye un medio de crecimiento para las plantas. Considerando los costos, se recomienda que solo 0.10 m a 0.20 m del talud correspondan a tierra vegetal de alta calidad. De esta manera, la parte interna del talud puede hacerse a partir de un material de relleno estable, el cual puede corresponder a suelo reutilizado de otra parte del sitio. Por otro lado, el uso de vegetaciĂłn tiene el objetivo de estabilizar y prevenir la erosiĂłn de la capa de suelo. En este caso se recomienda hacer uso de vegetaciĂłn nativa y pastos. Finalmente, el uso de un vertedero es imprescindible puesto que pueden presentarse eventos mayores al evento de diseĂąo. El vertedero permite evacuar el agua de la estructura sin causar erosiĂłn en el talud. Como alternativa es posible disponer de un sistema de bypass. La pendiente mĂĄxima recomendada para un talud es de 4H:1V para prevenir problemas ocasionados por las podadoras. En todo caso, la pendiente lateral nunca debe ser mayor a 2H:1V para prevenir la erosiĂłn.

307

Dique de seguridad Es un dique en tierra que se diseña de acuerdo con un evento con un periodo de retorno de 100 años asociado a los vertederos de emergencia y excesos. La pendiente recomendada para esta estructura es de máximo 4:1 y la pendiente lateral debe ser máximo de 3:1. A su vez, se recomienda estabilizar las pendientes laterales mediante el sembrado de césped. Sin embargo, el cultivo de vegetación leñosa no es adecuado debido a que puede afectar la estabilidad del dique.

Estructuras para monitoreo y/o mantenimiento Pozos de inspección Corresponden a cámaras rectangulares bajo el nivel del suelo las cuales posibilitan el acceso a los ductos y canalizaciones para su inspección y mantenimiento. Se implementan especialmente en SUDS como tanques subterráneos, en los SUDS donde se tienen tuberías perforadas subterráneas y, en algunos casos, en las zanjas de infiltración. El diseño y construcción de los pozos de inspección debe ajustarse a las normas y especificaciones presentadas en la Tabla 122. Tabla 122. Normatividad vigente para el diseño y construcción de pozos de inspección

Autor

Norma

EAB

NS-029

EAB EAB

NP-074 NS-002

EAB

NS-085

EAB

EC-301

Alcance Criterios de diseño y construcción pozos construidos in-situ: Altura: ≤ 7 m y diámetro de tuberías conectadas: ≤ 0.9 m (36”) Cámaras de inspección prefabricadas Criterios de diseño estructural Criterios de diseño para sistemas de alcantarillado (expansión y rehabilitación) Aspectos relacionados con actividades de construcción de los pozos de inspección

Tuberías de inspección Consisten en tubos que se colocan de manera vertical en las tuberías de entrada y salida para facilitar la inspección y lavado de éstas, estos deben tener un diámetro igual al de la tubería a la cual están conectados. A su vez, se recomienda disponer de tuberías de este tipo de 100 a 150 mm (4 a 6”) de diámetro en el fondo del SUDS para determinar el tiempo en que el agua es drenada. Así mismo es necesario incluir una cubierta de rosca o una tapa atornillada sobre estas tuberías para prevenir la manipulación de éstas.

308

7. ASPECTOS DE CONSTRUCCIÓN Alcorques inundables Los alcorques inundables son estructuras que se adaptan a distintos espacios y presentan, en general, las mismas características de las zonas de bio-retención. No obstante, esta estructura de drenaje se caracteriza por poseer una caja que contiene un sustrato, suelo para plantación, mantillo y plantas herbáceas o árboles pequeños. En la parte inferior se componen de un sistema de drenaje y una barrera impermeable si son necesarios.

Materiales Contenedor Los materiales recomendados para la construcción del contenedor son piedra, concreto, ladrillo, madera, arcilla y plástico. Para unidades aisladas se puede utilizar también metal o fibra de vidrio. Es necesario evitar el uso de materiales como madera tratada o metal galvanizado. Cuando los alcorques colindan con un edificio, las jardineras suelen construirse de los mismos materiales de construcción de la edificación. Sustrato y capa filtrante En estos sistemas se utiliza suelo modificado que funciona como medio de crecimiento o sustrato y de acuerdo con el tipo de alcorque deben disponerse distintas capas adicionales. Para los alcorques con drenaje y de infiltración es necesario contar con una capa filtrante de roca lavada de máximo 1 cm (agregado # 89) y mínimo 5 cm de profundidad. A su vez, se debe colocar una capa de drenaje de agregado ACTM # 57 y de 33 a 38 cm de profundidad. La composición recomendada del suelo se presenta en la Tabla 123. Tabla 123. Composición recomendada para el suelo

Componente Arena Compost Tierra vegetal Contenido orgánico pH

Contenido porcentual (%) 60-70 % 15-25 % 10-20 % 8-12 % 5.5 a 7.5 %

Fuente: adaptado de (State of Delaware, 2014)

El sustrato es uno de los componentes fundamentales para el apropiado funcionamiento de un alcorque, dado que se debe garantizar que el suelo esté en capacidad de almacenar momentáneamente la escorrentía y permita el crecimiento de las raíces. Por este motivo se recomienda que tenga una compactación mínima, que sea poroso y permeable y que el volumen de sustrato dispuesto sea adecuado para la especie de árbol o arbusto seleccionada. Para garantizar estas características se recomienda el uso de suelo modificado el cual debe ser evaluado para asegurar el cumplimiento de los requerimientos. Si se busca que haya infiltración es necesario escarificar el suelo. A su vez, se debe disponer una barrera impermeable entre la parte infiltrante de la estructura y cualquier estructura o vía adyacente. 309

Sistema de drenaje Se recomienda que el drenaje sea de cloruro de polivinilo (PVC) o de polietileno de alta densidad (HDPE) y se ubique sobre una cama de agregado de mínimo 8 cm. A su vez, se debe disponer alrededor de la parte superior y lateral de la tubería un agregado de mínimo 15 cm (6”). Si se tienen varias estructuras alineadas éstas pueden estar interconectadas entre sí por el sistema de drenaje o conectarse directamente al alcantarillado pluvial. Bajo la capa de drenaje es recomendable una geomembrana que evite la infiltración especialmente cerca de las bases de los edificios y en la mayoría de los casos un geotextil de 762 µm, resistente a la tracción y a la perforación es adecuado.

Recomendaciones de construcción En el proceso de construcción se debe proteger el sitio para impedir la erosión y los sedimentos con diques o sistemas de cercado temporales. Las barreras se deben mantener de tal manera que impidan la entrada de flujos del área drenaje hasta que el alcorque esté completamente construido y estable. Los sitios de instalación no se deben intervenir con maquinaria pesada para evitar la compactación del suelo y, por consiguiente, afectar el desempeño futuro de la estructura. Una vez se realice la excavación es recomendable arar el suelo nativo a una altura entre 15 – 30 cm para mejorar la infiltración. Para mayor información sobre la cobertura vegetal apta para su implementación en alcorques ver sección 8.4.1.

Cuenca seca de drenaje extendido En general las CSDE se pueden implementar en la mayoría de tipos de suelos, aunque se suele dar preferencia a suelos que permiten cierta infiltración. Se consideran áreas apropiadas para el uso de estas tipologías aquellas con un área mayor a 20,000 m2, debido a que con áreas menores el dimensionamiento de las tuberías puede generar fácilmente bloqueos. Una cuenca de drenaje extendida se compone de diferentes secciones, tales como estructuras de entrada, canal de caudales bajos, micropiscina, estructuras de salida y zona de conducción. Cada una de sus partes cuenta con distintas recomendaciones respecto a sus materiales y al proceso constructivo.

Materiales Estructuras de entrada A la entrada de la estructura se debe contar con una antecámara que permite cierto grado de sedimentación antes de entrar a la zona de inundación. Esta antecámara debe tener un fondo firme, usualmente de concreto que permita la remoción del sedimento acumulado. También se pueden usar rocas cementadas, y en cualquier configuración se necesita de una berma de roca o concreto aguas abajo de la antecámara que sirva de protección cuando ésta se sobrecargue. Canal de caudales bajos El canal de caudales bajos, que conduce los flujos bajos a la micropiscina, puede presentar dos tipos de superficies: base de concreto y base suave. El canal de concreto ayuda a estabilizar el fondo de la cuenca a largo plazo y puede facilitar la remoción regular de sedimentos. Éste puede ser en forma de V, o de canal con bordes, sin embargo, un canal de fondo plano facilita el mantenimiento.

310

Por otro lado, los canales de fondos suaves o vegetados pueden ser una gran alternativa al concreto, si son diseñados y mantenidos apropiadamente, ya que estos no requieren de una alta complejidad constructiva. Aunque estos pueden mejorar la calidad del agua debido a la interacción de la escorrentía con la vegetación, no son apropiados para todos los sitios, debido a que pueden ser hábitat de mosquitos y su mantenimiento requiere remoción mecánica de vegetación y sedimentos. Micropiscina Antes de la estructura de salida se instala una micropiscina, que ayuda a reducir zonas húmedas y poco profundas que son más favorables para la generación de mosquitos. El fondo de esta estructura debería ser de concreto, a menos que se anticipe un caudal base o de aguas subterráneas. Este fondo permite la sedimentación y mejora la calidad del agua a la salida. Otra opción de fondo de la micropiscina es una capa de arena de al menos 45 cm bajo el cual se instala una tubería perforada rodeada por al menos 25 cm de grava, que permita la filtración del agua antes de permitir la salida. Estructura de salida La estructura de salida más utilizada es una placa perforada de acero inoxidable de 0.6 cm de grosor. Una malla del mismo material instalada antes de la placa perforada reduce el riesgo de obstrucción de la misma. Sobre la estructura de desborde se aconseja también el uso de una rejilla que sirva de acceso para el futuro mantenimiento. Superficie de la cuenca Sobre la superficie de la cuenca se recomienda una forma que se mimetice con la superficie de alrededor y que luzca formada por flujos de agua. Por otra parte, se sugiere el uso de vegetación (pastos perennes) en el fondo y las pendientes laterales. Estas especies deben ser nativas y presentar una alta resistencia a la erosión, especialmente en las secciones con pendiente. Si se requiere mejorar el suelo es recomendable instalar una capa de suelo vegetal, junto a yute o cáscara de coco para mejorar las condiciones del suelo a vegetar. Algunas estructuras opcionales para conducir el agua hacia el canal central se denominan franjas colectoras. Éstas son canales delgados rellenos de grava que promueven la infiltración del agua y su conducción sin tuberías hacia el canal de caudales bajos. En el caso que no se quiera promover la infiltración, se trata la escorrentía a través de una gradación específica en el suelo. Se debe realizar un análisis de los suelos circundantes a la estructura, y si estos tienen una conductividad hidráulica un orden de magnitud por debajo de la conductividad de la zona de filtración se recomienda el uso de un recubrimiento impermeable. El objeto de la barrera es eliminar el riesgo de exfiltración desde la cuenca de drenaje. La cubierta puede ser una membrana flexible o una carcasa de hormigón. El drenaje debe ser de cloruro de polivinilo (PVC) o de polietileno de alta densidad (HDPE). Se debe evitar el uso de madera tratada y metales galvanizados. Es recomendable que la tubería de salida esté reforzada con concreto y esté equipada con juntas de caucho.

Recomendaciones de construcción En la medida de lo posible se debe evitar compactar el suelo en el fondo de la cuenca para mantener la permeabilidad del suelo. Antes de realizar el proceso de siembra de la vegetación, se sugiere

311

verificar de nuevo las pendientes de diseño, esto con el fin de evitar el posicionamiento de áreas saturadas que conlleven a proliferación de mosquitos. Es necesario proveer accesos para la antecámara, vertedero, estructura de salida y micropiscina con el fin de realizar adecuadamente las actividades de inspección y mantenimiento. El acceso a la rejilla ubicada a la salida de la micropiscina es el más importante, dado que es la estructura que más mantenimiento requiere. Se debe asegurar una forma de mantenimiento a la estructura desde un punto fuera de la micropiscina.

Cunetas verdes Las cunetas verdes son un sistema de drenaje urbano adaptable a distintos espacios, no obstante, se deben tener en cuenta algunas restricciones para su ubicación. Se excluyen espacios muy cercanos a áreas residenciales, zonas industriales y demás áreas propensas a derrames. En caso de que los sistemas sean implementados cerca de vías o estacionamientos, se recomienda el uso de disipadores de energía (típicamente rocas de río a la entrada). En general, las cunetas verdes consisten en un canal o una depresión que recoge y conduce el agua de escorrentía pluvial. Se distinguen dos tipos principales de cunetas, secas y húmedas. Las cunetas secas conducen el agua a una zona de filtración y posterior infiltración si se desea, mientras que las cunetas húmedas están diseñadas para contener un flujo base de agua y propiciar el tratamiento en la superficie. De acuerdo con el tipo de cuneta se puede contar con una base infiltrante, así como tener la necesidad de instalar diques y barreras de contención o bien el uso de estructuras auxiliares como franjas de césped.

Materiales Las cunetas húmedas consisten en una depresión poblada de pasto o arbustos donde se cuenta con un suelo impermeable que permite garantizar un nivel de agua permanente. En caso de que se requiera diseñar una cuneta seca, se deben tomar en consideración la capa superficial, la zona de infiltración, la zona de drenaje y una capa de impermeabilización. Capa superficial La capa superficial debe contener en su área de siembra una comunidad vegetal nativa compuesta por gramíneas herbáceas anuales y perennes de floración anual. Ésta cubierta vegetal evita que se erosione el suelo de las pendientes y puede ayudar a la absorción de nutrientes. En caso de que las tasas de erosión sean muy altas pueden utilizarse recubrimientos especiales o geotextiles. Cabe resaltar que el uso de metal galvanizado, madera y materiales que liberen químicos por erosión suelen evitarse en toda la estructura de la cuneta. Zona de infiltración La descripción de la vegetación en detalle se encuentra en el presente manual de diseño en la sección 8.4.3. Por su parte, la zona de infiltración es principalmente un filtro de arena de alrededor de 900 mm de grosor, que en su parte superior debe tener una composición de suelo que permita el crecimiento de la vegetación. Para definir esto debe realizarse un análisis del suelo, para determinar

312

específicamente la gradación del suelo. Típicamente se aplican entre 2.3 – 3.8 m3 de suelo modificado por cada 90 m2 para mejorar la composición orgánica del suelo nativo. Cabe resaltar que este acondicionamiento del suelo también promueve la remoción de contaminantes disueltos, suspendidos y microbiológicos, y reduce los requerimientos de fertilizantes e irrigación por parte de la vegetación. Es recomendable entonces, contar con un medio “arenoso” o “areno arcilloso” compuesto en un 50% de arena, un 30% de suelo de siembra y un 20% por mantillo de madera dura. Zona de drenaje La capa inferior de la cuneta, en especial si es una cuneta seca, es una zona de drenaje que consiste en una capa de grava de al menos 20 cm, la cual proporciona un almacenamiento temporal al volumen de agua que posteriormente ingresa a la tubería perforada. Para ello, se instalan tuberías de PVC o HDPE en la zona para conducir el agua drenada a un sistema de transporte adecuado. La tubería debe ubicarse en una capa de drenaje con 15 cm de agregado arriba de la tubería y 8 cm debajo de ésta. Bajo la zona de drenaje se recomienda el uso de una geomembrana que impermeabilice el suelo. De ser necesario, un geotextil de 762 µm, resistente a la tracción y a la perforación es adecuado. No obstante, el uso de material filtrante en la zona de drenaje con una tubería ranurada (ancho de ranura máximo: 0.8 mm) elimina la necesidad de una membrana impermeable. La tubería perforada tiene además otras ventajas como: mayor capacidad de ingreso, mayor resistencia a la obstrucción, velocidad reducida de entrada y menor probabilidad de migración de sólidos. Estructuras opcionales Algunas estructuras opcionales como divisores de caudal deben ser construidos en un material firme, de manera que suelen fabricarse en concreto, plástico reciclado o bancos de suelo compactado. Las barreras de detención por su parte, si se requieren, se pueden construir de agregado grueso (100 mm - 600 mm), tablas de madera, gaviones o tierra, siempre y cuando protejan adecuadamente el suelo y contra la erosión.

Recomendaciones de construcción Para asegurar un buen funcionamiento del sistema, antes de iniciar su operación, se deben haber removido todos los sedimentos generados por las actividades de excavación y adecuación del suelo. Lo anterior se puede lograr si se desvía la escorrentía generada en la zona hacia otro sistema, mientras se establece la vegetación en la cuneta. Durante la etapa de construcción, por consiguiente, se recomienda ubicar sistemas de control de erosión como mantas de recubrimiento sobre el suelo fresco, e incluso utilizar tierra como cobertura del sistema en la temporada de lluvia. Adicionalmente, puede iniciarse el drenaje del agua por la cuneta una vez se hayan estabilizado todas las zonas cercanas al sistema.

Pavimentos permeables Los distintos tipos de pavimentos permeables tienen bases estructurales similares que en orden descendente se pueden clasificar como capa superficial, capa de nivelación, sub base o reservorio, capa filtrante, capa de drenaje y geomembrana. La principal diferencia radica en la capa superficial, que puede ser concreto hidráulico permeable, mezcla asfáltica permeable, adoquines permeables 313

entrelazados y adoquines de rejillas de concreto. Se describen los materiales de estas superficies y posteriormente los materiales de las capas inferiores. Especificaciones técnicas en mayor detalle pueden ser consultadas en la guía de diseño CIRIA (2007) e Interpave (2010).

Materiales Superficie del pavimento Cuando se utiliza concreto hidráulico permeable, la capa superior de la estructura es una mezcla de agregado lavado, cemento Portland regido bajo normativa convencional (ASTM C 150), cenizas volantes y agua. No debe contener agregados finos para que se formen espacios interconectados que permitan la infiltración de la escorrentía superficial. En esta mezcla el espacio vacío debe oscilar entre 15 – 25 %, que respecto al concreto convencional con un porcentaje de vacíos del 5%, aporta mayor capacidad de infiltración, pero menor resistencia a la compresión. Los límites de abrasión permisibles se especifican en la normativa ASTM C33 al igual que la granulometría requerida ASTM C33 No 8 ASTM C33 No 67 ASTM C33 No 89 (Ver Tabla 124). La relación agua/cemento comúnmente empleada es 0.27 a 0.34, el control de esta relación en concreto hidráulico poroso no garantiza del todo mayor resistencia. Se requieren 7 días de curación tras la instalación para lograr 20.68 MPa de resistencia a la compresión. De ser posible se recomienda reforzar el concreto con fibras de polímero entre 2.50 cm a 5.00 cm de largo de acuerdo con ASTM C1116. Finalmente, se recomienda el uso de aditivos retardantes que aumenten los tiempos de fraguado y reductores de agua, ambos benefician la resistencia final. Tabla 124. Granulometría concreto hidráulico poroso ASTM C33

% Pasa #Tamiz 67 8 89

Tamaño Nominal 19.0 a 4.75 mm (3/4’ a No 4) 9.5 a 2.36 mm (3/8’ a No 8) 9.5 a 1.18mm (3/8’ a No 16)

25.0mm (1pulg)

19.0mm (3/4pulg)

100

90-100

12.5mm (1/2pulg)

9.5mm (3/8pulg)

4.75mm (No 4)

2.36mm (No 8)

1.18mm (No 16)

20-55

0-10

0-5

100

85-100

10-30

0-10

0-5

100

90-100

20-55

5-30

0-10

300µm (No 50)

0-5

Fuente: adaptado de ASTM C33

La mezcla asfáltica permeable contiene una mezcla de agregados finos y gruesos en un aglomerante de base bituminosa. Al igual que el concreto hidráulico permeable utiliza los espacios vacíos para permitir la infiltración. Este espacio debe estar entre 15 – 20% para asegurar su adecuado funcionamiento. Dado que la mezcla asfáltica permeable no es tan resistente como el convencional, su construcción e instalación son esenciales para ampliar su vida útil. Durante la construcción se utiliza la misma maquinaria que en la instalación del asfalto convencional, no obstante, se debe minimizar la compactación para no afectar la abertura de los espacios vacíos. Después de la instalación se recomienda evitar el tráfico en un rango de 24 a 48 horas. En la mezcla asfáltica permeable se eliminan los agregados finos con el fin de aumentar el contenido de vacíos; la selección del tipo de asfalto se realiza de la misma manera que para un asfalto tradicional. Con respecto a la granulometría, esta deberá cumplir las mismas normas de angularidad, durabilidad y estabilidad que las usadas en una mezcla asfáltica tradicional sin embargo se hará una reducción en agregados finos como se muestra en la Tabla 125. Se recomienda el uso de aditivos que se caractericen en promover 314

la cohesión cemento asfaltico y agregado, mejoren la susceptibilidad de la temperatura y su rendimiento. Tabla 125.Granulometría mezcla asfáltica porosa

Tamiz mm 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6

”

% que pasa

1/2 3/8 No 4 No 8 No 16 No 30

100 95 35 15 10 2

Fuente: adaptado de (Cahill, Adams, & Marm, 2003)

Los adoquines permeables entrelazados son bloques de concreto ubicados con cierto espaciamiento, el cual se rellena con material de unión permeable. En lo posible, el espesor de los adoquines no deberá ser mayor a 80 mm, sin embargo, el espesor debe ser calculado de acuerdo con la solicitación de carga y uso, adicionalmente, estos deberán ser fabricados bajo la normativa BSEN1338:2003 o su norma respectiva colombiana NTC 2017. Las juntas de infiltración constituyen una parte fundamental del pavimento permeable ya que éstas son las que permiten la infiltración del agua de escorrentía. Debido a lo anterior, el espacio vacío debe estar entre el 5% - 15% del área superficial total. Las juntas deberán ser emboquilladas con arena pasa tamiz No 8 o con el mismo material de la capa filtrante, para garantizar de esta manera la estabilidad de los adoquines y evitando cualquier movimiento vertical y/o horizontal (Smith, 2006). Capa de nivelación La capa de nivelación se encuentra justo bajo la superficie de rodadura, ésta debe permitir el paso del flujo de agua vertical y a su vez garantizar estabilidad. El material granular fino debe estar dentro del rango de 2 mm a 6.33 mm cumpliendo con la norma BSEN13242:2002, no obstante, una gradación típica se presenta en la Tabla 126 (Interpave, 2010). Sin embargo, se recomienda consultar con el fabricante el material más adecuado para cada tipo de sistema. En caso de emplear geotextiles, estos deben permitir el flujo libre del agua sin producir cambios en la cabeza hidráulica, deben ser fabricados de polietileno, polipropileno u otro monofilamento adecuado que soporte cargas adicionales aplicadas durante la construcción y de vida útil igual o superior a la vida útil del pavimento (CIRIA, 2007). Puede ser tejido o no tejido capaz de resistir agentes químicos y bacterianos cumpliendo con la norma ISO10319. Tabla 126. Gradación del material de la capa de nivelación

Tamaño (mm) 14 10 6.3 2 1

Porcentaje de Pasaje 100 98-100 80-99 0-20 0-5

Fuente: adaptado de (Interpave, 2010)

315

Sub-base o reservorio La tercera capa en orden descendente consiste en un reservorio con el potencial de almacenar agua para reducir la cantidad de escorrentía y reducir el caudal pico en eventos de larga duración. La granulometría de la sub-base debe garantizar la estabilidad del pavimento mediante la trabazón de agregados; se recomienda el uso de agregado tipo AASHTO # 57 o # 67. Puede ser empleado granito, basalto o grabo, y no es viable el uso de arena o grava con caras redondeadas (CIRIA, 2007). Dos gradaciones típicas para esta capa se encuentran descritas en la Tabla 127. El agregado debe cumplir con la especificación BS EN 13242:2003 O BS EN 12620:2002. Debido a que el agregado permanecerá en contacto con el agua por largos periodos de tiempo, la durabilidad y resistencia del material debe ser evaluada bajo condiciones saturada, húmeda y seca. Se debe evitar la migración de finos de la capa filtrante hacia la sub-base permeable. Tabla 127. Gradación del material de la sub-base

Tamaño (mm) 80 63 40 31.5 20 10 4 2

Porcentaje de pasaje (%) (4/20) (4/40) 100 98-100 100 90-99 98-100 90-99 25-70 25-70 0-15 0-15 0-5 0-5

Fuente: adaptado de (CIRIA, 2007)

Capa filtrante y drenaje Bajo la capa de reservorio se requiere de una capa filtrante de mínimo 15 cm y una tubería perforada cuando se construya una estructura con infiltración parcial y sin infiltración. Se recomienda que esta tubería perforada se localice dentro de una capa de agregado con una gradación como se presenta en la Tabla 128. La tubería de drenaje debe ubicarse dentro de la capa de drenaje con una profundidad mínima de 15 cm sobre la tubería y 8 cm debajo de ésta (Urban Drainage and Flood Control District, 2010). Tabla 128. Gradación del material de la capa filtrante

Tamaño 19mm ¾” 4.75mm No 4 300µmm No 50 150µmm No 100 75µmm No 200

Porcentaje de pasaje 100 60-100 10-30 0-10 0-3

Fuente: adaptado de (Urban Drainage and Flood Control District, 2010)

Membrana impermeable Cuando no se desea realizar infiltración en el suelo natural, la estructura del pavimento deberá contar con una membrana impermeable que contenga toda el agua que ingresa a la capa de reservorio, el 316

calibre debe ser calculado de acuerdo con la carga aplicada y a la resistencia al punzamiento (Interpave, 2010). Barreras perimetrales Para un buen funcionamiento de espacios con pavimentos permeables es importante utilizar restricciones en los bordes. En especial los pavimentos en bloques deben apoyarse contra las barreras de borde para prevenir su rotación bajo carga o cualquier consecuencia proveniente de la separación de las juntas. Para lograr su función, las restricciones deben ser estables y proveer el soporte necesario para la estructura del pavimento. Se prefieren bordes de concreto, aunque en algunas instalaciones es aceptable el uso de metal o plástico. En algunas ocasiones, se pueden usar los andenes y cunetas como soporte lateral del pavimento, no obstante, se sugiere tener especial cuidado con el uso de maquinaria pesada para, de esta manera, no afectar las estructuras nuevas o preexistentes. Cuando un pavimento permeable está junto a un pavimento convencional, se puede requerir un revestimiento vertical impermeable para separar el reservorio del pavimento permeable de los agregados y suelos del pavimento adyacente.

