Banqueta Retenedora de Agua

7/24/2019 Banqueta Retenedora de Agua

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AMHXX II ICONGRESO NAC IO NA L DE HIDRULICA PUERTO VALLARTA,JALISCO,MXICO,OCTUBRE 2014

AMH

DISEO DE BANQUETAS RETENEDORAS DE AGUAS PLUVIALES

Ramrez Jurez Juan ErnestoMaestra en Ingeniera Aplicada con Orientacin en Recursos Hidrulicos. Universidad Autnoma de Zacatecas.

Av. Ramn Lpez Velarde No. 801, Carretera a la Bufa, Zacatecas, Zacatecas, Mxico. C.P. 98000

[email protected]

Introduccin

Un riesgo por inundacin es definido tanto por la probabilidadde una inundacin en una localidad especfica en espacio ytiempo (Kalantari et al., 2014), como del impacto que estagenera (Fernndez & Lutz, 2010). Las inundaciones son unode los peligros naturales ms dainos y peligrosos. Estos los

podemos ver en imgenes de televisin que ilustrangrficamente la devastacin que pueden ocurrir cuando lasdefensas contra inundaciones son rebasadas (Wheater, 2006).Durante las inundaciones, las infraestructuras y los stanos deedificios en tierras bajas sin una adecuada defensa puede ser

penetrada por inundaciones y resultar en fuertes prdidas(Chen et al., 2005). Este fenmeno resulta de una mezclacompleja de condiciones geolgicas, geomorfolgicas, ehidrolgicas, y pueden causar daos a personas,organizaciones, industrias, y al ambiente (Kalantari et al.,2014). Como lo son las inundaciones generadas por eventos detormentas que es un problema de gran importancia en muchasregiones del mundo (Knebl et al., 2005). Sus impactosusualmente toman semanas, algunas veces meses, y enormes

presupuestos para la reconstruccin del dao que provocan(Chen et al., 2005).

Las actividades humanas pueden y han cambiadoprofundamente el entorno fsico en el que vivimos (Wheater,2006; Kalantari et al., 2014), tales como, la urbanizacin y laexplotacin forestal, que pueden incrementar el riesgo por

inundacin. Adems, estas actividades pueden influenciar enel clima, evapotranspiracin, viento, procesos de erosin,drenaje del agua superficial y agua subterrnea (Kalantari etal., 2014). Y somos cada vez ms consientes de los efectos dela actividad humana sobre el clima (Wheater, 2006). En reasurbanas, el impacto de las inundaciones es muy alto debido aque las zonas afectadas son densamente pobladas y contieneninfraestructura Aunado a su desarrollo continuo que aumentael riesgo de inundacin (Fernndez & Lutz, 2010).

Uno de los cambios ms dramticos de uso de suelo, es lasustitucin de un sitio con suelo verde por uno con desarrollosurbanos (Chen et al., 2005; Wheater, 2006). Estas reasurbanas, donde mucha de la superficie est cubierta pormaterial impermeable, se caracterizan por la reduccin de la

infiltracin y una escorrenta acelerada que causa inundacin(Chen et al., 2005; Chen et al., 2009). En pocas palabras, laconstruccin de superficies impermeables genera un rpidoflujo superficial que no pasa por el almacenamiento natural yatenuacin del subsuelo. Este flujo es colectadoconvencionalmente en los desages pluviales y trasportadorpidamente para ser desalojado. Por lo tanto, los volmenesde escorrenta aumentarn y los tempos de respuestadisminuirn, dando lugar a un aumento local potencialmentedramtico en picos de inundacin. La escorrenta de lastormentas normalmente es canalizada a los drenajes pluviales,

que convencionalmente se han diseado para dar cabida aeventos relativamente frecuentes (con un periodo de retornode unos aos). En condiciones ms extremas, esto drenajes

pluviales son sobrecargados (flujo totalmente bajo presin) ylas presiones se acumulan, las tapas de las alcantarillas selevantan y el drenaje pluvial se descarga sobre la superficie.Estos flujos se combinan con la escorrenta superficial ygeneran inundaciones de caminos y propiedades (Wheater,2006).

