Trabajo Especial V0.docx

Maestría en Ingeniería Civil

Drenaje Sostenible

Ricardo Bejarano Caballero

Bogotá, D.C., 23 de Enero de 2017

Drenaje Sostenible

Trabajo Especial

Germán Ricardo Santos Granados Director

Bogotá, D.C., 23 de Enero de 2017

Resumen

En la actualidad, las zonas rurales y urbanas presentan diferentes problemas relacionados con las lluvias, como efecto del cambio climático y de factores antrópicos sobre las cuencas o áreas de drenaje. Los problemas de mayor impacto son las inundaciones, la contaminación asociada a este fenómeno y la pérdida de vidas humanas. Este trabajo pretende contribuir a la discusión en el tema de sostenibilidad del drenaje e infraestructura verde y llevar a la reflexión sobre la necesidad de construir infraestructura vial rural y urbana de manera sostenible, con el fin de mitigar los riesgos que se generan en los diversos ecosistemas con las modificaciones que deban realizarse en el uso del suelo.

Palabras claves

Drenaje urbano, Drenaje rural, Drenaje sostenible, Infraestructura verde, Infraestructura vial, Pavimento permeable.

Índice general

Introducción

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Capítulo 1. Manejo integral, ordenamiento territorial de cuencas, zonas urbanas 7 Capítulo 2. Alternativas de solución mediante drenaje sostenible rural y urbano 11 Capítulo 3. Conclusiones y Recomendaciones

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Capítulo 4. Bibliografía

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Introducción

El territorio colombiano, especialmente las regiones caribe, andina y pacífica, en las cuales vive el 90% de la población, está sometido al efecto macroclimático denominado ENSO, en sus fases de El Niño y La Niña. El fenómeno de El Niño se presenta cuando las aguas superficiales del Océano Pacífico tropical sufren un calentamiento anormal, asociado a un debilitamiento de los vientos alisios y con el desplazamiento del centro de convección del este al centro de la cuenca Pacífica, produciendo un debilitamiento de la surgencia oceánica en la costa este de la cuenca pacífica y la consecuente profundización del termoclima; el de La Niña, por el contrario, está caracterizado por una disminución inusual de las temperaturas superficiales del Océano Pacífico ecuatorial. En Colombia, el ENSO en su fase de El Niño ocasiona las sequías y en su fase de La Niña ocasiona un aumento en las lluvias en gran parte del territorio. Pero este fenómeno, no es un evento nuevo; la NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration) ha reportado registros de estas anomalías desde 1950. Aunque estos fenómenos ocasionan inundaciones en parte del suelo colombiano, se discutirá en este documento sobre el manejo inadecuado del drenaje urbano debido a los cambios en el uso del suelo. Adicionalmente, Colombia se encuentra históricamente, frente a uno de los más grandes retos que amenazan seriamente su desarrollo, debido al desplazamiento de la población rural a las grandes urbes, la degradación ambiental y al cambio acelerado en el uso del suelo. En la actualidad, en las áreas rurales y zonas urbanas existen diversos problemas relacionados con las lluvias, como efecto del cambio climático y numerosos factores antrópicos sobre las cuencas hídricas. Los problemas de mayor impacto son las inundaciones, la contaminación difusa asociada a este fenómeno y la pérdida de vidas humanas. Este trabajo pretende contribuir a la discusión en el tema de sostenibilidad del drenaje e infraestructura verde y llevar a la reflexión sobre la necesidad de construir infraestructura vial rural y urbana de manera sostenible, con el fin de mitigar los riesgos que se generan en los diversos ecosistemas con las modificaciones en el uso del suelo.

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Capítulo I Manejo integral, ordenamiento territorial de cuencas, zonas urbanas. Como factores de degradación de las cuencas hidrográficas que generan cambios en la susceptibilidad o en la probabilidad de ocurrencia de inundaciones y deslizamientos, se tienen el aumento demográfico, la concentración urbana y el aumento de los niveles de exposición sin una disminución importante de los factores de vulnerabilidad contribuyen en el aumento del riesgo por inundaciones. Pero esencialmente dos de los principales factores, son la falta de vegetación, toda vez que un suelo sin cobertura vegetal se expone a ser arrastrado por el agua; y la pérdida de capacidad de infiltración debido a las actividades antrópicas. De acuerdo con la Ref. 9, Manejo de Cuencas Hidrográficas, debe existir una serie de orientaciones científicas y técnicas para la gestión y ordenamiento de cuencas hidrográficas, como parte de políticas o iniciativas para el recaudo de recursos financieros que puedan garantizar que organizaciones responsables de la planificación, gestión y conservación de los recursos hídricos, obren con eficacia. Así mismo, es necesario que se reconozca, que el desarrollo socioeconómico depende de la protección de los ecosistemas que generalmente involucran el componente hídrico. Para el caso de las inundaciones, el tema exige una combinación de medidas de ordenamiento y gestión territorial para regular y controlar el uso de los suelos y adicionalmente, desarrollar e iniciar medidas de carácter estructural y comunitario. La planificación, gestión y manejo del uso del suelo, se puede convertir en la forma más eficiente en la gestión del riesgo de inundaciones, pero este permanentemente crece en áreas urbanas y rurales, principalmente debido a la falta de ejecución y control de políticas y herramientas para ordenamiento territorial de los municipios y la deficiencia en el manejo de las cuencas hidrográficas. Esta forma de estrategia consiste en definir actividades que sean compatibles con los tipos de riesgo por inundación existentes y el establecimiento de zonas de protección ambiental en aquellas áreas donde exista un riesgo muy alto o en la ronda de los ríos. Se