Recomendaciones de construcción Se recomienda que la instalación de los sistemas de pavimentos se realice por entidades u operarios con experiencia en estas actividades, pues su correcta instalación define en gran parte el funcionamiento y estabilidad futura del sistema. Durante el tiempo de construcción del pavimento y el tiempo de curación, si se requiere, es importante asegurar el área para evitar el tráfico, así como evitar otras actividades de construcción alrededor de la estructura. La excavación se debe realizar con maquinaria de baja presión para evitar la compactación del subsuelo. Durante la construcción los materiales sueltos no se deben almacenar en el área del pavimento permeable. Del mismo modo, se debe evitar la afluencia de sedimentos, basuras, escombros de cualquier fuente durante y después de la instalación. Se sugiere instalar barreras que desvíen la escorrentía fuera de la zona del pavimento, en especial para reducir la entrada de material fino causado por el tráfico de vehículos de construcción cerca a la instalación del pavimento poroso. La instalación de la capa superior se debe realizar tras instalar completamente todas las capas y terminar labores de paisajismo en las áreas adyacentes. Si la capa se obstruye debido a las labores de construcción, se aconseja limpiar la superficie con una máquina de vacío antes de dar por terminadas las labores de construcción. Se requieren mediciones de las tasas de infiltración natural antes de la instalación del pavimento y medidas para preservarlas hasta la instalación final. Al final de la construcción y para futuro monitoreo, es recomendable incluir una rejilla de observación que permita hacer un seguimiento al tiempo de drenaje de la estructura.

Tanques de almacenamiento Los tanques de almacenamiento son elementos auxiliares en sistemas de drenaje urbano sostenible, pueden ser parte de trenes de tratamiento, sistemas para uso de aguas lluvias, entre otros. Una vez se tiene la dimensión del tanque y su ubicación (superficial o subterránea), se deben tener en cuenta algunas restricciones sobre los materiales y recomendaciones en el proceso de instalación.

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Materiales El material del depósito de almacenamiento debe ser estructuralmente sólido e impermeable. Los tanques superficiales suelen ser plásticos mientras que los subterráneos son usualmente en concreto. Todos los depósitos deben sellarse mediante un impermeabilizante no tóxico. Sin importar el material, es importante que éste sea opaco para prevenir el crecimiento de algas. En caso de que se quieran adaptar contenedores que hayan sido usados previamente, estos deben desinfectarse completamente y ser aptos para almacenar agua potable o productos alimenticios. Cabe resaltar la importancia de los procesos de sedimentación y acumulación de materia orgánica que se desarrollan en los sistemas de almacenamiento. Se recomienda involucrar rejillas a la entrada del sistema, dispositivos de primer lavado, y filtros de mangas que limiten la transferencia y acumulación de contaminantes en el tanque. Para prevenir la entrada de mosquitos y otros animales, se pueden instalar dispositivos como mallas de máximo 12 x 12 mm2 o 12 x 25 mm2 o bien estructuras de desborde. Los materiales recomendados para las bajantes y canalones son tuberías de cloruro de polivinilo (PVC), vinilo, aluminio y acero galvanizado. No se aconseja el uso de soldaduras con plomo, ya que el agua lluvia puede disolverlo, causando la contaminación del agua almacenada.

Recomendaciones de construcción El tanque debe ser instalado donde el suelo nativo o las estructuras de los edificios puedan soportar la carga asociada con el volumen de agua almacenada. Si se tiene un sistema subterráneo es importante estudiar las características del suelo, dado que suelos salinos o sulfatados ácidos pueden afectar a la estructura. La ubicación del tanque debe ser tal que permita un fácil acceso para la limpieza, inspección y mantenimiento. Se recomienda realizar un análisis geotécnico para estudiar la viabilidad de la construcción del tanque subterráneo desde el punto de vista de estabilidad del suelo. Por su parte, si se trata de un tanque superficial se debe evitar que se produzcan problemas por humedad en las edificaciones cercanas.

Zanjas de infiltración Las zanjas de infiltración son sistemas adaptables especialmente a espacios lineales. Consisten en una zanja que contiene material de alta porosidad, forrado por una geomembrana y cubierta por una capa superficial. Puede presentar un sistema de drenaje en la parte inferior de la zanja. Los materiales y algunas recomendaciones de construcción se presentan a continuación.

Materiales Capa superior En caso de que la escorrentía ingrese a la zanja de manera superficial, se recomienda una capa superficial de grava triturada de máximo 1 cm de diámetro, con una profundidad entre 10 y 30 cm. Bajo esta capa es necesaria una barrera para la retención del sedimento antes de ingresar a la zanja. Esta barrera puede ser un geotextil o un estrato de arena y roca triturada (9.5 – 13 mm). Si se utiliza geotextil sobre la zanja, éste debe prevenir el bombeo del suelo, pero debe tener cabeza de succión cero y una permeabilidad mayor que la del suelo circundante. Adicionalmente, se debe contar con un sistema de pretratamiento para evitar el ingreso de contaminantes y, por ende, la colmatación temprana del sistema. 318

Reservorio El reservorio de la zanja debe permitir que el agua que entra a través de la tubería se infiltre en el suelo circundante. Puede ser grava u otro agregado (se recomienda de tipo AASHTO # 3 o # 57), de preferencia local, y debe tener un porcentaje de vacíos entre 30 – 40% para permitir una adecuada infiltración y reducir el riesgo de bloqueo. Otros posibles materiales son los sistemas de cajas que consisten en módulos con celdas de plástico, los cuales pueden adaptarse fácilmente a celdas rectangulares. Es necesario considerar la carga esperada para la estructura para evitar la falla de los módulos a lo largo de su vida útil. En el fondo de la zanja se recomienda instalar una capa de 15 cm de arena lavada para mejorar el drenaje y prevenir la compactación del suelo nativo cuando se agrega el material de relleno, o un geotextil para asegurar que el material no sea lavado y mantenga su estratificación. Sistema de drenaje Si se considera tubería para el drenaje, se debe utilizar tubería perforada de PVC o de HDPE corrugado. Además de la tubería del sistema de drenaje, se recomienda la instalación de un sistema de desborde para eventos de tormenta de gran magnitud. Suelo circundante El correcto desempeño de las zanjas de infiltración depende en gran parte de la capacidad del suelo circundante para infiltrar. Para la instalación de estas estructuras no son recomendados los suelos arenosos sueltos o esquistos; sin embargo, arenas compactadas y suelos con suficiente permeabilidad son los más apropiados. Aunque suelos con baja conductividad no necesariamente son excluidos, de acuerdo con el tamaño de la estructura, se podría requerir mayor capacidad y típicamente se utilizan suelos en el rango de arenas hasta arenas arcillosas. Dado que esta estructura infiltra en el suelo nativo, el sitio escogido debe cumplir con las restricciones de distancias a edificaciones recomendadas, así como las distancias mínimas al nivel freático. Se sugiere evitar la instalación de estas estructuras en cercanías a industrias o sitios con alto potencial de generar escorrentía altamente contaminada. Para mejorar la infiltración, se pueden excavar al menos 30 cm del suelo nativo y reemplazarlos uniformemente sin compactación. También es beneficioso agregar entre 15 - 30% de arena gruesa a la nueva mezcla.

Recomendaciones de construcción En la construcción de las zanjas de infiltración es necesario evitar aportes de tierra o agua de escorrentía hacia el interior de la zanja, mientras ésta esté en ejecución. Si es posible, se sugiere construir una berma de desvío en todo el perímetro de la zanja para evitar así el ingreso periférico de agua o sedimentos. Las zanjas no se deben usar para el tratamiento de drenajes de sitios de construcción, donde la escorrentía contenga grandes cantidades de sedimentos, escombros y otros contaminantes que causarían una obstrucción temprana del sistema. Las zanjas se deben proteger antes de completar y estabilizar las áreas en desarrollo aguas arriba. Si la zanja se constituye como una de las obras a realizar dentro de un proyecto de mayor envergadura, ésta debe entrar en operación en las últimas etapas de éste. De esta manera se espera prevenir posibles daños a la estructura o a su funcionamiento, debido a la ejecución de obras contiguas o 319

complementarias. El suelo alrededor de la estructura no se debe compactar o distorsionar para no cambiar las tasas de infiltración de diseño. Es importante asegurar que la superficie de la zanja de infiltración debe ser plana y a nivel para evitar encharcamientos y gradientes negativos en la filtración. El reservorio, por su parte, debe tener una porosidad suficiente para prevenir que el volumen efectivo de almacenamiento disminuya. La porosidad y la tasa de infiltración deben verificarse antes de utilizar el material para relleno, a partir de ensayos de laboratorio. La roca de relleno debe ser lavada antes de la construcción, para de esta manera evitar la colmatación prematura de la estructura. Respecto al geotextil, es indispensable verificar que el material utilizado en la superficie de las zanjas de infiltración haya sido correctamente instalado y que su desempeño sea el adecuado. Se debe tener precaución con este tipo de capa permeable, ya que los desgarros pueden ser recurrentes en actividades de construcción, debido a enganches inadecuados a maquinaria y equipos, o a asperezas en el terreno intervenido. Por otro lado, si en el diseño de las zanjas de infiltración está contemplada la instalación de tuberías perforadas, es necesario controlar la pendiente del terreno y la alineación de la tubería, antes de que ésta se cubra por completo con el material del reservorio. En este sentido, se debe evitar que la tubería se desplace, deslice, colapse, o fracture, una vez el sustrato entre en operación. Adicionalmente, se recomienda realizar inspecciones frecuentes a la tubería, para garantizar así su alineación y funcionamiento. Para ello se recomienda la instalación de una o varias rejillas de inspección en la estructura.

Zonas de bio-retención Las zonas de bio-retención son depresiones diseñadas para mimetizarse con el espacio urbano y proveer un almacenamiento y posterior drenaje de la escorrentía pluvial. En su construcción se deben tener en cuenta varios factores tales como la adecuación del suelo, el sistema de drenaje y la vegetación a utilizar. Exceptuando las características de la vegetación que se encuentran en la sección de diseño, se especifican a continuación las distintas capas y materiales que componen la estructura interna de una zona de bio-retención, así como las recomendaciones generales de construcción.

Materiales El suelo debe ser una mezcla uniforme libre de piedras, ramas y objetos similares más grandes de 5 cm. Se debe evitar la intrusión de materiales o sustancias que puedan afectar el crecimiento de las plantas o la siembra o las actividades de mantenimiento. Se requieren tres tipos de capas para las zonas de bio-retención: un sustrato en la parte superior, una capa de drenaje en la parte inferior y una capa filtrante en el medio si se requiere. 7.1.1.1 Sustrato La capa de sustrato en la parte superior cumple la función de filtrar el material fino, ayudar al crecimiento de la vegetación, mantener el medio poroso y absorber nutrientes y otros contaminantes de la escorrentía pluvial. El material del sustrato que a su vez es el suelo de la vegetación, debe ser seleccionado para cumplir los requerimientos de las plantas y la infiltración deseada. Típicamente se utiliza limo arenoso que tiene una conductividad entre 50 y 300 mm/hr. En la Tabla 129 se presentan los valores recomendados para la textura del componente mineral del suelo que corresponde al 85%. El 15% restante se recomienda que sea el componente orgánico. 320

Tabla 129. Requerimientos del componente mineral para el suelo.

Componente Arena Limo Arcilla

Rango de Tamaño (mm) 0.05 – 2 0.002 - 0.05 < 0.002

Contenido porcentual (%) 70 – 80 15 – 20 5 – 10

Fuente: adaptado de (Riverside County Flood Control and Water Conservation District, 2011)

Para permitir la absorción de nutrientes, se usa una capa de mantillo o de material orgánico. El mantillo debe ubicarse uniformemente con un grosor entre 5 y 8 cm, y debe ser de material vegetal, madera desmenuzada y otros componentes orgánicos. Se deben evitar materiales más livianos que puedan flotar y salir del perímetro del área de bio-retención en un evento de tormenta. El mantillo debe ser maduro y de entre 6 y 12 meses. Otros materiales como subproductos industriales tales como barro rojo, escoria de hornos de alta temperatura o bien minerales naturales como laterita y zeolita se usan efectivamente en la absorción y precipitación de fósforo y otros materiales inorgánicos. Si se desea usar laterita se recomienda que ocupe el 50% del volumen total. Con el objeto de remover nitrógeno se ha estudiado la adición de aserrín o astillas de madera a la arena del medio. Aunque el aserrín puede ser más efectivo en la denitrificación que las astillas, puede ser menos duradero, por lo que se puede considerar la adición de un 20 – 30% de astillas de madera a la mezcla como una alternativa efectiva en la remoción de nitrógeno. En caso de que el componente orgánico (15%) incluya compost, debe neutralizarse previamente el nitrógeno para evitar que éste sea lixiviado al medio. En la Tabla 130 se especifican algunas características para el compost que se podría utilizar en el suelo. Tabla 130. Parámetros para el uso de compost en zonas de bio-retención

Característica Razón Amonio/Nitrato Razón Carbono/Nitrógeno Rango de pH Porcentaje de germinación Conductividad eléctrica

Criterio <4 < 12 6 – 8.4 +80 0 – 5 mmhos/cm

Fuente: adaptado de (Urban Drainage and Flood Control District, 2010)

El sustrato debe ser evaluado por lo menos una vez para que cumpla con los requisitos que se presentan en la Tabla 131. Se recomienda que el mismo laboratorio realice los diferentes ensayos para el suelo dadas las diferencias en la calibración que pueden existir. Si el pH no se encuentra en el rango adecuado, se puede modificar usando cal o sulfato de hierro más azufre si se quiere aumentar o reducir, respectivamente. Tabla 131. Características recomendadas para los suelos utilizados en zonas de bio-retención

Parámetro Rango de pH Materia Orgánica (por peso) Magnesio Fósforo (como P2O5)

Valor 5.5 - 6.5 1.5 - 3 % 40 Kg/ha 84 Kg/ha

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Parámetro Potasio (como K2O) Sales Solubles

Valor 95 Kg/ha < 500 ppm

Fuente: adaptado de (Urban Drainage and Flood Control District, 2010)

7.1.1.2 Sistema de drenaje Por su parte, la capa de drenaje que se usa para conducir la escorrentía tratada a las tuberías subterráneas (si existen) se construye generalmente usando arena gruesa o grava fina (2 mm – 5 mm). Si se usa grava fina se debe tener una capa filtrante entre el sustrato y la zona de drenaje de arena gruesa para prevenir el lavado del sustrato en el sistema de drenaje. Se debe tener en cuenta el aumento de la profundidad con la capa filtrante y se aconseja el uso de tuberías con perforaciones de menor tamaño. Es importante que todos los materiales utilizados, especialmente las gravas, sean lavados previamente a la implementación de la zona de bio-retención. Si se requiere una capa de impermeabilización bajo la estructura se recomienda el uso de geomembrana resistente a la tracción y a la perforación. Las tuberías, generalmente de PVC, tienen diámetros que oscilan entre 4’’ y 6’’ con perforaciones de 3/8’’ distanciadas por 6’’ medidas desde el centro, 4 perforaciones por línea. Se sugiere una capa de grava de 15 cm por encima de la tubería y 8 cm por debajo de ésta. No se debe utilizar madera tratada o metal galvanizado para cualquier componente de la zona de bio-retención.

Recomendaciones de construcción Las zonas de bio-retención no deben ser construidas cerca de secciones de relleno debido a su inestabilidad, lo que aumenta la probabilidad de falla de la estructura. No se recomienda que estén sujetas a flujos frecuentes o continuos pues podrían provocar condiciones anaerobias que facilitan la salida de los contaminantes retenidos. Adicionalmente, se debe evitar la escorrentía clorada, como aquellas de piscinas, pues podría afectar las bacterias responsables de la captura de nitrógeno en la estructura. En la etapa de construcción, tanto para la base del área de bio-retención como para el relleno es muy importante minimizar la compactación. De preferencia usar azadones para la remoción del suelo original o equipos de bajo peso, llantas delgadas o extensivos tal que no se provoque compactación en el suelo y por consiguiente reducción en sus tasas de infiltración. En la base de la zona de bio-retención se pueden mejorar las condiciones del suelo, realizando labores de labranza para reestructurar el suelo antes de instalar las capas de esta estructura de drenaje en una sección de al menos 30 cm de profundidad. Antes de iniciar la instalación del suelo se sugiere bombear cualquier pondaje y aplicar una capa de arena de 5 a 8 cm de grosor. A su vez, el material del sustrato debe ser situado y compactado ligeramente para prevenir subsidencia o drenaje heterogéneo. Durante la instalación se debe evitar maquinaria pesada que favorezca la compactación no deseada del suelo.

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8. COBERTURA VEGETAL Y ARBOLADO Introducción La cobertura vegetal presente en la mayoría de las tipologías de SUDS, corresponde a un ítem muy importante en el diseño de estos sistemas de drenaje, dado que una correcta selección de las especies vegetales, puede beneficiar el desempeño y la eficiencia en cuanto a la retención y la mejora en la calidad del agua. De esta forma, con apoyo de la información suministrada por el Jardín Botánico de Bogotá, y las características específicas de las plantas que requieren las tipologías, se han seleccionado aquellas especies de plantas y árboles nativos que pueden ser utilizados en la implementación de SUDS en la ciudad de Bogotá. A continuación, se presentan los tipos de especies vegetales según el requerimiento hídrico, las características de las coberturas requeridas en cada tipología y el listado preliminar de especies nativas de Bogotá.

Restricciones de implementación Requerimiento hídrico Mesófitas Son las plantas que habitan en zonas donde la humedad suele considerarse como media. De este modo, se dice que se encuentran en equilibrio con la humedad atmosférica del ambiente, siendo esto favorable al recibir de dicha humedad la hidratación necesaria para sus células. Suelen conocerse como “reviviscentes”, dada su condición de sobrevivir desecación, sufriendo algunos daños, sin llegar a morir. Consecuentemente, cuando reciben agua en una cantidad considerable, reanudan su funcionamiento normal. Hidrófitas Son plantas que suelen encontrarse en el agua, o en suelos muy saturados (usualmente cerca a cuerpo de agua). Las especies conocidas como Hidrófitas están adaptadas a medios muy húmedos, y pueden encontrarse como plantas acuáticas en lagos, estanques, charcos, estuarios, pantanos, orillas de ríos, deltas o lagunas marinas. Higrófitas Estas plantas son exclusivas de ambientes húmedos, y se caracterizan por recibir de la atmósfera y del suelo un abastecimiento abundante de agua. Se caracterizan por presentar estructuras que favorecen procesos de transpiración. Xerófitas Se caracterizan por ser plantas perennes capaces de soportar eventos de sequía, especialmente en condiciones de suelos secos por periodos de tiempo considerables. Por tal motivo, suelen encontrarse en desiertos, estepas y parajes áridos.

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Geófitas Son plantas que se mantienen en épocas de sequía gracias a adaptaciones subterráneas, ya sea bajo forma de bulbo, rizoma, tubérculo o raíces reservantes. Estas adaptaciones les permiten sobrevivir bajo condiciones hostiles de humedad y temperatura.

Requerimientos de humedad La humedad en el ambiente se puede considerar como una de las variables más importantes, a tener en cuenta, desde el punto de vista de la oferta ambiental para el desarrollo de arbolado en medio urbano. Este parámetro corresponde a la relación entre la precipitación total y el balance hídrico (considerando tendencias a sequías). En la Tabla 132 se presenta una clasificación realizada para zonificar la humedad en el área urbana. Tabla 132. Zonificación del área urbana de acuerdo con su humedad (precipitación)

Clasificación Húmeda Subhúmeda Semiseca Seca

Precipitación anual (mm) >1000 800-1000 700-800 <800

Distancia entre estructuras y coberturas vegetales Con la finalidad de ilustrar la posibilidad de ubicar estructuras asociadas a una tipología de manera seguida, se presentan algunas recomendaciones asociadas al distanciamiento entre dichas estructuras, de acuerdo con el tipo de vegetación que se emplee. Así pues, existe una clasificación estandarizada que permite llevar a cabo este proceso, considerando el tipo de vegetación, separando así estructuras con coberturas vegetales de estructuras con arbolado. Se recomienda tener en cuenta los criterios presentados en las secciones posteriores, cuando se realice la plantación de vegetación requerida para las tipologías que lo requieran, de acuerdo con las características propias de la(s) especie(s) que se incluirán en el diseño. Estructuras con coberturas vegetales En la Tabla 133 se presenta un resumen de la clasificación de las plantas empleadas en coberturas y jardinería, sus características y la distancia óptima de plantación entre ellas. Tabla 133. Clasificación de la distancia óptima de plantas empleadas en coberturas vegetales

Clasificación Plantas altas Plantas medianas

Plantas de cobertura

Características Se usan para estructurar y dar jerarquía a diseños. Empleadas comúnmente para delimitar o cubrir. Suelen emplearse para generar tapices o tapetes. Se caracterizan por cerrar los espacios entre ellas, dado su comportamiento rastrero.

Distancia óptima (m) 0.5 – 1 0.1 – 0.3

0.1

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Estructuras con arbolado Para estructuras que emplean árboles se recomienda seguir los lineamientos resumidos en la Tabla 134, con el fin de evitar complicaciones asociadas a interferencia entre individuos (por ejemplo, entrelazamiento de las copas de dos árboles plantados a una distancia demasiado corta). Tabla 134. Clasificación de la distancia óptima de plantas empleadas en arbolado

Clasificación Alto porte Mediano porte Bajo porte Arbustos

Características Suelen oscilar entre 6 m y 15 m de diámetro de acuerdo con la especie. Se estandarizan como árboles de diámetros cortos.

Distancia óptima (m) 5–6 3–4

Cobertura vegetal en las tipologías de SUDS En esta sección se describen las características que se requieren en la cobertura vegetal de las diferentes tipologías de SUDS. Cabe resaltar que la selección y mantenimiento de especies adecuadas de plantas puede tener un alto impacto en el desempeño de estos sistemas de drenaje.

Alcorques inundables Los árboles que se emplean en la construcción de alcorques inundables deben presentar características deseables en cuanto a control de aguas lluvias, además de ser tolerantes a contaminantes propios de la escorrentía urbana. Algunas de estas características incluyen: -

Larga expectativa de vida. Tasas rápidas de crecimiento. Alta tolerancia a periodos secos. Resistencia a contaminación del agua y el aire en el que se va a plantar. Sistema radicular extenso. Estructura de ramificación vertical. Corteza áspera. Tolerar suelos saturados. Follaje denso.

Cuenca seca de drenaje extendido Las cuencas secas de drenaje extendido generalmente se implementan con pastos, y otro tipo de plantaciones no se tienen en cuenta. Sin embargo, vegetación adicional puede mejorar la apariencia de la cuenca, estabilizar las pendientes laterales y prevenir erosión. Además, disminuye el flujo de agua permitiendo mejor sedimentación. En esta tipología no se recomienda implementar cercas dado que se disminuye la amenidad y la calidad paisajística del sistema.

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Cunetas verdes La vegetación en las cunetas verdes debe ser lo suficientemente robusta como para resistir la contaminación proveniente de escorrentía. Debe además proveer una cobertura densa y presentar un enraizamiento denso para resistir erosión. De igual forma, debe estar en capacidad de frenar los flujos y aumentar el tiempo de residencia para filtrar contaminantes. Por otra parte, si se busca tener en cuenta el componente paisajístico, se pueden introducir pastos salvajes o especies de flores. Siempre se deben emplear especies nativas de la región, para así garantizar una capa densa y duradera de vegetación que pase a ser hábitat de diferentes especies. Igualmente, plantamientos profundos deberían evitarse, dando lugar a que el sistema sea colonizado de manera natural.

