Diseño de un jardín de lluvia: la guía técnica

La gestión de las aguas de lluvia en nuestras ciudades: diseño de un jardín de lluvia con 3 ejemplos prácticos para descargar gratuitamente

El enfoque de esta semana presentará: un diseño simplificado de jardín de lluvia y uno más complejo (un jardín de bio-retención) con tres ejemplos prácticos para descargar gratuitamente.

El cambio climático global es evidente y ya produce efectos visibles en el mundo. La Tierra se está recalentando, las lluvias extremas son cada vez más frecuentes y el nivel del mar crece, incrementando el riesgo de ondas de calor, inundaciones y otros desastres ligados al clima que a menudo tienen un impacto destructivo sobre nuestro ecosistema.

Oportunidades y estrategias para gestionar eficazmente estos riesgos ya existen o pueden ser desarrolladas a escala local o internacional, involucrando nuevas tecnologías sustentables.

Los jardines de lluvia son una solución ideal ante estas situaciones.

Vista general del diseño complejo de jardines de lluvia

Vista general del diseño complejo de jardines de lluvia

¿Qué es un jardín de lluvia?

En general, por jardín de lluvia entendemos una depresión (natural o artificial) que recolecta el agua superficial que fluye de los techos, carreteras, aceras y otras superficies urbanas impermeables o semipermeables después de eventos torrenciales de lluvia. Esta depresión, y las capas debajo de la superficie, permiten una evacuación parcial o total del agua en un sistema de drenaje subterráneo.

Con el término jardín de lluvia se indica también un tipo de proyecto con una capa «viva» que permite filtrar sustancias contaminantes, pesticidas, fertilizantes, etc., llevados por el flujo de las aguas, antes de entrar en los colectores.

Los proyectos más complejos de jardín de lluvia normalmente se indican como “bio-retención”: estanques, áreas verdes, jardines, etc.

El deflujo de las aguas de lluvia en las áreas urbanizadas es mucho más evidente que en los ambientes naturales, ya que los materiales semipermeables recogen agua y reducen la infiltración al mínimo.

La expansión urbana resta constantemente áreas al ambiente natural, quitándole eficacia al ciclo hídrico local. Es evidente que la urbanización es más veloz que la capacidad de adaptación del ambiente natural como el cambio climático es más veloz que la capacidad de adaptación del sistema de alcantarillado.

El deflujo de las aguas “limpia” las superficies urbanas transportando enormes cantidades de deshechos (llamado “contaminación de fuentes no puntuales”). Se estima que hasta el 70% de la contaminación en los ríos y lagos proviene de la lluvia que “lava” las zonas urbanas.

Precipitación y gestión de las aguas de lluvia

La gestión de las aguas de lluvia prevé el control del deflujo pluvial a través de crean proyectos, sistemas y un conjunto de acciones para reducir los riesgos provocados por el deflujo de las aguas de lluvia.

El primer paso necesario en la gestión de las aguas de lluvia es comprender el modo en cual el agua interactúa con el sistema examinado.

Un evento lluvioso se caracteriza por un breve pico inicial con un volumen de agua muy elevado. En el caso de que el volumen del agua supere la capacidad del sistema de alcantarillado, existe el riesgo de inundación.

Otra causa común de inundación es el mantenimiento inadecuado que puede crear una obstrucción (es decir bloqueos del flujo de agua debido a escombros), y consecuentemente la ineficiencia del sistema de evacuación del agua.

Un enfoque eficaz para la gestión de aguas pluviales debe considerar un análisis hidrográfico completo. Por ejemplo, es esencial anticipar los volúmenes involucrados en eventos lluviosos.

Las áreas urbanas se caracterizan por estructuras, edificios, calles y superficies que limitan la cantidad de agua descargada y filtrada por el terreno, determinando así un significativo aumento de los volúmenes de agua superficiales. Además, superficies como las calles resultan un recorrido preferencial en el cual el flujo aumenta rápidamente la velocidad y el potencial de devastación.

diferente indice de infiltracion vs escorrentia entre las superficies urbanas y naturales.

Diferente índice de infiltración vs escorrentía entre las superficies urbanas y naturales.