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pueden también emplear medidas físicas o estructurales en la reducción del riesgo, entre las cuales se pueden mencionar el control de la erosión y la reforestación, la construcción de obras de mitigación tales como diques, embalses, drenajes, muros de contención, etc. También es importante mencionar la identificación de zonas de humedales o zonas pantanosas como áreas de amortiguación de las crecientes, así como el desarrollo de proyectos comunitarios, campañas para la creación de conciencia frente al manejo adecuado de los residuos sólidos, la limpieza y el mantenimiento de los drenajes y implementación de sistemas de alerta temprana. Todo lo anterior, teniendo en cuenta que en los estudios y diseños que se realicen se debe contar con una visión integral de las cuencas, toda vez que se requiere de la regulación de criterios de diseño, construcción y la vigilancia por parte de autoridades que vigilen con gran competencia el comportamiento hidráulico de la cuenca, con el fin de controlar el impacto de los diferentes proyectos que se desarrollan de forma individual. Otra forma de enfrentar el tema de las inundaciones o que puedan reducir la vulnerabilidad a su exposición, es la construcción de obras que eviten o sean resistentes a las inundaciones, para que no existan mayores alternativas de ocupación de las rondas de inundación. Alternativas como la localización de estructuras por encima de los niveles de inundación, la construcción de estructuras de contención que impidan que el agua entre directamente en las viviendas, aunque sean de fácil implementación, son medidas que no han sido muy utilizadas, en los diferentes planes y recientes esquemas de desarrollo urbano. Las deficiencias que se presentan en los procesos de gestión de uso del suelo, el deficiente conocimiento de los fenómenos hidrometeorológicos e hidrológicos, la variabilidad climáticas, el cambio climático, los fenómenos de El Niño y de La Niña y la desarticulación en los planes de manejo de cuencas y planes de ordenamiento territorial a nivel rural y urbano, las deficientes especificaciones técnicas de diseño y de construcción de infraestructura y los mecanismos de control de urbanismo, permiten que los nuevos asentamientos se consoliden en zonas inadecuadas e inseguras desde el punto de vista del riesgo.

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En la actualidad se han desperdiciado herramientas como los POMCA (Planes de ordenación y manejo de cuencas hidrográficas) como normativa de orden jerárquico superior, determinante de los POT (planes de ordenamiento territorial), los cuales son un instrumento importante en la prevención y control de la degradación de cuencas y el manejo del riesgo por inundación. Este desaprovechamiento obedece a que no se han incorporado de manera adecuada los componentes de riesgo. Debe tenerse claro que las normas sobre manejo y aprovechamiento de los recursos naturales renovables que se prevén en un plan de ordenación de una cuenca determinada, priman sobre cualquier disposición general expuesta en otro o cualquier ordenamiento administrativo en las reglamentaciones de corrientes o en las establecidas en permisos, concesiones, licencias y demás autorizaciones ambientales, otorgadas antes de que entre en vigencia el respectivo POMCA. A todo esto se le suma que las licencias de urbanismo exigen la presentación de estudios de mitigación, pero éstos en la actualidad no están reglamentados a nivel nacional. La problemática se presenta en la debilidad de la gestión de las autoridades ambientales y de los entes territoriales, lo cual favorece el deterioro paulatino de las características originales de los sistemas de amortiguación natural, aumentando al mismo tiempo el riesgo de inundaciones. Teóricamente y en principio, los POMCA son planes a largo plazo, dotados del análisis de las cuencas hidrográficas, escenarios de ordenación, pautas para el manejo y la administración de las cuencas con criterios de sostenibilidad, zonificaciones acordes al uso del suelo y a la protección de los recursos naturales que soportan las cuencas, estrategias de orden institucional, administrativo, financiero y económico para adelantar el plan, así como instrumentos de seguimiento y evaluación del propio plan. Es evidente que local y regionalmente, se debe tener una interacción de las entidades territoriales con las autoridades ambientales regionales, dado que en cada uno de los territorios se presenta una multiplicidad de relaciones ambientales, geográficas, culturales y sociales, que a su vez disponen de la capacidad para planificar, gestionar, ejecutar y controlar los procesos que se establezcan, bajo el supuesto que así, se debiera garantizar el óptimo aprovechamiento de los recursos naturales, el uso y ocupación del suelo.

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Algunas CAR (Corporaciones Autónomas Regionales) han alcanzado progresos significativos como ejecutores de la autoridad ambiental; sin embargo, el aumento de actividades económicas y productivas inadecuadas sobre los diferentes ecosistemas, deja en evidencia que no cuentan con la capacidad para sancionar y disuadir las actividades legales e ilegales que atentan contra el cuidado de las cuencas hídricas y la protección de los ecosistemas estratégicos. El bajo respaldo de la mayoría de las gobernaciones y CAR's a la gestión territorial del riesgo que involucra el manejo de las cuencas, debido a diferencias de interpretación de la normativa existente, se refleja en la tímida y débil incorporación del tema en los POT's y en los POMCA's, tanto departamentales como municipales. En cuanto al cambio climático, el incremento del riesgo por inundaciones no se produce tanto por el incremento de los eventos de lluvia torrenciales, sobre lo que no hay todavía evidencias claras, aunque los modelos de cambio climático pronostican su incremento en para el futuro, sino por un aumento de la vulnerabilidad, es decir, de la exposición al riesgo.