Pavimentos permeables No existe aplicación de vegetación directa sobre la tipología, pero si se requiere incluir vegetación en los diseños de una zona, se prefiere el uso de arbustos pequeños y leñosos. Se recomienda no ubicar vegetación dentro de un radio de 5m de un pavimento poroso, para evitar daños a las raíces en el revestimiento y reducir riesgos por obstrucción con las hojas.

Tanques de almacenamiento No presenta requerimientos de vegetación.

Zanjas de infiltración Esta tipología no suele incluir vegetación en sus diseños. Sin embargo, las zanjas suelen estar protegidas con un geotextil sobre el cual se puede ubicar una capa de vegetación que, principalmente, pueden ser pastos. Cabe resaltar que este tipo de práctica podría aumentar el riesgo de pasar por alto responsabilidades de mantenimiento, lo que podría llevar a fallas en el funcionamiento del sistema. De ser implementada, la práctica debe llevarse a cabo con precaución.

Zonas de bio-retención Para zonas de bio-retención la vegetación debe ser suficientemente robusta para soportar la contaminación proveniente de la escorrentía. De manera general, suelen aplicar las mismas condiciones que aplican para cunetas verdes. No obstante, se debería considerar incluir un mínimo de 3 tipos de arbustos para generar un rango mayor de diversidad y de este modo proteger contra plagas y enfermedades. De esta manera se logrará una tasa de evapotranspiración y una toma de nutrientes más consistente. Se recomienda incluir una cobertura en el suelo con plantas herbáceas, para proteger el mantillo de erosión. Se puede trabajar con zonas de bio-retención enfocadas a plantaciones ornamentales (componentes grandes de valor estético) y praderas (con requerimientos bajos de mantenimiento). Al igual que en la cuenca seca de drenaje extendido, no se recomienda cercar la zona intervenida.

Filtros de arena La apariencia de los filtros puede mejorar añadiendo vegetación, estabilizando además las pendientes laterales y previniendo erosión. La vegetación además puede contribuir a la remoción de 326

contaminantes y a prevenir obstrucciones. Las especies seleccionadas no deben inhibir la filtración, por lo que deberían ser capaces de soportar periodos de inundación y sequía y requerir bajo mantenimiento. Se debe evitar que sobre la tipología caigan hojas caducas, para de esta manera prolongar las actividades de mantenimiento, por esta razón se sugiere que los árboles y arbustos que presenten estas hojas no deben encontrarse cerca. Esta tipología sí puede incluir cercados en su diseño dado que suelen implementarse en zonas menos densificadas.

Humedales artificiales El tipo de vegetación usado en esta tipología es de importancia crítica para el correcto funcionamiento de la misma. Esta debe promover la sedimentación de material suspendido, estabilizar los sedimentos en la base del humedal (previniendo resuspensión) y promover la captura de nutrientes. La vegetación se debe encargar de dar la apariencia de humedal, estabilizar pendientes laterales, prevenir erosión, servir de hábitat para vida salvaje y reducir riesgos asociados a aguas abiertas. La densidad de plantación es variable, variando entre 4 y 8 plantas por m2. Especies altas y emergentes deberían plantarse en bancos acuáticos y el humedal debería dejarse para procesos de colonización de las especies. Las plantas deben ser tolerantes a niveles fluctuantes de agua. Especies con densidad alta en tallo en zonas sumergidas son ideales.

Pondajes húmedos En pondajes húmedos la vegetación debe ser capaz de mejorar la apariencia del área intervenida, así como estabilizar las pendientes laterales y prevenir erosión. Adicionalmente, se sugiere que ésta sea habitable por vida silvestre para de esta manera favorecer e incrementar la biodiversidad del lugar. Algunas plantas acuáticas pueden proveer captura de nutrientes y aumentar la sedimentación efectiva, disminuyendo el flujo de agua a través del pondaje. Se sugiere ubicar la vegetación en las pendientes laterales, del banco de seguridad y del banco de agua, además de áreas superficiales dentro de la piscina del pondaje. Plantas densas que generan rápida colonización se deben evitar, para de esta manera permitir que el proceso de colonización del pondaje se dé lo más natural posible.

Soakaways No presenta requerimientos de vegetación.

Listado de vegetación aplicable por tipología Alcorques inundables Tabla 135. Especies vegetales aplicables en el diseño de alcorques inundables

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Zona de Humedad

Xylosoma spiculiferum

Corono

Subhúmeda + Semiseca + Seca

Myrica pubescens

Laurel de cera

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca + Seca

Myrica parviflora

Laurel de cera

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca + Seca

Hesperomeles gudotiana

Mortiño

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca

Abutilon insigne

Abutilón

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca

Myrcianthes leucoxyla

Arrayan

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca

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Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Zona de Humedad

Hibiscus rosa sinensis

Cayeno

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca

Acca sellowiana

Feijoa

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca

Dodonaea viscosa

Hayuelo

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca + Seca

Pyracantha coccinera

Holly espinoso

Húmeda + Subhúmeda + Semiseca + Seca

Dalea coerulea

Chiripique

Subhúmeda + Semiseca + Seca

Cuenca seca de drenaje extendido Tabla 136. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de CSDE

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Tulbaghia fragans

Ajo de rico

Mesófita - Geófita

Hippeastrum sp

Amarilis

Mesófita - Geófita

Lampranthus espectabilis

Bella las once

Xerófita

Poligonum capitanum

Confetti

Xerófita

Chlorophytum comosum

Cintas

Xerófita

Dietes sp

Espadilla

Xerófita

Aptenia cordifolia

Escarcha

Xerófita

Hedera hélix

Hiedra miami

Mesófita - Geófita

Dichanthium aristatum

Pasto Angletón

Xerófita

Paspalum notatum

Pasto Bahía

Geófita

Brachiaria decumbens

Pasto peludo

Mesófita

Panicum máximum

Pasto guinea

Xerófita

Brachiaria brizantha

Pasto brizanta

Mesófita

Melinis minutiflora

Pasto gordura

Mesófita

Cynodon plectostachium

Pasto estrella

Mesófita

Cenchrus ciliaris

Pasto buffel

Xerófita

Brachiaria brizantha

Pasto libertad

Xerófita

Brachiaria dictyoneura

Pasto llanero

Xerófita

Digitaria decumbens

Pasto pangola

Xerófita

Hyparrhenía rufa

Pasto puntero

Mesófita

Zea mays

Maíz

Mesófita

Pennisetum purpureum

Pasto elefante

Xerófita

Tripsacum laxum

Pasto Guatemala

Xerófita

Saccharum sinense

Caña japonesa

Xerófita

Sorghum bicolor

Sorgo forrajero

Mesófita

Stylosanthes capitata

Capica

Xerófita

328

Cunetas verdes Tabla 137. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de cunetas verdes

Nombre Científico

Nombre Común

Leptospermun scoparium

Árbol de Té

Clasificación Según Requerimiento Hídrico Mesófita

Canna indica

Achira

Mesófita

Agapanthus sp

Agapanto

Mesófita

Anigozanthos sp

Anigozanto

Mesófita

Rhododendro sp

Azalea

Mesófita

Iresine herbstii

Amaranto

Mesófita

Tulbaghia fragans

Ajo de rico

Mesófita - Geófita

Ajuga reptans

Azulina

Mesófita

Acanthus mollis

Acanto

Mesófita - Geófita

Aeonium sp

Aeonio

Xerófita

Agave sp

Agaves

Xerófita

Abutilon sp

Abutilón farolito

Mesófita

Crassula ovata

Árbol de Jade

Xerófita

Hippeastrum sp

Amarilis

Mesófita - Geófita

Impatiens balsamina

Bella Helena

Mesófita

Begonia semperflorens

Begonia pichón

Mesófita

Lampranthus espectabilis

Bella las once

Xerófita

Sedum dendroides

Bendiciones

Xerófita

Bergenia sp

Bergenia

Xerófita - Geófita

Buxus sp

Boj

Mesófita

Tropaeolum majus

Cachaco de muladar

Mesófita

Sedum palmeri

Collar de reina

Xerófita

Clivia miniata

Clivia

Mesófita

Calanchoe blosfeldiana

Coralito

Xerófita

Pennisetum

Cola de zorro

Mesófita

Poligonum capitanum

Confetti

Xerófita

Zantedeschia aethiopica

Cartucho

Hidrófita - Geófita

Hibiscus rosa-sinensis

Cayeno

Mesófita

Dianthus gratianopolitanus

Clavellina

Mesófita

Chlorophytum comosum

Cintas

Xerófita

Duranta repens

Duranta

Mesófita

Ornithogalum umbellatum

Estrella de Belén

Mesófita

329

Nombre Científico

Nombre Común

Dietes sp

Espadilla

Clasificación Según Requerimiento Hídrico Xerófita

Aptenia cordifolia

Escarcha

Xerófita

Euonymus japonicus

Evonimo

Mesófita

Festuca arundinacea

Festuca

Mesófita

Gazania esplendens

Gazania

Mesófita

Oscularia deltoides

Granizo

Xerófita

Pelargonium sp

Geraneos

Mesófita

Armeria marítima

Globitos

Mesófita

Nephrolepis sp

Helecho peine

Mesófita

Helichrysum petiolare

Helicrisum

Mesófita

Hedera hélix

Hiedra miami

Mesófita - Geófita

Hebe sp

Hebe morado

Mesófita

Hydrangea macrophylla

Hortensias

Mesófita

Lantana cámara

Lantana

Mesófita

Kniphofia uvaria

Llamas

Mesófita

Limonium sp

Limonio

Mesófita

Iris germánica

Lirio iris

Xerófita - Geófita

Crocosmia x croscomiflora

Lirio lucifer

Mesófita

Xiphidium caeruleum Aubl.

Mano de Dios

Mesófita

Solanum jasminoides paxton

Manto de María

Mesófita

Osteospermun sp

Margarita punto azul

Mesófita

Impatiens hawkeri

Nueva guinea

Mesófita

Stachys bizantina Tradescantia fluminensis variegata Plectranthus saccatus

Oreja de liebre

Mesófita

Panameña

Mesófita

Plectrantus

Mesófita

Echeveria sp

Repolla

Xerófita

Centrademia glandifolia

Sietecueros rastrero

Mesófita

Salvia splendens

Salvia roja

Mesófita

Oxalis vulcanicola

Trebol morado

Mesófita

Vinca major 'Variegata'

Vinca

Mesófita

Tradescantia zebrina

Zebrina morada

Mesófita

Brachiaria mutica

Paja pará

Hidrófita - Xerófita

Echynochloa polystachya

Pasto Alemán

Hidrófita

Eriochloa polystachya

Pasto Janeiro

Hidrófita

Brachiaria decumbens

Pasto peludo

Mesófita

330

Nombre Científico

Nombre Común

Brachiaria brizantha

Pasto brizanta

Clasificación Según Requerimiento Hídrico Mesófita

Melinis minutiflora

Pasto gordura

Mesófita

Cynodon plectostachium

Pasto estrella

Mesófita

Andropogon gayanus

Pasto carimagua

Higrófita

Hyparrhenía rufa

Pasto puntero

Mesófita

Saccharum officinarum

Caña panelera

Higrófita

Zea mays

Maíz

Mesófita

Penissteum violaceum

Maralfalfa

Higrófita - Xerófita

Axonopus scoparius

Pasto imperial

Higrófita

Sorghum bicolor

Sorgo forrajero

Mesófita

Centrosema pubescens

Centrosema

Hidrófita - Xerófita

Pueraria phaseoloides

Kudzú tropical Maní forrajero perenne

Hidrófita - Xerófita

Arachis pintoi

Higrófita - Xerófita

Zanjas de infiltración Tabla 138. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de zanjas de infiltración

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Tulbaghia fragans

Ajo de rico

Mesófita - Geófita

Aeonium sp

Aeonio

Xerófita

Hippeastrum sp

Amarilis

Mesófita - Geófita

Lampranthus espectabilis

Bella las once

Xerófita

Poligonum capitanum

Confetti

Xerófita

Chlorophytum comosum

Cintas

Xerófita

Dietes sp

Espadilla

Xerófita

Aptenia cordifolia

Escarcha

Xerófita

Hedera hélix

Hiedra miami

Mesófita - Geófita

331

Zonas de bio-retención Tabla 139. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de zonas de bio-retención

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Aphelandra squarrosa

Afelandra

Higrófita

Anturium sp

Anturio

Higrófita

Guzmania sp

Bromelia

Higrófita

Dieffenbachia maculata

Camila

Higrófita

Calathea sp

Calateas

Higrófita

Dieffenbachia

Cucaracho

Higrófita

Aglaonema sp

Dólar

Higrófita

Epidendrum elongatum

Epidendro

Higrófita

Philodendron sp

Filodendro

Higrófita

Fucsia sp

Fuscias

Higrófita

Diopteris filix mas

Helecho macho

Higrófita

Phormium sp

Lino

Hidrófita

Nelumbo nucifera

Loto

Hidrófita

Cyperus papyrus

Papiro

Hidrófita

Ludwigia peruviana

Clavo de laguna

Hidrófita

Ludwigia peploides

Duraznillo de agua

Hidrófita

Juncus effusus

Junco

Hidrófita

Polygonum hydropiperoides

Pimienta de agua

Hidrófita

Hydrocotyle ranunculoides

Redondita de agua

Hidrófita

Cyperus rufus

Cortadera

Hidrófita

Juncus ramboi colombianus

Esparto

Hidrófita

Eleocharis palustris

Junco de agua

Hidrófita

Bidens laevis

Abejoncillo

Hidrófita

Equisetum bogotense

Cola de caballo

Hidrófita

Cotula coronopifolia

Cotula

Hidrófita

Gratiola bogotensis

Hidrófita

Filtros de arena Tabla 140. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de filtros de arena

Nombre Científico

Nombre Común

Leptospermun scoparium

Árbol de Té

Clasificación Según Requerimiento Hídrico Mesófita

Canna indica

Achira

Mesófita

332

Nombre Científico

Nombre Común

Agapanthus sp

Agapanto

Clasificación Según Requerimiento Hídrico Mesófita

Anigozanthos sp

Anigozanto

Mesófita

Rhododendro sp

Azalea

Mesófita

Iresine herbstii

Amaranto

Mesófita

Tulbaghia fragans

Ajo de rico

Mesófita - Geófita

Ajuga reptans

Azulina

Mesófita

Acanthus mollis

Acanto

Mesófita - Geófita

Aeonium sp

Aeonio

Xerófita

Agave sp

Agaves

Xerófita

Abutilon sp

Abutilón farolito

Mesófita

Crassula ovata

Árbol de Jade

Xerófita

Hippeastrum sp

Amarilis

Mesófita - Geófita

Impatiens balsamina

Bella Helena

Mesófita

Begonia semperflorens

Begonia pichón

Mesófita

Lampranthus espectabilis

Bella las once

Xerófita

Sedum dendroides

Bendiciones

Xerófita

Bergenia sp

Bergenia

Xerófita - Geófita

Buxus sp

Boj

Mesófita

Tropaeolum majus

Cachaco de muladar

Mesófita

Sedum palmeri

Collar de reina

Xerófita

Clivia miniata

Clivia

Mesófita

Calanchoe blosfeldiana

Coralito

Xerófita

Pennisetum

Cola de zorro

Mesófita

Poligonum capitanum

Confetti

Xerófita

Zantedeschia aethiopica

Cartucho

Hidrófita - Geófita

Hibiscus rosa-sinensis

Cayeno

Mesófita

Dianthus gratianopolitanus

Clavellina

Mesófita

Chlorophytum comosum

Cintas

Xerófita

Duranta repens

Duranta

Mesófita

Ornithogalum umbellatum

Estrella de Belén

Mesófita

Dietes sp

Espadilla

Xerófita

Aptenia cordifolia

Escarcha

Xerófita

Euonymus japonicus

Evonimo

Mesófita

Festuca arundinacea

Festuca

Mesófita

Gazania esplendens

Gazania

Mesófita

333

Nombre Científico

Nombre Común

Oscularia deltoides

Granizo

Clasificación Según Requerimiento Hídrico Xerófita

Pelargonium sp

Geraneos

Mesófita

Armeria marítima

Globitos

Mesófita

Nephrolepis sp

Helecho peine

Mesófita

Helichrysum petiolare

Helicrisum

Mesófita

Hedera hélix

Hiedra miami

Mesófita - Geófita

Hebe sp

Hebe morado

Mesófita

Hydrangea macrophylla

Hortensias

Mesófita

Lantana cámara

Lantana

Mesófita

Kniphofia uvaria

Llamas

Mesófita

Limonium sp

Limonio

Mesófita

Iris germánica

Lirio iris

Xerófita - Geófita

Crocosmia x croscomiflora

Lirio lucifer

Mesófita

Xiphidium caeruleum Aubl.

Mano de Dios

Mesófita

Solanum jasminoides paxton

Manto de María Margarita punto azul Nueva guinea

Mesófita

Stachys bizantina Tradescantia fluminensis variegata Plectranthus saccatus

Oreja de liebre

Mesófita

Panameña

Mesófita

Plectrantus

Mesófita

Echeveria sp

Repolla

Xerófita

Centrademia glandifolia

Sietecueros rastrero

Mesófita

Salvia splendens

Salvia roja

Mesófita

Oxalis vulcanicola

Trebol morado

Mesófita

Vinca major 'Variegata'

Vinca

Mesófita

Tradescantia zebrina

Zebrina morada

Mesófita

Osteospermun sp Impatiens hawkeri

Mesófita Mesófita

Humedales artificiales Tabla 141. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de humedales artificiales

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Aphelandra squarrosa

Afelandra

Higrófita

Anturium sp

Anturio

Higrófita

Guzmania sp

Bromelia

Higrófita

Dieffenbachia maculata

Camila

Higrófita

334

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Calathea sp

Calateas

Higrófita

Dieffenbachia

Cucaracho

Higrófita

Aglaonema sp

Dólar

Higrófita

Epidendrum elongatum

Epidendro

Higrófita

Philodendron sp

Filodendro

Higrófita

Fucsia sp

Fuscias

Higrófita

Diopteris filix mas

Helecho macho

Higrófita

Phormium sp

Lino

Hidrófita

Nelumbo nucifera

Loto

Hidrófita

Cyperus papyrus

Papiro

Hidrófita

Ludwigia peruviana

Clavo de laguna

Hidrófita

Ludwigia peploides

Duraznillo de agua

Hidrófita

Juncus effusus

Junco

Hidrófita

Polygonum hydropiperoides

Pimienta de agua

Hidrófita

Hydrocotyle ranunculoides

Redondita de agua

Hidrófita

Cyperus rufus

Cortadera

Hidrófita

Juncus ramboi colombianus

Esparto

Hidrófita

Eleocharis palustris

Junco de agua

Hidrófita

Bidens laevis

Abejoncillo

Hidrófita

Equisetum bogotense

Cola de caballo

Hidrófita

Cotula coronopifolia

Cotula

Hidrófita

Gratiola bogotensis

Hidrófita

Pondajes húmedos Tabla 142. Especies vegetales (coberturas) aplicables en el diseño de pondajes húmedos

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Aphelandra squarrosa

Afelandra

Higrófita

Anturium sp

Anturio

Higrófita

Guzmania sp

Bromelia

Higrófita

Dieffenbachia maculata

Camila

Higrófita

Calathea sp

Calateas

Higrófita

Dieffenbachia

Cucaracho

Higrófita

335

Nombre Científico

Nombre Común

Clasificación Según Requerimiento Hídrico

Aglaonema sp

Dólar

Higrófita

Epidendrum elongatum

Epidendro

Higrófita

Philodendron sp

Filodendro

Higrófita

Fucsia sp

Fuscias

Higrófita

Diopteris filix mas

Helecho macho

Higrófita

Phormium sp

Lino

Hidrófita

Nelumbo nucifera

Loto

Hidrófita

Cyperus papyrus

Papiro

Hidrófita

Ludwigia peruviana

Clavo de laguna

Hidrófita

Ludwigia peploides

Duraznillo de agua

Hidrófita

Juncus effusus

Junco

Hidrófita

Polygonum hydropiperoides

Pimienta de agua

Hidrófita

Hydrocotyle ranunculoides

Redondita de agua

Hidrófita

Cyperus rufus

Cortadera

Hidrófita

Juncus ramboi colombianus

Esparto

Hidrófita

Eleocharis palustris

Junco de agua

Hidrófita

Bidens laevis

Abejoncillo

Hidrófita

Equisetum bogotense

Cola de caballo

Hidrófita

Cotula coronopifolia

Cotula

Hidrófita

Gratiola bogotensis

Hidrófita

336

9. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO Introducción El desempeño de las diferentes tipologías de los SUDS depende en gran medida del estado funcional en que éstas se encuentren. Por este motivo, las actividades de mantenimiento correctamente desarrolladas, en conjunto con un seguimiento frecuente, son un requerimiento para que los proyectos de drenaje sostenible funcionen de manera adecuada. Debido a las diferencias fundamentales entre los SUDS y los sistemas de drenaje convencionales, las actividades de mantenimiento no solo incluyen la inspección de tuberías y otros componentes, sino que abarcan otras consideraciones a nivel de paisaje, manejo y direccionamiento del agua superficial. Asimismo, la baja frecuencia o el incorrecto desarrollo de las actividades de mantenimiento pueden generar daños tanto a los SUDS, como a la infraestructura cercana, por lo cual su planeación y realización es de gran importancia para asegurar el éxito de estos sistemas de drenaje. Ahora bien, se debe mencionar que las actividades de operación y mantenimiento suelen requerir de una cantidad significativa de recursos (personal, equipos, materiales). Sin embargo, dado que el objetivo principal de las actividades de mantenimiento se enfoca en asegurar que un sistema de drenaje funcione adecuadamente; que se extienda su vida útil y mantenga una eficiencia aceptable, la implementación de estas actividades es necesaria y por lo tanto requerida a lo largo de la vida útil de las diferentes tipologías de SUDS. Por esta razón, se recomienda la implementación de prácticas de mantenimiento preventivas de manera frecuente, con el fin de evitar reparaciones a gran escala, las cuales pueden generar mayores costos si se comparan con la inspección regular del funcionamiento de los sistemas. De esta forma, las actividades de operación y mantenimiento deben ser incluidas y analizadas en las etapas iniciales del desarrollo del proyecto, principalmente en aquellas relacionadas al análisis de viabilidad, planeación y diseño de los SUDS. Por ejemplo, en términos de la etapa de planeación, las actividades de mantenimiento deben estar enfocadas en quién y cómo desarrollará el mantenimiento. En la etapa de diseño deben considerarse áreas apropiadas para asegurar el acceso a la zona, así como aspectos de seguridad y minimización de riesgo para el personal operativo. Por otra parte, en la etapa de construcción se deben realizar inspecciones en diferentes momentos, con el fin de asegurar que el sistema funcione correctamente y no requiera de trabajos de remediación estructural. Así pues, algunos de los aspectos particulares que se recomienda tomar en consideración a nivel de diseño y construcción de los sistemas de drenaje incluyen utilizar sistemas de pretratamiento como sedimentadores, implementar estructuras bypass en los sistemas y considerar dentro de las áreas requeridas el espacio para realizar la disposición de residuos orgánicos y sedimentos. En el presente capítulo, se describen de manera general algunas consideraciones relevantes en cuanto a la planeación e implementación de un plan de mantenimiento de SUDS, algunas actividades de mantenimiento genéricas, recomendaciones específicas para cada tipología, y formatos de revisión para las actividades de inspección de las siete tipologías de SUDS. Sin embargo, cabe resaltar que estas recomendaciones son aplicables en diferente medida para las tipologías estudiadas, ya que cada sistema de drenaje urbano sostenible es único en cuanto a las condiciones del área de implementación, 337

el área de drenaje aportante y las condiciones climáticas, topográficas y sociales. Por esta razón, al implementar SUDS se debe tener en cuenta que la frecuencia y/o la cantidad de actividades de mantenimiento requeridas puede variar, por lo que se recomienda realizar inspecciones con frecuencia para definir un plan de mantenimiento que se ajuste mejor a las tipologías utilizadas.

