Objetivo: Replicar los flujos naturales del ciclo hidrológico, a partir de la gestión del agua lluvia de acuerdo con las características del sitio y las variables del proyecto.
Contribución a:
Requerimientos: Este lineamiento tiene un requerimiento obligatorio y uno opcional, con dos casos, de acuerdo con las condiciones previas del predio donde se localiza el proyecto. El proyecto debe seleccionar uno de los siguientes casos.
Caso 1: Predio parcialmente urbanizado o sin desarrollar: El predio donde se localiza el proyecto, en las condiciones previas, tiene áreas verdes en plena tierra, no desarrolladas o que se encuentran en condiciones naturales del terreno.
Caso 2: Predio totalmente urbanizado: El predio donde se localiza el proyecto, en las condiciones previas, cuenta con el 100% de áreas duras o impermeables, derivadas de procesos de urbanismo o construcción, previos al proyecto.
Requerimiento obligatorio: Gestión básica del agua lluvia.
Gestionar las aguas lluvias en el sitio mediante la implementación de estrategias de sostenibilidad que aporten a la replicabilidad del ciclo hidrológico. El volumen de aguas lluvias a gestionar dependerá del tipo de proyecto y el caso al que corresponde, según la siguiente tabla:
Para efectos del cálculo del volumen a gestionar, se tendrá en consideración el área del predio afectada por el coeficiente de escorrentía, en las condiciones de diseño del proyecto establecido
en la siguiente tabla, y el estudio pluviométrico de la zona, que incluya los eventos de precipitaciones diarios de los últimos diez años.
Nota: Adicionalmente, el sistema de drenaje propuesto debe dar cumplimiento a los requerimientos normativos vigentes, con el fin de evitar sobrecargas al sistema de alcantarillado pluvial y evitar inundaciones, lo cual deberá verificarse con las autoridades competentes.
Requerimiento opcional: Gestión avanzada del agua lluvia
Aumentar la gestión de las aguas lluvias en el sitio, mediante la implementación de estrategias de sostenibilidad que aporten a la replicabilidad del ciclo hidrológico.
El puntaje dependerá del percentil del agua lluvia a gestionar, el nivel de urbanización del predio en sus condiciones previas, el tipo de proyecto y la priorización del tipo de estrategias, según la siguiente tabla:
Para efectos del cálculo del volumen a gestionar, se tendrá en consideración el área del predio afectada por el coeficiente de escorrentía, en las condiciones de diseño del proyecto establecido
en la tabla “Coeficientes de impermeabilidad”, y el estudio pluviométrico de la zona, que incluya los eventos de precipitaciones diarios de los últimos diez años.
Sostenibilidad ejemplar: A partir del estudio de viabilidad técnica de alternativas diferentes al almacenamiento de aguas lluvias, implementar una o más de las estrategias alternativas analizadas.
Posibles estrategias:
Documentación requerida:
Sostenibilidad ejemplar: No aplica.
Hacia neto cero: No aplica.
Ejemplo 1: Un proyecto urbanístico de vivienda, estrato 5, localizado en una zona de uso mixto (comercial y residencial) al sur de la ciudad de Medellín, según se muestra en la imagen, tiene las siguientes características previas a la intervención:
Condiciones previas al proyecto: El proyecto se construirá en un predio con un nivel bajo de urbanización en las condiciones previas al desarrollo del mismo. La pendiente promedio del área de drenaje es del 6% y la longitud al punto más alejado de 249 m.
Condiciones de diseño del proyecto: Las intervenciones urbanísticas consisten en la construcción de 10 torres de apartamentos, zonas comunes y parqueaderos, de acuerdo con los diseños arquitectónicos.
Pasos para el cálculo del caudal de escorrentía a gestionar por parte del proyecto
1. Determinación del caso: Con el fin de determinar los requerimientos de gestión del agua de escorrentía, se procede a determinar el coeficiente ponderado de impermeabilidad en las condiciones previas a la construcción del proyecto, así:
a) Coeficiente de escorrentía en las condiciones previas:
donde:
El predio solo presenta un área de drenaje con el mismo coeficiente de impermeabilidad o escorrentía. De acuerdo con la tabla 16, el tipo de superficie corresponde a: Residencial, con predominio de zonas verdes, que tiene un coeficiente de escorrentía igual a 0,3. Por lo tanto, el proyecto corresponde al caso 2. Nivel de impermeabilidad bajo.