La gestin del agua en las zonas urbanas implica el control delas descargas de aguas residuales y la red de drenaje naturalmodificado. Ciudades con rpido crecimiento derivado del

crecimiento de la poblacin tiene muchos problemas con elmanejo de la escorrenta del agua durante las tormentas. Dehecho, la urbanizacin agrava las inundaciones por medio dela restriccin del flujo de agua de la inundacin, cubriendograndes zonas de suelo con casas, carreteras y pavimento,obstruyendo canales y construyendo drenajes para asegurarque el agua fluya ms rpidamente haca los ros de lo quesera en condiciones naturales. Mientras ms personas seaglomeren en las ciudades, la intensidad de estos efectos seintensifica. En consecuencia, incuso tormentas bastantemoderadas producen caudales con picos altos en la descargade los canales porque existen ms superficies y drenes(Fernndez & Lutz, 2010).

Soluciones de ingeniera para mitigar los efectos a escala localdel desarrollo urbano han sido adoptadas para reducir los

picos de inundacin a travs de la provisin dealmacenamiento. La construccin de almacenamiento dedetencin, en la forma de un depsito, es una solucincomnmente requerida para desarrollos, tanto a pequea comoa gran escala. Existe un gran inters en los sistemas de drenajeurbano sostenible para gestionar la escorrenta urbana y los

problemas asociados a la calidad del agua. Varias solucionesde diseo pueden ser implementados, por ejemplo, larestauracin de la infiltracin de agua de lluvia en el suelo aldirigir la escorrenta de la tormenta a pozos de infiltracin(Wheater, 2006).

Con base en la problemtica presentada, este trabajo presentauna propuesta de los elementos que se deben considerar en eldiseo de espacios de retencin que buscan afrontar la

problemtica de las inundaciones en zonas urbanas. Estosespacios harn que el agua que precipita en una cierta rea deterreno sea retenida en un espacio de esa misma rea. Unespacio que tiene gran potencial por su ubicacin ydisponibilidad, son las banquetas, adems de que se tienen engran cantidad debido a la creciente urbanizacin. El modo deoperar de estas banquetas retenedoras es a travs de laretencin del agua que precipita, para dar tiempo y espacio alsistema de drenaje de desaguarse y evitar que se sature. Eldiseo de estos espacios, incluye la conexin con el sistema dedrenaje convencional de manera que genere la retencin del


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agua pluvial de manera temporal. Adems, busca propiciar lainfiltracin natural del agua a los mantos acuferos, la cual esobstaculizada por la urbanizacin. Tambin se presenta la

propuesta de captar esa agua pluvial para su uso en actividadescotidianas. Este diseo busca consolidarse como una

propuesta para aminorar las inundaciones tanto en desarrollosurbanos ya establecidos, como en nuevos desarrollos urbanos,

por su manera sencilla y autnoma de operar.

MetodologaLa creciente urbanizacin hace complicada la evacuacin delas aguas pluviales, incrementando el volumen de escorrentay el caudal mximo. Ello conlleva que las zonas aguas abajoestn afectadas con mayor frecuencia por caudales que puedencrear problemas de inundacin. De manera natural, el sueloantes de ser urbanizado poda retener el agua pluvial y

propiciaba la infiltracin. Siguiendo con este mecanismo, sepropone que el agua que precipita en una cierta rea deterreno, sea retenida en un espacio de esa misma rea; demodo que el volumen destinado a la retencin se encargue delos escurrimientos del rea de terreno en la cercana de estosespacios. Adems de seguir una operacin en la cual, las zonas

bajas tengan una descarga rpida del agua pluvial y en las

zonas altas una retencin. Para dar tiempo a que las partesbajas desagen el agua pluvial y as evitar la saturacin delsistema de drenaje.

