Capítulo 1 INTRODUCCIÓN

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1 Capítulo 1 INTRODUCCIÓN Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 1

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3 1.1. AGUAS LLUVIAS URBANAS El problema de las inundaciones en sectores urbanos en Chile es más amplio que el de la evacuación de las aguas lluvias en las ciudades. De hecho las inundaciones pueden tener diferentes causas, muchas de las cuales no aparecen directamente conectadas con las aguas lluvias que precipitan en el lugar inundado. Entre ellas cabe citar las siguientes: a) desborde de cauces naturales que atraviesan sectores urbanos durante las crecidas, b) elevación del nivel del agua subterránea sobre la superficie del suelo, c) elevación del nivel del mar en zonas costeras, d) desborde de cauces artificiales, como canales de riego o colectores de todo tipo que ven superada su capacidad, e) acumulación de aguas lluvias en zonas bajas con drenaje insuficiente, y f) zonas en las cuales se interrumpe el drenaje natural. En muchas ciudades las inundaciones no se deben a una sola causa específica sino a la combinación de varias de ellas, o coexisten sectores con diferentes tipos de problemas. A todo lo anterior deben agregarse los efectos de la urbanización propiamente tal, la cual incrementa la proporción de suelos impermeables y acelera el tiempo de respuesta a las precipitaciones, provocando el aumento de los volúmenes escurridos y de los caudales máximos hacia aguas abajo. Si se excluyen las causas externas a la zona urbanizada, es decir si no se consideran las inundaciones provocadas por aguas que provienen desde el exterior del sector inundado, se puede afirmar que la principal causa de las inundaciones en sectores urbanos en las ciudades de Chile es la destrucción de la red de drenaje natural sin que sea reemplazada por ningún sistema artificial. Este ha sido un tema habitualmente no abordado en las urbanizaciones, con excepción de contadas situaciones. Las inundaciones de mayor magnitud, y normalmente con peores consecuencia, se deben al desborde de cauces naturales importantes que atraviesan sectores urbanos durante las crecidas importantes, sean estas provocadas por precipitaciones o deshielos. En general estos cauces drenan cuencas de tamaño importante aguas arriba de las ciudades y al atravesarlas en sus cursos intermedios o inferiores no contribuyen al drenaje del sector. Estos ríos, al atravesar las ciudades ubicadas en el valle, habitualmente escurren sobre conos aluvionales de manera que lo hacen en muchos casos incluso a mayor altura que las superficies urbanas ribereñas. Situaciones como esta se pueden observar en varias de las ciudades ubicadas en el valle central. En estas condiciones los desbordes provocados por caudales importantes inundan los sectores aledaños Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 3

4 1. INTRODUCCIÓN al cauce. Así ocurre en varias ciudades como es el caso de Arica con el río San José, San Fernando con el Tinguiririca y el Antivero, Santiago con el Mapocho, Punta Arenas con el río las Minas, e incluso Antofagasta con la quebrada La Negra. En estas ciudades existen situaciones relativamente recientes de inundaciones con graves consecuencias. Desde el punto de vista urbano una alternativa de solución global frente a situaciones de este tipo es la ocupación restringida de las zonas inundables. Esto resulta muy difícil de materializar en ciudades ya desarrolladas. Las medidas alternativas y complementarias que se proponen en este estudio resultan ineficientes para enfrentar los problemas generados por este tipo de inundaciones. Existen otros cauces naturales que forman la red de drenaje de los sectores urbanos propiamente tales y que provocan inundaciones. Cuando esto ocurre normalmente se debe a que la urbanización ha cegado muchos de estos cauces eliminando la red de drenaje natural sin reemplazarla por otra alternativa. A ello debe agregarse el incremento de la escorrentía urbana sobre esa misma red provocada por la impermeabilización del terreno. En casos de terrenos con pendientes importantes los problemas de inundación se agravan por la erosión del suelo, el arrastre de gran cantidad de material erosionado y su posterior sedimentación en los sectores planos. Es común que se produzcan en algunas ciudades costeras de la zona norte y central como Antofagasta, Tocopilla, Valparaíso, en las cuales las pendientes son pronunciadas, con flujos de altas velocidades, corrientes de barro debido a suelos erosionables las cuales derivan en inundaciones ya que las redes de drenaje natural se encuentran obstruidas por el tejido urbano. Los problemas provocadas en estos casos pueden ser muy complejos y de graves consecuencias. Las soluciones debieran encaminarse a la mantención en condiciones despejadas de las redes de drenaje naturales. Sin embargo en situaciones consolidadas esto puede ser difícil. Algunas de las obras alternativas podrían emplearse para la mantención en condiciones de operación de este tipo de redes de drenaje. Pueden ser útiles los estanques y las lagunas de retención si las pendientes del terreno no son importantes, así como los canales de drenaje urbano. Las inundaciones provocadas por la elevación del nivel del agua subterránea están ligadas a zonas bajas de las ciudades, con acuíferos libres a poca profundidad, en general en terrenos planos, en los cuales las inundaciones están asociadas a períodos prolongados de precipitaciones. Esos terrenos tienen un drenaje pobre cuyos efectos se ven además incrementados por la urbanización de las zonas aguas arriba, que genera una mayor escorrentía tanto en volumen como en gasto máximo. Estas zonas requerirían un sistema especial de drenaje para deprimir el nivel del agua subterránea. Situaciones de este tipo pueden encontrarse en el área poniente de Santiago, partes de la ciudad de Concepción, Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 4