Clases de mantenimiento Para asegurar el correcto funcionamiento de los sistemas de drenaje urbano sostenibles, las actividades de mantenimiento pueden agruparse en dos grupos: medidas preventivas, que incluyen actividades regulares y ocasionales, y medidas correctivas o remediales. Como su nombre lo indica, estas actividades difieren principalmente por la frecuencia, el personal y los recursos que son necesarios para ser llevadas a cabo. En la Tabla 143 se ilustran algunos ejemplos de requerimientos para las diferentes tipologías de SUDS, según el grupo de actividades de mantenimiento. Tabla 143. Tipos de actividades de mantenimiento para las tipologías de SUDS

Tipo de Medidas

Mantenimiento Regular

Preventivo Ocasional Correctivo / Remedial

Correctivo

Ejemplo Limpieza de sedimentos, basura y vegetación muerta Reparación estructural Rehabilitación parcial Inspección visual de estructuras de salida, obstrucciones y manejo de excesos Remoción de residuos Manejo de la cobertura del suelo y la vegetación Rehabilitación Reconstrucción

Fuente: (CIRIA, 2007)

Es importante resaltar que las actividades con frecuencia regular y ocasional se consideran parte del grupo de medidas de tipo preventivo, debido a que el objetivo principal de la implementación de estas actividades consiste en evitar y disminuir al máximo la necesidad de recurrir a actividades de tipo correctivo. De esta forma, se busca que al realizar mantenimientos e inspecciones frecuentes, no se requieran desarrollar actividades de rehabilitación o reconstrucción de los sistemas con alta regularidad, ya que éstas suelen tener un costo mucho mayor. A continuación, se realiza una descripción de la importancia y las características principales de cada tipo de mantenimiento.

Mantenimiento regular Consiste en un grupo de actividades que se realizan de manera frecuente y con un horario planificado desde el inicio de operación del sistema. Este tipo de mantenimiento se caracteriza por incluir actividades que requieren de bajo presupuesto y que deben realizarse con una alta frecuencia. Este tipo de actividades incluyen requerimientos con frecuencias menores a un mes, hasta algunos con frecuencias anuales, dependiendo del tipo de estructura SUDS implementada. Algunas de las principales actividades del mantenimiento regular abarcan la conservación de las especies vegetales, la remoción de materia orgánica y residuos, e inspecciones regulares a los diferentes componentes del sistema.

338

Mantenimiento ocasional Comprende aquellas actividades que deben desarrollarse de manera periódica, pero con una frecuencia menor a las actividades de mantenimiento regular. Típicamente se consideran en este grupo los requerimientos entre 1 o más años que tienen los sistemas para su correcto funcionamiento. Las actividades de mantenimiento ocasional incluyen remoción de sedimentos, escarificación del suelo para promover infiltración y reemplazo de las capas (sustrato, filtrante, de drenaje) que componen algunas tipologías. Se recomienda que la frecuencia de este tipo de mantenimiento sea definida en función de las inspecciones realizadas regularmente, pues las acciones a tomar dependen de las condiciones específicas del sitio a intervenir.

Mantenimiento correctivo Este tipo de mantenimiento corresponde a las medidas que deben tomarse de manera remedial, es decir, con el fin de rehabilitar alguno o varios componentes del sistema de drenaje. Cuando se ha implementado un plan de mantenimiento preventivo fuerte (alta frecuencia) en conjunto con un plan de inspección apropiado, el mantenimiento correctivo suele ser mínimo, puesto que la probabilidad de riesgo de falla del sistema disminuye a medida que éste es mantenido en buen estado. Sin embargo, existen diversos factores que pueden derivar en la necesidad de la implementación de actividades de rehabilitación, como es el caso de daños accidentales, exceso de la capacidad de diseño del sistema en eventos extremos y vandalismo. Algunas de las actividades correctivas reportadas incluyen reparación de las estructuras de control de erosión, reemplazo de los bloques de pavimentos permeables, sustitución del sistema de drenaje y rehabilitación después de un evento de contaminación, entre otros.

Plan de mantenimiento El éxito de la implementación de los SUDS no solo depende en su diseño sino también en el estado del sistema a lo largo del tiempo. Por ejemplo, la implementación de SUDS en nuevos proyectos a desarrollar, garantiza una alta viabilidad debido a que desde el inicio de los proyectos se pueden incluir los diseños y los planes de mantenimiento de manera tal que se asegure el funcionamiento apropiado de los sistemas. Ahora bien, como se ha descrito, las actividades de mantenimiento cumplen un papel crucial en la etapa de operación de los sistemas, pues éstas permiten que la eficiencia de la tipología implementada se mantenga y de esta forma se maximice su vida útil. Por esta razón, es de gran importancia planificar y llevar a cabo un plan de mantenimiento que organice, describa y asegure el desarrollo de un conjunto de actividades de inspección, mantenimiento y monitoreo a través de las cuales se pueda mantener un funcionamiento adecuado de los sistemas de drenaje. Para ello se deben considerar los siguientes aspectos: - Descripción del sistema: resumen de las principales consideraciones sobre la tipología implementada. Caracterización en cuanto a funcionamiento, materiales, principales componentes y estructuras anexas. Se recomienda incluir un esquema del sitio y de la tipología que indique claramente aquellas estructuras que deben inspeccionarse o que requieren de algún tipo de mantenimiento frecuente.

339

- Descripción de las actividades de mantenimiento: listado de actividades que deben realizarse para cada tipología en específico, incluyendo inspección, mantenimiento y monitoreo, con el fin de asegurar una eficiencia óptima del sistema. - Plan de trabajo: debe incluir, además del horario y frecuencias de las inspecciones y actividades de mantenimiento, los equipos y herramientas que se requieren para desarrollar estas tareas, además del personal que debe llevar a cabo el plan de trabajo. - Formatos de inspección: consiste en listas de chequeo que faciliten el desarrollo de las actividades de inspección y mantenimiento, de manera tal que el personal encargado pueda confirmar el desarrollo de las actividades más relevantes, reportar novedades en cuanto al funcionamiento o informar en caso de requerir cambios en la frecuencia del mantenimiento y daños en las estructuras, entre otros. - Documentos de soporte: documentos referentes a los principales aspectos del mantenimiento de SUDS que permitan profundizar en los requerimientos de algunas actividades.

Actividades generales En esta sección se presenta una descripción de las actividades generales que aplican para la mayoría de los sistemas de drenaje urbano sostenibles. Sin embargo, la información específica para cada tipología se describe más adelante, incluyendo las frecuencias de mantenimiento recomendadas. A manera de resumen, en la Tabla 144 se encuentran las actividades generales y su requerimiento para las diferentes tipologías de SUDS. Tabla 144. Matriz resumen de las actividades de mantenimiento generales para las tipologías de SUDS

●

○



○

●

○

●

○

●



●



●



○



○

●

Cuenca de infiltración

●

Pondajes húmedos

●

Humedales artificiales

Franjas de césped

●

Zanja de infiltración

●

Filtros de arena

●

Sumideros de infiltración

●

Pavimentos permeables

Zonas de bioretención

Inspección Remoción de residuos Poda de césped Mantenimiento de arbustos y árboles Mantenimiento de vegetación acuática Control de plantas invasoras y maleza

Cunetas verdes

Actividad

Cuenca seca de drenaje

Tipología

Mantenimiento regular ● ● ●

Mantenimiento ocasional Remoción de basuras y sedimentos

●

340

○

Mantenimiento correctivo Reparación ○ ○ ○ ○ ○ ○ estructural Rehabilitación de la superficie ○ ○ ○    infiltrante ● Debe realizarse obligatoriamente y con alta frecuencia ○ Puede requerirse con una baja frecuencia  No se requiere Fuente: (CIRIA, 2007)

Franjas de césped

○

Zanja de infiltración

Cuenca de infiltración

○

Filtros de arena

Pondajes húmedos

○

Sumideros de infiltración

Humedales artificiales

○



○

Pavimentos permeables

Zonas de bioretención

Sustitución de especies vegetales

Cunetas verdes

Actividad

Cuenca seca de drenaje

Tipología

Inspección En todas las tipologías de SUDS se requiere realizar inspecciones rutinarias, que permitan determinar el nivel de funcionamiento, el estado de los diferentes componentes y los requerimientos de actividades de mantenimiento del sistema. Ésta se incluye dentro de las actividades de operación y mantenimiento debido a que es a través de estas inspecciones que se pueden definir de manera más apropiada las actividades, las frecuencias y los requerimientos propios de cada sistema. Además de esto, las inspecciones rutinarias ayudan a prevenir la necesidad de implementar mantenimiento correctivo al identificar previamente posibles fallas del sistema por bloqueos o disminución de la capacidad de infiltración.

Remoción de residuos y escombros La remoción de residuos es necesaria de manera frecuente y debe realizarse en todos los componentes de los sistemas, especialmente en aquellas estructuras que pueden bloquearse fácilmente, como estructuras de entrada, salida, control de erosión y rebose. El desarrollo frecuente de esta actividad reduce considerablemente los riesgos de bloqueos en las estructuras de entrada y salida, así como también minimiza las fuentes de contaminación del agua. La frecuencia debe ser mayor para SUDS que se encuentren en zonas de alto tráfico, zonas comerciales o áreas de recreación.

Mantenimiento de arbustos y árboles El mantenimiento de las especies vegetales depende directamente del tipo de vegetación y de las condiciones climáticas del sitio a intervenir. Sin embargo, es necesario considerar requerimientos adicionales como la poda de los arbustos y el césped, la remoción de maleza de los arbustos, e incluso en zonas secas la necesidad de riego para el crecimiento apropiado de las especies. Cabe resaltar que la selección de especies es un factor determinante que puede ayudar a disminuir los requerimientos de mantenimiento según la capacidad de adaptación de la vegetación a las características del área de intervención. En caso de que unos meses después de la construcción de la estructura de drenaje las 341

especies implementadas no se adapten a las condiciones del área, éstas se deben remover y ser reemplazadas por nuevos individuos o diferentes especies. De esta forma, se recomienda mantener la altura de los pastos en un rango entre 100 y 150 mm, y para pastos con usos recreativos se recomiendan alturas entre 35 y 50 mm, sin embargo, entre mayor altura tenga el pasto suele mejorarse la calidad del agua de escorrentía. Adicionalmente, en muchos casos, esta actividad se realiza con fines estéticos y, por lo tanto, la frecuencia de poda depende directamente de los usos del suelo cercanos y de los requerimientos de la comunidad. A su vez, los pastos cercanos a las estructuras de entrada y salida pueden tener una menor altura con el fin de evitar daños en el sistema.

Mantenimiento de vegetación acuática Debe preverse el crecimiento estimado de las poblaciones acuáticas después de que éstas se instalan, en función de esto se deben definir las tasas de remoción de material muerto en las zonas acuáticas. A su vez, se debe asegurar que exista una cobertura consistente de poblaciones de plantas emergentes cuando se desea su aplicación en sistemas como los humedales artificiales, con el fin de promover un cambio favorable en la calidad del agua de escorrentía.

Control de plantas invasoras y maleza El manejo de la maleza y/u otras especies no nativas en algunos SUDS como las zonas de bioretención y los humedales artificiales debe realizarse de manera ocasional, debido a que estas plantas pueden crecer de manera descontrolada y generar problemas en el funcionamiento de los sistemas implementados. De esta forma, suelen removerse aquellas especies que no tienen un valor funcional ni estético en el sistema de drenaje. Se recomienda la remoción manual de estas especies, con el fin de minimizar (en lo posible, evitar por completo) la aplicación de herbicidas, pesticidas y fertilizantes.

Manejo de residuos orgánicos Al considerar que varias tipologías de SUDS utilizan componentes biológicos para su funcionamiento, una fracción considerable de los residuos generados está compuesta por residuos orgánicos, por lo que es conveniente incluir estas actividades dentro de la operación de los sistemas. Algunos de los procedimientos más utilizados para el manejo de residuos incluyen: - Construcción de pilas para vida silvestre: éstas son construidas a partir de material vegetal muerto que se apila con el fin de proporcionar refugio, áreas de sombra, alimentación e incluso protección de huevos de animales. Su ubicación debe preferiblemente encontrarse a una distancia considerable del acceso de personas, y se recomienda que no superen 1.2 m de altura. Se utilizan en sistemas con grandes áreas verdes que fomenten la creación de hábitat para especies. - Compostaje: facilita el reciclaje del material vegetal en descomposición, de manera que éste es aprovechado para nutrir el sustrato y la cobertura del suelo sobre la que se establecen las plantas. Se recomienda su uso después de algunos meses de adaptación de la vegetación (> 4 meses). Se debe tener en cuenta que los procesos de compostaje requieren de algunas consideraciones a nivel de operación que incluyen compilación del material y mezcla del compost con frecuencias mínimas a nivel semanal.

342

- Disposición: ésta debe ser la última opción en caso de que no se puedan llevar a cabo las acciones anteriores. Los residuos deben ser dispuestos de acuerdo con la normativa en los rellenos apropiados.

Remoción de sedimentos Esta actividad es fundamental para asegurar la eficiencia de los sistemas de drenaje a largo plazo. Sin embargo, no existe una frecuencia definida que asegure un funcionamiento adecuado de las tipologías, por lo cual se recomienda definir estos intervalos de tiempo de acuerdo con las inspecciones rutinarias. Algunos de los factores que afectan predominantemente la frecuencia requerida de mantenimiento son: el volumen de almacenamiento de diseño, uso del suelo, fracción de área impermeable, actividades de construcción en el área de drenaje e implementación de estructuras de pretratamiento. Típicamente se requiere una mayor tasa de remoción en la etapa de construcción y los primeros meses de operación, mientras el suelo y la vegetación del sistema se adaptan a las condiciones del sitio.

Sustitución de especies vegetales El reemplazo de la vegetación utilizada se debe realizar de manera ocasional con el fin de asegurar que la capa vegetal se encuentre en un estado adecuado de funcionamiento. Por ejemplo, después de eventos de tormenta fuertes se pueden perjudicar algunas plantas, que deben ser reemplazadas para que no exista acumulación de materia orgánica en el sistema, y a su vez se mantenga la capa vegetal que hace parte de los componentes principales de varias tipologías de SUDS. La implementación de nuevas especies vegetales puede utilizarse como alternativa también en zonas con poca capacidad de infiltración, o en áreas que presentan una alta erosión.

Rehabilitación estructural Aunque es posible que algunos sistemas de drenaje sostenibles solo requieran de reparaciones mínimas a lo largo de los años, debido a fallas por obstrucciones, eventos fuertes y desgaste de las superficies de las estructuras, es posible que se deban desarrollar actividades de rehabilitación a algunas estructuras de las tipologías, o incluso reconstrucciones completas de algunos componentes. Este requerimiento suele ser alto en prácticas de filtración, pues los medios filtrantes pueden colmatarse y deben ser reemplazados cada cierto número de años. Es importante resaltar que si las inspecciones rutinarias y las actividades de mantenimiento han sido desarrolladas de manera óptima, la rehabilitación estructural solamente se dará en casos extremos pues el sistema se mantendrá correctamente a lo largo de su vida útil.

Rehabilitación de la superficie infiltrante El desempeño de las prácticas de infiltración depende directamente de la capacidad de infiltración del suelo. Por esta razón, se deben mantener las condiciones adecuadas para que el agua pueda atravesar las capas del subsuelo y no se acumule en los estratos superiores. Bajo condiciones normales de operación, el suelo perderá su capacidad infiltrante a una tasa baja, por lo que esta rehabilitación no debería ser frecuente. Las alternativas que pueden implementarse para aumentar la tasa de infiltración del suelo son: escarificar la capa superior (incluye la remoción de raíces y material vegetal muerto), utilizar equipos de reaireación que aumenten la percolación y como último recurso reemplazar parte de la cobertura del suelo con suelo nativo que presente características apropiadas de infiltración. 343

Actividades específicas para las tipologías En esta sección se describen las características particulares que tiene cada tipología en cuanto al mantenimiento y a los aspectos que deben ser inspeccionados para que se mantenga un funcionamiento apropiado una vez se implementen los SUDS. Se presentan las actividades específicas para las diferentes tipologías, de acuerdo con el tipo de funcionamiento y las estructuras que las componen. Adicionalmente, en los Anexos se incluyen los formatos de mantenimiento y los formatos de inspección pertinentes para el desarrollo de estas actividades en cada tipología. Es importante resaltar que las frecuencias recomendadas corresponden a una primera aproximación para el desarrollo de las actividades de mantenimiento de los SUDS. Sin embargo, la frecuencia de mantenimiento varía según las condiciones propias de cada lugar, por lo que estas indicaciones deben tomarse como una recomendación, que puede ser ajustada a medida que se implementen los primeros proyectos pilotos de SUDS en la ciudad.

Alcorques inundables En la Tabla 145 se presentan las actividades de operación y mantenimiento mínimas que se deben realizar para que los alcorques inundables puedan mantener un buen desempeño. Al tratarse de árboles con sustratos variados con el objetivo de almacenar un volumen de agua específico, se da una gran importancia al mantenimiento de las especies vegetales, y a la prevención y mantenimiento del sustrato, ya que este componente es el que promueve en mayor medida la detención y además filtra la escorrentía que entra al sistema. Tabla 145. Actividades de operación y mantenimiento para los alcorques inundables Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados en las estructuras de entrada y salida

Remover residuos acumulados en la estructura de rebose

Lavado del drenaje subterráneo

Remover arenas y sedimentos de las estructuras

Remover manualmente el sedimento acumulado en la superficie

Reparar los sistemas de disipación de energía

SI, por daños de erosión

Reparar o reemplazar la rejilla

SI, por daños o pérdida

Reparar o reemplazar las estructuras de entrada y salida

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar la estructura de rebose

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el sistema de drenaje subterráneo

SI, por daños en la estructura

Vegetación Podar árboles y arbustos (reúso para la capa orgánica)

Regar árboles y arbustos

Replantar arbustos y/o árboles

Según características de las especies Según condiciones climáticas Para conservar la densidad de vegetación

344

Tratar árboles enfermos y reemplazar plantas muertas

Remover plantas invasoras

Sustrato y/o capa filtrante Aplicar aireación al suelo si hay pondaje excesivo

Complementar el mantillo para mantener la profundidad de diseño

Remover y reemplazar el mantillo

Escarificar la capa superior del suelo

Restauración y estabilización de zonas erosionadas Reemplazar la capa filtrante

SI, por poca capacidad de infiltración SI, por poca estabilidad de la vegetación SI, por poca estabilidad de la vegetación SI, por poca capacidad de infiltración SI, por erosión de las estructuras

Otras Barrido de áreas circundantes

Q: Quincenal, M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección

Por otra parte, se recomienda que los alcorques sean inspeccionados con una frecuencia mínima mensual. En la Tabla 146 se describen algunos requerimientos a considerar en las inspecciones de los alcorques inundables. Las principales actividades incluyen inspeccionar si se acumulan sedimentos sobre la superficie del alcorque y residuos, y el estado de los árboles y otras especies vegetales incluidas en el sistema. Tabla 146. Requerimientos de inspección para los alcorques inundables Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en los componentes del sistema

Pérdida de estructuras o daños en éstas por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Obstrucciones en las estructuras de entrada y salida

Obstrucciones en la estructura de rebose

Daños físicos en el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

Obstrucciones en el sistema de drenaje subterráneo

Acumulación de sedimentos sobre la superficie mayor a 10 cm

Acumulación de sedimentos en las estructuras

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos

Se recomienda realizar a menor frecuencia si se cuenta con estructuras de inspección

Vegetación Revisión fitosanitaria de los árboles y arbustos

Disminución de la densidad de vegetación óptima

Se puede llevar un registro fotográfico para poder realizar comparaciones

Acumulación de material vegetal muerto

Residuos pueden ser reutilizados

345

Presencia de especies invasoras y/o maleza

Sustrato y/o capa filtrante Evidencia de daños por erosión

Estabilidad de la vegetación y condiciones visuales del mantillo

Test de infiltración

Aumento de las zonas de pondaje, estancamiento de agua

Especialmente en el área de entrada Solo aplica a los sistemas que permiten infiltración al subsuelo Se recomienda verificar que el tiempo de pondaje sea menor a 24 h

M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

Cuenca seca de drenaje extendido En la Tabla 147 se presentan las actividades de mantenimiento que se recomienda desarrollar para la cuenca seca de drenaje extendido. Esta tipología cuenta con un grupo de componentes particulares como el canal de caudales bajos, la micropiscina y el enrocado, por lo cual los principales requerimientos de mantenimiento para este tipo de SUDS, están relacionados con la remoción de residuos y la reparación de sus estructuras. Tabla 147. Actividades de operación y mantenimiento para la cuenca seca de drenaje extendido Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados en las estructuras de entrada y salida Remover residuos acumulados en los sistemas de pretratamiento y rebose Remover residuos acumulados en la cuenca Remover sedimentos en la antecámara, vertedero y la micropiscina

M M M S

Reparar los sistemas de disipación de energía

SI, por daños de erosión

Reparar o reemplazar las estructuras de entrada y salida

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar los sistemas de pretratamiento y rebose

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el enrocado

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el canal de caudales bajos

SI, por daños en la estructura

Podar pastos para mantener la altura de diseño

Según las especies vegetales

Regar vegetación

Según condiciones climáticas

Replantar y/o reemplazar capa de césped

SI, por poca cobertura vegetal

Remover plantas invasoras

Control de plagas Manejar plagas y eliminar zonas de crecimiento de especies no deseadas Eliminar posibles zonas que promuevan la proliferación de vectores

SI, principalmente roedores

Vegetación

Sustrato y/o capa filtrante

346

Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Nivelar el fondo de la cuenca para conservar las pendientes de diseño

Restauración y estabilización de zonas erosionadas

SI SI, por erosión de los taludes laterales

Otras Barrido de áreas circundantes Q Q: Quincenal, M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección

A su vez, dada la gran importancia del correcto funcionamiento de los diferentes componentes que hacen parte de la cuenca seca de drenaje extendido, se deben inspeccionar las estructuras con el fin de evitar que obstrucciones por residuos o sedimentos reduzcan la eficiencia del SUDS, o incluso generen un aumento de las zonas y tiempos de pondaje. En la Tabla 148 se resumen las principales consideraciones que deben inspeccionarse durante las visitas que sean realizadas al sistema de drenaje. Cabe destacar que es muy relevante conservar las pendientes y el nivel del fondo de la cuenca, por lo que, se recomienda inspeccionar constantemente si se presentan daños por efectos de erosión. Tabla 148. Requerimientos de inspección para la cuenca seca de drenaje extendido Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en la cuenca

Pérdida de estructuras o daños en éstas por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Obstrucciones en las estructuras de entrada y salida

Obstrucciones en los sistemas de pretratamiento y rebose

Daños en el sistema de disipación de energía

Daños en el enrocado

Acumulación de sedimentos en las estructuras del sistema

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos

Vegetación Disminución de la cobertura vegetal

Presencia de especies invasoras y/o maleza

Se puede llevar un registro fotográfico para poder realizar comparaciones

Control de plagas Evidencia de actividad animal (plagas) como roedores

Presencia excesiva de vectores

Sustrato y/o capa filtrante Evidencia de daños por erosión

Aumento de las zonas de pondaje, estancamiento de agua

Reducción del nivel del fondo de la cuenca

Especialmente en el área de entrada y las zonas laterales del sistema Se recomienda verificar que el tiempo de pondaje sea menor a 48 h

347

Otras Fuentes adicionales de entrada de agua al sistema, conexiones ilegales M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

Cunetas verdes Al tratarse de tipologías cuyo principal objetivo es el transporte de la escorrentía, el mantenimiento de las cunetas verdes debe propender por prevenir cualquier tipo de actividad o daño que dificulte la circulación eficiente de la escorrentía. En la Tabla 149 se describen las principales actividades de mantenimiento requeridas y las frecuencias mínimas con que éstas deben llevarse a cabo. Como se puede observar, el mantenimiento se enfoca principalmente en la cobertura de césped (ya que de su estado depende la capacidad de transporte), y en componentes particulares del sistema como las barreras de detención y el distribuidor de flujo. Tabla 149. Actividades de operación y mantenimiento para las cunetas verdes Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados en las estructuras de entrada y salida Remover residuos acumulados en los sistemas de pretratamiento y rebose Lavado del drenaje subterráneo

Remover contaminantes flotantes

Remover sedimentos acumulados en las barreras de detención

M M

SI SI, grasas principalmente SI

aceites

Reparar los sistemas de disipación de energía

SI, por daños de erosión

Reparar o reemplazar las estructuras de entrada y salida

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar los sistemas de pretratamiento y rebose

SI, por daños en la estructura

Limpiar y/o nivelar el distribuidor de flujo

Reparar o reemplazar el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el sistema de drenaje subterráneo

SI, por daños en la estructura

Vegetación SI, por exceso de sombra a plantas menores Según condiciones climáticas

Podar árboles y arbustos de zonas cercanas

Regar vegetación

Replantar y/o reemplazar capa de césped

Podar pastos para mantener la altura de diseño

Remover plantas invasoras

SI, por poca cobertura vegetal Según recomendaciones para franjas de césped SI

Control de plagas Manejar plagas y eliminar zonas de crecimiento de especies no deseadas Eliminar posibles zonas que promuevan la proliferación de vectores

SI, principalmente roedores

Sustrato y/o capa filtrante

348

Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Nivelar el fondo de la cuneta para conservar pendiente longitudinal

Aplicar aireación al suelo si hay pondaje excesivo

Escarificar la capa superior del suelo

Reemplazar la capa filtrante

Restauración y estabilización de zonas erosionadas

Observaciones SI, por poca capacidad de infiltración SI, por poca capacidad de infiltración SI, por erosión de los taludes laterales