Se tiene que comenzar con el aprovechamiento de lassuperficies urbanas disponibles para empezar a utilizar lasmetodologas de retener e infiltrar el mximo de agua de lluvia

posible. Teniendo aguas que se infiltren, o lleguen ms tarde ala red de drenaje mediante un almacenamiento parcial de laescorrenta. Uno de los espacios disponibles y con gran

potencial, son las banquetas, ya que se tienen en gran cantidaddebido a la urbanizacin y seguirn construyndose ms enmedida del crecimiento de la poblacin. La suma de losvolmenes de los espacios que pueden generar las banquetasde cada casa en una zona urbanizada, da un volumen de

retencin considerable. Con esto, en lugar de crear una obra degran dimensin que retenga el agua que escurre en unadeterminada lluvia para una zona, se puede hacer mediante laretencin del agua que escurre en reas pequeas. En estecaso, el agua que precipita en el rea de una casa, y el rea decalle y banqueta que le corresponde, puede ser retenida oalmacenada por el espacio que se puede generar en el rea dela banqueta. Muchas de las banquetas existentes tienenfunciones de conduccin de cableado elctrico o detelecomunicaciones, sin embargo, hay una gran cantidad de

banquetas que pueden ser utilizadas como espacios deretencin, que adems de sus funciones comunes, seconviertan en depsitos temporales de agua pluvial.

Ilustracin 1. Retencin del agua pluvial en los espacios generadosen banquetas.

Las banquetas comunes estn compuestas por la franja defachada, la franja peatonal y la franja de equipamiento, comose muestra en la Ilustracin 2. De estas, la franja con espacio

funcional para implementar las banquetas-retenedoras deaguas pluviales, es la franja peatonal.

Ilustracin 2. Composicin de las banquetas. Imagen tomada deCriterios para el ordenamiento del espacio pblico, Banquetas,

SEDUVI, Gobierno del Distrito Federal.

El modo de conducir el agua que precipita hacia las banquetasretenedoras ser utilizando los medios ya disponibles para lacaptacin del agua pluvial. Un medio para llevar el agua que

precipita en los techos de las casas, es mediante su

canalizacin hacia estos espacios de retencin, ver Ilustracin1. El otro medio de captacin ser mediante las estructurasdedicadas a la captacin de agua pluvial en las calles, comoson las coladeras de banqueta, coladeras de piso y bocas detormenta. En este trabajo se presenta el sistema de conexin yadaptacin de las coladeras de banqueta o de piso, que seconvertirn en el elemento de ingreso del agua pluvial a las

banquetas retenedoras.

Estos espacios tendrn dos mecanismos de operar; en laszonas altas de la cuenca urbana se busca tener una retencindel agua pluvial y una descarga regulada. Para las zonas bajas,la descarga rpida es lo ideal para evitar acumulacin en estaszonas, de modo que para estas zonas el volumen destinado delas banquetas-almacenadoras se convertir en un espacio para

almacenar agua cuando el sistema de drenaje se sature,convirtindose en una medida de seguridad para aminorar lainundacin en caso de que esta se presente. Por lo cual eldiseo del medio de comunicacin entre las banquetasretenedoras y las coladeras de banqueta, ser diferente para laszonas altas y bajas, como se muestra en la Ilustracin 3. Elespacio dado por las banquetas hace que los depsitos puedanadquirir una forma rectangular y tengan una descargacontrolada por un mecanismo regulador, como puede ser unorificio o una vlvula de regulacin.

Ilustracin 3. Corte longitudinal del esquema de comunicacinentre la coladera de banqueta y la banqueta retenedora.

Izquierda: zonas bajas; Derecha: zonas altas.


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En la Ilustracin 3, se muestra la vista transversal de lacomunicacin entre las coladeras de banqueta y las banquetasretenedoras. El esquema tipo 1 para las zonas bajas, dirige elagua que entra hacia la descarga del colector pluvial para teneruna pronta descarga de sta. El espacio de la banquetaretenedora ser un espacio para el agua pluvial en caso de queel drenaje se encuentre saturado. El esquema tipo 2 es para laszonas altas de la cuenca urbana; cuyo diseo tiene a diferenciadel esquema tipo 1, la lmina conductora. La funcin de la

lmina conductora es dirigir el agua pluvial captada por lacoladera de banqueta hacia la banqueta retenedora, para suretencin. Y su descarga ser por medio de un regulador desalida.

Fase 1. Inicio de la precipitacin.El agua pluvial captada por lacoladera de banqueta esconducida hacia las baquetasretenedoras. Cuando el nivel delagua en estos depsitos este porencima del regulador de salida,el agua ser enviada medianteeste regulador al drenaje pluvial

por diferencia de niveles.

