Sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales: tipos, dimensionamiento e instalación

¿Qué son los sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales?

Un sistema subterráneo de retención de aguas pluviales es una instalación subterránea diseñada para captar las aguas pluviales durante un episodio de lluvia y liberarlas a un ritmo controlado con el fin de minimizar el riesgo de inundaciones aguas abajo. Se suelen preferir cuando la disponibilidad de terreno es un problema o cuando las normas locales de zonificación prohíben las instalaciones de almacenamiento de aguas superficiales.

Funcionan de una manera muy específica: cuando llueve, el agua entra en el sistema más rápido de lo que sale. La salida está dimensionada para descargar el agua pluvial a un caudal específico, igual al caudal de escorrentía previo a la urbanización para el que se diseñó el sistema de drenaje aguas abajo. Una vez que pasa la tormenta, el agua pluvial almacenada se drenará de nuevo al sistema pluvial tras un período de unas pocas horas. El sistema vuelve entonces a estar “seco”. Así es como la detención se diferencia de la retención; con la retención, las aguas pluviales se almacenan en un estanque de forma permanente, a menudo para su infiltración o reutilización. Para ver cómo se relacionan los sistemas de detención con otros sistemas similares, puede consultar nuestro tanques de retención de aguas pluviales página que vale la pena leer, ya que trata sobre sistemas formados por estructuras de retención individuales (tanques), o nuestro tanques de atenuación página que recoge la terminología alternativa que se utiliza para estos sistemas en el Reino Unido y Australia.

Función principal: Almacenamiento temporal y liberación controlada

El objetivo principal de un sistema de retención subterráneo es la atenuación de los picos de caudal. Cuando las superficies impermeables, como techos, carreteras y estacionamientos, sustituyen a la cubierta vegetal natural en un paisaje existente, la escorrentía de aguas pluviales presenta un caudal y un volumen mucho mayores durante los episodios de lluvia. Los sistemas de retención captan esta escorrentía máxima y la limitan a una tasa de liberación controlada, comúnmente mediante un orificio o una placa de rebosadero, de manera que se evite que el flujo aguas abajo exceda la capacidad para la que fue diseñado. Según el Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut, “la retención subterránea es una práctica de gestión recomendada cuya eficacia para gestionar los caudales máximos tras las lluvias ha quedado demostrada”.

Detención frente a retención: por qué es importante

A menudo se utilizan estos términos indistintamente, lo cual es lamentable, ya que el uso del término incorrecto suele dar lugar a la instalación del sistema equivocado. La retención es la práctica de almacenar temporalmente las aguas pluviales a una tasa de descarga medida, de modo que el estanque o el sistema de retención quede seco después de la tormenta. La retención se refiere al almacenamiento permanente de las aguas pluviales, generalmente para su infiltración en la formación geológica subyacente, o para su uso en un sistema de riego de jardines u otra reutilización beneficiosa, como el suministro de agua para la extinción de incendios o el agua de descarga no potable. La mayoría de la gestión de aguas pluviales depósitos de retención en el caso de los emplazamientos comerciales nuevos o remodelados, incluidos los sistemas de retención subterráneos, se diseñarán y construirán como instalaciones de retención, ya que, en la mayoría de los casos, las autoridades locales exigen el control del caudal de descarga, pero no la eliminación de la descarga en sí.

Tipos de sistemas de retención subterráneos

La elección del sistema de retención subterráneo óptimo requiere un análisis minucioso del material, las condiciones de carga, los requisitos de almacenamiento y el presupuesto. La elección de un sistema no es simplemente una cuestión de costo del material, sino una decisión de ingeniería compleja. Las bóvedas de hormigón, por ejemplo, pueden ofrecer una mayor durabilidad, pero conllevan costos significativos de manipulación e instalación, mientras que los sistemas de plástico liviano suelen exigir una compactación precisa del relleno para alcanzar sus capacidades de carga.

El Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut clasifica los distintos materiales utilizados en los sistemas de retención subterráneos y destaca varias características y consideraciones propias de cada tipo de material. Es importante recordar lo siguiente: la ASCE publicó en 2024 los resultados de un estudio que documentaba casos de fallo en sistemas de retención subterráneos de plástico sometidos a cargas de tráfico, advirtiendo de que unas estimaciones inadecuadas de la capacidad de carga habían provocado colapsos estructurales en instalaciones reales.