Otras Barrido de áreas circundantes

Q: Quincenal, M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección

Adicionalmente, en las inspecciones para esta tipología se deben incluir como mínimo los aspectos mencionados en la Tabla 150. La frecuencia de estas inspecciones suele ser mensual o trimestral, aunque algunas actividades pueden llevarse a cabo anualmente. Para las cunetas verdes es de gran importancia la inspección de posibles zonas erosionadas y la obstrucción o acumulación de sedimentos de algunos componentes de las cunetas, como las barreras de detención. Tabla 150. Requerimientos de inspección para las cunetas verdes Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en el canal

Pérdida de estructuras o daños en éstas por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Obstrucciones en las estructuras de entrada y salida

Obstrucciones en los sistemas de pretratamiento y rebose

Daños físicos en el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

Obstrucciones en el sistema de drenaje subterráneo

Acumulación de sedimentos en las barreras de detención

Acumulación de sedimentos en las estructuras

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos

Se recomienda realizar a mayor frecuencia si se cuenta con estructuras de inspección

Vegetación Revisión fitosanitaria de las diferentes especies

Disminución de la cobertura vegetal óptima (>90%)

Se puede llevar un registro fotográfico para poder realizar comparaciones

Acumulación de material vegetal muerto

Residuos pueden ser reutilizados

Presencia de especies invasoras y/o maleza

Control de plagas

349

Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Evidencia de actividad animal (plagas) como roedores

Presencia excesiva de vectores

Sustrato y/o capa filtrante Evidencia de contaminación por aceites, gasolina y otros contaminantes

Evidencia de daños por erosión

Test de infiltración

Aumento de las zonas de pondaje, estancamiento de agua

Otras Direccionamiento del flujo de agua en sentidos diferentes al del canal Fuentes adicionales de entrada de agua al sistema, conexiones ilegales M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

Observaciones

Especialmente en el área de entrada y las zonas laterales Solo aplica a los sistemas que permiten infiltración al subsuelo Se recomienda verificar que el tiempo de pondaje sea menor a 24 h

T T

Pavimentos permeables Los pavimentos permeables se caracterizan, de manera similar a las zanjas de infiltración, por la importancia del material de las capas en su funcionamiento. En la Tabla 151 se describen las actividades más relevantes que pueden llevarse a cabo para mantener en buen estado los bloques de pavimento permeable o la mezcla asfáltica permeable. A diferencia de todas las tipologías de SUDS, cabe resaltar una actividad única de los pavimentos, que consiste en aspirar el pavimento o el asfalto de manera frecuente (semanalmente o quincenalmente). Lo anterior debe realizarse de forma constante, ya que de lo contrario el pavimento se colmatará por sedimentos finos en un corto periodo de tiempo, lo que impedirá el funcionamiento del sistema por el bloqueo del flujo de escorrentía desde la superficie hacia el las diferentes capas. Tabla 151. Actividades de operación y mantenimiento para los pavimentos permeables Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados sobre la superficie del pavimento

Aspirar el pavimento para evitar bloqueos por sedimentos finos

Lavado del drenaje subterráneo

Reparar o reemplazar el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

SI, por daños en la estructura

Reemplazar los bloques de pavimento permeable dañados

SI, según tipo de pavimento

Reparar o reemplazar el sistema de drenaje subterráneo

SI, por daños en la estructura

Vegetación Remover la maleza que crezca en el pavimento o en áreas circundantes Reservorio y/o capa filtrante

350

Extraer y limpiar la capa base

Extraer y limpiar el reservorio

Reemplazar la capa base

Reemplazar la capa filtrante

Estabilizar y reparar las zonas cercanas que puedan desestabilizarse

SI, por poca capacidad infiltración SI, por poca capacidad infiltración SI, por poca capacidad infiltración SI, por poca capacidad infiltración SI, para evitar colmatación erosión

de de de de por

Otras Barrido de áreas circundantes

Q: Quincenal, M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección

Finalmente, en la Tabla 152 se presentan las acciones para tener en cuenta en las inspecciones que se desarrollen para inspeccionar el funcionamiento de los pavimentos permeables. Como se mencionó previamente, se debe prestar especial atención al estado del material de las capas que componen el pavimento, a la capa de bloques permeables y a la posible colmatación de la mezcla asfáltica. Tabla 152. Requerimientos de inspección para los pavimentos permeables Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en los componentes del sistema

Pérdida de bloques o daños en estos por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Daños físicos en el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

Obstrucciones en el sistema de drenaje subterráneo

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos Se recomienda realizar a mayor frecuencia si se cuenta con estructuras de inspección

Vegetación Presencia de maleza sobre la superficie del pavimento

Reservorio y/o capa filtrante Colmatación de la capa base

Colmatación del reservorio o la capa filtrante

Test de infiltración

Evidencia de daños por erosión en zonas cercanas, para reducir la probabilidad de colmatación del reservorio

Aumento de las zonas de pondaje, estancamiento de agua

Si es posible, realizar en menor frecuencia Áreas aguas arriba del sistema, que puedan generar partículas finas Se recomienda verificar que el tiempo de pondaje sea menor a 48 h

M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

351

Tanques de almacenamiento Dadas las características particulares de los tanques de almacenamiento, el mantenimiento a desarrollar en esta tipología difiere de las demás, puesto que estos SUDS no incluyen en sus componentes una cobertura vegetal o sustrato. Por el contrario, los tanques de almacenamiento cuentan con estructuras como bajantes, canalones, rejillas y el sistema de primer lavado, por esta razón, las actividades de mantenimiento se enfocan en la conservación del buen estado de estos componentes. En la Tabla 153 se resumen aquellas actividades mínimas que permiten mantener los tanques de almacenamiento en un estado apropiado para su buen desempeño. Tabla 153. Actividades de operación y mantenimiento para los tanques de almacenamiento Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados en canalones, bajantes y rejillas

Remover residuos acumulados en las estructuras de entrada y salida Remover residuos acumulados en los sistemas de pretratamiento y rebose Limpiar el sistema de primer lavado

Remover arenas y sedimentos de las rejillas y estructura de rebose

Remover los lodos acumulados en el tanque

Reparar o reemplazar componentes dañados

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar las estructuras de entrada y salida Reparar o reemplazar el recubrimiento (geotextil o

geomembrana)*

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar los sistemas de pretratamiento y rebose

SI, por daños en la estructura

Reparar el sistema de bombeo

Según el tipo de bomba

Vegetación Remover la maleza que crezca sobre el tanque o en áreas circundantes* Suelo

Restauración y estabilización de zonas erosionadas* S SI, por erosión, llenar con grava M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección * Aplica para tanques subterráneos

Adicionalmente, en la Tabla 154 se describen las actividades de inspección que se recomienda realizar para evitar daños y fallas en el sistema. Considerando el funcionamiento hidráulico de esta tipología, se especifica la revisión de obstrucciones y otros daños físicos en los diversos componentes del tanque (tuberías, bajantes y el sistema de bombeo). Otra inspección de gran relevancia consiste en la medición del nivel de lodos acumulados en el tanque, ya que esto puede generar una disminución de la capacidad de detención de escorrentía en los tanques.

352

Tabla 154. Requerimientos de inspección para los tanques de almacenamiento Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en los componentes del sistema

Pérdida de estructuras o daños en éstas por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Obstrucciones en las estructuras de entrada y salida

Obstrucciones en los sistemas de pretratamiento y rebose

Presencia de fugas en tuberías y cisternas

Daños físicos en el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

Estado y funcionamiento de bajantes, rejillas y canalones

Verificar el funcionamiento apropiado del sistema de bombeo

Acumulación de lodos en el fondo del tanque

Acumulación de sedimentos en las estructuras

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos

Se recomienda instalar una mira/nivel

Suelo Evidencia de daños por erosión

M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

Zanjas de infiltración En la Tabla 155 se presentan las actividades de operación y mantenimiento recomendadas para realizar en sistemas como las zanjas de infiltración. Dado que esta tipología se fundamenta en la capacidad del suelo para detener e infiltrar la escorrentía, es muy relevante conservar en buen estado el reservorio, de manera que este debe ser limpiado, o incluso reemplazado completamente (con una baja frecuencia). Sin embargo, para reducir la probabilidad de colmatación de este medio, se recomienda realizar una remoción de residuos y material vegetal muerto de manera constante. Tabla 155. Actividades de operación y mantenimiento para las zanjas de infiltración Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados sobre la superficie de la zanja

Remover residuos acumulados en las estructuras de entrada y salida Remover residuos acumulados en los sistemas de pretratamiento y rebose Lavado del drenaje subterráneo

Remover arenas y sedimentos de las estructuras

M >A

Reparar o reemplazar el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar las estructuras de entrada y salida

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar los sistemas de pretratamiento y rebose

SI, por daños en la estructura

353

Actividades de Operación y Mantenimiento Reparar o reemplazar el sistema de drenaje subterráneo

Frecuencia >A

Observaciones SI, por daños en la estructura

Vegetación Podar pastos laterales para mantener la altura de diseño

Replantar y/o reemplazar capa de césped

Según recomendaciones para franjas de césped SI, por poca cobertura vegetal

Remover o cortar raíces de árboles cercanos a la zanja

Remover la maleza que crezca en la zanja o en áreas circundantes

Reservorio Extraer y limpiar la capa de gravilla superficial del reservorio

Extraer y limpiar el material del reservorio

Reemplazar la capa de gravilla

Reemplazar el material del reservorio

SI, por poca infiltración SI, por poca infiltración SI, por poca infiltración SI, por poca infiltración

capacidad de capacidad de capacidad de capacidad de

Otras Barrido de áreas circundantes

Q: Quincenal, M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección

De esta manera, con el fin de desarrollar las actividades de mantenimiento de forma apropiada, se recomienda realizar inspecciones con una frecuencia mínima de un mes, de acuerdo con la Tabla 156. Aunque las pruebas de infiltración y la inspección de colmatación del medio se pueden realizar incluso con frecuencia anual. Es importante resaltar que en caso de que la tipología sea implementada en zonas con altas concentraciones de sedimentos finos, se sugiere llevar a cabo estas inspecciones con una mayor frecuencia, dado que todo el sistema de drenaje se basa en la capacidad de infiltración de la zanja. Tabla 156. Requerimientos de inspección para las zanjas de infiltración Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en los componentes del sistema

Pérdida de estructuras o daños en éstas por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Obstrucciones en las estructuras de entrada y salida

Obstrucciones en los sistemas de pretratamiento y rebose

Daños físicos en el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

Obstrucciones en el sistema de drenaje subterráneo

Acumulación de sedimentos en las estructuras

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos

Se recomienda realizar a mayor frecuencia si se cuenta con estructuras de inspección

354

Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Vegetación Obstrucción en la superficie de la zanja por raíces de árboles

Disminución de la densidad de vegetación óptima

Presencia de especies invasoras y/o maleza sobre la superficie de la zanja Reservorio

Se puede llevar un registro fotográfico para poder realizar comparaciones

Colmatación de la capa de gravilla superficial del reservorio

Colmatación del material del reservorio

Test de infiltración

Aumento de las zonas de pondaje, estancamiento de agua

Se recomienda verificar que el tiempo de pondaje sea menor a 48 h

M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

Zonas de bio-retención Como se describió en secciones previas, las zonas de bio-retención tienen un componente vegetal que es fundamental para el correcto funcionamiento de esta tipología tanto a nivel de retención como a nivel de mejora de la calidad del agua de escorrentía. Por esta razón, las actividades de mantenimiento y operación están enfocadas en la preservación del buen estado de las especies vegetales utilizadas en estos sistemas. Sin embargo, además de la capa vegetal también existen actividades relacionadas al cuidado de otros componentes del sistema (estructuras de entrada, salida, pretratamiento), adicional a algunas consideraciones relevantes en cuanto a las condiciones apropiadas para el suelo (capa orgánica y capa de drenaje). En la Tabla 157 se resumen las principales actividades de mantenimiento que se deben llevar a cabo para mantener un desempeño apropiado de las zonas de bio-retención. Tabla 157. Actividades de operación y mantenimiento para las zonas de bio-retención Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Remover residuos acumulados en las estructuras de entrada y salida Remover residuos acumulados en los sistemas de pretratamiento y rebose Lavado del drenaje subterráneo Remover arenas y sedimentos de las estructuras

M M >A

Reparar los sistemas de disipación de energía

SI, por daños de erosión

Reparar o reemplazar las rejillas

SI, por daños o pérdida

Reparar o reemplazar las estructuras de entrada y salida

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar los sistemas de pretratamiento y rebose

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

SI, por daños en la estructura

Reparar o reemplazar el sistema de drenaje subterráneo

SI, por daños en la estructura

355

Actividades de Operación y Mantenimiento

Frecuencia

Observaciones

Vegetación Podar árboles y arbustos (reúso para la capa orgánica)

Regar árboles, arbustos y césped

Según características de las especies Según condiciones climáticas

Replantar plantas y arbustos

SI, por poca cobertura vegetal

Replantar árboles Tratar árboles enfermos y reemplazar plantas muertas

Remover plantas invasoras

Control de plagas Manejar plagas y eliminar zonas de crecimiento de especies no deseadas Eliminar posibles zonas que promuevan la proliferación de vectores

SI, principalmente roedores

Sustrato y/o capa filtrante Aplicar aireación al suelo si hay pondaje excesivo

Complementar el mantillo para mantener la profundidad de diseño

Remover y reemplazar el mantillo

Escarificar la capa superior del suelo

Restauración y estabilización de zonas erosionadas Reemplazar la capa filtrante

SI, por poca capacidad infiltración SI, por poca estabilidad de vegetación SI, por poca estabilidad de vegetación SI, por poca capacidad infiltración SI, por erosión de la banca

de la la de

Otras Barrido de áreas circundantes

Q: Quincenal, M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual, >A: Mayor a un año, SI: Según Inspección

Por otra parte, cabe resaltar que una gran fracción de estas actividades presentadas se realiza según lo observado en las inspecciones rutinarias. Estas inspecciones deben desarrollarse con una frecuencia mínima recomendada de un mes, aunque según las condiciones particulares de la zona a intervenir la frecuencia puede ser menor. Los aspectos más relevantes que se inspeccionan en las zonas de bioretención se enlistan en la Tabla 158. Tabla 158. Requerimientos de inspección para las zonas de bio-retención Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Observaciones

Componentes del sistema Acumulación de residuos en los componentes del sistema

Pérdida de estructuras o daños en éstas por acciones de vandalismo

Daños físicos en las estructuras por eventos extremos

Obstrucciones en las estructuras de entrada y salida

Obstrucciones en los sistemas de pretratamiento y rebose

Se recomienda realizar la inspección después de eventos extremos

356

Requerimientos de Inspección

Frecuencia

Daños físicos en el recubrimiento (geotextil o geomembrana)

Obstrucciones en el sistema de drenaje subterráneo

Acumulación de sedimentos en las estructuras

Observaciones Se recomienda realizar a mayor frecuencia si se cuenta con estructuras de inspección

Vegetación Revisión fitosanitaria de las diferentes especies

Disminución de la densidad de vegetación óptima

Se puede llevar un registro fotográfico para poder realizar comparaciones

Acumulación de material vegetal muerto

Residuos pueden ser reutilizados

Presencia de especies invasoras y/o maleza

Control de plagas Presencia excesiva de vectores

Sustrato y/o capa filtrante Evidencia de contaminación por aceites, gasolina y otros contaminantes

Evidencia de daños por erosión

Estabilidad de la vegetación y condiciones visuales del mantillo

Test de pH para la capa orgánica

Test de infiltración

Aumento de las zonas de pondaje, estancamiento de agua

Otras Fuentes adicionales de entrada de agua al sistema, conexiones ilegales M: Mensual, T: Trimestral, S: Semestral, A: Anual

Especialmente en el área de entrada y las zonas laterales del sistema

Solo aplica a los sistemas que permiten infiltración al subsuelo Se recomienda verificar que el tiempo de pondaje sea menor a 48 h

Actividades de operación y puesta en marcha Adicional a las actividades generales de mantenimiento y aquellos requerimientos específicos de cada tipología, existe un conjunto de recomendaciones relacionadas a la puesta en marcha y la operación de las tipologías de SUDS, con el fin de promover y preservar los diferentes componentes de estos sistemas de drenaje, de tal forma que mantengan un buen rendimiento. Algunas de estas actividades adicionales corresponden a: - Establecimiento de la vegetación: Algunas tipologías de SUDS funcionan de forma correcta únicamente cuando se cuenta con una cobertura vegetal densa y bien establecida. De esta forma, para asegurar el establecimiento de la 357

vegetación, se debe asegurar un tiempo mínimo para que las plántulas crezcan y las raíces se profundicen. Sin embargo, no existe un valor definido para este tiempo, ya que es variable según la especie de plántula, las condiciones climáticas y las características del suelo. Por lo tanto es importante analizar las especies vegetales que se vayan a implementar y verificar los tiempos requeridos para su establecimiento. A su vez, si las tipologías se construyen en un periodo húmedo, se recomienda bloquear las entradas (vados, tuberías) de forma temporal, de tal forma que las plantas no se vean afectadas por eventos de lluvia fuertes o continuos, los cuales impiden el establecimiento de la vegetación. Cabe resaltar que, en periodos secos, las plántulas pueden requerir de actividades de irrigación para promover su crecimiento y correcto desarrollo. - Control de sedimentos Este tipo de control se debe considerar en todos los proyectos de implementación de SUDS, dado que la mayoría de tipologías son muy sensibles a altas cargas de sedimentos, las cuales se relacionan con erosión y daños en la vegetación de los sistemas implementados. Sin embargo, el control de sedimentos se debe hacer durante la construcción, puesta en marcha y operación de los SUDS. Es muy importante verificar el desarrollo de nuevas construcciones en cercanías a las tipologías, dado que los nuevos desarrollos usualmente producen un aumento considerable de las concentraciones de sólidos y otros contaminantes que pueden afectar la eficiencia de los SUDS e incluso generar daños o colmatar algunas de las estructuras que los componen. Como método más efectivo para el control de sedimentos, se utilizan estructuras anexas como las antecámaras y otros sedimentadores. Sin embargo, en caso de que se prevea un lavado de sedimentos excesivo, se puede proteger el sistema utilizando barreras de detención temporales que impidan la entrada del flujo de escorrentía en estos eventos. - Desviación de la escorrentía El dimensionamiento de las tipologías de SUDS, como se describió en capítulos previos, está determinado por factores como periodos de diseño y análisis probabilísticos de profundidades y duraciones de eventos de lluvia. Sin embargo, cuando se está desarrollando la construcción de las tipologías, o cuando se pone en marcha su funcionamiento, se debe tener en cuenta que en la mayoría de los casos deben desviarse los cursos de agua naturales o los diseñados para el funcionamiento del SUDS, dado que las tipologías no deberían entrar en contacto con la escorrentía antes de entrar en total operación. De lo contrario, si se permite la entrada del agua ésta puede tener efectos adversos en cuanto al establecimiento de la vegetación, saturación del medio, e incluso colmatación por carga de sedimentos. Por estas razones, se suelen implementar mecanismos que desvíen la escorrentía y eviten su entrada hasta que los SUDS estén en óptimas condiciones para su funcionamiento. - Regulación de flujo Otro componente que puede llegar a ser relevante bajo ciertas circunstancias consiste en la capacidad para regular el flujo de agua. La regulación de escorrentía puede hacerse de forma manual (válvulas o compuertas), o de forma automática (sensores de nivel en tiempo real). Por medio de estas estructuras, se puede asegurar, por ejemplo, que en eventos de lluvia extremos el flujo sea desviado hacia el sistema de drenaje convencional. A su vez, si el sistema está en proceso de mantenimiento, o de revegetación, se puede evitar el ingreso de caudales altos para minimizar los daños, por medio de compuertas o válvulas en las tuberías. En este contexto, se recomienda la implementación de 358

controles en la entrada o en las múltiples entradas, y en la salida, además de un sistema de bypass que además de evitar el ingreso del agua, facilite su transporte hacia el sistema de drenaje, con el fin de evitar encharcamientos en la zona. Por último, es importante tener en cuenta que, aunque los sistemas de drenaje en general funcionan por sí solos, y no requieren de una gran cantidad de actividades de operación, el esfuerzo para este tipo de sistemas debe enfocarse en las actividades de mantenimiento, que conforman finalmente los requerimientos bajo los cuales se puede operar un SUDS de manera correcta. De esta forma, para poder operar apropiadamente un tanque de almacenamiento, debe vaciarse el espacio destinado para la recolección del primer lavado, mientras que, para operar un pavimento poroso, se debe aspirar su superficie para disminuir el riesgo por colmatación de las capas inferiores. En conclusión, se recomienda evaluar de manera atenta las actividades de mantenimiento, ya que sin éstas un sistema de urbano de drenaje sostenible no podrá operar de manera adecuada.

359

10. MONITOREO El monitoreo es una técnica de evaluación rigurosa que puede ser utilizada para evaluar la reducción del volumen de diseño, la reducción de flujo máximo y la eficiencia de eliminación de contaminantes para la mayoría de estructuras de drenaje urbano. El monitoreo se lleva a cabo durante los eventos de precipitación en donde se genera escorrentía, para de este modo medir los caudales afluentes y efluentes durante eventos de lluvia. Ahora bien, si la reducción de contaminantes se ha de evaluar, la recolección de muestras de afluentes y efluentes es imprescindible para comparar y determinar las variaciones entre las concentraciones de contaminantes contenidos en la escorrentía. (Erickson, Peter, & Gulliver, 2013) El monitoreo es un conjunto de actividades que permiten medir con precisión la variación de cantidad y calidad de la escorrentía de una cuenca específica, así como evaluar la respuesta de prácticas de drenaje urbano. Algunas de las principales razones por las cuales es necesario monitorear y evaluar los SUDS incluyen (Department of Water- Government of Western Australia, 2007): -

Mejorar y/o corregir algunas características de las tipologías para aumentar su eficiencia. Proveer información para futuros proyectos de implementación de SUDS. Determinar el éxito del manejo de aguas lluvias de acuerdo con los objetivos del programa de manejo local. Verificar el cumplimiento de las normativas locales para los sistemas.

Adicionalmente, se debe considerar el requerimiento de tiempo y recursos que se necesitan para desarrollar un plan completo de monitoreo y evaluación, con el objetivo de que éste sea verdaderamente efectivo y permita determinar el desempeño del proyecto de manera precisa. Por esta razón, se requiere de una planeación previa de las actividades que se realizarán tanto a nivel de monitoreo como a nivel de evaluación, de tal forma que se asegure un acompañamiento frecuente a los sistemas, y se contribuya de manera importante al plan de manejo integral de agua lluvia que se defina a nivel regional (Department of Water- Government of Western Australia, 2007). A continuación, se presentan algunos de los análisis que pueden realizarse a través las actividades de monitoreo y evaluación (Toronto and Region Conservation Authority, 2010): -

Cumplimiento: permite determinar el cumplimiento de la normativa y los requerimientos mínimos de los sistemas de drenaje. Desempeño: evalúa algunos indicadores generales de una tipología o un tren y permite comparar su desempeño frente a otros sistemas. Para ello suelen implementarse metodologías estándar desarrolladas por algunas empresas u organizaciones gubernamentales. Impactos ambientales: valora diferentes aspectos relacionados con la salud ambiental, incluyendo la calidad del agua, efectos en aguas subterráneas, diversidad ecológica y otros indicadores ambientales.

360

Diseño de muestreo Definición de objetivos del monitoreo Para la definición de los objetivos de monitoreo se debe considerar diferentes aspectos tanto económicos como logísticos, o las consideraciones especiales de la tipología de SUDS, o el sitio a intervenir. Estos objetivos pueden consistir en la evaluación de la capacidad de una tipología para reducir la carga contaminante, la capacidad de atenuación de caudal o la estimación de la vida útil del mismo.

Características del sitio Esta etapa consiste en la recopilación y análisis de la información disponible pertinente para el monitoreo, con el propósito de definir los determinantes a medir y un estimativo de los valores esperados de estos en el sitio en que va a ser implementada la tipología. La información recomendada a recopilar es: -

Fuente de escorrentía (techos, cubiertas, pavimentos), definiendo así los contaminantes esperados del caudal de entrada a la tipología implementada.