5 1. INTRODUCCIÓN sectores de Valdivia, y otras ciudades con zonas bajas que coinciden con los sectores de descarga de los acuíferos. En las ciudades de la zona central de Chile es común observar la coexistencia de canales de riego en zonas urbanizadas. Estos canales están diseñados para repartir agua sobre los terrenos agrícolas y se complementan con una red de drenaje independiente para evacuar los excesos o derrames. Una vez que se urbaniza es común observar que la red de drenaje natural se elimina y la red de riego se pretende emplear para la evacuación de las aguas lluvias. Esto inevitablemente provoca inundaciones en los terrenos bajos que antes se regaban. Debido a la imposibilidad de eliminar totalmente estos canales de riego en muchas zonas urbanas, por lo menos en las etapas iniciales de la urbanización, sería conveniente adoptar las medidas necesarias para que no sean empleados como red de drenaje, y además mantener la red de drenaje de los terrenos abastecidos por estos canales. Las redes naturales de drenaje, así como muchos de los canales artificiales que conduzcan aguas limpias, pueden incorporarse de manera más amistosa al sistema urbano si se privilegian las áreas verdes en los sectores bajos y se destinan espacios más generosos para mantener los cauces y canales, con diseños mejor adaptados a las nuevas condiciones urbanas. Existen innumerables situaciones en las cuales las inundaciones de sectores urbanos son provocadas por la eliminación de la red de drenaje natural con motivo de la urbanización misma, sin que ella sea reemplazada por otro medio de evacuación alternativo de las aguas lluvias. Incluso es posible encontrar sectores que quedan sin ninguna posibilidad de drenaje superficial por la construcción de calles ciegas en contrapendiente, o con tramos bajos que desaguan hacia terrenos cerrados. En estos casos es importante que se le de continuidad a la red de drenaje superando las secciones cerradas, de manera que siempre exista la posibilidad de desagüe hacia aguas abajo. También es posible reducir los efectos o la magnitud de las inundaciones si se reducen los caudales aportantes y sus volúmenes mediante la incorporación en la cuenca aportante de soluciones alternativas en base al almacenamiento temporal o la infiltración de las aguas lluvias. Recientemente se han desarrollado algunos intentos por aplicar soluciones alternativas de drenaje urbano en algunos sectores, ligados al saneamiento de terrenos institucionales o a la pavimentación de urbanizaciones en sectores en los cuales no existen redes de drenaje. En estos casos se ha recurrido a pozos y zanjas de infiltración. Para su dimensionamiento en general se han empleado recomendaciones y prácticas ligadas a pozos de infiltración de aguas servidas domésticas, aprovechando la gran experiencia adquirida en décadas pasadas en la construcción de pozos para alcantarillado domiciliario, previo a la existencia Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 5