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Capítulo II Alternativas de solución mediante drenaje sostenible rural y urbano. Los sistemas de drenaje sostenible son un conjunto de componentes que forman parte de la infraestructura verde de un entorno definido, cuya finalidad es la captación de la escorrentía superficial generada tras un evento de lluvia para luego ser almacenada, filtrada, reutilizada y/o infiltrada en el terreno natural, posibilitando la disminución de volúmenes de agua en superficie, la reducción de la carga de contaminantes de éstas antes de introducirla de nuevo al sistema de cuerpos de agua, así como la protección de pobladores asentados en áreas de riesgo. En el entorno rural, como se ha mencionado en el capítulo anterior, las alternativas son las que deben incluirse en el manejo integral de las cuencas y el ordenamiento territorial, derivados de estudios y análisis hidroclimáticos, de suelos, hidráulicos, sociales, ambientales y económicos. Se basa en el uso adecuado del suelo y manejo de la cuenca de forma apropiada, con el fin de aumentar los tiempos de retención de los eventos de lluvia y disminuir los caudales de creciente de los eventos máximos, disminuir así la tasa de transporte de sedimentos y aumentar los índices de conservación de las áreas de drenaje, disminuir la cantidad y volumen de empalizadas, mitigar los impactos causados por crecientes y el riesgo y amenaza de pérdida de vidas. La gestión del riesgo contra inundaciones en entornos urbanos, se basa en evacuar la escorrentía rápidamente, disminuyendo el riesgo de inundación. Esto ha generado el diseño de sistemas de conducción subterráneos que discurren bajo las calles, conllevando a una desnaturalización del entorno con predominio del gris, sin plantear siquiera otras opciones, haciendo desaparecer la escorrentía superficial y todo rastro del paisaje hidrográfico previo al desarrollo urbanístico. Si bien es cierto, que los colectores subterráneos evacuan grandes caudales que en la superficie ocuparían espacios amplios, no es menos cierto que una adecuada planeación urbana que tenga en cuenta desde el principio la hidrología e hidráulica existente, podría hacer circular estos caudales en superficie a través de parques, jardines y grandes

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avenidas, “imitando” la hidrografía previa y mejorando el paisaje urbano que se contempla a diario. Además, en episodios lluviosos importantes, y debido a que los colectores existentes quedan subdimensionados al conectar a ellos las ampliaciones de la ciudad, éstos son incapaces de absorber los caudales que les llegan; y finalmente, el agua de lluvia acaba circulando por superficie, que era lo que se pretendía evitar, y por zonas no destinadas para el paso del agua. El consecuente problema generado, sería el desmejoramiento de la calidad del agua que circularía por la superficie en contacto con la población. La contaminación de la escorrentía pluvial tiene su principal origen en el lavado de cubiertas y zonas duras, plazas y parques rígidos, zonas de parqueo y calles antes de encolar en los colectores; no se resolvería el problema limitando la sustitución de los colectores subterráneos por cauces “naturales” a cielo abierto, si resulta que el agua lluvia que circula por ellos está sucia, contaminada y con mal olor, por tanto, el problema debe tratarse desde el momento en que al agua lluvia entra en contacto con las superficies urbanas, en las propias cubiertas y áreas privadas (implicando a los agentes encargados de las edificaciones), y en todos los espacios públicos, extendiéndolo a todas las calles, esquinas, parques y plazas, reteniendo y depurando el agua lluvia siempre que sea posible, evitando que inicialmente lave grandes zonas (involucrando a los agentes encargados de la gestión de infraestructura urbana), entrando en el campo del urbanismo en toda su amplitud. Eventualmente se recargarían el o los acuíferos que, en el caso como el de la ciudad de Bogotá, ayudaría a bajar los índices de desecación de algunas zonas de la ciudad con la consiguiente disminución de asentamientos en edificaciones, vías y áreas de espacio público. Debe ser claro, que el objetivo de los sistemas urbanos de drenaje sostenible SUDS, es restaurar en las zonas urbanas el ciclo natural del agua y mantener la hidrología local, minimizando los impactos del desarrollo urbano en cuanto a la cantidad y la calidad de la escorrentía (durante su captación, transporte y destino), además de maximizar la integración paisajística y el valor social y ambiental, naturalizando una buena parte de la infraestructura hídrica.

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Una de las características más importantes de los SUDS es la de promover y maximizar la captación del agua lluvia mediante procesos de filtración, elemento fundamental para provocar simultáneamente una retención en origen y dar comienzo a la restauración o preservación de la calidad del agua captada. Con los SUDS, también conocidos en algunos países como mejores prácticas de gestión (best management practices BMP’s), se puede retornar el agua a la superficie, dejando que conviva con el ciudadano y ayude a mejorar el paisaje urbano que se contempla diariamente, a la vez que se busca el beneficio de los procesos de depuración que la propia naturaleza ofrece, fomentando el aprovechamiento de este recurso natural. Otro concepto manejado a nivel urbano, es el de Infraestructura Verde, que es un sistema estratégicamente planificado de espacios naturales, seminaturales o artificiales que haciendo uso de la vegetación, del suelo y de procesos naturales, generan servicios ambientales tales como la gestión del agua lluvia y la creación de ambientes más saludables; dentro de los servicios ambientales se enumeran el de regulación del agua, el suelo y el clima. Este sistema está configurado por humedales, parques naturales, parques urbanos, fachadas vivas, canales de infiltración, arborizado, cinturones verdes, cuerpos de agua, corredores naturales periurbanos, cubiertas o techos verdes, pisos permeables, huertas urbanas, fachadas que transforman gases de efecto invernadero y otras componentes tecno-naturales. Invertir en infraestructura verde tiene sentido desde el punto de vista económico: una única superficie de suelo puede ofrecer múltiples beneficios, si sus ecosistemas están sanos. Éstos, impulsados por la diversidad de la vida que los habita, proporcionan a la sociedad una gran cantidad de bienes y servicios de gran valor e importancia económica, tales como agua y aire limpios, almacenamiento de carbono, polinización, etc. También desempeñan un papel fundamental en la lucha contra el cambio climático protegiendo de las inundaciones y de otras catástrofes medioambientales, además de que se prolonga la vida útil de la infraestructura gris. Desde el punto de vista hidrológico, el principal objetivo de las cubiertas verdes o cubiertas ecológicas es el de filtrar, retener y controlar la generación de escorrentía. De esta manera se reduce el pico del hidrograma en los cauces que discurren por espacios públicos y también se disminuye drásticamente la contaminación del agua de lluvia 13