Estudios previos de calidad de agua en la zona

Datos meteorológicos

Información de diseño (tiempos de viaje y/o retención)

Diseño muestral Para el diseño muestral, lo primero que se debe realizar es la estimación de los datos necesarios para los determinantes a monitorear, en general se recomienda que el monitoreo se realice por un periodo mínimo de un año, para así abarcar la variabilidad estacional. Asimismo, se sugiere realizar la localización de los sitios de medición y el diseño de las estructuras complementarias para el monitoreo. Dentro del diseño muestral se realiza la selección de los parámetros a monitorear, tanto en el monitoreo de la calidad del agua como en el monitoreo hidrológico e hidráulico. A continuación, se describe los componentes de estos. Monitoreo de la calidad del agua1 Determinantes medidos en línea Se recomienda que los determinantes de calidad del agua: pH, oxígeno disuelto, conductividad y temperatura, sean medidos en el sitio de monitoreo mediante métodos estandarizados. En la Tabla 159 se resume el método de medición y el tipo de equipo o dispositivo empleado en estaciones fijas y móviles de redes de calidad hídrica. El monitoreo de algunos determinantes de calidad hídrica tales como oxígeno disuelto, temperatura, conductividad, sólidos disueltos totales y pH se puede realizar empleando sondas multiparamétricas que cuentan con sensores especiales para el registro y almacenamiento continuo de datos, de forma 1

Adaptado de: CAR - Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería, (2009)

361

tal que el operario simplemente se encargue de recoger la información y realizar la calibración y mantenimiento de los equipos de acuerdo con la programación establecida. Tabla 159. Métodos usuales para la determinación de parámetros en línea

Parámetro

Método de Medición

Equipo utilizado

pH Temperatura Oxígeno disuelto Conductividad Sólidos disueltos Sólidos sedimentables Turbidez

Electrodo Electrodo Electrodo/ membrana/luminiscencia Electrodo Electrodo Gravimétrico Electrodo/luminiscencia

pH-metro Termómetro Oxímetro Conductivímetro Electrodo Cono Imhoff Nefelómetro

10.1.3.1.1.1. pH La medida del pH es uno de los ensayos usados con mayor frecuencia en la química del agua. Este ensayo se desarrolla prácticamente en todas las fases del suministro de agua y del tratamiento de aguas residuales (p.ej. neutralización acido-base, precipitación, coagulación, desinfección y control de corrosión), las cuales son dependientes del nivel del parámetro. El pH es usado para determinar la alcalinidad de una solución y para caracterizar el estado ácido o básico de mediciones de dióxido de carbono y de muchos otros balances. Es posible determinar el nivel de pH del agua in situ a través del método electrométrico, el cual es muy preciso al estar libre de interferencias. Este método se emplea generalmente en medidores portátiles, sensores electrónicos portátiles, que pueden registrar lecturas con una precisión de ±0.05 pH unidades y son los más adecuados para el uso en campo. Otros equipos más sofisticados como las sondas colocadas in situ pueden alcanzar una precisión de ±0.01 unidades de pH. Es importante hacer énfasis en el cuidado que requiere el uso de estos equipos, en especial el mantenimiento de los electrodos, ya que se recomienda sustituir periódicamente (p.ej. anualmente) aquellos electrodos desgastados. Esto se debe a que electrodos muy gastados o de mala calidad a menudo pierden la precisión en las lecturas. Por otra parte, si no es posible realizar una medición in situ confiable con sensores electrónicos, puede realizarse una medición indirecta inmediatamente después de que la muestra ha sido obtenida. 10.1.3.1.1.2. - Medición in situ Antes de realizar las mediciones in situ se recomienda limpiar y calibrar en laboratorio los electrodos de pH. A continuación, para realizar la medición se retira la tapa del equipo, se prende y lava con un poco de agua destilada y se introduce hasta la marca indicada en el mismo, evitando tocar algún elemento diferente a la muestra misma. Cuando el equipo registre un valor constante durante al menos 15 segundos, se reporta este valor en el formato de campo junto con la hora del monitoreo (a menos que el registro sea automático y se almacene en memoria). Posteriormente, se lava el equipo con agua destilada, se tapa y guarda para el siguiente punto de monitoreo. Al finalizar, el equipo se lava con abundante agua destilada y se seca evitando tocar el electrodo. En la tapa del equipo se deja agua de grifo para evitar que se seque completamente el electrodo. Se debe considerar que algunos equipos requieren almacenamiento en una solución de KCl3 molar, por lo cual se recomienda leer las 362

instrucciones de operación, almacenamiento y mantenimiento de los equipos antes de emplearlos. Finalmente, es importante registrar la temperatura del agua en el momento de la medición ya que el valor de pH varía con la temperatura. Si la medición no se realiza con el equipo en línea, se puede realizar siguiendo el procedimiento anterior recogiendo una muestra de agua (mayor o igual a 3 litros) en un balde previamente lavado con agua destilada y purgado con la propia agua de la corriente en el sitio. La medición se hace introduciendo el electrodo hasta la marca indicada en el mismo evitando tocar las paredes del balde. 10.1.3.1.1.3. Oxígeno disuelto – OD Debido a que el oxígeno es ligeramente soluble en el agua, la cantidad real de oxígeno que puede estar presente en la solución está determinada por: a) la solubilidad del gas; b) la presión parcial del gas en la atmósfera; c) la temperatura; y d) la pureza del agua, es decir, las concentraciones de sales y sólidos suspendidos entre otros. De aquí que las concentraciones de OD dependen de las características fisicoquímicas en el agua. Por tal motivo, el análisis del OD es clave en el control de la contaminación. El monitoreo de la concentración de OD in situ o en línea puede ser realizado por medio de un instrumento de medición automática basado en el principio de medición de la luminiscencia de un emisor (LDO, del inglés luminescence dissolved oxygen). Este principio es muy útil para monitorear concentraciones de OD en ambientes con altos niveles de contaminación, sólidos en suspensión y/o sedimentos, ya que los dispositivos que utilizan este principio son menos sensibles a estos ambientes que aquellos dispositivos de membrana utilizados con mayor frecuencia para la medición de OD. Adicionalmente, el principio por luminiscencia es más adecuado para monitorear corrientes con niveles muy bajos de oxígeno disuelto. En general, el funcionamiento de un sensor LDO consiste en medir la concentración de oxígeno disuelto en el agua transmitiendo luz azul emitida por un led y registrada por un sensor recubierto con un material luminiscente. El tiempo que tarda el sensor en retornar luz roja producto de la relajación del material luminiscente es medido como tiempo de retraso. Una cantidad mayor de oxígeno disuelto provoca un tiempo de retraso menor. Cuando se recolecta una muestra en campo, el OD se mide con el oxímetro previamente calibrado y ajustado a la altura del sitio de análisis o muestreo (generalmente se hace en el momento de recolección de la muestra). Se sumerge la membrana con el electrodo dentro del cuerpo de agua, se agita sin dejar que tenga contacto con el oxígeno del ambiente, se esperan dos minutos y se procede a registrar la lectura del oxímetro. Es necesario registrar la temperatura del agua en el momento de la medición. 10.1.3.1.1.4. Conductividad La conductividad o conductancia específica es una medida de la propiedad que poseen las soluciones acuosas para conducir la corriente eléctrica. Esta propiedad depende de la presencia, concentración, movilidad y valencia de los iones presentes en la solución, así como de la temperatura a la que se realiza la medición. Esta propiedad de la solución permite cuantificar su estado de composición, es decir, la mayor parte de soluciones de compuestos inorgánicos son buenas conductoras de la corriente eléctrica y, por ende, se registra una conductividad alta. Por el contrario, las moléculas orgánicas al no disociarse en el agua, tienden a conducir la corriente eléctrica en baja escala. 363

Es posible determinar en lĂnea la conductividad por medio de sensores que miden la capacidad del agua para conducir la corriente elĂŠctrica a travĂŠs de una distancia determinada entre conductores de grafito de tamaĂąos especĂficos. La conductividad se mide en milisiemens por metro (1 mS m-1 = 10 ÂľS cm-1 = 10 Âľmho cm-1). Debido a que la conductividad cambia con el tiempo, la mediciĂłn debe realizarse en campo inmediatamente despuĂŠs de recoger la muestra. AdemĂĄs, debido a que la conductividad depende de la temperatura, si el dispositivo de mediciĂłn no realiza automĂĄticamente una correcciĂłn por temperatura, entonces ĂŠsta debe medirse y registrase. Finalmente, considerando la aplicabilidad de la mediciĂłn, es viable determinar la conductividad de soluciones que se encuentren en el rango entre 10 y 10,000 Âľmho cm-1 (incluso hasta 50,000 Âľmho cm-1), ya que las mediciones por fuera de estos lĂmites son difĂciles de medir con los componentes electrĂłnicos y celdas convencionales (APHA, AWWA, y WEF, 2005 citado en CAR - Universidad Nacional de Colombia Facultad de IngenierĂa, 2009) 10.1.3.1.1.5. Determinantes derivados La mediciĂłn directa de la conductividad permite cuantificar determinantes como la salinidad y la concentraciĂłn de sĂłlidos disueltos totales (TDS) por medio de correlaciones matemĂĄticas; mediciones indirectas o derivadas. 10.1.3.1.1.6. SĂłlidos disueltos totales Los sĂłlidos disueltos totales cuantifican la porciĂłn de sĂłlidos que pasan a travĂŠs de un filtro de 2.0 Âľm (o mĂĄs pequeĂąo) de tamaĂąo de abertura nominal bajo condiciones especĂficas. Los sĂłlidos suspendidos son la porciĂłn retenida sobre el tamiz. En general este parĂĄmetro se mide con un electrodo in situ, el cual estĂĄ ensamblado a una sonda multiparamĂŠtrica. Para corroborar las mediciones de campo existen correlaciones aplicables a muestras de agua a las cuales se les han realizado anĂĄlisis completos. Estos incluyen pH, conductividad, TDS, y constituyentes mayores catiĂłnicos y aniĂłnicos como indicadores de la calidad general del agua. A continuaciĂłn, se presentan algunas relaciones que permiten detectar valores inciertos en la mediciĂłn de TDS. 10.1.3.1.1.7. Medida de TDS = CĂĄlculo de TDS2 La medida de la concentraciĂłn de TDS debe ser mĂĄs alta que la calculada, ya que no se incluye la contribuciĂłn significativa dentro del cĂĄlculo que se realiza. Si el valor medido es mĂĄs bajo que el calculado, la mayor cantidad de iones y valores medios son sospechosos, por lo tanto, la muestra se debe volver a analizar. Si la mediciĂłn de la concentraciĂłn de sĂłlidos es mĂĄs alta que el 20% de la calculada, la menor cantidad de iones es sospechosa y los componentes seleccionados se deben volver a analizar. El rango aceptable es el siguiente: đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2021;đ??ˇđ?&#x2018;&#x2020; < 1.2 đ??śđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2021;đ??ˇđ?&#x2018;&#x2020; Donde đ?&#x2018;&#x2021;đ??ˇđ?&#x2018;&#x2020; = Solidos disueltos totales. 1.0 <

(167)

364

10.1.3.1.1.8. Medida de EC = Calculo de EC Si el cĂĄlculo de la conductividad elĂŠctrica (EC) es mĂĄs alta que el valor medido, es necesario volver a analizar la cantidad mayor de iones. Si el cĂĄlculo de EC es menor que el valor medido, es necesario volver a analizar la cantidad menor de iones. El rango aceptable es el siguiente: đ??śđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ??¸đ??ś < 1.2 đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ??¸đ??ś Donde đ??¸đ??ś = Conductividad elĂŠctrica. 0.9 <

(168)

10.1.3.1.1.9. CĂĄlculo de TDS con la proporciĂłn de EC Si la relaciĂłn del cĂĄlculo de TDS a la conductividad estĂĄ por debajo de 0.55, la menor cantidad de iones es sospechosa, y por tanto es necesario volver a analizar la muestra. Si la relaciĂłn estĂĄ por encima de 0.7, la mayor cantidad de iones es sospechosa y por ende es necesario volverla a analizar. Si la disociaciĂłn de calcio es pobre e iones sulfato estĂĄn presentes, los TDS pueden ser tan altos como 0.8 veces el EC. El rango aceptable es el siguiente: đ??śđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2021;đ??ˇđ?&#x2018;&#x2020; < 0.7 đ??śđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018; Donde đ?&#x2018;&#x2021;đ??ˇđ?&#x2018;&#x2020; = Solidos disueltos totales. 0.55 <

(169)

10.1.3.1.1.10. Medida de TDS con la relaciĂłn de EC El criterio aceptable para esta relaciĂłn estĂĄ entre 0.55 a 0.7. Si la relaciĂłn de TDS a EC estĂĄ fuera de estos lĂmites, la mediciĂłn de TDS o de conductividad es sospechosa, y es necesario volver a analizar la muestra. 10.1.3.1.1.11. SĂłlidos sedimentables Los sĂłlidos sedimentables son aquellos formados por las partĂculas mĂĄs densas que el agua, que se mantienen dispersas dentro de ĂŠsta en virtud de la fuerza de arrastre causada por el movimiento o turbulencia de la corriente. Por esta razĂłn, se sedimentan rĂĄpidamente por acciĂłn de la gravedad cuando la masa de agua se mantiene en reposo. Cuanto mayor es la turbulencia del agua, mayor es su contenido en sĂłlidos sedimentables y mayor el tamaĂąo y densidad de las partĂculas que son arrastradas por el agua. De esta forma, los sĂłlidos sedimentables son una medida indirecta de la turbulencia del cuerpo de agua de donde proceden las muestras. La mediciĂłn de los sĂłlidos sedimentables en campo o en laboratorio se realiza por medio del cono Imhoff. Se debe agitar fuertemente la muestra y llenar hasta el aforo del cono de un litro. Posteriormente, esperar una hora y registrar la lectura del volumen de sĂłlidos que se ha sedimentado, segĂşn la escala del cono. El valor obtenido es el volumen de sĂłlidos sedimentables de la muestra analizada. 10.1.3.1.1.12. Temperatura La temperatura es una variable muy importante en el monitoreo de la calidad del agua debido a que la mayorĂa de las reacciones varĂan con ella. Adicionalmente, es un indicador adecuado para el conocimiento del origen del agua y de la ocurrencia de posibles mezclas. Por tanto, es importante 365

determinar la temperatura del agua con la mayor precisión posible, ya que este factor físico es significativo en la variabilidad de los coeficientes de solubilidad de las sales y principalmente de los gases, lo cual afecta los valores de medición de conductividad y pH. La medición de datos in situ se realiza con sensores que contienen un termómetro electrónico individual o integrado a otro sensor, por ejemplo, sensor de OD y/o sensor de conductividad. Cualquier tipo de sensor permite tomar datos en intervalos de tiempo definidos en un periodo determinado, de esta manera se garantiza un monitoreo continuo de la temperatura en el cuerpo de agua en estudio. Es más conveniente tener lecturas de este parámetro a partir del uso de equipos sensores que registren de modo continuo valores en un periodo de tiempo. En lo posible, la medición de la temperatura se debe realizar directamente, sin extraer la muestra, sumergiendo el termómetro en el cuerpo de agua. Si se requiere extraer una muestra, se toma un volumen mínimo de 1 litro en un envase de polietileno o de vidrio limpio que permita la inmersión del bulbo. Si la temperatura del líquido difiere en más de 20°C de la del ambiente, la incertidumbre sobre la temperatura en el punto muestreado puede rebasar los  0,2 °C debido a pérdidas térmicas en el intervalo de tiempo que separa la toma de la muestra y la lectura de la temperatura. Toma de muestras para caracterización en laboratorio Para realizar una cuantificación completa de la calidad de agua de escorrentía, se deben realizar análisis físicos, químicos, biológicos y microbiológicos en laboratorio. El análisis de las muestras debe ser realizado por un laboratorio certificado que garantice el cumplimiento de estándares iguales o equivalentes a los dictados por la Asociación Americana de Salud Pública, la Asociación Americana de Obras Hidráulicas y la Federación Ambiental de Aguas de EEUU (Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater, APHA/AWWA/WEF, 2005) los cuales constituyen la guía de procedimientos de mayor importancia dentro del análisis de la calidad del agua superficial y residual. Durante la recolección de muestras es posible emplear metodologías manuales o automáticas (con muestreador automático). En las primeras, una comisión de campo se encarga directamente de ir a los sitios de muestreo y se recolectan las muestras en los diferentes puntos de monitoreo para posteriormente transportarlas al laboratorio para realizar los ensayos y análisis. La metodología automática, consiste en la recolección de las muestras por medio de un equipo electro-mecánico ubicado en campo, el cual es programado de acuerdo con el tipo de muestra requerida. Es posible realizar los análisis de estos determinantes mediante la recolección de tres tipos de muestras: 1) puntuales; 2) compuestas; y 3) integradas. Sin importar el tipo de muestra a tomar, el personal encargado de realizar la recolección de las muestras debe ser entrenado para seguir los procedimientos propuestos en estándares nacionales e internacionales relacionados con: recolección, almacenamiento, preservación y transporte de las muestras. Para obtener un número de muestras suficiente y representativo que permita realizar un monitoreo continuo del agua que entra y sale de las tipologías, se recomienda realizar el muestreo utilizando un equipo automático (p. ej. Auto-muestreador) el cual se programa para realizar la recolección y almacenamiento de muestras en momentos específicos, de acuerdo con las condiciones de flujo o el tipo de muestreo a realizar. Los muestreados automáticos también ofrecen la posibilidad de refrigerar y preservar la muestra almacenada, previniendo posibles alteraciones o trasformaciones químicas indeseadas. 366

El volumen de muestras recolectadas depende del tipo y cantidad de determinantes a cuantificar. Es indispensable obtener un volumen suficiente de la muestra para todos los análisis requeridos, más una cantidad adicional para compensar cualquier muestra incompleta o la repetición de algún análisis. La Tabla 160 proporciona una guía para determinar el volumen mínimo requerido para el análisis de cada uno de los determinantes de calidad del agua medidos fuera de línea. Adicionalmente, es importante consultar con el laboratorio de recepción sobre cualquier requerimiento específico de volumen de muestras no contemplado en el presente documento. Las especificaciones presentadas en la Tabla 160 se han definido con base en los métodos estándar de evaluación de agua y agua residual aprobados por la EPA (APHA/AWWA/WEF, 2005) y las recomendaciones del laboratorio Integrado de Ingeniería Civil & Ambiental de la Universidad de los Andes. Tabla 160. Requerimientos mínimos para toma de muestras de calidad de agua y posterior análisis en laboratorio

Determinante

Recipiente

Volumen (ml)

Almacenamiento

Preservación

Coliformes Totales

Plástico

200

Inmediatamente

Refrigeración <4°C

E-Coli

Plástico

200

Inmediatamente

Refrigeración <4°C

DBO5 Total

Plástico

2000

6 horas

Refrigeración <4°C

DBO Soluble

Plástico

2000

6 horas

Refrigeración <4°C

Vidrio ámbar

500

Hasta 28 días

1 ml H2SO4 pH <2

Plástico

200

7 días

Refrigeración <4°C

Plástico

100

Inmediatamente

Refrigeración <4°C, pH<2

Vidrio ámbar

Incluido en DQO

28 días

Refrigerado <4°C, pH <2 H2SO4

Nitratos NO3

Plástico

100

Inmediatamente

Fósforo soluble reactivo Sulfatos

Plástico

100

Inmediatamente

Plástico

100

Cloruros Totales

Plástico

100

Cromo Hexavalente

Plástico

500

DQO Total Sólidos Suspendidos Totales Sólidos Suspendidos Volátiles

Amonio NH3

Nitrógeno total Kjeldahl NTK

Refrigerado <4°C, pH <2 H2SO4 Refrigerado <4°C, pH <2 H2SO4 Refrigerado 4°C

No necesita preservación Refrigerar a 4 °C y ajustar pH a 9 con hidróxido de sodio 1N

367

Determinante

Recipiente

Hierro

Plástico

Manganeso

Plástico

Volumen (ml)

500

Almacenamiento

Preservación

HNO3 pH<2 Inmediato

HNO3 pH<2

Potasio

Plástico

1000

Clorofila-a

Plástico

2000

0.7ml por 100ml de solución Lugol

Fitoplanton

Plástico

500-1000 (aguas eutroficadas) 6000 (aguas oligotróficas)

10 ml por de solución Lugol al 1% 1000 ml de muestra

Perifiton

Plástico

HNO3 pH<2

1 mes

Formalina al 5% 5 ml de formaldehido Índice de Bolsa de 1000 de por cada litro de agua invertebrados plástico zip1 mes sedimento que acompaña el acuáticos SAAS plock sedimento Fuente: adaptado de (Manrique y Velásquez, 2008; Uniandes Acuagyr, 2005; APHA/AWWA/WEF, 2005; EPA, 2004)

Monitoreo hidrológico e hidráulico2 La recolección precisa y análisis de datos hidrológicos e hidráulicos son dos de los componentes más importantes de un estudio de monitoreo. Esto se debe en parte a que la precipitación y otros datos meteorológicos son componentes clave de los balances hídricos en las cuencas, y por lo tanto necesarios para evaluar el desempeño de las tipologías de SUDS. Asimismo, se requieren mediciones de flujo para completar los cálculos del balance y de esta manera estimar el volumen retenido en cada sistema. Los datos hidrológicos e hidráulicos se pueden capturar utilizando una variedad de métodos y equipos, cuya selección afecta directamente la calidad y usabilidad de los datos. Precipitación El monitoreo de la precipitación permite determinar en qué momento inicia el muestreo, así como proporcionar información de las características del evento, como profundidad, duración e intensidad. Cuando se combina con las características del área tributaria y uso de la tierra, los datos de precipitación pueden proporcionar una "verificación de la realidad" en los datos de flujo. La obtención de datos de precipitación de precisión confiable es relativamente económica, por lo que los beneficios de contar con estos datos por lo general son mayores que los costos. A continuación, se presentan los mecanismos de medición de precipitaciones comúnmente utilizados. -

Pluviómetro estándar:

Instrumentos cilindros de plástico o metal que se colocan verticalmente en el suelo para recoger el agua lluvia. Estos dispositivos típicamente se leen de forma manual diariamente. Constan 2

Adaptado de: Geosyntec Consultants and Wright Water Engineers, Inc., (2009)

368

principalmente de un tubo de medición y un embudo colector. Cuando llueve, un embudo colector de 8” dirige el agua de precipitación al tubo de medición, que puede variar en capacidad de 0.5 a 2”. La cantidad de agua en el tubo se mide usando una vara de medir en el dispositivo, que está marcada típicamente cada centésima de pulgada. Al utilizar este dispositivo, es importante leer manualmente cantidades de lluvia inmediatamente después de un evento para evitar así la subestimación debido a la evaporación. -

Pluviómetro de balancín:

Corresponde a un medidor de balancín y consta de un embudo que dirige la precipitación a uno de dos pequeños "cubos". Una vez que una cantidad dada de lluvia cae en el embudo, por lo general 0.01”, un mecanismo basculante vacía el cubo llenado y mueve la cubeta. Cuando esto sucede, una señal eléctrica se envía a una grabadora que registra la cantidad de precipitación recogida durante un cierto período. Este tipo de medidor de lluvia no es tan preciso como un pluviómetro estándar en la recolección de la cantidad específica de precipitación que cayó, pero es útil para determinar el hietograma del evento. - Pluviómetro de pesaje: La precipitación es dirigida a un recipiente para registrar el peso del contenido en un intervalo de tiempo prescrito (típicamente cada pocos minutos). Este instrumento no suele subestimar las lluvias intensas, ya que tiene un accesorio adjunto que se ajusta alrededor del dispositivo para crear un vacío que reduce los efectos del viento. Estos suelen ser más costosos y requieren más mantenimiento que otros mecanismos. Es importante posicionar medidores de precipitación dentro o tan cerca como sea posible del área de drenaje afluente. La instalación y mantenimiento de un medidor de lluvia adecuada es importante y es relativamente sencillo si se siguen las pautas de los fabricantes. Asimismo, es posible utilizar datos en tiempo real disponibles a través de Internet. Estas estaciones son convenientes si están próximas al sitio a monitorear, o como una estimación general de precipitación si se encuentran más lejos de la estación de seguimiento. Normalmente se deben instalar medidores de precipitación en el sitio de estudio para obtener datos precisos de precipitación y, de igual forma, se podrá recurrir a estaciones pluviométricas cercanas a la localización del sistema implementado, desde que se puedan acceder a los datos con facilidad. Recolección de otros datos meteorológicos Adicional a la lluvia, otros datos meteorológicos como temperatura, humedad, velocidad del viento, presión barométrica y evapotranspiración pueden ser útiles para evaluar las condiciones del sitio y el desempeño del prototipo de SUDS empleado. Para esto se pueden utilizar equipos de medición en el sitio o datos recolectados por estaciones climatológicas dentro de la zona de influencia. Métodos de medición de flujo Es importante que los dispositivos de medición puedan monitorear con precisión una amplia gama de eventos de escorrentía, incluidos eventos pequeños. Por lo general el flujo de agua a través de los

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SUDS, es adaptable a una configuración de flujo en canal abierto. A continuación, se presentan algunos de los factores a considerar en la selección del método de medición de caudal: -

Rango de caudales. Adaptabilidad a las condiciones del sitio. Adaptabilidad a las condiciones de funcionamiento variables. Tipo de mediciones y registros necesarios. Requisitos de funcionamiento. Longevidad del dispositivo para el entorno determinado. Requisitos de mantenimiento. Requisitos de construcción e instalación. Dispositivo de normalización y calibración. Verificación de campo, solución de problemas y reparación. Vandalismo.