Bóvedas y alcantarillas de hormigón

Las bóvedas de hormigón y las alcantarillas en caja son los materiales más comunes utilizados en los sistemas de retención subterráneos debido a su resistencia y alta capacidad de carga (cargas HS-20 y HS-25). Por lo general, no requieren un diseño estructural adicional y, por lo tanto, son la opción más habitual para proyectos bajo calles, estacionamientos y zonas de carga. Según el Asociación de Tubos de Concreto En Estados Unidos y Canadá, las bóvedas prefabricadas de hormigón pueden tener una vida útil prevista superior a 75 años, dependiendo de las especificaciones de fabricación y ensayo (por ejemplo, ASTM C1577 y C1433), pero pueden resultar difíciles de manejar durante la construcción y suelen tener los costos iniciales más elevados por pie cúbico de almacenamiento.

Sistemas de tubos metálicos corrugados (CMP)

Los sistemas de tuberías metálicas corrugadas suelen consistir en secciones individuales de tubería de acero galvanizado o aluminizado con diámetros que oscilan entre las 36 y las 120 pulgadas. Las secciones individuales se fabrican como un solo tubo, o se conectan mediante un colector metálico corrugado para unir varios tubos individuales entre sí. Las tuberías metálicas corrugadas se emplean habitualmente en proyectos lineales debido a la facilidad con la que se pueden conectar en línea recta. También tienen la ventaja de ser relativamente económicos para el volumen de almacenamiento que pueden alcanzar. La principal consideración para esta tecnología es cuánto tiempo es probable que el material galvanizado se corroa en las condiciones actuales de las aguas subterráneas; dependiendo del pH del suelo, el nivel freático y otros componentes químicos de los suelos, los sistemas de tuberías galvanizadas suelen tener una vida útil de entre 25 y 50 años antes de volverse susceptibles a fallas. El CMP recubierto de polímero ofrece una opción alternativa para proyectos con condiciones de agua subterránea que serían particularmente agresivas para los materiales galvanizados. Estos sistemas amplían ese rango, pero añaden entre un 15 % y un 25 % al costo del material.

Sistemas de tuberías de HDPE

Los sistemas de HDPE suelen estar compuestos por tuberías de polietileno con diámetros que oscilan entre las 12 y las 60 pulgadas. Se conectan entre sí mediante accesorios con juntas para lograr un sellado hermético. Por lo general, estos sistemas son más ligeros de instalar que los de CMP, ya que en estos proyectos se puede utilizar equipo más pequeño y equipos de trabajo más reducidos. El HDPE tiene la ventaja inherente de ser completamente inmune a los problemas relacionados con las aguas subterráneas y, por lo general, tiene la vida útil más larga, entre 50 y 100 años, debido a la naturaleza no corrosiva del material. La clave para utilizar el HDPE es que un diseño y una construcción adecuados son fundamentales para el éxito a largo plazo de estos sistemas. Si se selecciona el HDPE para una aplicación de retención, se debe prestar especial atención al diseño estructural. Esto es particularmente relevante porque los sistemas de tuberías de HDPE también fueron objeto de recientes advertencias de la ASCE con respecto a la importancia de cumplir con los requisitos mínimos de relleno y de adherirse a una carga de diseño basada en el tipo de tráfico.

Sistemas modulares de cajas geocelulares

Los sistemas geocelulares consisten en módulos modulares de alta resistencia fabricados con polímeros, que normalmente se ensamblan in situ y se recubren con tela geotextil. El elevado porcentaje de porosidad de estos sistemas (que en muchos casos supera el 95 %), los convierte en una tecnología ideal para proyectos que necesitan maximizar el volumen de almacenamiento de aguas pluviales disponible con una excavación mínima. Entre los ejemplos de este tipo de sistemas se incluyen Tanques de retención geocelulares (Aqua Rainwater) y módulos modulares para aguas pluviales (Aqua Rainwater). El diseño modular de estos sistemas permite su instalación mediante equipos capaces de maniobrar en espacios reducidos, sin necesidad de recurrir a maquinaria pesada para su colocación. Una limitación de esta tecnología es que la capacidad de carga depende de la calidad, el grado y la configuración del material de cada caja individual y, por lo tanto, las capacidades de carga pueden variar sustancialmente entre los materiales de diferentes fabricantes. Por lo tanto, los tanques y módulos geocelulares deben estar específicamente clasificados para una condición de carga a fin de soportar una condición de diseño particular. Los proyectos que requieran una capacidad de carga más alta con un diseño de cámara de fondo abierto tal vez deban considerar sistemas de detención en cámaras de arco que constituyen una solución alternativa (clasificados según las condiciones de carga AASHTO H-20).