(existen estudios que revelan que las cubiertas vegetadas son capaces de eliminar el 95% de los metales pesados y reducen los niveles de nitrógeno). Este objetivo puede lograrse con cubiertas vegetadas o bien con azoteas cubiertas de material granular (gravilla, arena, etc.). Pueden ser transitables y son compatibles con la colocación de placas solares en las azoteas. Si se busca una rehabilitación hidrológica urbana, inicialmente ésta se define como el conjunto de reformas que se realizan sobre la ciudad ya urbanizada, con el objetivo de mejorar su comportamiento hidrológico, evitando inundaciones y contaminación difusa, ofreciendo una gestión sostenible del agua de lluvia. La sustitución de superficies impermeables por superficies permeables en el interior de las ciudades es una solución que contribuye a reducir los problemas de inundaciones y contaminación difusa directamente en el origen, corrigiendo los efectos negativos provocados por la impermeabilización de las superficies urbanas por las que circula el agua de escorrentía superficial. Además, el empleo de las superficies permeables permite devolver al agua lluvia su valor original como recurso natural, permitiendo su almacenamiento y uso, con el consiguiente ahorro tanto de parte del consumo de agua potable como de parte del tratamiento de agua residual. Las superficies permeables pueden ser o no resistentes al tráfico vehicular. Las resistentes al tráfico reciben el nombre de pavimentos permeables, siendo superficies pavimentadas permeables si todas las capas de la sección de pavimento permiten el paso del agua. Por otro lado, las superficies permeables que no tienen la misión de ser resistentes forman parte de parques, glorietas, cubiertas, etc. Los superficies pavimentadas permeables son un subconjunto importante y ampliamente estudiado dentro de los SUDS, entrando en la categoría de sistemas de control con origen en la escorrentía superficial. Estas superficies pavimentadas consisten en secciones compuestas de varias capas de materiales que permiten el paso del agua a través suyo y en los que el conjunto de sus capas ofrece la capacidad portante necesaria para resistir un tráfico determinado. Existen diferentes tipologías de superficies pavimentadas permeables, dependiendo de los materiales empleados en su construcción y del destino final que se dé al agua de lluvia infiltrada.

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Clasificación de Pavimentos Permeables. Según el Pavimento

Según el destino del agua

Mezcla bituminosa porosa PAVIMENTOS CONTINUOS

PAVIMENTOS DISCONTINUOS

Hormigón poroso

Infiltración

Césped poroso refuerzos

grava

Adoquines juntas

ranuras

con

con

Almacenamiento Drenaje Diferido

o

Por debajo de las superficies permeables existen una serie de capas y elementos, también permeables, que completan la correspondiente sección del pavimento permeable. Estas capas y elementos pueden ser: •

Capas granulares: compuestas por áridos con un volumen de vacíos entre 30% y 45%.

•

Estructuras de plástico: elementos resistentes de plástico con espesores variables.

•

Geosintéticos: geotextiles y geocompuestos de filtro, separación y/o refuerzo.

Como principal ventaja, se destaca que los pavimentos permeables disminuyen la cantidad de aguas pluviales que llegan a los sistemas de alcantarillado y mejoran además su calidad, mediante el efecto filtro de las distintas capas que constituyen la sección permeable. La capacidad de infiltración de este tipo de pavimentos es el elemento clave a considerar para su aplicación en la gestión de la escorrentía urbana, viéndose especialmente afectada por: la inclinación del pavimento, el nivel de colmatación debido al aporte de sedimentos y el mantenimiento que se realice durante su vida útil. Estos factores han sido estudiados en detalle por diferentes autores, habiendo sido demostrada la capacidad de los pavimentos permeables para reducir la escorrentía superficial incluso en condiciones adversas de colmatación superficial. Castro (et al.1) estudiaron la capacidad de infiltración de pavimentos permeables de adoquines con juntas abiertas, ante eventos de precipitación de 50 mm/h, con diferentes inclinaciones y niveles de colmatación. Se observó que sin colmatación la infiltración 1

Castro, D., González - Angullo, N., Rodríguez, J., Calzada, M. A. The influence of paving-block shape on the infiltration capacity of permeable paving. Land Contamination and Reclamation Vol.15 (2007).