Fase 2. Continuacin de laprecipitacin. El nivel del aguaen las banquetas contenedorasaumentar.

Fase 3. Saturacin del depsitode retencin. El nivel del agua

pluvial en los espacios deretencin puede llegar a sumximo nivel de retencin;adems de descargar por elregulador de salida tambin lo

har por el espacio entre lalmina conductora y laseparacin de la banquetaretenedora con la coladera de

banqueta.

Fase 4. Trmino de laprecipitacin. La descarga delagua pluvial continuar siendocontrolada por el regulador desalida, el nivel del agua pluvialdisminuir hasta llegar a la alturadel regulador de salida.

Fase 5. Agua retenida. En esta

fase se termin de descargar elagua retenida. El agua que quedealmacenada debajo del nivel delregulador de salida puedeinfiltrarse para la recarga deacuferos.

Ilustracin 4. Funcionamiento de las banquetas retenedoras deaguas pluviales con captacin mediante las coladeras de banqueta

para zonas altas de la cuenca urbana.

En la Ilustracin 4 y 5 se muestra el funcionamiento de lasbanquetas retenedoras en caso de que ocurriera unaprecipitacin, tanto para las zonas bajas de la cuenca comopara las zonas altas.

Fase 1. Inicio de la precipitacin.En esta etapa el agua pluvial esdescargada al drenaje. Si se llegaa elevar el nivel del agua en la

coladera de banqueta ysobrepasa el regulador de salida,el agua es enviada al espacio deretencin por medio delregulador de salida.

Fase 2. Continuacin de laprecipitacin. Cuando lacapacidad de desage no essuficiente, aumentar el nivel delagua en la coladera de banqueta,y continuar alimentndose alespacio de retencin por mediodel regulador de salida.

Fase 3. Saturacin de descargadel drenaje pluvial. En esta faseel agua pluvial comenzara atener salida por las coladerashacia la superficie. Por medio delas banquetas retenedoras, estaagua comenzar a descargarsehacia estos depsitos, evitando lainundacin.

Fase 4. Trmino de laprecipitacin. El drenaje pluvialcontinuar descargando, y elagua retenida ser descargada

por el regulador de salida hastallegar a la altura del regulador desalida.

Fase 5. Agua retenida. En estafase el drenaje pluvial seencuentra aliviado. El agua quese quede almacenada debajo delnivel del regulador de salida

puede infiltrarse para la recargade acuferos.

Ilustracin 5. Funcionamiento de las banquetas retenedoras de

aguas pluviales con captacin mediante las coladeras de banquetapara zonas bajas de la cuenca urbana.

Para una mayor facilidad en la construccin de estos espaciosde retencin, se puede utilizar tubera circular que se usa paradrenaje pluvial, lo que le dara forma cilndrica a las banquetasretenedoras y su conexin con la coladera de banqueta sera

por una caja de conexin, donde el diseo puede generar laretencin de slidos para evitar que afecten al sistema dedrenaje como comnmente ocurre, adems de que esta caja deconexin tendra funcin adicional para dar mantenimiento ala conexin de las banquetas retenedoras y a las coladeras de


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banqueta, ver Ilustracin 6(a). La ilustracin 6(b) muestra laconexin del sistema de retencin con el sistema convencionalde drenaje pluvial (coladera de banqueta y colector pluvial).

a)

b)

Ilustracin 6. (a) Banqueta retenedora con almacenamiento de

tubera circular; (b) Vista transversal del sistema de retencin y el

colector convencional de drenaje pluvial.

Las banquetas retenedoras en su primera fase puedenfuncionar como un mecanismo de prevencin de lasinundaciones. Sin embargo, la creciente demanda del recursoagua, hace que tengamos que pensar en aprovechar el agua

pluvial. Lo que genera que la siguiente implementacin a estesistema sea la incorporacin de un sistema de tratamiento paragenerar agua que pueda ser aprovechada para uso cotidiano enalgunas actividades diarias. La Ilustracin 7, muestra el modode operacin de las banquetas retenedoras con sistema detratamiento, donde el agua pluvial que entre, pasar por unacmara de retencin de slidos y despus ser conducida alsistema de tratamiento, cuya descarga ser hacia los espaciosde retencin. Adems contiene un controlador de excedencias

para evacuar el agua al sistema de drenaje en caso de que sesobrepase la capacidad de almacenamiento de estos espacios.