Cómo funciona el dimensionamiento de los sistemas de retención subterráneos

Determinar el volumen de almacenamiento adecuado es la tarea de ingeniería más importante en cualquier proyecto de sistema de retención subterráneo. Si se calcula un volumen demasiado pequeño, el proyecto no cumplirá con la normativa y agravará las inundaciones aguas abajo durante las tormentas de diseño. Si se calcula un volumen demasiado grande, se excederá el presupuesto y se excavará más terreno del necesario. Afortunadamente, la lógica es sencilla: si conoces los datos clave del diseño, puedes verificar fácilmente si la propuesta de un contratista es realmente adecuada para tu emplazamiento.

En todo Estados Unidos, las normas sobre retención de aguas pluviales se basan casi siempre en una premisa básica: la tasa de escorrentía tras la construcción no debe ser superior a la tasa previa a la urbanización para una tormenta de diseño determinada. En Connecticut, Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut ofrece instrucciones de diseño paso a paso para calcular este volumen de almacenamiento, desde la cartografía de la cuenca hidrográfica hasta el dimensionamiento. Existe un enfoque de diseño similar en el Departamento de Agua de Filadelfia Manual. Este también establece un requisito de diseño para el dimensionamiento de los sistemas de retención subterráneos: la primera pulgada de escorrentía de cada superficie impermeable debe gestionarse desde el propio emplazamiento de la urbanización.

Parámetros clave para el dimensionamiento

Hay cinco parámetros específicos que determinan el volumen necesario para el dimensionamiento de los depósitos subterráneos. Es necesario disponer de valores fiables para estos parámetros antes de poder iniciar cualquier cálculo.

En cuanto a cómo interactúan estos parámetros en un escenario real de diseño de sistemas de drenaje pluvial municipal, Manual de prácticas de gestión recomendadas del condado de Hamilton es un excelente ejemplo de lo que se necesita.

El Marco del Método Racional

El método racional (Q = CiA) es el más utilizado para dimensionar los sistemas de retención de cuencas pequeñas y medianas en los Estados Unidos. El caudal de escorrentía (Q) es el resultado del coeficiente de escorrentía (C), la intensidad de la lluvia (i) y el área de la cuenca (A). Aunque este método puede ser impreciso para cuencas más grandes o complejas, la mayoría de los cálculos de diseño de sistemas de retención de aguas pluviales comerciales o residenciales lo utilizan como punto de partida predeterminado.

El coeficiente de escorrentía define qué parte de la lluvia se convierte en escorrentía. Una cuenca de captación cubierta de césped (con suelo permeable) podría tener un coeficiente de entre 0,2 y 0,4. En comparación, un terreno comercial impermeable podría tener un coeficiente de entre 0,85 y 0,95. La variación en el coeficiente entre los escenarios previos y posteriores a la urbanización es lo que, en última instancia, determina el almacenamiento necesario. Nuestro artículo sobre cómo funcionan los tanques de atenuación ofrece más información sobre los principios de la atenuación del caudal.

Cálculo del volumen de almacenamiento

El almacenamiento necesario se calcula determinando el volumen comprendido entre el caudal de entrada del hidrograma posterior al desarrollo y el caudal de salida aceptable durante la duración de una tormenta de diseño. Por lo general, los ingenieros utilizan uno de los siguientes métodos de cálculo:

El método simplificado consiste en calcular la diferencia entre el pico posterior al desarrollo y el caudal máximo de diseño, multiplicada por la duración de la tormenta. Esto proporciona una estimación muy aproximada para proyectos pequeños y, a menudo, da como resultado una duración de tormenta de diseño insuficiente o una cuenca de captación que podría presentar múltiples picos.

El método de enrutamiento calcula una simulación por pasos temporales de los caudales de entrada y salida a lo largo de la duración de una tormenta. Se trata de un proceso más preciso y es necesario para que la mayoría de los municipios puedan presentar el diseño definitivo. Manual de diseño del CSPI incluye varios ejemplos prácticos de ambos métodos aplicados a sistemas de retención basados en tuberías.

Cuándo se necesita un sistema de retención subterráneo: factores normativos

Quizás le sorprenda saber que, en la actualidad, ninguna ley federal de los Estados Unidos exige que todos los proyectos instalen sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales. Sin embargo, existe un sistema que se inicia a nivel federal y se extiende a los niveles estatal y local, y que puede dar lugar a requisitos relacionados con las aguas pluviales y la retención de las mismas, si un proyecto presenta ciertas características. El primer paso para determinar si necesita un sistema de retención subterráneo es comprender qué requisitos pueden existir en su localidad y cómo se relacionan con su proyecto.