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superaba el 90% para las diferentes inclinaciones analizadas. Con niveles de colmatación media, la capacidad de infiltración se reduce hasta el 80% para inclinaciones del 10%. Sin embargo, cuando el nivel de colmatación aumenta a niveles críticos se produce una reducción de la infiltración de hasta el 16% para inclinaciones del 10%. Conclusiones similares obtuvieron Rodríguez - Hernández (et al.2) al estudiar la infiltración de pavimentos permeables con superficie de mezcla bituminosa porosa ante el mismo régimen de precipitaciones. En este caso se observaron porcentajes de infiltración superiores al 90% para todas las inclinaciones, reduciéndose a valores comprendidos entre el 63% y el 76% para superficies colmatadas, siendo la infiltración mayor con menores pendientes. En ese mismo estudio se observó que un sencillo mantenimiento, consistente en el uso de la barredora, era capaz de devolver a la superficie la mayor parte de su capacidad de infiltración original. Sin embargo, estudios posteriores llevados a cabo por Sañudo - Fontaneda (et al.3) sobre pavimentos permeables de adoquines con juntas abiertas, demostraron que en el caso de superficies discontinuas, estas recuperaciones de la infiltración por limpieza mediante barredora son menores, con valores próximos al 10% ante eventos de la misma intensidad. Los pavimentos permeables han sido aplicados con éxito en zonas de parqueo de vehículos ligeros y en vías residenciales. Sin embargo, su aplicación ofrece un gran potencial de aplicación en zonas ya desarrolladas, permitiendo la rehabilitación hidrológica de la ciudad. La implementación de pavimentos permeables en vías y espacio público gestionados por los municipios puede proporcionar grandes beneficios en la reducción de los volúmenes de escorrentía y en el tratamiento de la contaminación difusa de arrastre. Dentro de las ciudades, los pavimentos permeables pueden ser utilizados principalmente en estacionamientos y calles de bajo tránsito, quedando excluida de aplicación en zonas industriales contaminadas, en carreteras con alta intensidad de tráfico pesado y en zonas con gran aporte de sedimentos o con gran pendiente. Actualmente, el ámbito de 2

Rodríguez - Hernández, J., Castro - Fresno, D., Fernández - Barrera, A. H., Vega - Zamanillo, Á. Characterization of Infiltration Capacity of Permeable Pavements with Porous Asphalt Surface Using Cantabrian Fixed Infiltrometer. J. Hydrol. Eng. Vol.17 (2012). 3 Sañudo - Fontaneda, L. A., Rodríguez - Hernández, J., Vega - Zamanillo, A., Castro - Fresno, D. Laboratory Analysis of the Infiltration Capacity of interlocking concrete block pavements in car parks. Water Science and Technology (2012).

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aplicación de los pavimentos permeables no sólo se restringe a zonas residenciales de construcción nueva, sino que además se ha ampliado a zonas renovadas de centros urbanos e incluso se han llevado a cabo experiencias en zonas de servicio en puertos y aeropuertos. Las técnicas de pavimentos permeables han sido ampliamente aplicadas en la rehabilitación de zonas existentes en países como Estados Unidos, Nueva Zelanda y Australia. La aplicación de estos sistemas puede aliviar de manera importante los efectos de la escorrentía sobre el medio y sobre las zonas impermeables adyacentes. La viabilidad de estos sistemas en la rehabilitación depende del tipo de superficie a rehabilitar, además la rehabilitación será más factible si se combinan sistemas convencionales con los pavimentos permeables conformando sistemas híbridos. El uso de pavimentos permeables ofrece reducción de costos en la fase de ejecución por no requerir de nivelación superficial para la conducción de aguas, sumideros o alcantarillas. Además también permite una reducción del costo durante su ciclo de vida al minimizar la generación de escorrentía superficial y por tanto las dimensiones de cunetas, sumideros y otros elementos del sistema de alcantarillado. Hay que considerar la reducción de costo derivada de la estandarización de su aplicación. De otra parte y en contraste, las cubiertas permeables son sistemas de captación en el origen de la escorrentía superficial, semejantes a los pavimentos permeables pero con las particularidades propias de las cubiertas de edificios, entre las que destacan la ausencia de tráfico y la necesidad de una completa impermeabilización inferior. En este tipo de cubiertas pueden emplearse distintos tipos de superficie, siempre que estas sean permeables, destacando las cubiertas verdes, por sus beneficios y su mejor comportamiento:

incrementan

el

aislamiento

térmico,

reducen

las

necesidades

energéticas, y mitigan el efecto de la isla de calor mejorando el microclima urbano filtrando la polución del aire. Las cubiertas verdes son sistemas multicapa que recubren tejados, terrazas y balcones de todo tipo, y cuya estructura más común está compuesta por cinco capas diferentes: una capa de impermeabilización inferior, una capa drenante, un elemento de filtro, una capa de substrato y la superficie vegetal. Las cubiertas y tejados en las ciudades suponen

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alrededor del 32% de la superficie de las mismas, por ello las cubiertas verdes ofrecen un gran potencial para recuperar y mejorar tanto la hidrología como los espacios verdes de las ciudades. Actualmente es frecuente que este tipo de cubiertas se proyecten y ejecuten en obras de construcción nueva, siendo igualmente aconsejable también en la rehabilitación. Habitualmente

las

cubiertas

verdes

se

clasifican

según

sus

necesidades

de

mantenimiento, la profundidad del sustrato y las variedades vegetales empleadas, distinguiéndose dos categorías: •

Las cubiertas ecológicas extensivas: aquellas en las que la vegetación plantada es de bajo porte, resistente a la escasez de agua, con capacidad de regeneración y escaso mantenimiento. El substrato es de espesor inferior a los 15 cm y una vez consolidada la vegetación no se requieren cuidados posteriores especiales, más allá de un mínimo mantenimiento.