Para el caso 2, se debe garantizar que no se aumente la escorrentía en más de un 30% con relación a la generada a partir de las condiciones previas del proyecto.
2. Cálculo del caudal de escorrentía en las condiciones previas. Con el fin de conocer el caudal de escorrentía que se genera en el predio con las condiciones previas al desarrollo del proyecto, se calcula el caudal pico del hidrograma de creciente para un período de retorno de 5 años, de acuerdo con la tabla 6, toda vez que la zona del proyecto es de uso mixto.
Caudal de diseño utilizando el método racional:
El método racional es un modelo empírico simple que puede utilizarse para el diseño de sistemas de recolección y evacuación de aguas lluvias que tengan áreas relativamente pequeñas.
El diseñador podrá utilizar este método racional siempre y cuando el área de la cuenca de drenaje sea menor que 80 ha. El método racional calcula el caudal pico de aguas lluvias utilizando la intensidad media del evento de precipitación, con una duración igual al tiempo de concentración del área de drenaje y el coeficiente de impermeabilidad. El caudal medido a la salida de esta cuenca pequeña durante un período de lluvia uniforme se incrementa hasta un valor máximo que se mantiene constante hasta que se detenga la lluvia. El caudal se calcula con la siguiente ecuación:
Q = 2,78*C*i*A donde:
Cálculo de la Intensidad:
Siguiendo la metodología del RAS, para el caso del método racional el diseñador debe utilizar la intensidad media de precipitación dada por las curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF) para el período de retorno de diseño escogido, de acuerdo con lo establecido en el literal D.4.3.2 y una duración de lluvia equivalente al tiempo de concentración de la escorrentía, de acuerdo con lo establecido en el literal D.4.4.3.4.
Las curvas IDF de las Empresas Públicas de Medellín (EPM), que operan el sistema de alcantarillado en el sector del proyecto, describen la siguiente ecuación:
I=C(h+Tc)^m
donde:
Cálculo del Tiempo de concentración
Tc = Te + Tt
donde:
Para calcular el tiempo de entrada, se sigue la siguiente ecuación
donde:
Los parámetros de la cuenca de drenaje del predio son:
De acuerdo con los parámetros de la cuenca, el tiempo de entrada es 36.36 min
Para este caso en particular el tiempo de tránsito es igual a cero, pues no hay un recorrido a través de tuberías en el predio.
Una vez calculado el tiempo de concentración del área de drenaje, procedemos a calcular la intensidad y el caudal de escorrentía:
3. Cálculo del caudal de escorrentía en las condiciones de diseño. Con el fin de cumplir con el requerimiento obligatorio, con el cual se debe garantizar que el proyecto no genere un aumento en la escorrentía superior al 30% con relación a las condiciones previas, se implementarán las siguientes estrategias en sitio:
Generación de zonas permeables: con el fin de mitigar el impacto por el aumento de las zonas impermeables asociadas al proyecto, se conservará un porcentaje del terreno natural, favoreciendo la infiltración de las aguas lluvias y se minimizarán las zonas duras, logrando las siguientes características:
Con estas estrategias, el caudal de escorrentía se incrementaría en 88,8 L/s, equivalente a un 40% de la escorrentía que se genera en las condiciones previas al desarrollo del proyecto. Para lograr el umbral máximo de cumplimiento del requerimiento obligatorio, el proyecto construirá un tanque de recolección de aguas lluvias en las cubiertas de cada torre de 6m3 cada uno, que será utilizado para abastecer las zonas comunes de uso de agua no potable del proyecto. Con esta estrategia se logra captar un volumen de 60 m3 de aguas lluvias que equivale a gestionar un caudal adicional de 30,9 L/s, si se asume una lluvia con un tiempo de duración igual al tiempo de concentración de la cuenca de drenaje. Cabe anotar que el cálculo del volumen requerido para el aprovechamiento de aguas lluvias, depende de la demanda de agua que se quiere suplir, así como del régimen de lluvias que determina la disponibilidad del recurso, lo cual deberá ser verificado para las condiciones particulares del proyecto.
Por lo tanto, descontando el caudal de aprovechamiento de aguas lluvias, el caudal de escorrentía se incrementará en 57,9 L/s equivalentes al 26% de la escorrentía generada con relación a las condiciones previas del proyecto. Con lo anterior, se da cumplimiento al requerimiento obligatorio correspondiente al caso 2 de este lineamiento.