La Ley Federal de Agua Limpia (CWA) ha establecido el Sistema Nacional de Eliminación de Descargas Contaminantes (NPDES), que constituye, en esencia, el sistema regulador de aguas pluviales de los Estados Unidos. Los permisos del NPDES forman parte de la implementación de la CWA por parte de cada estado y, por lo general, establecen que un municipio con un permiso del Sistema Municipal Separado de Alcantarillado Pluvial (MS4) debe gestionar las aguas pluviales posteriores a la construcción en su descarga del MS4 para ayudar a controlar la escorrentía de fuentes difusas proveniente de nuevas construcciones y reurbanizaciones. Ese es el mecanismo que impulsa los requisitos de las ordenanzas locales sobre aguas pluviales, los cuales pueden incluir la retención subterránea de aguas pluviales.

Requisitos federales y estatales sobre aguas pluviales

A nivel federal, las normas sobre aguas pluviales de las Fases I y II de la Ley de Control de Contaminación del Agua (CWA) exigen a los operadores de sistemas de drenaje urbano (MS4) que controlen las aguas pluviales posteriores a la construcción generadas por cualquier proyecto que implique la alteración de uno o más acres de terreno. Los requisitos estatales suelen incluir todos los requisitos para la expedición de permisos NPDES y permisos MS4, además de cualquier norma a nivel estatal. Las normas estatales pueden incluir mejores prácticas de gestión estructurales, como sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales (u otros requisitos), que deben instalarse cuando un desarrollo cuenta con una superficie impermeable que supera ciertos límites reglamentarios estatales. Un ejemplo de esto es el Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut (Prácticas óptimas de gestión de aguas pluviales), que incluye la retención subterránea de aguas pluviales como una de las prácticas óptimas de gestión de aguas pluviales y enumera normas de diseño específicas. Del mismo modo, en Florida, el Distrito de Gestión del Agua del Río St. Johns ofrece orientación a las comunidades y a las asociaciones de propietarios sobre cuáles podrían ser los requisitos de sus sistemas de aguas pluviales, lo que incluye la retención subterránea.

Puntos de activación de las ordenanzas locales

Como mucho, existe una ordenanza específica a nivel local que establece los requisitos en materia de aguas pluviales, incluyendo la retención subterránea de aguas pluviales y/u otros requisitos. Hay varias formas en que la ordenanza municipal sobre aguas pluviales puede determinar si el propietario de un inmueble debe instalar un sistema de retención subterránea de aguas pluviales. Por lo general, se trata de umbrales mínimos de superficie impermeable o de área de alteración del terreno que exigen una retención in situ. Un ejemplo de esto es el Departamento de Agua de Filadelfia Requisitos relativos a las aguas pluviales, que incluyen requisitos de retención subterránea de aguas pluviales para un desarrollo comercial que supere una determinada cantidad de superficie impermeable, además de otras normas de diseño que abarcan la retención subterránea de aguas pluviales y el diseño de mejores prácticas de gestión (BMP) para aguas pluviales.

Otra forma en que una ordenanza establece la retención subterránea de aguas pluviales es en función de la superficie impermeable que cubrirá un proyecto de desarrollo. Por lo general, esto se aplica a un desarrollo comercial con una superficie impermeable de entre 5,000 y 10,000 pies cuadrados, a una remodelación en la que la superficie impermeable existente aumente por encima de un determinado porcentaje, o a un nuevo desarrollo en el que la superficie impermeable propuesta supere una superficie determinada. La retención subterránea de aguas pluviales podría utilizarse específicamente cuando no sea posible construir un estanque en superficie para el proyecto, cuando no haya suficiente espacio en la propiedad para construir un depósito de aguas pluviales en superficie, o cuando se permita la escorrentía de aguas pluviales a través de un sistema de alcantarillado pluvial debido a los requisitos de retranqueo de una nueva estructura de estacionamiento o a mejoras en el alcantarillado pluvial, etc.

Proceso de instalación y prácticas recomendadas

Un diseño sólido de un sistema de retención subterráneo puede quedar totalmente invalidado si la instalación no se ajusta a las especificaciones técnicas. La secuencia de eventos, desde la excavación inicial hasta la compactación final del relleno, puede tener un efecto significativo en la integridad de una instalación de retención subterránea y en el rendimiento hidráulico a largo plazo del sistema. Por ejemplo, la diferencia entre un sistema que funciona durante décadas y otro que presenta problemas en los primeros años casi siempre se remonta al control de calidad de la instalación.