6 1. INTRODUCCIÓN de redes de recolección de aguas servidas. Los criterios de diseño, así como el dimensionamiento de este tipo de obras, ha quedado a la iniciativa del proyectista, tanto en la selección de las lluvias de diseño, como en la estimación de propiedades del suelo, o los volúmenes necesarios de almacenamiento. No se conoce un análisis sistemático sobre el comportamiento de estas soluciones. Otro tipo de obras alternativas basadas en el almacenamiento temporal de las aguas lluvias han sido menos empleadas. En algunos casos se ha recurrido a ocupar para ello fosos y depresiones del terreno existentes, sin que se incorporen aspectos urbanísticos o usos múltiples en el diseño. Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 6

7 1.2. OBJETIVOS El objetivo básico de este estudio es proponer sistemas alternativos y complementarios de drenaje urbano de aguas lluvias, cubriendo una gama significativa de situaciones que puedan aplicarse en todo el territorio nacional. En términos prácticos esto se traduce en una guía que permita a los interesados y usuarios visualizar las alternativas técnicamente disponibles para abordar y solucionar los problemas que plantean las aguas lluvias en zonas urbanas, disponiendo de diferentes opciones de obras y acciones. Las aguas que inundan sectores urbanos, ya sea que se almacenen inapropiadamente sobre el terreno o escurran por cauces no preparados para ello, generan una gran cantidad de inconvenientes y disfuncionalidades al interferir con otros sistemas urbanos, impedir los desplazamientos de personas y bienes, o el uso de terrenos y espacios urbanos con otros fines. Excepcionalmente también producen inconvenientes mayores que se traducen en pérdidas materiales, enfermedades, e incluso riesgos a la vida de las personas. Si el problema no es adecuadamente resuelto puede ser parte importante del deterioro de la calidad de vida en el sector afectado. Estas aguas pueden provenir de precipitaciones sobre el mismo sector en cuestión, o del escurrimiento generado en otros sectores aledaños, o también del desborde de cauces naturales, ríos, esteros y quebradas, o de cauces artificiales como canales de regadío u otro tipo de conducciones. También pueden ser provocados por descargas de acuíferos de agua subterránea que afloran en el lugar, o elevaciones extraordinarias del nivel del mar en sectores litorales. Este estudio se refiere exclusivamente a obras y acciones destinadas a enfrentar problemas generados por aguas lluvias que precipitan sobre el mismo lugar urbano de interés. En ningún caso debe pretenderse emplear el tipo de obras que aquí se proponen para enfrentar problemas de inundaciones provocados por el desborde de cauces naturales o artificiales, por aguas subterráneas o el mar. Para abordar este tipo de problemas deberá recurrirse a un análisis regional de la situación y probablemente a obras y acciones de mayor magnitud. En la solución de los problemas generados por las aguas lluvias en sectores urbanos intervienen diferentes entidades e instituciones. Además de los responsables mismos de la urbanización, sea ésta una empresa privada o una institución pública, la Municipalidad respectiva participa aprobando los planos y otorgando permisos específicos de construcción de acuerdo a los planes reguladores comunales. Al Ministerio de la Vivienda y Urbanismo le cabe la responsabilidad de aprobar estos planes reguladores comunales y elaborar planes intercomunales que consideran aspectos regionales, además de llevar un control y aprobar los proyectos de pavimentación. Por otra parte al Ministerio Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 7

8 1. INTRODUCCIÓN de Obras Públicas le corresponde un cuidado y control relacionado con los cauces naturales y obras hidráulicas de importancia incluyendo obras de defensa fluvial. En este ámbito las obras y acciones que se proponen en este estudio tienen un carácter local, deben enmarcarse dentro de los planes reguladores comunales y corresponden fundamentalmente a la iniciativa y acción de los urbanizadores. Las obras que se proponen esperan contribuir a la solución de los problemas generados por las aguas lluvias como soluciones alternativas y complementarias a las redes de colectores y de drenaje natural, de manera de colaborar en la solución de los problemas generados por las aguas lluvias mediante la disposición local de los excesos en el mismo sector en que ellos se producen. Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 8