Ejemplo 2: Un proyecto urbanístico de vivienda de interés social, localizado en una zona de uso mixto (comercial y residencial) al occidente de Bogotá previamente urbanizado, según se muestra en la imagen, tiene las siguientes características:
Condiciones previas al proyecto: El proyecto se construirá en un predio con un nivel alto de urbanización en las condiciones previas al desarrollo del mismo. La pendiente promedio del área de drenaje es del 2,3% y la longitud al punto más alejado de 39,06 m.
Condiciones de diseño del proyecto: Las intervenciones urbanísticas consisten en la construcción de 3 torres de apartamentos, zonas comunes y parqueaderos, de acuerdo con los diseños arquitectónicos.
Pasos para el cálculo del caudal de escorrentía a gestionar por parte del proyecto
1. Determinación del caso: Con el fin de determinar los requerimientos de gestión del agua de escorrentía, se procede a determinar el coeficiente ponderado de impermeabilidad en las condiciones previas a la construcción del proyecto, así:
a) Coeficiente de escorrentía en las condiciones previas:
donde:
Análisis: En el predio se identifican dos áreas de drenaje con coeficientes de impermeabilidad diferentes. De acuerdo con la Tabla de coeficientes de impermeabilidad del Título D, RAS 2016 (Tabla D.4.7), los tipos de superficie corresponden a: Cubiertas, zonas comerciales e industriales que tiene un coeficiente de escorrentía igual a 0,9 y Residencial, con casas rodeadas de jardines que tiene un coeficiente de escorrentía igual a 0,45. El coeficiente ponderado es de 0,76, por lo cual, el proyecto corresponde al caso 1. Nivel de impermeabilidad alto.
Para el caso 1, se debe reducir en un 5% la escorrentía, con relación a la generada a partir de las condiciones previas a la construcción del proyecto.
2. Cálculo del caudal de escorrentía en las condiciones previas. Con el fin de conocer el caudal de escorrentía que se genera en el predio con las condiciones previas al desarrollo del proyecto, se calcula el caudal pico del hidrograma de creciente para un período de retorno de 5 años, de acuerdo con la tabla 11, toda vez que la zona del proyecto es de uso mixto.
Caudal de diseño utilizando el método racional
El caudal se calcula con la siguiente ecuación:
Q = 2.78*C*i*A donde:
Cálculo de la Intensidad
Siguiendo la metodología del RAS, para el caso del método racional el diseñador debe utilizar la intensidad media de precipitación dada por las curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF) para el período de retorno de diseño escogido, de acuerdo con lo establecido en el literal D.4.3.2 y una duración de lluvia equivalente al tiempo de concentración de la escorrentía, de acuerdo con lo establecido en el literal D.4.4.3.4.
Las curvas IDF para la zona donde se localiza el proyecto, describen la siguiente ecuación:
donde:
Para calcular el tiempo de entrada, se sigue la siguiente ecuación
donde:
Los parámetros de la cuenca de drenaje del predio son:
De acuerdo con los parámetros de la cuenca, el tiempo de entrada es 9,76 min
Para este caso en particular el tiempo de tránsito es igual a cero, pues no hay un recorrido a través de tuberías en el predio.
Una vez calculado el tiempo de concentración del área de drenaje, procedemos a calcular la intensidad y el caudal de escorrentía:
3. Cálculo del caudal de escorrentía en las condiciones de diseño. Con el fin de cumplir con el requerimiento obligatorio, con el cual se debe garantizar reducir en un 5% la escorrentía, con relación a la generada a partir de las condiciones previas a la construcción del proyecto, se implementarán las siguientes estrategias en sitio:
Generación de zonas permeables: Buscando mitigar el impacto de las zonas impermeables, y teniendo en cuenta que de acuerdo con los estudios de suelos, el terreno tiene capacidad suficiente de infiltración, se aumentarán las zonas verdes del área del proyecto, a través de jardines y cubiertas verdes, favoreciendo la infiltración de las aguas lluvias, logrando las siguientes características:
Con estas estrategias, el caudal de escorrentía se reduciría en 1.28 L/s, equivalente a un 9% de la escorrentía que se genera en las condiciones previas al desarrollo del proyecto.
Con lo anterior, se da cumplimiento al requerimiento obligatorio correspondiente al caso 1 de este lineamiento.
Recursos:
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