•

Las cubiertas ajardinadas intensivas: aquellas en las que la vegetación plantada es de mayor porte y por tanto requiere mayor cantidad de agua y mayores cuidados. Estas cubiertas precisan de una capa de substrato profunda, siendo habitualmente superior a los 15 cm, y un programa de mantenimiento específico para la vegetación utilizada.

La capacidad de las cubiertas verdes para reducir la escorrentía ha sido ampliamente estudiada. Sin embargo, la reducción de dicha escorrentía varía dependiendo de las condiciones y el contexto de cada investigación. Los estudios realizados en Alemania desde 1987 hasta 2003, recogidos por Mentens (et al. 4), muestran reducciones de la escorrentía en términos anuales entre 65% y 86% para las cubiertas intensivas, y entre 27% y 81% para las extensivas. Carter y Rasmussen5 demostraron que la capacidad de retención de la escorrentía está relacionada con el volumen de agua precipitada, obteniéndose una mayor reducción para eventos de corta

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Mentens, J., Raes, D., Hermy, M. Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff roblem in the urbanized 21st century? Landscape Urban Plan. Vol.77 (2006). 5 Carter, T. L., Rasmussen, T. C. Hydrologic behavior of vegetated roofs. J. Am. Water Resour. Assoc. Vol.42 (2006).

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duración. Posteriormente, Simmons (et al.6) demostraron que la reducción de la escorrentía también depende de la intensidad de la precipitación, resultando mayores reducciones para bajas intensidades. Las cubiertas verdes producen otro efecto importante desde el punto de vista de la gestión hídrica, y es la atenuación del pico del hidrograma de escorrentía. La cuantificación de esa atenuación varía de unos estudios a otros, por la variabilidad en las tipologías de cubierta y en sus condiciones. Sin embargo, la mayoría de estudios analizados muestran una atenuación del pico de escorrentía de entre 10 min y 30 min. Los principales condicionantes para determinar donde es aplicable la rehabilitación de una cubierta, convirtiéndola en una cubierta permeable, son: ubicación, tamaño, pendiente y las limitaciones de carga de la estructura. Este último factor es el que restringe la aplicación de las cubiertas permeables en procesos de rehabilitación, siendo las cubiertas verdes las más aplicables por las menores sobrecargas que aportan. Además, existen otros factores que condicionarán el tipo de cubierta vegetal a realizar como la insolación, temperatura y la disponibilidad de agua, el mantenimiento o el presupuesto. La capacidad de carga de las edificaciones existentes es el principal condicionante a la hora de rehabilitar cubiertas transformándolas en cubiertas verdes. Una cubierta ecológica extensiva, totalmente mojada, proporciona unas sobrecargas de entre 0,5 KN/m² y 1,0 KN/m²; la antigüedad de la estructura del sistema de drenaje y de la impermeabilización son esenciales, ya que su sustitución incrementa los costos asociados a la rehabilitación. En términos del costo total del ciclo de vida de la cubierta, el costo de una cubierta ecológica está entre 10% y 14% más caro que una cubierta convencional después de 60 años de vida. Sin embargo, el ahorro energético que suponen al mejorar el aislamiento, combinado con el incremento futuro de los costos energéticos, y el ahorro asociado a una mejor gestión del agua lluvia, hacen que la opción de construir cubiertas ecológicas sea económicamente más atractiva en conjunto.

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Simmons, M. T., Gardiner, B., Windhager, S., Tinsley, J. Green roofs are not created equal: The hydrologic and thermal performance of six different extensive green roofs and reflective and nonreflective roofs in a sub-tropical climate. Urban Ecosystems. Vol.11 (2008).

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Según Matthew Dillon, especialista en arquitectura del paisaje y gestión de proyectos, en el caso de Australia, las capitales han involucrado la infraestructura verde durante los últimos cinco años hasta convertirla en una práctica correcta, lo cual ha conllevado una transición del color gris a la perspectiva verde. Por ejemplo en la ciudad de Sidney se ha adoptado una política estratégica de infraestructura verde con muchos espacios arquitectónicos que involucran una vida contemporánea verde, es decir, que se ha involucrado la participación de la comunidad. Tales proyectos han recibido el reconocimiento internacional debido a la hibridación del paisaje y la arquitectura que ha mejorado el rendimiento ambiental de las edificaciones. Algunos proyectos incluidos como ejemplo, son el "One Central Park", "Reserva del Barangoo", "Darling Quarter" y "The Greeneay". Dado que el aumento de la población se traduce en la impermeabilización del suelo por el aumento de la construcción, toda el agua lluvia que debería retornar al suelo, escurre a las zonas duras de las calles; y la que alcanza a escurrir a los arroyos, lo hace arrastrando las basuras dejadas en las calles. Como solución a este problema, en Brasil, en la ciudad de Porto Alegre, se ha instalado una barrera vegetal flotante en el arroyo más importante de la ciudad, el Arroio Dilúvio. Desde su instalación en Marzo 28 hasta Junio 2 de 2016 (tres meses), se recogieron más de 25 Ton. de basura flotante. La barrera vegetal por sí misma es una gran solución, toda vez que evita que la basura contamine el lago al cual el arroyo fluye. Sin embargo, es evidente evitar que tal cantidad de basura llegue a la barrera, ante lo cual surgen otras posibles alternativas, como no arrojar las basuras a las calles, hacer que cada cubierta o techo impermeabilizado sea un elemento de captación o cisterna que recolecte agua lluvia, forma en la cual se tendría menor escorrentía superficial que arrastre la basura de las calles a los cuerpos de agua. En síntesis, se estarían contemplando tres alternativas: disposición adecuada de residuos sólidos, recolección de aguas lluvias y tratamiento de aguas in-situ. En Suecia, la iniciativa Ekostaden Augustenborg ha sido uno de los proyectos más ambiciosos de los llevados a cabo en ese país en materia de renovación urbana sostenible. Esta zona, construida en los años 50, fue un proyecto pionero dentro de la construcción de vivienda social nueva, pero muy pronto fue desprestigiada. El proyecto de renovación urbana abordaba una gran variedad de interrogantes relativos tanto al entorno 20