Ilustracin 7. Incorporacin de un sistema de tratamiento del

agua pluvial con conexin a las banquetas retenedoras.

Se puede generar una conexin de las banquetas retenedorashacia tanques cisterna instalados en las propias casas. De estemodo, la poblacin podr hacer uso de esta agua en susactividades cotidianas, como se muestra en la Ilustracin 8,adems de su uso para riego de zonas verdes. Otro beneficiode incorporar estos tanques cisterna, es que darn un volumende almacenamiento mayor y generaran que el sistema dedrenaje no se sature y se eviten inundaciones.

Ilustracin 8. Sistema de aprovechamiento del agua pluvial

tratada con sistema de tratamiento incorporado en las banquetas

retenedoras.

Resultados esperados

Para crear un diseo adecuado de las banquetas retenedoras esnecesario realizar distintos anlisis para determinar lostiempos de descarga necesarios en el sistema del drenaje

pluvial y evitar la saturacin del mismo. Tambin es necesariodeterminar los espacios disponibles de las banquetas y laaltura o dimetro que tendrn los depsitos generados en las

banquetas para conocer el volumen disponible de retencin, ycon ello disear el regulador de salida ms adecuado que d elcaudal necesario en las distintas secciones del sistema dedrenaje.

Como ejemplo preliminar de la cantidad de agua posible aretener de acuerdo al rea de una casa comn en el Valle deMxico de 162m2 (18 m x 9 m), y con una precipitacin de55.33mm (precipitacin histrica del 30 de junio de 2011 en elValle de Mxico), con un factor de captacin del 90%. Seobtiene que la cantidad de agua cada en esta rea seaaproximadamente de 8 metros cbicos de agua. Una banquetaretenedora de seccin transversal cuadrada de 1m de

profundidad y 1m de ancho, de una casa de 9m de frente,puede almacenar esta cantidad de agua. Una manzana de 44lotes de dimensiones 18 m x 9m cada uno, tieneaproximadamente 468 metros longitudinales de banqueta, algenerar las banquetas retenedoras de 1 metro de ancho y unmetro de profundidad, se tendr espacio para 468 metroscbicos de agua.

Se pretende generar un prototipo del funcionamiento de estasbanquetas retenedoras, con el fin de determinar elcomportamiento del mismo para distintas precipitaciones.Tomando en consideracin el volumen de retencin, dimetrodel orificio de descarga, distintas condiciones de caudal deescurrimiento y duracin. Y de este modo observar bajo cualescondiciones el sistema opera de manera funcional.

Conclusiones

Con la implementacin de este mecanismo operador deretencin e infiltracin del agua pluvial, se tendr un mayorcontrol de las precipitaciones que se presentan en laslocalidades con problemas de inundacin, adems de buscardar un reso a esta agua para la recarga de acuferos o paradarle un tratamiento pertinente.

Esta propuesta afronta varias problemticas; como primerobjetivo, aminorara o incluso evitara las inundaciones que


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dan gran afectacin a la poblacin mediante la generacin deespacios de retencin del agua pluvial para evitar que elsistema de drenaje se sature. Como segundo objetivo esta

propiciar la infiltracin natural del agua a los mantosacuferos, la cual est obstaculizada por la urbanizacin y esnecesaria para evitar hundimientos adems ayudara a

propiciar disponibilidad del recurso a poblaciones futuras.

La segunda fase de estas banquetas retenedoras es mediante el

aprovechamiento del agua pluvial, con lo que se incorporaraun sistema de tratamiento en la conexin con las coladeras debanqueta, cuya salida del agua tratada sea descargada a lasbanquetas retenedoras, y de ah transportada a tanques cisternaubicados en las casas para su aprovechamiento en actividadescotidianas. Este mecanismo ser de gran utilidad en el futuro

prximo dada la gran problemtica que se tiene con ladisponibilidad del agua.

Por otro lado, el implementar este sistema de retencin puedegenerar una evolucin cultural del reso del agua, por elcontacto cercano que tendr la generacin de estos espacioscon la ciudadana. Adems de funcionar de manera sencilla yautnoma.

Referencias

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