Los dispositivos de medición de flujo más utilizados en el monitoreo de SUDS son los canales y vertederos. Estos dispositivos permiten medir con precisión los caudales, mediante la creación de una geometría de canal en el que el sistema hidráulico se controla (una "sección de control") usando ecuaciones empíricas de calibración (es decir, generadas en el laboratorio o por el fabricante) para relacionar nivel de agua con caudal. No obstante, cabe destacar que existen otras alternativas como las reglas de medición en línea, dispositivos electrónicos de medición láser, e incluso velocímetros. La selección del mecanismo de medición debe realizarse según los requerimientos de frecuencia, precisión, magnitud de los eventos y costos asociados. Vertederos Un vertedero es una obstrucción colocada a través de un canal abierto o dentro de un tubo, para que el agua fluya sobre el borde superior del vertedero o a través de una abertura claramente definida en el plano. Se pueden utilizar una gran variedad de tipos de vertederos para medir la descarga. Los tres más comunes son: rectangular; trapezoidal y triangular. Cada tipo de vertedero tiene una ecuación específica de descarga para determinar el caudal a través del vertedero. Estos son generalmente de bajo costo, de fácil de instalación, y pueden ser muy precisos cuando se usa correctamente. Los vertederos se deben inspeccionar regularmente para eliminar sedimentos o residuos acumulados. Si se producen grandes cantidades de sedimentos en el flujo, entonces el uso de un canal puede ser más apropiado. - Vertedero de cresta delgada: El vertedero de cresta delgada es una estructura hidráulica bien conocida y empleada para aforar corrientes naturales y canales artificiales. La ecuación de descarga de un vertedero de cresta delgada y muesca está especificada en las normas ISO 1438 y 1980. El vertedero de cresta delgada (ver Figura 155) ha probado ser una estructura altamente eficiente, con errores en la medición de descargas del 2%.

370

đ?&#x2018;&#x201E; = 0.554(1 â&#x2C6;&#x2019; 0.003 â&#x201E;&#x17D;â &#x201E;đ?&#x2018;?)đ?&#x2018;?â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2018;&#x201D;â&#x201E;&#x17D;3â &#x201E;2

(170)

Donde đ?&#x2018;&#x201E; = Caudal, â&#x201E;&#x17D; =altura sobre la cresta y đ?&#x2018;? =el ancho del vertedero

Figura 155. Ejemplo de vertedero de cresta delgada Fuente: CAR - Universidad Nacional de Colombia Facultad de IngenierĂa, 2009

Canales Un canal de mediciĂłn de flujo es un canal construido especialmente (o prefabricado) con una secciĂłn convergente de entrada, una secciĂłn de garganta, y una secciĂłn divergente de salida. Ă&#x2030;ste puede ser mĂĄs costoso y difĂcil de instalar que un vertedero debido a su diseĂąo complejo; sin embargo, puede proporcionar resultados precisos y reducir significativamente los problemas de mantenimiento. Una de las estructuras hidrĂĄulicas de mayor aplicaciĂłn consiste en la canaleta Parshall, la cual, por medio de elevaciones y contracciones en el canal, facilita la mediciĂłn del caudal que transita por esta estructura.

Procedimiento para la inspecciĂłn y evaluaciĂłn de los sitios de muestreo Con el fin de garantizar las condiciones de operaciĂłn tanto de los equipos como de la infraestructura, se debe llevar a cabo una evaluaciĂłn constante del estado en el cual se encuentran los elementos que las componen y su funcionamiento, para lograr la operaciĂłn y la toma de datos segĂşn el plan operativo propuesto. Dentro del reporte llevado a cabo por el operario se deben consignar los siguientes Ătems: -

Fechas de calibraciĂłn y mantenimiento de los equipos. Reporte de daĂąos tanto en los equipos como en las estructuras. Anormalidades en el funcionamiento de los equipos y estructuras. Condiciones de operaciĂłn del sistema elĂŠctrico dispuesto para el funcionamiento de los equipos. Condiciones vulnerabilidad de los equipos y estructuras, en cuanto a seguridad como a la acciĂłn de elementos externos. 371

Por otra parte, se recomienda realizar las siguientes actividades en el sitio de muestreo: - Determinar el orden del muestreo. - Iniciar el monitoreo anotando todas las observaciones pertinentes en los formatos de campo apropiados. - Es indispensable llevar al sitio de muestreo un recipiente con agua destilada en cantidad suficiente y recipientes para recoger los desechos líquidos y sólidos que se generen durante el muestreo.

Perfil del personal requerido Todo el personal encargado del muestreo debe ser entrenado previamente en el manejo de los equipos y en todos los procedimientos que sean necesarios ejecutar en campo. Este entrenamiento debe ser dirigido por un experto en estos campos. Todo el personal debe ser responsable de cumplir y obedecer con todos los requerimientos de control de calidad correspondientes a su función organizacional o técnica. A continuación, se presentan los requisitos básicos que se recomiendan tener en cuenta al momento de realizar la selección del personal encargado de operar los sistemas de monitoreo. -

Conocimiento de la Norma ISO NTC 17025:2005. Manejo de la cadena de custodia, etiquetado y embalado de muestras. Manejo y conocimiento de equipos de campo para recolección de muestras en forma automática y manual, medición de parámetros en línea como pH, conductividad, oxígeno disuelto, temperatura. Calibración de los equipos para la recolección de muestras. Habilidad para la preparación de equipos y materiales para la realización de muestreos. Conocimiento de la seguridad en actividades de campo.

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11. CONSIDERACIONES SOCIALES Introducción Los sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS) están orientados hacia tres objetivos fundamentales: mejorar la calidad del agua de escorrentía, disminuir su cantidad y promover la amenidad y biodiversidad del área intervenida (Susdrain, 2012). El objetivo de amenidad y biodiversidad involucra a su vez el componente social, en el que se busca generar un ambiente apropiado para la comunidad en un proyecto de implementación de SUDS. La inclusión de la comunidad dentro de la implementación de SUDS juega un papel importante, ya que mediante ésta se podrá generar una apropiación de los sistemas desarrollados. La apropiación social de los SUDS se entiende como un proceso de comprensión e intervención de la relación directa que hay entre los SUDS y la sociedad; construido a partir de la participación activa de los diversos grupos sociales. El objetivo de generar esta apropiación social consiste en evitar la enajenación de la comunidad, por medio de la traducción y ensamblaje de las diferentes perspectivas de los actores involucrados (Momtaz & Kabir, 2013). En el presente capítulo, se presenta una metodología para la inclusión social, que facilita la apropiación social de los SUDS en una comunidad. Asimismo, se describe la aplicación de dicha metodología en el caso del Parque Metropolitano San Cristóbal.

Herramientas de participación En esta sección se presentan los pasos a seguir para implementar cada una de las herramientas de participación mencionadas previamente en la metodología general para la inclusión de la comunidad.

Encuesta La encuesta se define como una herramienta técnica cuantitativa de investigación sociológica que es aplicada a una muestra representativa de una población, utilizando procedimientos estandarizados de interrogación (FiloCosta, 2012). Esta tiene como objetivo obtener información sobre tendencias generales respecto a un tema. Las encuestas a implementar deben tener en cuenta los siguientes aspectos:    

Cada pregunta debe tener un objetivo claro dentro del marco referencia del proyecto de sistema de drenaje urbano sostenible. Debe tener una estructura interna clara de tipo embudo, de preguntas genérales a específicas. La aplicación de la encuesta no debe tardar más de media hora. Se debe usar el mismo lenguaje de la población a la que se le va a aplicar (Generalilat de Catalunya Departament d'Ensenyament, s.f.).

Un ejemplo de una encuesta aplicada para un proyecto de SUDS puede ser consultada en el Anexo 3.

373

Entrevista La entrevista es una herramienta participativa de tipo cualitativa que tiene como objetivo obtener información sobre temas específicos, consultando directamente a las personas sobre sus opiniones y conocimiento. Se aconseja que la entrevista siga el mismo hilo conductor de la encuesta, pero dándole libertad al encuestado de dar información adicional al respecto (Garzón, s.f.).

Cartografía social La cartografía social es una propuesta conceptual y metodológica que permite aproximarse al territorio y construir con conocimiento integral de éste (SENA, 2009). Esta herramienta permite obtener información sobre la realidad de los usos de los terrenos a intervenir. Para llevar a cabo la cartografía social, es necesario realizar un croquis del área de interés, en donde se muestre de manera clara y concisa las diferentes zonas del territorio. Adicionalmente, se deben generar convenciones que describan los posibles usos que la comunidad le da a estas zonas. En la Tabla 161 se presentan una serie de convenciones que pueden ser utilizadas en este proceso. Las convenciones pueden ser ampliadas dependiendo del tipo de información que se desee recolectar. Tabla 161. Convenciones para el desarrollo de cartografía social

Símbolo --------------------X

Significado Inundación/ Encharcamiento Actividades Recreativas Peligro (delincuencia)

Taller informativo Este tipo de taller es un espacio en el que se pretende generar conocimiento respecto a un tema específico. Cabe resaltar que la cantidad de información presentada debe ser concisa y clara, ya que explicaciones extensas tienden a dispersar y generar confusión en las personas (Reina, R., & Unger, 2003). Adicionalmente, se requiere de un apoyo gráfico para que la explicación sea captada más fácilmente.

Taller participativo Se entiende como taller participativo un espacio de generación de conocimiento sobre un tema determinado. Para el caso específico de los SUDS, se busca recopilar información sobre preferencias a nivel paisajístico y dimensionamiento de las tipologías y de esta forma poder incluir la experiencia y los conocimientos de la comunidad en el diseño de las tipologías. Para desarrollar el taller participativo se utilizan modelos gráficos que permitan visualizar la discusión en torno a un proyecto; además de esto, se debe contar con un mediador o facilitador, que se encargará de organizar la discusión (Centro de Estudios de Opinion, s.f.). Es importante tener claro cuáles son preguntas que se pretenden resolver durante la sesión.

Grupo focal El grupo focal es una herramienta participativa que requiere de un grupo de personas especializadas. A partir de este instrumento se pretende generar una discusión técnica acerca de las limitaciones del 374

proyecto (Gobierno de Chile, Ministerio de Vivienda y Urbanismo, 2010). Para llevar a cabo el grupo focal se usan modelos gráficos con el fin de visualizar la discusión en torno a un proyecto. De manera similar al taller participativo, se debe contar con un mediador o facilitador que organice la discusión, y se debe tener claridad sobre los objetivos a alcanzar con los diferentes temas incluidos en la sesión.

Carteles informativos El cartel informativo es una herramienta por la cual se desea informar a la comunidad sobre el proyecto de SUDS que se está llevando acabo. Para desarrollar un cartel informativo que cumpla con el objetivo deseado, éste debe seguir los siguientes parámetros (New York University Libraries, 2015):       

La información importante se debe poder leer a una distancia aproximada de 3 metros. El titulo debe ser corto y llamativo. El número de palabras debe estar entre 300 y 800. El contenido debe ser claro y conciso. El uso de viñetas y titulares es recomendado. El uso de gráficas, colores y fuentes deben ser apropiados al contexto. Debe incluir los nombres de los encargados del proyecto así como sus colaboradores.

Carteles formativos El cartel formativo es una herramienta que pretende concientizar y educar a los actores que se encuentran inmersos en la implementación de los SUDS, debido a que también puede ser visto como un llamado de atención respecto a los hechos que posiblemente puedan afectar el funcionamiento del SUDS. Es de vital importancia que la información expresada gráficamente sea clara y esté acompañada por un texto corto (Elías, sf). Es importante resaltar que ambos tipos de carteles (informativos y formativos) pueden convertirse en una herramienta beneficiosa al permitir al público en general aprender sobre los sistemas de drenaje y los beneficios de la conservación del recurso hídrico, entre otros. Los carteles pueden utilizarse como mecanismo para realizar visitas a las instalaciones, por ejemplo para el caso de grupos de estudiantes de colegio.

Jornadas Las jornadas se llevan a cabo con el objetivo de generar apropiación de las estructuras de SUDS implementadas. Para realizar una jornada se deben seguir los siguientes pasos (Centro de Estudios en Recreación, Tiempo Libre y Pedagogía, 2004):

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Después

Durante

Antes

Tabla 162. Actividades a realizar durante las jornadas.

              

Actividades Realizar reuniones de coordinación. Gestionar presupuesto y financiación. Lanzar la promoción de la Jornada. Revisar y preparar escenarios. Pedir permisos necesarios. Diseñar la jornada y plantar objetivo. Supervisar que se sigan los lineamientos del diseño de la jornada Llevar la asistencia de los actores. Prever alternativas ante posibles problemas. Espacio de Preguntas Terminar la jornada Tabular asistencia de la jornada. Evaluar el evento. Verificar el cumplimiento del objetivo propuesto. Hacer informe consignando sugerencias que sirvan para posteriores eventos.

Objetivo Planificar de manera correcta todos los aspectos relacionados con la jornada para garantizar su éxito.

Ejecutar y verificar la planeación anteriormente diseñada para garantizar el éxito de la misma. Evaluar la ejecución resultados de la jornada.

En la metodología planteada se proponen dos tipos de jornadas explicadas a continuación: Jornadas de integración Las jornadas de integración tienen como finalidad generar conocimiento sobre la estructura de SUDS construida, su función dentro de la comunidad y los cuidados que ésta requiere. Así mismo, se desean formar líderes comunitarios con una visión clara sobre la estructura implementada, para que estos entiendan, comprendan y puedan participar en forma activa en el cuidado de la misma (Centro de Estudios en Recreación, Tiempo Libre y Pedagogía, 2004). Jornadas de educación Las jornadas de educación buscan estimular a los diferentes actores de interés a cuidar la estructura de SUDS, adicionalmente pretenden presentar de manera enfática como las actividades realizadas sobre éste interfieren con el funcionamiento correcto de la misma. (Centro de Estudios en Recreación, Tiempo Libre y Pedagogía, 2004).

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Metodología general La metodología planteada consta de tres etapas: previa a la construcción, durante la construcción y posterior a la construcción de los SUDS. Esta división se plantea debido a que cada una de las fases involucra actividades diferentes. A continuación, se presentarán las especificaciones de cada una de las etapas.

Etapa previa a la construcción El objetivo de la fase previa a la construcción consiste en recolectar la mayor cantidad de información posible sobre los usos actuales que se le dan al terreno donde se pretende construir los SUDS. Por otra parte, se busca informar a la comunidad sobre el proyecto que se llevará a cabo, tomando en consideración algunos aspectos como: beneficios por su implementación, recomendaciones de operación, así como instrucciones y orientación sobre cómo llevar a cabo las diferentes actividades de monitoreo y mantenimiento. Adicionalmente, se pretende identificar a todos los actores de interés, su conocimiento al respecto de los SUDS y delimitar, a partir de un trabajo conjunto entre los actores, la zona de influencia del territorio que será intervenida. Una vez identificados estos actores, se espera que estos aporten información relevante sobre preferencias de algunos aspectos modificables del diseño, tales como paisajismo y dimensionamiento. En la Figura 156 se presenta el diagrama de flujo de la metodología a aplicar en la etapa previa a la construcción. Este diagrama de flujo se compone de los siguientes pasos: 

Localizar el área de interés para la implementación de SUDS: se debe realizar un primer acercamiento a la zona en donde se planea desarrollar el SUDS. Esta primera etapa se puede realizar por medio de herramientas georeferenciales, tales como Google Maps y Google Street View.



Identificar los actores involucrados: visitar la zona de interés para identificar los actores que tengan algún interés en el proyecto. Esto se realiza en campo mediante un recorrido detallado del terreno En adición, es necesario realizar una búsqueda sobre las entidades encargadas de la administración y mantenimiento del área a intervenir.



Comunicarse directamente con la comunidad: en este paso se busca establecer contacto directo con las personas que frecuentemente interactúan con la zona a intervenir y así obtener información relevante. Si se llegarán a presentar dificultades para establecer una comunicación con la comunidad, se recomienda buscar incentivos que faciliten la interacción.



Realizar encuestas y cartografía social: con estas dos herramientas se pretende recolectar información sobre el uso y la zona de influencia del territorio a intervenir. Así mismo, se busca identificar el conocimiento previo de los actores sobre los SUDS. Más adelante se presentará en detalle cómo desarrollar estas actividades.



Contactar entidades involucradas: dado que las entidades representan a la comunidad y tienen, en la mayoría de los casos, una visión administrativa del entorno, es importante involucrarlas en

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los proyectos de SUDS, ya que pueden ofrecer una visión integral de la comunidad y sus interacciones. 

Realizar encuesta/entrevista y/o cartografía social: el objetivo de esta etapa es recopilar información primaria y relevante de cada entidad con respecto a la caracterización de la población y zona de influencia del territorio a intervenir. Lo anterior se puede realizar mediante el desarrollo de encuestas o entrevistas, dependiendo del número de personas a las que se dirige. Asimismo, se realiza la actividad de cartografía social a aquellas entidades que posean información pertinente acerca de las dinámicas de la comunidad en el territorio.



Desarrollar actividad específica con la población seleccionada: la actividad a aplicar debe ser específica para cada entidad, debido a que la información que se desea recolectar de cada una de éstas es diferente. Estas actividades específicas pueden ser talleres informativos, talleres participativos o grupos focales. En la Tabla 163 se presenta una breve descripción de cada herramienta participativa o actividades específicas. Se debe seleccionar una de estas actividades a partir de los objetivos a alcanzar con cada entidad. Tabla 163. Descripción herramientas participativas.

Actividad Taller informativo

Taller participativo

Grupo focal



Descripción Consta de actividades en las cuales se le da a conocer a la comunidad las características, cuidados, beneficios y funcionamiento de los SUDS. Se recomienda realizar esta socialización por medio de imágenes y mediante la utilización de lenguaje coloquial. Consiste en generar una discusión alrededor de los SUDS en el que sea posible identificar problemáticas y preferencias sobre las características modificables o adaptables del diseño. Esta herramienta puede ser implementada en caso de que se cuente con un grupo de especialistas en el área de interés, para de esta manera conocer sus opiniones y perspectivas en relación a la implementación de SUDS. El objetivo de éste es identificar problemáticas desde un punto de vista técnico.

Analizar y comparar los resultados obtenidos: comprender, analizar y compilar los resultados obtenidos con cada herramienta participativa. Se busca tener una visión global y objetiva del territorio que se desea intervenir y las interacciones sociales del mismo, así como una zona de influencia clara, que va a ser esencial para las etapas posteriores.

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Figura 156. Diagrama de flujo de la metodología general planteada para la etapa previa a la construcción

379

Etapa durante la construcción El objetivo de esta etapa es informar a las entidades y agentes sobre el proceso de la construcción para logar un proceso transparente y fomentar la apropiación de la estructura de sistemas de drenaje de esta etapa, este diagrama de flujo (ver Figura 157) consta de los siguientes pasos: 

Seleccionar actores pertinentes: esta selección parte de los actores identificados durante la etapa previa a la construcción. En este sentido, es necesario seleccionar a los actores pertinentes, es decir, a los agentes y las entidades administrativas, tanto públicas como privadas, que puedan ejercer una influencia en la zona en donde se desea implementar el SUDS.



Realizar cronograma de actividades y carteles informativos: se debe realizar un cronograma en donde se detalle las actividades de construcción a realizar y la duración de las mismas. Este cronograma debe ser construido de forma clara y de fácil seguimiento. Por otro lado, los carteles informativos deben tener un lenguaje simple, complementado con imágenes y/o diagramas accesibles a toda clase de público. (New York University Libraries, 2015) Tabla 164. Objetivos de las actividades durante la construcción

Actividad Cronograma de actividades Carteles informativos

Objetivo Permite un seguimiento de las actividades de la obra, de tal forma que facilite a las entidades encargadas hacer veeduría del proceso. Informar a los agentes sobre las actividades de la obra, esto con el fin de generar apropiación del SUDS.



Identificar zonas donde van a ser ubicados los carteles informativos: las zonas en donde se ubicarán los carteles deben ser visibles, de fácil acceso al público y no deben afectar las actividades de construcción (Arias, 2008).



Ubicar carteles: una vez identificadas las zonas de ubicación de los carteles se procede a ubicarlos. Se recomienda que estos carteles se coloquen desde el primer día de la construcción.



Entregar cronograma de actividades: se entrega a las entidades previamente seleccionadas el cronograma de actividades. Se recomienda establecer un medio de contacto para recibir cualquier inquietud al respecto.



Entregar informes de avance con periodicidad requerida: en caso de que la entidad requiera avances, se debe entregar dichos informes. La periodicidad con el que se entregan los informes de avance dependerá de los requerimientos de cada entidad (Universidad de la Sabana, 2011). Estos informes deben contener, como mínimo, el título de proyecto, el nombre de los responsables del proyecto, un resumen de los avances del proyecto con respecto a los objetivos planteados y el porcentaje de avance del mismo.



Informar a la entidad la finalización de la etapa de construcción: se debe anunciar la finalización de las obras a las entidades para que éstas tengan conocimiento del producto final.

380

Figura 157. Diagrama de flujo de la metodología general planteada para la etapa durante la construcción

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Etapa después de la construcción El objetivo de esta etapa es lograr la apropiación de la estructura de SUDS por parte de los actores, además de fomentar el cuidado y mantenimiento de las diferentes tipologías implementadas. Esta etapa consta de dos fases, las cuales se presentan en detalle en las Figura 158 y Figura 159, respectivamente. El diagrama de flujo para la primera fase consta de los siguientes pasos: 

Seleccionar actores pertinentes: esta selección parte de los actores identificados durante la etapa previa a la construcción. En este sentido es necesario seleccionar a los actores pertinentes, es decir a los agentes y las entidades administrativas, tanto públicas como privadas, que puedan ejercer una influencia en la zona en donde se desea implementar el SUDS.



Realizar carteles formativos: el objetivo de estos carteles (ver Tabla 165) es concientizar y educar a los actores acerca de la función que tienen los SUDS en la comunidad en la que fueron implementados. Adicionalmente, los carteles formativos buscan propiciar hábitos de cuidado y mantenimiento frente a los SUDS implementados (Elías, sf). Tabla 165. Objetivos de los carteles formativos

Tipo

Contenido

Educativo

Características básicas y beneficios de los SUDS implementados. Rol que juegan los SUDS en el ciclo del agua.

Preventivo

Cómo la comunidad puede contribuir al cuidado y mantenimiento de los SUDS.

Objetivo Fomentar la apropiación de la comunidad hacia los SUDS implementados y generar un espacio educativo sobre el ciclo del agua. Evitar que la comunidad realice cierto tipo de acciones que puedan genera el deterioro de la estructura de SUDS.



Identificar zonas donde se va a ubicar e implementar los carteles formativos: las zonas en donde se ubicarán los carteles deben ser visibles, de fácil acceso al público y no deben afectar las actividades de construcción (Arias, 2008).



Ubicar carteles: una vez identificadas las zonas de ubicación de los carteles se procede a ubicarlos. Se recomienda que estos carteles se coloquen desde el día de la inauguración de la estructura.



Diseñar jornadas de integración: el objetivo de las jornadas de integración es dar a conocer a los actores las estructuras de SUDS construidas, para generar una apropiación de las mismas. Este mecanismo de participación se realiza sí en la etapa previa a la construcción, la mayoría de actores están dispuestos a participar en la jornada de integración.



Informar a los actores sobre las fechas y el número de jornadas de integración: para garantizar el éxito de la jornada de integración es necesaria una alta participación de la comunidad. Por tanto, es de suma importancia informar con anterioridad la fecha de la actividad a realizar mediante un canal de comunicación apropiado. Este canal de comunicación depende del actor objetivo.

382



Implementar jornadas de integración: luego de diseñar y planear la jornada de integración, se procede a llevarla a cabo en las fechas establecidas.

Figura 158. Diagrama de flujo para la metodología después de la construcción. Fase 1

383

El diagrama de flujo de la fase 2 consta de los siguientes pasos: 

Revisar informe de inspección de SUDS: una vez generado el informe de inspección descrito en el Capítulo 9, se procede a revisarlo y analizar el estado de la estructura de SUDS. En caso de que se encuentra algún daño en la estructura, se procede a verificar si éste fue causado por los actores. Si no se encuentran daños, se debe continuar con el proceso de mantenimiento descrito en dicho capítulo.



Diseñar, informar e implementar jornada(s) educativa(s): en caso de que los daños observados en la estructura de SUDS fueran causados por los actores, se procede a diseñar, informar e implementar jornada(s) educativa(s), enfocadas en los cuidados que se deben tener frente a las estructuras. En conjunto con las jornadas educativas, se pueden diseñar cartillas informativas que permitan dar a conocer las consideraciones generales de la implementación de SUDS, incluyendo definiciones básicas, beneficios y actividades de mantenimiento. Cabe resaltar que estas cartillas pueden ser distribuidas dentro del área de influencia del caso de implementación, pero también en colegios, museos o bibliotecas cercanas.