construido como a las condiciones sociales de las personas que vivían en la zona. Se instalaron, por ejemplo, 10 000 m2 de tejados verdes y se construyó un sistema abierto de aguas pluviales, además de atractivos espacios verdes para mejorar el entorno tanto para las personas como para la naturaleza. Al final, el proyecto completo costó alrededor de 22 millones de euros, pero los beneficios que ha generó esta inversión inicial ya están resultando: los índices de escorrentía de las precipitaciones se lograron reducir a la mitad, los residentes lograron realizar importantes ahorros energéticos y la biodiversidad ha aumentado en un 50%. Un ejemplo cercano de aplicación de algunas alternativas de drenaje sostenible, es el Parque Bicentenario en la capital colombiana. Inicialmente el proyecto desató variadas controversias que obligaron a su frecuente reprogramación. En Junio de 2015 se determinó que esencialmente debía ser un proyecto de Infraestructura Verde. Hoy el parque cuenta con 400 m2 de jardines verticales, 4600 m2 de techos verdes públicos y 700 m2 de pavimento permeable. Actualmente este proyecto está siendo evaluado en cuanto a su rol e impacto en el entorno del centro de Bogotá. Otras aplicaciones en Bogotá, se están dando en la rehabilitación del espacio público con la construcción de materas o jardineras que reemplazan el gris por el verde. Sin embargo, estos diseños deben contemplar la esencia principal de los sistemas urbanos de drenaje sostenible, toda vez que las zonas verdes nuevas deben ser eficientes en la retención y filtración del agua, para lograr su ciclo original. En el trabajo de grado (Ref. 5), del ingeniero Elkin Duván Rodríguez Castro " Control de escorrentías urbanas mediante pozos de infiltración: Aplicación práctica a un tramo del Colector de aguas lluvias de la localidad de Fontibón Bogotá D.C.", se enfatiza la importancia de mejorar los procesos para concebir un diseño, en el que se involucren varios factores, que al combinarse con técnicas de drenaje alternativas, mejoren los sistemas de drenaje que se proyecten en las ciudades. La metodología permite reducir parcialmente los aportes de aguas lluvias hacia la red de drenaje proyectada, permitiendo obtener colectores de menores dimensiones y evitando sobre-excavaciones y sobrecostos, disminuyendo la afectación en las zonas donde se proyecten. Adicionalmente, se pueden atenuar los caudales pico y por consiguiente se

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disminuye el riesgo de inundación, se reduce el volumen y frecuencia de volúmenes de escorrentía de áreas urbanizadas hacia los cuerpos de agua, se logra reproducir el drenaje natural, se mejora la calidad del agua procedente de la escorrentía, se eliminan los contaminantes procedentes de fuentes difusas, se mejora el paisaje urbano, se ofrece un mejor servicio al ciudadano, se reduce el número de descargas directas a las redes de alcantarillado, se minimiza la afección al régimen de funcionamiento de los cauces naturales receptores de las redes de alcantarillado pluvial y se mejora el flujo subterráneo mediante la infiltración hacia los cursos naturales. Todo lo anterior también se puede traducir en la reducción de impactos o riesgos de inundación. En la práctica, uno de los modos más eficaces de construir una infraestructura verde es mediante la ordenación territorial, que permite investigar las interacciones entre diferentes usos del suelo a lo largo de una amplia zona geográfica. La ordenación territorial estratégica contribuye a: •

Localizar los mejores lugares para los proyectos de mejora de los hábitats (por ejemplo, la recuperación o recreación de hábitats) con el fin de ayudar a reconectar ecosistemas sanos, mejorar la permeabilidad del paisaje o mejorar la conectividad entre zonas protegidas.

•

Alejar las obras de infraestructura de las zonas naturales especialmente sensibles y en su lugar, dirigirlas hacia zonas más robustas, donde puedan contribuir además a la recuperación o recreación de elementos de infraestructura verde en la propuesta de desarrollo.

•

Identificar zonas multifuncionales donde se dé prioridad a los usos compatibles del suelo que refuerzan los ecosistemas sanos sobre otros desarrollos más destructivos centrados en un solo aspecto.

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Capítulo III Conclusiones y Recomendaciones 1.

Se debe fortalecer la inclusión de la gestión del riesgo en los POMCA.

2.

Actualmente, de acuerdo con el desarrollo en infraestructura que se presenta en Colombia, se da un momento propicio para el emprendimiento de mejorar los paisajes urbanos, mediante la integración de las alternativas de SUDS's en las leyes de paisajismo que están proliferando en las comunidades autónomas, así como en la legislación urbana y de ordenamiento territorial, en la legislación medioambiental, en la legislación del agua, aprovechando la experiencia adquirida por los países en desarrollo.