Los requisitos de instalación y las mejores prácticas para los sistemas de retención subterráneos están bien documentados en diversos manuales de mejores prácticas de gestión (BMP), tales como Manual de prácticas recomendadas del condado de Hamilton. En este caso, los requisitos relativos a la cobertura mínima, las especificaciones de compactación y las distancias de seguridad para los sistemas de retención subterráneos se aplican específicamente al condado de Hamilton. En la sección de recursos se incluyen referencias a manuales de mejores prácticas de gestión (BMP) similares para otras jurisdicciones, aunque es posible que su jurisdicción específica tenga requisitos ligeramente diferentes.

Preparación del terreno y excavación

La preparación adecuada del sitio comienza antes de que se inicie la excavación e incluye verificar que la ubicación y el tamaño de la excavación prevista se ajusten al diseño de ingeniería aprobado y que se hayan completado todas las localizaciones de servicios públicos. La instalación adecuada de los sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales es un aspecto fundamental que exige que los desniveles y las ubicaciones de la excavación se ajusten a los planos de diseño aprobados, de modo que los desniveles de las entradas y salidas del sistema de retención sean los previstos, con el fin de garantizar el correcto funcionamiento hidráulico de todo el sistema de drenaje de aguas pluviales.

Además, se debe excavar un espacio de al menos 30 cm más ancho que la huella del sistema en todos los lados, a fin de que el contratista del sistema disponga de espacio suficiente para conectar las tuberías, compactar y colocar el material de relleno. La subbase de la excavación debe compactarse hasta alcanzar una densidad mínima especificada, normalmente 95% según el método Proctor estándar, y debe verificarse con un densímetro nuclear u otro procedimiento de prueba adecuado, antes de colocar cualquier material de lecho. Si se requiere desaguar para instalar el sistema de retención subterráneo, el desaguado debe continuar durante todo el proceso de instalación y relleno; no es aceptable instalar un sistema de retención de aguas pluviales enterrado, compactarlo y rellenarlo, y dejar un charco de agua estancada en la excavación una vez finalizada la instalación. La compactación del material de relleno se verá comprometida si se realiza en suelo húmedo o con agua, y existe una posibilidad significativa de que se formen huecos en el suelo alrededor del sistema, lo que puede provocar asentamientos y fallas prematuras del sistema.

Colocación del sistema y relleno

El material de lecho, que consiste en grava limpia o un material de relleno granular compactado, proporciona una buena base sobre la que se asienta la instalación subterránea de retención de aguas pluviales. El espesor requerido del material de lecho variará según el sistema. Por ejemplo, los sistemas de bóvedas de hormigón requieren un mínimo de 15 cm de base granular compactada, mientras que los sistemas de tuberías pueden variar entre 10 y 30 cm, dependiendo del diámetro de las tuberías del sistema y de las condiciones del suelo.

Una vez colocado el sistema en la excavación, es necesario rellenarlo cuidadosamente en capas de entre 15 y 30 centímetros y compactarlo según las especificaciones, dejando que el suelo se asiente antes de colocar cualquier material de relleno adicional. No rellenar y compactar cuidadosamente el sistema según lo especificado es la principal causa de que los sistemas de retención subterráneos se asienten después de su instalación. Colocar el sistema en la excavación y luego verter el relleno de una sola vez y compactarlo a la densidad especificada no permite que el suelo se asiente de manera controlada y puede desplazar y mover el sistema durante este proceso de instalación, lo que puede provocar fallas en las juntas de las conexiones de las tuberías. Esto se ilustra claramente en Departamento de Agua de Filadelfia Especificaciones para las normas de revisión de planos relativas a la retención subterránea. Para sistemas subterráneos de gestión de aguas pluviales Al utilizar diseños modulares, es fundamental seguir las directrices de relleno específicas del fabricante, ya que cada producto cuenta con mecanismos de transferencia de carga distintos.

Una vez instalado el sistema de retención de aguas pluviales, las tuberías de entrada y salida deben conectarse al sistema de tal manera que permitan un ligero asentamiento sin que se formen huecos ni se produzcan fugas en las tuberías. Las bocas de inspección y las pozos de registro deben llegar hasta el nivel del suelo acabado para facilitar el acceso del personal de mantenimiento en el futuro.

Errores comunes de instalación que hay que evitar

Tres de los fallos o deficiencias de instalación más comunes que se observan en el funcionamiento de los sistemas de retención subterráneos son la compactación inadecuada del relleno y la profundidad insuficiente de la capa de recubrimiento. Cualquiera de estos problemas puede surgir durante la instalación de un sistema y corregirse antes de que esta concluya. Es un error dar por sentado que cualquier sistema de retención enterrado funcionará correctamente y durará muchos años si no se siguen las técnicas de instalación adecuadas.