9 1.3. CONTENIDO DE LA GUÍA Esta Guía se orienta a proponer obras alternativas para la solución de los problemas generados por las aguas lluvias en sectores urbanos, basadas en la disposición local de los excesos de escorrentía generados por la urbanización. Los mecanismos de solución son la infiltración y el almacenamiento temporal. En la parte inicial del texto se el problema abordado y el contenido del texto, considerando en un segundo capítulo aspectos generales del drenaje urbano, las ventajas e inconvenientes de recurrir a este tipo de soluciones, la tipificación de ellas en un contexto general y las oportunidades que se visualizan para el uso de estas obras con fines múltiples. A continuación se estudian las condiciones que permiten adoptar estas soluciones en todo el territorio nacional, describiendo los aspectos relacionados con el clima, las precipitaciones, los suelos y las condiciones especiales que es necesario observar para proceder al dimensionamiento de las obras de manera que respondan a las particularidades de cada región. La parte principal de la Guía está dedicada al diseño de este tipo de obras, considerando una descripción genérica de cada una de ellas, las ventajas e inconvenientes que plantea su uso, los procedimientos de diseño, los aspectos a considerar para realizar un análisis de factibilidad, el dimensionamiento de la obra desde el punto de vista de su funcionamiento hidráulico, los detalles necesarios para completarla, aspectos constructivos y de mantención que debieran tenerse en cuenta al momento de realizar el proyecto. También se incluye un ejemplo que desarrolla todo lo anterior para un caso real y para el cual se presentan memoria de cálculo, planos, cubicación y presupuesto. El diseño de las obras considera la desconexión de áreas impermeables, obras de infiltración, de almacenamiento y anexas. Entre las de infiltración se incluyen estanques, zanjas y pozos de infiltración, pavimentos poroso y celulares. Como obras de almacenamiento se presentan estanques y lagunas de retención. Finalmente se sugieren una serie de obras anexas especiales, como son las franjas filtrantes, zanjas con vegetación, canales para drenaje urbano de pasto y con vegetación en el fondo, caídas y disipadores de energía especiales, sedimentadores y cámaras de inspección. Además del diseño de las obras propiamente tales en la parte central se aborda el tema de la selección de las obras más adecuadas en función de las condiciones del lugar, y su uso en urbanizaciones consolidadas y nuevas. Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 9

10 2 DRENAJE URBANO DE AGUAS LLUVIAS También se indica la forma en que deben presentarse los proyectos de estas obras alternativas para el drenaje urbano. Posteriormente se incluyen temas relacionados con la construcción y mantención de este tipo de obras. Se proponen algunos aspectos específicos en forma de Especificaciones Técnicas Generales, poniendo énfasis en temas particulares que pueden hacer estas obras diferentes a otras típicas de infraestructura urbana. La mantención de ellas durante la vida útil es un tema delicado y para el cual se proponen algunas ideas. El material de estos capítulos es complementario al presentado en la parte de diseño, y está orientado para las fases constructivas y de mantención posterior. Sin embargo es necesario que el proyectista esté consciente que el éxito definitivo de la obras dependerá en gran medida de considerar adecuadamente en el diseño los aspectos constructivos y de mantención. Finalmente se han incorporado a modo de anexos varios temas que son importantes pero no necesariamente forman parte del cuerpo principal de la Guía. Entre ellos se destacan algunos consideraciones legales, otras urbanas, modelos hidrológicos específicos que pueden ser de utilidad, un detallado glosario de términos empleados en la Guía, una amplia gama de referencias, sistemas de unidades y coeficientes de rugosidad. Esta Guía presenta de manera resumida los principales aspectos de un estudio más amplio que incluye numerosos detalles que ha sido necesario dejar de lado al momento de prepara el texto definitivo. Estas materias pueden consultarse en los volúmenes del Estudio Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos, disponible en las oficinas y centros de documentación del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo. Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 10

11 2 DRENAJE URBANO DE AGUAS LLUVIAS 1.4. RESPONSABILIDADES La aplicación de las materias contenidas en esta Guía a casos concretos con fines de diseño no reemplaza el conocimiento ni la experiencia del especialista, quien debe conciliar los términos presentados en este volumen con las particularidades del problema a resolver, de acuerdo con su criterio profesional. El proyectista será el exclusivo responsable de su trabajo, no pudiendo eximirse de esta responsabilidad aduciendo el uso literal de las recomendaciones expuestas en este texto. Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos 11