3.

Hay un largo camino por recorrer para lograr el nivel de países desarrollados. Es el momento de afrontarlo con decisión, buscando que los responsables del planeamiento y diseño de las ciudades, la clase política y la ciudadanía tomen conciencia, buscando la introducción de estas alternativas en la normativa de urbanismo de municipios y comunidades, relacionándola debidamente con la legislación paisajística, medioambiental, urbanística, de ordenamiento territorial y ordenamiento y manejo de las cuencas hídricas.

4.

Los problemas asociados a las inundaciones y contaminación difusa por arrastre en los cauces en las ciudades tienen su principal origen en la impermeabilización del suelo urbano.

5.

La mejor forma de reducir estos problemas es identificando y trabajando en la causa y el origen, a través de la sustitución de las superficies impermeables por superficies permeables, no solo en obras de construcción nueva, sino mediante procesos de rehabilitación urbana.

6.

Las principales técnicas de superficies permeables se engloban en los sistemas urbanos de drenaje sostenible, en los que se destacan las cubiertas y los pavimentos permeables. El uso conjunto de estas técnicas en entornos urbanos

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mejora el comportamiento hidrológico, reduciendo el volumen de escorrentía y atenuando el caudal pico, posibilitando la revalorización y reutilización del agua. 7.

Las superficies permeables han de diseñarse para soportar el régimen hidrológico de la zona donde se instalen.

8.

Las cubiertas verdes o ecológicas, mejoran su comportamiento hidrológico con profundidades crecientes del sustrato, siendo especialmente adecuadas para la gestión de los eventos de corta duración y poca importancia.

9.

La aplicación de superficies permeables en procesos de rehabilitación hidrológica en entornos urbanos se encuentra limitada por la necesidad de mantenimiento y el sobrecosto que conllevan. Además, los pavimentos permeables verán restringida su aplicación por la capacidad estructural requerida para soportar el tráfico; mientras que las cubiertas permeables requerirán de un reducido peso que sea soportado por la edificación.

10.

La rehabilitación hidrológica urbana es cada día más necesaria en las grandes ciudades, siendo los pavimentos permeables y las cubiertas verdes las dos principales técnicas constructivas que permiten cambiar superficies urbanas impermeables por superficies permeables al agua, reduciendo los efectos de las inundaciones y de la contaminación difusa.

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Capítulo IV Bibliografía 1.

Los efectos del cambio climático sobre el riesgo de inundaciones en España. Martínez F. Julia. Área de Agua de Ecologistas en Acción. www.ecologistasenaccion.org/article30987.html. 2015.

2.

La nueva generación de programas y proyectos de gestión de cuencas hidrográficas. Capítulo 3 - Un nuevo enfoque de gestión de cuencas hidrográficas. http://www.fao.org/docrep/010/a0644s/a0644s00.htm. Consultado en 2016 10 16.

3.

Construir una infraestructura verde para Europa. Unión Europea, 2014.

4.

Propuesta metodológica para la conceptualización de sistemas de drenaje urbano. Revista EPM No. 6. Enero Junio de 2012.

5.

Control de escorrentías urbanas mediante pozos de infiltración: Aplicación práctica a un tramo del colector de aguas lluvias de la localidad de Fontibón Bogotá D.C. Cubides C., Elkin D. Trabajo de Final de Grado. Escuela Colombiana de Ingeniería "Julio Garavito". Noviembre 2016.

6.

Estudio de alternativas para la implantación de sistemas de drenaje sostenible en el barrio de Ruzafa (Valencia). Loro C. Alicia. Trabajo de Final de Grado. Trabajo de Final de en Ingeniería de Obras Públicas. Junio 2016.

7.

Análisis de la gestión del riesgo de desastres en Colombia. Banco Mundial Colombia - Global Facility for Disaster Reduction and Recovery. Marzo de 2012.

8.

Investigación para el desarrollo de sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS) en la ciudad de Bogotá. Hernández, Samir. Macea, Fabio. Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil. Universidad Católica de Colombia. 2014.

9.

Manejo de cuencas hidrográficas. Ramsar Manuales. Manual 9. Secretaría de la Convención de Ramsar. 4a. edición. 2014.

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10.

Rehabilitación hidrológica urbana. Andrés, Valerio. Euro-American Congress Rehabend 2014. Santander, España. https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/5724/Rehabilitaci%C3% B3n%20hidrol%C3%B3gica.pdf?sequence=1. Consultado en 2016 10 16.

11.

Sistemas urbanos de drenaje sostenible. SUDS. GITECO (Grupo de Investigación de Tecnología de la Construcción). Escuela de Caminos, Canales y Puertos de Santander. Universidad de Cantabria. http://www.caminospaisvasco.com/Profesion/Publicaciones%20de%20nuestros%2 0colegiados/suds. Consultado en 2016 10 16.

12.

Sistemas urbanos de drenaje sostenible “SUDS” como alternativa de control y regulación de las aguas lluvias en la ciudad de Palmira”.

Candelo, Geinner.

Universidad Militar Nueva Granada. Trabajo de grado. Bogotá D.C. 2013. 13.

Sistemas urbanos de drenaje sostenible. Subdirección de ecourbanismo y gestión ambiental empresarial SEGAE. Secretaria Distrital de Ambiente. 2011.

14.

Una infraestructura verde. Boletín Natura 2000, número 27, diciembre de 2009.

15.

World green infrastructure congress. Apuntes. Bogotá, Octubre 19, 20, 21 de 2016.

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