El defecto de instalación más común en los sistemas de retención subterráneos es la compactación inadecuada del material de relleno colocado alrededor del sistema tras su colocación en la excavación. Si el lecho y el material de relleno no se compactan por capas tal y como exige el diseño, el suelo circundante se asentará de forma desigual en el futuro, lo que generará cargas desiguales alrededor y sobre la estructura de retención, lo que a la larga podría provocar daños o el fallo del sistema de retención de aguas pluviales enterrado. En el caso de los sistemas basados en tuberías, las cargas desiguales pueden provocar que la deflexión de una tubería enterrada supere los límites de deflexión permitidos. En el caso de los sistemas modulares de tipo geocelular, las cargas desiguales pueden provocar la deformación o el fallo parcial de los módulos de jaula. Consulte nuestro Guía sobre tanques de atenuación geocelulares para conocer más prácticas recomendadas sobre la instalación de sistemas geocelulares de gestión de aguas pluviales.

La segunda causa más común de falla en un sistema subterráneo de retención de aguas pluviales es que no se proporcionó la profundidad de recubrimiento suficiente para permitir que el sistema se instalara correctamente y funcionara bien durante muchos años. El diseño de todo sistema subterráneo de aguas pluviales incluye una profundidad mínima de recubrimiento requerida sobre la parte superior del sistema, con el fin de garantizar la capacidad de carga vehicular prevista para la estructura que se instala. Si no se instala un sistema de retención subterráneo con la profundidad de recubrimiento mínima requerida, se obtendrá un sistema con menor profundidad de recubrimiento, lo que puede provocar una falla prematura del sistema debido a que la carga exceda la capacidad de diseño. Es posible que el sistema no falle, especialmente en áreas de tráfico ligero, y que funcione durante años antes de que comiencen a surgir problemas. Sin embargo, es importante instalar un sistema de retención de aguas pluviales con la profundidad de recubrimiento mínima requerida según lo especificado, a fin de garantizar que el sistema funcione según lo esperado durante muchos años con un mantenimiento mínimo.

Muller Engineering describe el efecto que tiene una instalación de baja calidad de los sistemas de aguas pluviales en el rendimiento a largo plazo de los sistemas de retención, así como el mantenimiento adicional y los costos que pueden derivarse de una instalación deficiente.

Factores de costo y valor a largo plazo

A menudo, los debates sobre los costos de los sistemas de retención subterráneos no llegan a buen puerto cuando se analizan los costos de los materiales de forma aislada, sin tener en cuenta el valor del terreno que se recupera al ubicarlos bajo tierra. Un estanque de retención en superficie en un terreno de desarrollo comercial de 10 acres puede ocupar entre 15 000 y 25 000 pies cuadrados de superficie urbanizable. En desarrollos comerciales donde el precio de mercado del terreno oscila entre 1 419 y 1 450 dólares por pie cuadrado, un estanque de retención podría suponer una pérdida de ingresos de entre 1 425 000 y 1,25 millones de dólares debido al terreno sin desarrollar, sin tener en cuenta los costos de construcción del propio estanque de superficie.

Esta es la razón, que a menudo no se tiene en cuenta en las comparaciones de costos, por la que la retención subterránea suele resultar más económica que la retención en superficie, debido a la pérdida de potencial que supone el estanque de retención en superficie. En Análisis de NAIOP, la retención subterránea se considera una forma eficaz de recuperar la superficie que, de otro modo, se destinaría a un estanque de retención en superficie.

Principales factores que influyen en los costos

Hay cinco factores clave que influyen en el costo de un tanque subterráneo de retención de aguas pluviales y que dan lugar a grandes variaciones en el precio por galón o pie cúbico que puede cotizar cualquier empresa o particular:

Selección de materiales El material seleccionado será el factor más determinante en el costo unitario del tanque de retención. La bóveda de concreto prefabricado tiene un costo unitario por pie cúbico más elevado que otros materiales, pero puede implicar menores costos de ingeniería y materiales relacionados con el relleno y otras consideraciones. El sistema de tuberías de HDPE y jaulas geocelulares tiene un costo unitario por pie cúbico más bajo, pero puede implicar mayores costos de ingeniería y materiales relacionados con el relleno y otras consideraciones. El Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut señala que el material elegido influirá tanto en el costo inicial como en las consideraciones de mantenimiento.

Requisitos de almacenamiento La cantidad de almacenamiento necesaria será el segundo factor más importante en el costo de los materiales y la instalación. Dado que se necesitarán configuraciones más complejas de las tuberías de entrada y salida, así como cámaras de inspección más grandes para dar cabida al mayor número de tuberías y al aumento del caudal, el incremento de la capacidad de almacenamiento también puede traducirse en un aumento de los costos de construcción.