Respuesta del drenaje urbano a los cambios climáticos

Como mostrado durante la “11 ° Conferencia Internacional Urban Drainage Modelling”, la crisis climática podría tener un rol sustancial en los cambios del modelo de precipitaciones. Por ejemplo, fue previsto que habrá un aumento del número y de la intensidad de las “precipitaciones estivas extremas”.

Consecuentemente, se debe realizar una nueva evaluación de los riesgos, en particular por sus efectos sobre el sistema del agua potable y de aguas residuales.

En muchos lugares del mundo, el cálculo de ingeniería de drenaje hasta ahora se ha basado en las estadísticas para las cuales las lluvias serán las mismas en futuro, manteniendo las mismas tendencias del pasado y del presente.

Para considerar correctamente los cambios climáticos, los datos sobre las precipitaciones deben ser multiplicados por un factor que incluye un aumento previsto de la intensidad de la lluvia.

Sobre la base de estas hipótesis, un nuevo plan puede ser desarrollado teniendo en cuenta:

  • El diseño de nuevos sistemas de alcantarillado
  • El mantenimiento, la actualización y adaptación de los sistemas existentes.

Un tipo de solución como la del jardín de lluvia se inserta perfectamente en esta segunda (y más económica) categoría de trabajos.

posibles consecuencias de gestion inadecuada de aguas pluviales

Posibles consecuencias de gestión inadecuada de aguas pluviales

Diseño de un jardín de lluvia: dos soluciones diferentes

Con el fin de atenuar estos problemas, se pensaron diferentes soluciones; en este enfoque realizaremos un proyecto completamente funcional con dos opciones. Es oportuno tener presente que cada solución propuesta se debe adaptar a las condiciones locales, considerando factores climáticos, normativas locales, disponibilidad de materiales, etc.

Por lo que nos hemos propuesto, en este ejemplo supondremos que todos los tipos de investigaciones precedentes ya fueron conducidas y consideradas en las primeras fases de proyecto.

Ejemplo simplificado de diseño de jardín de lluvia

Ejemplo simplificado de diseño de jardín de lluvia

Diseño de jardín de lluvia simplificado

Un jardín de lluvia, simplemente, es un sistema diseñado para capturar el agua residual, re direccionando el flujo desde la superficie al subsuelo, activando algunas reacciones que tratan y purifican el agua.

La sencillez del diseño lo hace aplicable prácticamente en todos los lugares, incluso en los espacios privados, para capturar cantidades muy pequeñas de agua. Por ejemplo, puede encontrarse en los patios en dirección de salida del alcantarillado (ver imagen a continuación).

Diseño jardín de lluvia - planta

Diseño jardín de lluvia – planta

Como se puede observar, el agua de lluvia que proviene de las  cubiertas  se recolecta a través de un camino de guijarros hacia  el jardín de lluvia.

Para definir un criterio de dimensionamiento para un pequeño jardín de lluvia, necesitamos algunos datos de base, tales como:

  • el área de cubiertas
  • la cantidad de bajantes
  • la pendiente del terreno
  • el tipo de suelo
  • la cantidad de lluvia

En este ejemplo simulamos tener una cubierta de 200 m² con 4 bajantes: entonces cada bajante sirve una superficie de 50 m².

diseno de jardin de lluvia - secciones

Diseño de jardín de lluvia – secciones

Consideraremos entonces las siguientes líneas guía:

  • para pendientes pares o inferiores al 4%, el estanque debe medir aproximadamente 10 centímetros;
  • para pendientes entre el 5% y el 7%, el estanque debe medir aproximadamente 15 centímetros;
  • para pendientes entre el 8% y el 12%, el estanque debe medir aproximadamente 20 centímetros;
  • para pendientes superiores, resulta muy complejo utilizar este tipo de jardines de lluvia.

Supongamos que tenemos una pendiente del 6% y un estanque de 15 centímetros.

La calidad del suelo determinará la velocidad con la cual el agua será absorbida por el subsuelo: un terreno arenoso drenará el agua más rápido que un suelo limoso y un terreno arcilloso drenará el agua muy lentamente en comparación con las otras dos opciones.