384

Figura 159. Diagrama de flujo para la metodología después de la construcción. Fase 2

385

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13. ANEXOS Glosario A continuación, se presenta el glosario de términos más importantes en el contexto de los Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS). Para mayor información sobre terminología básica en el ámbito de drenaje urbano, por favor remitirse a las normas técnicas de la EAB - E.S.P.: NT-002 Terminología de Acueducto, NT-003 Terminología de alcantarillado, NT-005 Terminología sanitaria y ambiental y NT-009 Terminología de construcción de la construcción. 

Actores (Stakeholders): personas o entidades involucradas y/o afectadas (directa o indirectamente) en el desarrollo de un proyecto (Sánchez, A. & Mejía, A., s.f.). Incluye la comunidad, trabajadores, organizaciones sociales, entidades públicas y privadas, entre otras.



Acuífero: formación porosa (capa o estrato) de roca permeable, arena o gravilla, capaz de almacenar y transmitir cantidades considerables de agua.



Adsorción: es un fenómeno que ocurre cuando contaminantes o partículas de sedimentos se adhieren o retienen otras partículas o agregados de éstas (CIRIA, Norfolk County Council, 2007).



Alcorques inundables: tipologías y/o estructuras SUDS utilizadas para el control y tratamiento de escorrentía pluvial, que tiene asociado árboles y se ubican por lo general en andenes y separadores. Los alcorques están conformados por una caja de concreto o ladrillo que contiene un sustrato, suelo para plantación, mantillo y plantas herbáceas o árboles pequeños (Geosyntec Consultants, 2010). En algunos casos, en la parte inferior se utiliza un sistema de drenaje subterráneo (material granular y/o drenes filtrantes) y una barrera impermeable. La utilidad de los alcorques radica en que, además de mejorar en aspectos de paisajismo, captan agua de escorrentía, la almacenan y/o infiltran, mientras que las raíces de los árboles absorben agua y nutrientes, mejorando así la calidad del agua de forma simultánea.



Amenidad: es una característica que genera un impacto social positivo, dado que las personas perciben como agradable el entorno en el que conviven. En el contexto de SUDS, algunas de las tipologías o estructuras pueden ofrecen oportunidades de recreación y paisajismo, lo cual genera amenidad



Antecámara: estructura de pretratamiento anexa a las tipologías y/o estructuras de SUDS cuyo objetivo es sedimentar y retener las fracciones más gruesas de los sedimentos. Las antecámaras se ubican a la entrada de los SUDS con el fin de prolongar el tiempo de colmatación de estos. Dependiendo del área impermeable aferente de la cuenca de drenaje asociada, se puede o no necesitar esta estructura, y su forma puede ser de pared con vertedero rectangular o de berma con tubería.

398



Área impermeable: superficie de terreno cubierta con material que impide que el agua lluvia o de escorrentía se infiltre en el suelo. En este sentido toda la precipitación que cae en esta área se convierte en agua de escorrentía, lo cual es equivalente a contar con un coeficiente de escorrentía igual a 1.



Área tributaria o área/cuenca de drenaje: área de terreno aferente a un punto de interés o proyecto que es guiada por la topografía y divide el agua que fluirá dentro o fuera de ésta. El balance hídrico determinará la cantidad de agua de escorrentía que llegará al punto de salida.



Bypass: estructura anexa a las tipologías de SUDS que se emplea para desviar grandes flujos de escorrentía a otros sistemas de drenaje (alcantarillado pluvial o cuerpos de agua) o de almacenamiento, con el fin de evitar que caudales mayores al de diseño entren en los SUDS y generen daños a la estructura.

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Ciclo hidrológico: proceso de circulación del agua entre los distintos componentes de la hidrósfera. Éste es un ciclo biogeoquímico cuyo motor principal es el sol y en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas; el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico (Shaw E., 1994). Entre los principales elementos presentes en el ciclo hidrológico se encuentran: precipitación, evaporación, transpiración, condensación, infiltración, percolación y escorrentía (superficial y subsuperficial).

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Coeficiente de escorrentía: fracción de la precipitación total de un evento de lluvia que se convierte en escorrentía (EAB, 2003). El valor de este parámetro está entre 0 – 1: cuando es 0 significa que ninguna porción de la precipitación se convierte en escorrentía, por el contrario, cuando es igual a 1 toda la lluvia se transforma en escorrentía.

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Condiciones pre desarrollo: son las características iniciales u originales de una zona/área antes de ser afectada por intervenciones antrópicas tal como proyectos u obras de infraestructura.

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Conductividad hidráulica: representa la facilidad con la que el medio del suelo permite el paso del agua a través de él, por unidad de área transversal a la dirección del flujo.

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Conexiones erradas: contribución incorrecta de caudal cuando el sistema de drenaje convencional es separado en pluvial y sanitario. Este se presenta cuando existen aportes de aguas pluviales en la red de aguas sanitarias y viceversa.

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Corredores verde/azules: extensos senderos longitudinales cubiertos de vegetación que en algunos casos pueden estar asociados a cuerpos de agua (en este caso corredores verde/azules) que proporcionan servicios paisajísticos, conectividad longitudinal y transversal en la ciudad y son propensos a ser intervenidos para implementar tipologías y/o estructuras SUDS. En caso de que estos no estén asociados a algún cuerpo hídrico sólo se consideran como corredores verdes.

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Cuenca seca de drenaje extendido (CSDE): es una tipología SUDS cuyo objetivo principal es el amortiguamiento de picos de escorrentía y a su vez la reducción de la cantidad de sólidos suspendidos. La CSDE se compone de una zona permeable que permite el almacenamiento temporal de un volumen de escorrentía la cual está deprimida con respecto al terreno circundante. Esto genera que una vez inicia un evento de lluvia, la escorrentía que ingresa a la cuenca se va almacenando, para luego drenar lentamente al sistema de drenaje convencional o a un cuerpo de agua cercano. La antecámara, micropiscina, vertedero de excesos y canales para caudales bajos son algunos de los elementos con que normalmente cuenta una CSDE.

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Cuenca de infiltración: es una tipología SUDS que consiste en depresiones naturales o construidas para capturar, almacena e infiltra la escorrentía (Departmen of Water Goverment of Western Australia, 2007). Las cuencas de infiltración tienen por objetivo el amortiguamiento de picos de escorrentía y al mejoramiento de la calidad del agua a través del proceso de infiltración. Estos sistemas son adecuados para zonas residenciales poco densas (CIRIA, 2007) y son zonas que se encuentran cubiertas con césped y se mantienen secas entre los eventos de precipitación, por lo que pueden ser utilizadas para usos recreacionales la mayoría del tiempo.

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Cunetas verdes: es una tipología SUDS que consiste en canales poco profundos utilizados para recolectar y/o transportar escorrentía y remover principalmente sólidos suspendidos. Las cunetas están cubiertas por césped u otra vegetación y poseen barreras enrocadas que sirven como proceso físico de retención de contaminantes. Asimismo, la bio-filtración e infiltración presentes a lo largo de estos sistemas permiten el tratamiento del agua de escorrentía.

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Escorrentía: corresponde al caudal de agua lluvia que no se almacena ni se infiltra, sino que drena por la superficie (EAB, 2003), por lo que debe ser conducida a través de sistemas de drenaje convencionales o alternativos.

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Estructuras anexas: estructuras complementarias a las tipologías de SUDS que permiten mejorar o mantener el correcto desempeño de estos sistemas de drenaje. Éstas incluyen estructuras de pretratamiento, entrada, salida y rebose, entre otras.

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Estructuras de disipación de energía: estructuras anexas a las tipologías de SUDS que reducen la velocidad de flujo. Se implementan con el objetivo de proteger de la erosión las entradas y salidas de los SUDS. Algunas de las estructuras más utilizadas en el contexto de SUDS son los enrocados y barreras de detención.

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Estructuras de pretratamiento: son estructuras anexas a las tipologías de SUDS que cumplen con el objetivo de remover sedimentos, grasas y residuos de la escorrentía. Éstas por lo general se ubican a la entrada de las tipologías para reducir los requerimientos de mantenimiento de los SUDS. Existen diferentes estructuras de pretratamiento entre las cuales se pueden mencionar: franjas de césped, separadores de aceites, trampas de sedimentos y sedimentadores. 400

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Estructura de rebose: componente que permite evacuar los excesos de volúmenes de agua que entran en las tipologías de SUDS en eventos extremos, con el fin de garantizar la operación adecuada de éstas.

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Evento crítico de diseño: precipitación que genera un máximo volumen de agua con el cual se realiza el diseño de las distintas tipologías de SUDS.

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Filtros de arena: tipología de SUDS utilizada para la filtración e infiltración de escorrentía con cargas bajas o medianas de contaminantes. Consiste en una superficie filtrante que promueve la remoción de sólidos suspendidos y favorece la detención del agua de manera temporal, para luego filtrarla o descargarla al sistema de drenaje convencional. Los filtros no tienen cobertura vegetal asociada y pueden ser de varios tipos: superficiales, subterráneos, perimetrales y compactos. Estos sistemas se componen de una estructura para desviar el flujo, un sistema de pretratamiento, una cámara de filtración, una estructura de salida y una zona de almacenamiento (CIRIA, Norfolk County Council, 2007).

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Franjas de césped: Son tipologías de SUDS complementarias que sirven como estructuras de pretratamiento. Contienen una alta densidad vegetal, diseñadas para promover la infiltración, reducir la carga de sedimentos y para recibir y dirigir el flujo de escorrentía de zonas impermeables hacia tipologías de SUDS. Sus requerimientos de área son relativamente bajos y se integran de manera adecuada al paisaje de la ciudad, no obstante, su uso debe limitarse si existe posibilidad de alto tránsito peatonal.

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Humedales artificiales: son tipologías de SUDS cuyo principal objetivo consiste en el tratamiento y mejoramiento de la calidad del agua de escorrentía, esencialmente en la reducción de sedimentos, metales pesados, nutrientes y contaminantes que se unen a ácidos húmicos y orgánicos. La mejora en la calidad del agua se logra a partir de procesos de sedimentación, evaporación, filtración, absorción, absorción química y procesos biológicos de transformación y descomposición por parte de la vegetación (Virginia Department of Transportation, 2013). Los humedales artificiales se componen de un reservorio de sedimentos y micro piscinas permanentes con vegetación acuática (Geosyntec consultants, 2010) y se pueden dividir en varios tipos: someros, extendidos de detención, compactos, con estanque y de flujo subsuperficial (CIRIA, Norfolk County Council, 2007).

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Infiltrómetro de doble anillo: equipo que permite medir la capacidad de infiltración del suelo, a través de ensayos continuos de adición de agua a dos anillos concéntricos. Los ensayos consisten en enterrar los anillos, agregarles agua y registrar el tiempo y la profundidad de agua infiltrada cada cierto intervalo de tiempo. Las lecturas del descenso de agua se toman en el anillo central, dado que el agua en el anillo exterior sirve como barrera para evitar la propagación horizontal del agua. A partir de los análisis de campo se puede calcular de manera agregada un valor estimado de la tasa promedio de infiltración del suelo.

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Mantenimiento: comprende todas las actividades necesarias que se deben realizar a los componentes del sistema de drenaje y/o tipologías de SUDS, con el fin de prolongar su correcto funcionamiento y vida útil. Existen dos tipos de mantenimiento: preventivo y correctivo. El primero es un proceso sistemático que se realiza periódicamente para evitar que la estructura o tipología funcione incorrectamente. El segundo consiste en arreglar un daño después que el sistema ha fallado o remplazar un elemento de éste que ya haya cumplido su vida útil.

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Monitoreo: proceso por el cual se recolecta y analiza información para poder evaluar y hacer seguimiento de los despeños de las tipologías de SUDS. Las variables a monitorear corresponden a caudales y parámetros de calidad de agua.

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Nuevos desarrollos: proyectos de desarrollo urbano que se encuentra en proceso de diseño, planeación o en etapas iniciales de construcción. En la ciudad de Bogotá se refieren a nuevas construcciones, grandes proyectos inmobiliarios, planes parciales de renovación, entre otros.

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Pavimento/concreto permeable/poroso: estructura SUDS que consiste en una superficie que permite el paso del agua al subsuelo evitando la generación de escorrentía. La configuración general de esta tipología incluye cuatro capas principales: (1) capa superficial (mezcla asfáltica permeable, concreto hidráulico permeable, adoquines entrelazados o adoquines de rejillas de concreto), (2) capa de nivelación (compuesta típicamente por arena), (3) sub-base o capa de almacenamiento (conformada por un material granular) y (4) capa filtrante (relleno de arena o piedra triturada). Estos sistemas admiten la filtración del agua y pueden promover o no la infiltración hacia el subsuelo. No se recomienda su implementación en avenidas de alto tráfico vehicular, zonas de tráfico pesado o en áreas con una alta cantidad de contaminantes o sedimentos finos. El mantenimiento más relevante para esta estructura consiste en la aspiración de la capa superficial del pavimento con una alta frecuencia (semanal).

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Pondaje húmedo: tipología SUDS diseñada para almacenar de forma constante una lámina de agua y a su vez amortiguar picos de escorrentía pluvial. Los pondajes húmedos, dados los tiempos de retención y las bajas velocidades, presentan procesos de sedimentación que eliminan sólidos en suspensión, metales y materia orgánica. No obstante, estas estructuras requieren de suministro de un flujo base permanente para la supervivencia de las especies vegetales que contiene (Urban Drainage and Flood Control District, 2010). Por otra parte, estos sistemas agregan valor estético y recreacional a la zona en donde se implementan.

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Reúso de agua lluvia: proceso de captación del agua lluvia para su posterior reutilización en otros usos que no requieran de agua potable (riego de jardines, mantenimiento de zonas públicas, lavado de pisos y carros, entre otros).

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Sistemas de drenaje convencional: son los mecanismos que tradicionalmente se han utilizado para evacuar el agua escorrentía en los centros urbanos. Estos se componen de sumideros,

402

pozos de inspección y redes de tuberías que transportan el agua lo más rápido posible hacia un canal o un cuerpo receptor. 

Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS): son sistemas alternativos de drenaje; complementarios a la infraestructura urbana existente, cuyo principio básico es el de mitigar los cambios en la hidrología producto del desarrollo y las intervenciones antropogénicas. Esto con el objetivo de emular el ciclo hidrológico y las condiciones previas a la intervención urbana, con el fin de restablecer los regímenes naturales de flujo. La consecución de este objetivo se da través de estructuras y/o tipologías diseñadas para reducir los efectos de inundaciones por medio de la retención y/o detención el agua de escorrentía, promover la infiltración, mejorar la calidad del agua que le llega a los cuerpos receptores, incentivar el aprovechamiento de agua pluvial, generar amenidad y paisajismo. Estas estructuras y/o tipologías son suplementarias al sistema de drenaje convencional; dentro de las más recurrentes se pueden mencionar: cunetas verdes, cuencas secas de drenaje extendido, zonas de bio-retención, zanjas de infiltración, alcorques inundables, humedales artificiales, pavimentos/concretos permeables y tanques de almacenamiento.

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Tanques de almacenamiento: estructuras SUDS que tienen como objetivo retener agua de escorrentía para ser almacenada. El agua acumulada puede ser reutilizada en usos no potables como: riego de jardines, lavado de automóviles, limpieza de calles y terrazas, entre otras. En caso de no utilizarse, el agua puede ser drenada a los sistemas de alcantarillado pluviales o a cuerpos hídricos cercanos, una vez el evento de lluvia haya transcurrido. Los tanques pueden situarse de manera superficial o subterránea, sin embargo, en la mayoría de casos, cuando estos se encuentran bajo tierra es necesario implementar sistemas de bombeo para evacuar o reutilizar el agua, lo cual hace la operación más costosa. La escorrentía que ingresa a esta tipología puede provenir de techos, cubiertas y canaletas o por medio de sistemas de drenaje convencional como alcantarillas y sumideros. No obstante, en esta última es más difícil el reúso del agua, dada la mayor contaminación a la que puede estar expuesto el recurso. Finalmente, estas estructuras no reducen la contaminación presente en el agua de escorrentía, pero si se desea se pueden implementarse estructuras de pretratamiento o aquellas que separen el agua de primer lavado.

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Tiempo de drenaje: tiempo máximo permitido para que los SUDS evacúen el agua almacenada sin que se ocasionen daños en el funcionamiento de estos.

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Tipologías y/o estructuras de detención: SUDS que desaceleran y almacenan temporalmente la escorrentía antes de ser evacuada al sistema de drenaje o a los cuerpos de agua receptores. Algunas de las tipologías de SUDS de detención son: alcorques inundables, cuenca seca de drenaje extendido, cunetas verdes y zonas de bio-retención.

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Tipologías y/o estructuras de infiltración: SUDS cuyo principal medio de evacuación de agua es por medio de la infiltración. Se destacan las cuencas de infiltración, los soakaways – sumideros de infiltración y las zanjas de infiltración.

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Tipologías y/o estructuras de retención: SUDS con espejos de agua asociados que almacenan volúmenes de agua y sedimentos. Estas estructuras presentan un flujo base constante para de este modo mantener una lámina de agua permanente, incluso en periodos de tiempo seco. Ejemplos de estos son: humedales artificiales y pondajes húmedos.

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Tren de tratamiento: conjunto de tipologías de SUDS implementadas en serie para reducir la contaminación y los picos de escorrentía. Se implementan cuando una tipología no es suficiente para recolectar, transportar, atenuar, mejorar la calidad, almacenar e infiltrar el agua de escorrentía. Con un tren se pueden abarcar varios o todos los procesos descritos anteriormente y permiten garantizar de una mejor manera la consecución de los objetivos estipulados de cantidad, calidad, amenidad, urbanismo/paisajismo, y renaturalización, entre otros.

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Tuberías perforadas: son drenajes con agujeros que recolectan y transportan el agua contenida en medios granulares de tipologías de SUDS como los pavimentos permeables y las zanjas de infiltración. Éstas se emplean cuando el medio natural no cuenta con una tasa de infiltración suficiente, por lo que es necesario un complemento para evitar que el agua infiltrada se estanque. Se recomienda un diámetro mínimo de 100 mm y materiales como polietileno (tubos flexibles y corrugados) y PVC (tubos rígidos y lisos).

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Unidades de Gestión de Alcantarillado (UGAs): Son las unidades básicas para el estudio y análisis del drenaje de la ciudad de Bogotá y a partir de ellas se elabora la planeación y gestión del sistema de alcantarillado pluvial, sanitario y combinado. Corresponden a áreas definidas según las características del drenaje y topología de la red.

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Zanja de infiltración: tipología SUDS cuyo objetivo es el transporte, almacenamiento, infiltración y mejoramiento de la calidad del agua de escorrentía. Consiste en una excavación lineal y rectangular, la cual es rellenada con material granular que sirve de filtro de sedimentos y partículas gruesas. Esta tipología se diseña para infiltrar la totalidad del volumen almacenado y se suele cubrir con geotextil las paredes laterales paragarantizar la dirección vertical del flujo y prevenir la inestabilidad del suelo adyacente. Además, puede contar con tuberías perforadas longitudinales que favorezcan el drenaje del agua, estructura de rebose y estructuras previas de pretratamiento para reducir la carga de sedimentos.

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Zonas de bio-retención: tipologías de SUDS que detienen, infiltran y evacuan lentamente la escorrentía. Éstas tienen asociadas cobertura vegetal como plantas, arbustos y árboles de bajo porte y pueden implementarse en una gran variedad de espacios, como separadores de zonas viales y andenes, entre otros. De esta manera se generan beneficios a nivel de paisajismo y amenidad. Las zonas de bio-retención, también llamadas jardines de lluvia, es de las tipologías que más contribución tienen en cuanto a calidad del agua de escorrentía, mediante procesos de filtración, adsorción y biodegradación. Su estructura general se compone de una depresión del suelo, en la que se incorpora cobertura vegetal, sobre un sustrato y una capa filtrante. Además, pueden incluir un muro de retención que permita direccionar la entrada de la escorrentía hacia un punto específico, disipador de energía, tuberías perforadas y reboses. 404

Listado de normativas de la EAB La normatividad de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá (EAB), que aplica al presente proyecto se presenta a continuación. Normatividad general NS-031 NS-032 NS-034 NS-035 NS-052 NS-060 NS-062 NS-082 NS-084 NS-090 NS-122 NS-128 NT-002 NP-020 NS-002 NS-007 NS-012 NS-139 NS-054 NS-057 NT-003 NP-027 NS-037 NS-085 NS-123 NS-073 NS-029 NS-047

Estudios de Población y Demanda de Agua en Sectores Específicos de la Ciudad. Criterios para Diseño Hidráulico de Tanques de Compensación. Criterios para Diseños de Conducciones y Líneas Expresas. Requerimientos para Cimentación de Tuberías en Redes de Acueducto y Alcantarillado. Diseño de Estaciones Reductoras de Presión para Las Redes de Distribución de Acueducto. Criterios de Diseño de Anclajes en Redes de Acueducto y Alcantarillado. Criterios Generales para el Diseño de Tanques. Criterios para Selección de Bombas Centrífugas, Sumergibles, Tornillo. Criterios para Selección de Válvulas. Protección de Tuberías en Redes de Acueducto y Alcantarillado. Aspectos Técnicos para Diseño y construcción de Subdrenajes. Lineamientos Generales para Diseño y Construcción de Instalaciones Hidrosanitarias Internas. Terminología de Acueducto. Cerramientos. Criterios de Diseño Estructural. Plan de Manejo Ambiental para la Elaboración de Diseños Definitivos y Detallados para la Construcción de Redes Matrices de Acueducto y Colectores de Alcantarillado Pluvial y Sanitario. Requisitos Mínimos. Aspectos Técnicos para Cruces y Detección de Interferencias en Construcción de Sistemas de Acueducto y Alcantarillado. Requisitos para la determinación del ancho mínimo del derecho de vía en redes de acueducto y alcantarillado. Presentación de diseños de sistemas de alcantarillado. Cunetas y canaletas de drenaje superficial. Terminología de alcantarillado. Tuberías para alcantarillado. Uso del sistema de alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. Criterios de Diseño de Sistemas de Alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. Instalación de tuberías de alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. Instalación y condiciones de recibo de redes de alcantarillado. Pozos de inspección. Sumideros. 405

NT-005 NS-142 EC-304 EC-301 EC-302

Terminología sanitaria y ambiental. Esquemas típicos de cabezales entrega a canales en redes de alcantarillado. Cámaras o estructuras de conexión de alcantarillado. Pozos de inspección. Sumideros.

Normatividad para la construcción NT-009 NS-107 NS-020 NS-019 NP-040

Terminología de construcción. Bogotá : EAAB - E.S.P. Requisitos mínimos de higiene y seguridad industrial para el manejo de equipos empleados en labores de construcción de sistemas de acueducto y alcantarillado. Bogotá : EAAB - E.S.P. Desmonte, limpieza, demoliciones y traslado de estructuras. Bogotá : EAAB - E.S.P. Excavaciones en zanja. Rellenos.

Normatividad para la medición NP-054 NS-030 NS-010

Requisitos de los instrumentos para la medición de pH. Lineamientos para trabajos topográficos. Requisitos para la Elaboración y Presentación de Estudios Geotécnicos. Versión 2.3.

Normatividad para planos NS-046

Requisitos para la elaboración y entrega de planos de obra construida de redes de acueducto y alcantarillado.

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Listado de integrantes del equipo de investigación A continuación, se listan las personas que conforman el equipo investigador del Centro de Investigaciones de Ingeniería Ambiental (CIIA) de la Universidad de los Andes que está desarrollando este estudio: MARIO DÍAZGRANADOS

IC. Ms.C.

Director de proyecto

LUIS ALEJANDRO CAMACHO

IC. Ph.D.

Investigador Calidad Agua

JUAN PABLO RODRÍGUEZ

IC. IA Ph.D.

Investigador Desempeño SUDS

HERNANDO VARGAS

IC. Ms.C. Ms.C.P.

Investigador Aspectos Constructivos

MAURICIO PINILLA

A. Ph.D. candidato

Investigador Urbanismo

CARLOS GIRALDO

IC.

Investigador Diseño y Construcción

JUAN PABLO QUIJANO

IA. II. Ms.C.

Profesional Investigador

ANDRES FELIPE MUÑOZ

IA.

Asistente Graduado

PATRICIA GUTIERREZ

IA.

Asistente Graduado

JOSE ALEJANDRO MARTINEZ

IA.

Asistente Graduado

SARA LUCIA JIMÉNEZ

A. IA.

Asistente Graduado

SANDRA JULIANA ALZATE

IC.

Asistente Graduado

DANIEL ESTEBAN GUYUMUS

IC.

Asistente Graduado

GABRIEL PEREZ

IA.

Profesional Investigador

SEBASTÍAN TIRADO

IA.

Monitor de Investigación

LAURA CAROLINA VEGA

IC. IA.

Monitor de Investigación

JUAN SEBASTIÁN GALÁN

IC. IA.

Monitor de Investigación

ROBERT E. PITT

IC. Ph.D. P.E.

Asesor internacional

ALEXANDER MAESTRE

IC. Ph.D. P.E.

Asesor internacional

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