Condiciones del sitio La ubicación concreta del emplazamiento, en particular las condiciones del suelo, la profundidad del nivel freático y las líneas de servicios públicos, pueden influir en el costo final de una cámara de retención de manera más significativa que la elección del material de almacenamiento. La excavación en roca, los niveles freáticos altos que requieran desagüe y el reubicación de servicios públicos pueden aumentar el costo en un 20-40 % cada uno.

Profundidad de enterramiento Cuanto mayor sea la profundidad de una cámara de retención subterránea, mayor será el costo. Esto se debe a que habrá que excavar más tierra para instalar el tanque y a la cantidad de refuerzos que se necesitarán para ello. Si hay una capa de roca madre poco profunda cerca de la superficie, esto también puede limitar la profundidad que se puede utilizar para la instalación.

Requisitos de acceso Debido a la necesidad de realizar el mantenimiento del sistema, será necesario acceder a la cámara subterránea. Esto significa que la instalación de más bocas de acceso o compuertas de inspección aumentará el costo total de la construcción de la cámara de retención. El municipio o la autoridad local establecerá los requisitos relativos al acceso. Cualquier concesión en cuanto al acceso necesario durante la construcción puede dar lugar a costosas modificaciones posteriores.

Aspectos económicos de los estanques subterráneos frente a los de superficie

Para comparar el costo de un estanque en superficie con el de uno subterráneo, debemos considerar el costo total de propiedad de cada opción, en lugar de limitarse únicamente al precio inicial. A menudo resulta más rentable optar por el sistema subterráneo en zonas de desarrollo comercial urbanas y suburbanas donde el valor del terreno supera los $20 por pie cuadrado. En cambio, en zonas rurales o menos desarrolladas, donde el terreno es abundante y no supone una inversión tan costosa, un estanque en superficie seguirá siendo una opción económica. GreenRise Los costos a nivel del proyecto indican que la decisión de construir una estructura de retención subterránea en lugar de un estanque en superficie se basará en las condiciones del emplazamiento y en aspectos económicos, y no únicamente en el costo de construcción.

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Requisitos de mantenimiento e inspección

Los sistemas subterráneos de retención deben someterse a un mantenimiento programado para que sigan funcionando de manera eficaz a lo largo de su vida útil de más de 50 años. La falta de inspección y de remoción de sedimentos es la causa más común por la que estos sistemas pierden capacidad de almacenamiento y, en última instancia, no funcionan al caudal de descarga permitido. Tras más de 15 años de diseñar y mantener sistemas de retención de aguas pluviales tanto para instalaciones comerciales como municipales, queda claro que los sistemas que cuentan con un protocolo de mantenimiento regular son los que tienen más probabilidades de funcionar según lo requerido, mientras que los que no lo tienen suelen mostrar deterioro en los primeros 10 años de operación.

El Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut establece: Las estructuras subterráneas deben inspeccionarse anualmente. Si la acumulación de sedimentos ha alcanzado un nivel que reduce el volumen total de almacenamiento disponible dentro de la estructura, se debe eliminar el exceso de sedimentos. Esta no es una recomendación opcional. Muchos permisos MS4 exigen pruebas de que se ha realizado el mantenimiento.

Calendario de inspecciones de rutina

Un sistema subterráneo de gestión de aguas pluviales debe inspeccionarse anualmente. Una inspección visual es la forma más sencilla y económica de supervisar el estado de una medida de control de aguas pluviales. El mejor momento para inspeccionar una instalación es una vez finalizada la temporada de lluvias y antes de que comience la siguiente. En ese momento, cualquier sedimento que se haya acumulado durante la temporada de lluvias anterior es fácilmente visible y el personal de mantenimiento puede acceder fácilmente al sistema.

En cada inspección, se deben registrar los siguientes datos:

• Estado de las estructuras de entrada y salida
• Cualquier obstrucción de las placas de orificio y/o de las aberturas del vertedero
• Profundidad del sedimento en varios puntos del sistema
• Estado y accesibilidad de las bocas de inspección, los orificios de inspección y cualquier otro elemento de acceso

Muller Engineering utiliza la siguiente lista de verificación para todos los informes de inspección de rutina:

• Estado estructural
• Espesor de los sedimentos
• Funcionamiento de las entradas y salidas y obstrucciones
• Vegetación en los puntos de inspección y acceso

Todas las medidas de control de aguas pluviales subterráneas que incluyan tuberías deben someterse a inspecciones con cámaras de CCTV cada 3 a 5 años para documentar su estado. Esto es necesario porque el estado interno del sistema no puede evaluarse de manera eficaz mediante una inspección visual desde las bocas de inspección.