En este caso consideraremos un suelo limoso.

Con respecto a la cantidad de agua, consideramos una medida de 5 centímetros de lluvia por evento.

Aquí tenemos la fórmula:

extensión jardín de lluvia = superficie cubierta x cantidad de lluvia / profundidad del jardín

50 m² * 0,05 m = volumen de agua = 2,5 m³
2,5 m³ / 0,15 = extensión jardín de lluvia = 16.7 m²

En base a estos datos, nuestro jardín de lluvia deberá ser de al menos 16.7 m².

El correspondiente proyecto BIM de jardín de lluvia está disponible para la descarga gratuita al final de este artículo. En el interior del archivo, se encontrarán también la tabla de volúmenes para el cálculo de las obras en tierra.

La imagen a continuación muestra un proyecto de jardín de lluvia a baja escala en un contexto más urbanizado. A falta de espacio disponible, este sistema de recolección puede resultar muy útil.

solucion facil de jardin de lluvia en area urbanizada

Solución fácil de jardín de lluvia en área urbanizada

Descargar gratis los modelos 3D del proyecto de un jardín de lluvia simplificado

Descarga el modelo 3D BIM (.edf file) del jardín de lluvia a baja escala proyecto1
Descarga el modelo 3D BIM (.edf file) del jardín de lluvia a baja escala proyecto 2

 

 

Diseño complejo de jardín de lluvia

En un contexto altamente urbanizado, puede parecer difícil aplicar estos conceptos, ya que mayores volúmenes de agua involucrados pueden requerir una superficie mayor para el estanque; este obstáculo puede ser superado solo aumentando la capacidad de drenaje de las capas debajo del estanque mismo.

El objetivo de este enfoque es brindar una guía de consejos útiles para el diseño de jardines de lluvia; por tal motivo trasladaremos todos los aspectos de cálculo, las normas y los reglamentos relativos (considerándolos a nivel local).

Sin embargo, supongamos que la superficie del jardín sea de casi el 2% del área urbana impermeable, un estanque debería tener 10-30 cm de profundidad y una conductividad hídrica de 100-300 mm/hora.

Veamos algunas características de diseño.

jardin de lluvia, diseno complejo: seccion transversal con medidas y estratigrafia vertical

Jardín de lluvia, diseño complejo: sección transversal con medidas y estratigrafía vertical

En este ejemplo de jardín de lluvia iniciaremos diseñando una sección de excavación de 2,75 m x 1,40 m (excluidos los volúmenes ocupados por elementos estructurales), con un revestimiento impermeable tanto sobre los lados como sobre el fondo.

Debemos capturar el agua de lluvia residual que llega desde la calle por un lado y desde el carril bici y la acera por el lado opuesto.

El flujo de agua se insertará en el jardín a través de los foros de descarga que representan también los límites más altos que el agua puede alcanzar antes que el sistema de “demasiado lleno” empiece a funcionar.

Recordemos que el “demasiado lleno” drenará el agua sin ningún tratamiento.

Otro componente útil puede ser construir una pequeña trinchera de mantenimiento debajo de los agujeros de evacuación. Este pre-tratamiento interceptará y mantendrá los sedimentos que podrían obstruir el filtro, acortando su duración y comprometiendo las prestaciones.

El primer nivel técnico que el agua encontrará es el área filtro. Es aquí que la presencia de vegetación resulta importante.

Este nivel debería seleccionarse considerando las propiedades estructurales de los materiales y la conductividad hidráulica, generalmente entre 100 y 300 mm / hora.

La finalidad principal es permitir el drenaje del agua y por ende contener menos del 3% de limo y arcilla (los materiales son tratados mediante lavajes que remueven la arcilla y fracciones de limo).

Claramente es oportuno crear un sustrato para mantener la expansión de las raíces de las plantas, y también para promover un rico ambiente microbiológico.

Considerando el sistema de raíces de la variedad de plantas elegidas, el espesor de esta capa no debe ser superior a 40 y 60 cm.

Apenas bajo la capa de filtro, se debe implementar también una capa de transición. Esta área finge de filtro para impedir la migración vertical de los materiales que componen el biofiltro en la zona de drenaje. Esta área debe estar compuesta por arena bien calibrada con menos del 2% de partículas finas.