Además, se debe realizar una inspección posterior a la tormenta tras aquellos fenómenos que superen la tormenta de diseño de 10 años. La inspección, que debe llevarse a cabo en un plazo de 72 horas tras dicho fenómeno, permite retirar los escombros, evaluar los daños en los controles de desagüe y gestionar los sedimentos. Esto último es importante, ya que estos fenómenos pueden movilizar escombros, dañar los controles de desagüe o depositar volúmenes de sedimentos que reduzcan significativamente el almacenamiento disponible antes de cualquier futura temporada de lluvias.

Gestión y limpieza de sedimentos

El problema de mantenimiento más frecuente en un sistema de retención subterráneo es la acumulación de sedimentos. Cada episodio de lluvia provoca que entre una cierta cantidad de sedimentos en la instalación en forma de partículas finas y materia orgánica, lo que en algunos casos incluye basura. A medida que este material se deposita en el interior del sistema de retención, se compacta y reduce la capacidad de almacenamiento disponible.

Los métodos de eliminación de sedimentos dependen, por lo general, del tipo de sistema y de la forma de acceder al mismo. En el caso de los sistemas de tuberías, los camiones de succión son el método más común para la remoción de sedimentos. El camión de succión cuenta con una manguera de succión larga y flexible, que se puede introducir a través de una boca de inspección hacia el interior del sistema. Los sedimentos acumulados se retiran entonces en estado líquido. El ingreso a espacios confinados por parte de personal certificado puede ser el único método de remoción de sedimentos para grandes bóvedas de concreto o instalaciones sin acceso directo para un camión de succión.

El almacenamiento geocelular plantea diversos retos de mantenimiento. La estructura en forma de celdas de los sistemas geocelulares suele hacer que la limpieza con aspiradora sea menos eficaz, ya que los sedimentos pueden depositarse en espacios entre celdas a los que no se puede acceder directamente desde la superficie. Para minimizar la carga de sedimentos, un sistema modular siempre debe contar con algún tipo de pretratamiento situado aguas arriba del sistema de retención, como un depósito de sedimentos o un separador hidrodinámico, con el fin de capturar la mayor parte de los sólidos en suspensión antes de la entrada al sistema.

El Kit de herramientas de Lake Superior Streams ofrece orientación sobre cómo elaborar un programa de mantenimiento y gestionar las tareas de mantenimiento de los depósitos subterráneos. Según Aqualisco, un contrato de mantenimiento con una empresa especializada en aguas pluviales garantizará que se realicen inspecciones de mantenimiento periódicas y reducirá al mínimo la posibilidad de que la acumulación de sedimentos afecte el rendimiento de la instalación.

Preguntas frecuentes sobre la retención subterránea de aguas pluviales

Si bien esta guía aborda el diseño y la construcción generales de los sistemas de retención subterráneos, es imposible tratar este tema sin responder a las preguntas prácticas que suelen plantear los ingenieros, los promotores inmobiliarios y los propietarios al evaluar dichos sistemas para sus proyectos específicos. A continuación, se incluyen las respuestas a algunas de las preguntas más comunes que recibimos sobre la retención subterránea.

A lo largo del resto de la guía hemos abordado estos temas de manera similar, citando fuentes como el Manual de Calidad de las Aguas Pluviales de Connecticut, el Departamento de Agua de Filadelfia y el análisis del desempeño del sistema realizado por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ASCE). También hemos incluido información sobre la variedad de requisitos que existen en las distintas jurisdicciones, así como la recomendación de verificar los requisitos específicos para su proyecto en la norma local correspondiente.

Acerca del autor

Grayden Du · Director de Exportación y especialista en soluciones para aguas pluviales

Grayden Du dirige la ejecución de proyectos internacionales en AQUA RainWater Solutions, donde se especializa en el diseño de sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales y sistemas geocelulares para aplicaciones comerciales, municipales y residenciales en Estados Unidos, Australia y Oriente Medio.

Áreas de especialización: Sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales · Diseño e ingeniería de tanques geocelulares · Cumplimiento de los requisitos de desarrollo de bajo impacto (LID) · Sistemas de drenaje sostenible (SuDS) · Diseño urbano sensible al agua (WSUD)

Credenciales: Certificado por la ASTM, Certificado por SGS, Verificado por Intertek, Probado por TRI, Con marcado CE

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Referencias

[1] Advertencia: Sistemas subterráneos de retención de aguas pluviales de plástico

[2] Almacenamiento subterráneo – Manual de calidad de las aguas pluviales de Connecticut

[3] 4.8 Retención subterránea – Servicios de Urbanismo

[4] UgB: Detención clandestina

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