Con el fin de agilizar el drenaje, cada capa inferior debe tener mayor conductividad hidráulica respecto a aquellas superiores. El espesor mínimo de esta capa debería ser de 10 cm.

La capa al fondo de la estratificación es el sistema de drenaje, constituido por agregados finos (tamaño de grava de 2 a 7 mm). La función principal de esta zona es recoger y transportar el agua de lluvia tratada y, por último, en este particular diseño en capas, mantener y almacenar una reserva de agua accesible a la vegetación durante los períodos de sequía.

El espesor de esta zona (temporalmente) sumergida debería ser de entre 45 y 50 cm (se requiere un mínimo de 30 cm). Largos períodos sin lluvias tendrán un impacto negativo en la vegetación. Por este motivo, es fundamental estimar el período operativo de la zona sumergida y poder considerar esta simple fórmula:

tiempo de descarga del agua (días) = porosidad del medio x profundidad zona sumergida (mm) / tasa de evapotranspiración (mm / días)

La conductividad hidráulica del sistema es superior a la zona de transición superpuesta: en esta zona puede instalarse también un tubo de recolección como parte de la toma elevada.

Otro componente y muy recomendado en este sistema es la “descarga elevada” que permite crear una fuente sumergida para filtrar y recoger el agua en exceso.

algunas de las reacciones fisicas y quimicas alrededor de la planta y sus raices

Algunas de las reacciones físicas y químicas alrededor de la planta y sus raíces.

Descarga el modelo 3D del proyecto de un jardín de lluvia complejo

Descarga el modelo 3D BIM (.edf file) del proyecto complejo de un jardín de lluvia

Diseño de un jardín de lluvia: vegetación

Como dijimos, las plantas son elementos esenciales en los sistemas de bioretención.

Es difícil definir una variedad de vegetación que puede ser plantada en todas las condiciones climáticas en todo el mundo; por tal motivo en este ejemplo evidenciaremos algunos principios básicos a tener en cuenta para seleccionar la vegetación.

La regla principal: es necesario plantar variedades y especies locales.

Las plantas autóctonas son fundamentalmente en sintonía con el ambiente; por ende, reaccionaran mejor a los cambios climáticos, a los ataques de parásitos y a la presencia de hierbas infectantes. En pocas palabras, son más resistentes.

Otro aspecto fundamental a tener en cuenta son las características de las raíces. Las mejores prestaciones son directamente proporcionales al ancho de las raíces, pero también a la alta presencia de raíces sutiles y a una superficie de contacto general entre raíces y suelo.

Por otra parte, una buena práctica consiste en utilizar una alta densidad de implantes combinados con una gran diversidad de especies. Diferentes plantas pueden variar en sus prestaciones en relación a los cambios del tiempo durante el cambio de estación. También la capacidad de sustraer sustancias nutritivas, minerales y metales, puede variar considerablemente entre las diferentes plantas.

Estas son solo algunas de las consideraciones más importantes a realizar. Un estudio separado y localizado del componente vegetal es fundamental para un mejor rendimiento del sistema.

En conclusión, hemos descripto algunos modelos de jardín de lluvia. Existen aún más variantes posibles en términos de forma, tamaño y complejidad.

Por ejemplo, en la siguiente imagen es posible ver un jardín de lluvia a gran escala que es mucho más eficiente que el modelo desarrollado anteriormente, con algunas funciones utilizadas también en el modelo complejo (el proyecto completo se puede descargar gratuitamente a continuación).

seccion de un diseno complejo de jardin de lluvia

sección de un diseño complejo de jardín de lluvia

Descargas
Estos son los link para descargar los archivos de los proyectos, las diapositivas de presentación, el video y el software de diseño arquitectónico BIM utilizado para crear el modelo.

Descargar el modelo 3D BIM (.edf file) a baja escala del jardín de lluvia proyecto 1

Descarga el modelo 3D BIM (.edf file) a baja escala del jardín de lluvia proyecto 2
Descarga el modelo 3D BIM (.edf file) del proyecto complejo de jardín de lluvia

 

 

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