Ciudades esponja: potencial de las soluciones constructivas con elementos prefabricados de hormigón

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 81)

Las ciudades esponja, la constitución de áreas urbanas que puedan drenar el agua de manera natural y sostenible, además de servir de sistemas de acumulación de agua que disponer especialmente para cubrir determinadas necesidades y en periodos de sequía.

Alejandro López Vidal. Director Técnico ANDECE (Asociación Nacional de la Industria del Prefabricado de Hormigón)
José Rodríguez Soalleiro. Asesor Técnico de Canalizaciones de ANDECE (Asociación Nacional de la Industria del Prefabricado de Hormigón

EL PROBLEMA…

Una de las consecuencias más evidentes del cambio climático es la proliferación de fenómenos meteorológicos extremos como son las lluvias torrenciales, quizás no tan frecuentes pero cada vez de mayor intensidad. El pasado año vivimos en España dos episodios de enorme magnitud durante los meses de julio y septiembre, que pusieron a prueba la resiliencia de nuestras infraestructuras urbanas y que causaron enormes daños económicos y medioambientales, pero sobre todo en pérdidas de vidas humanas.

Los efectos de estos fenómenos naturales quedan condicionados principalmente a la capacidad de las infraestructuras, compuesta fundamentalmente por sistemas antiguos de alcantarillado y al  incremento de la superficie del suelo impermeabilizada por el asfalto. Según la Asociación Española de Abastecimientos de Agua y Saneamiento (AEAS), el 39% de las tuberías de suministro y el 58% de las de alcantarillado tienen más de 30 años y solo el 0,6% de las redes de agua potable y el 0,38% de las de desagüe se renovaron en el último año [1], por lo que se pone en evidencia la urgente necesidad de invertir en nuevos desarrollos urbanos con los que gestionar y aprovechar de una forma más eficiente el agua procedente de la lluvia [2].

Con este fin, surgen los sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS) o más ampliamente el concepto de las ciudades esponja, es decir, la constitución de áreas urbanas que puedan drenar el agua de manera natural y sostenible, además de servir de sistemas de acumulación de agua que disponer especialmente para cubrir determinadas necesidades y en periodos de sequía.

…Y LAS SOLUCIONES

En este contexto, el hormigón como material de construcción más universal, y la prefabricación, como tecnología que permite optimizar su empleo al disponer de elementos constructivos resultado de un proceso industrial y, por tanto, generalmente con una mayor durabilidad, control y eficacia, ofrece una amplia variedad de soluciones con que conformar sistemas resilientes ante la amenaza de futuras lluvias y mitigar las consecuencias. Existen distintas tipologías de sistemas constructivos aplicables como SUDS, en edificios (cubiertas verdes, aljibes), a nivel del suelo (pavimentos permeables, alcorques estructurales, jardines de lluvia) o subterráneos (tanques, pozos, celdas y cajas reticulares, etc.). En este artículo nos vamos a detener en describir las principales soluciones que aporta la industria de los prefabricados de hormigón en canalizaciones y pavimentos.

El principal objetivo de las ciudades esponja es que el agua se dirija directamente aguas abajo del sistema, reduciendo los problemas asociados a la gestión del sistema de alcantarillado municipal en tiempo de lluvia, como inundaciones y vertidos por desbordamiento de los sistemas unitarios, haciéndolo más resiliente. De esta forma, se diseña el espacio urbano de manera que se laminen de las lluvias torrenciales filtrando la precipitación en el subsuelo, canalizándola hacia zonas inundables si las hubiera, o recogiéndola en tanques de tormenta que luego permita su eventual reutilización en riego y limpieza, en lugar de enviarla directamente al desagüe.

La solución de filtrado reduce la contaminación del agua, recarga los acuíferos subterráneos, lamina la escorrentía superficial extrema y reduce el riesgo de daños ocasionados por ésta, además de la mejora estética que supone la creación de zonas verdes. Para conseguir esta filtración debemos acudir a pavimentos drenantes.

Canalizaciones

La ampliación de la red de carreteras y otras áreas urbanas, mayoritariamente compuestas por firmes asfálticos, ha ocasionado un aumento de la superficie terrestre impermeable y como consecuencia, de un aumento del coeficiente de escorrentía por lo que los sistemas de alcantarillado, dimensionados en su día para unas circunstancias específicas, se han quedado obsoletos no siendo capaces de soportar la carga de precipitación que deberían aliviar.

1. Canales

Las canales de desagüe para zonas de circulación utilizadas por peatones y vehículos ofrecen una alta capacidad de drenaje, evitando la acumulación de agua en la superficie del asfalto y reduciendo el riesgo de aquaplaning.

Siempre que sea posible, se deben ubicar los elementos de forma que la infiltración o reutilización del agua de lluvia se produzca lo más cerca posible de la zona en que ocurra la precipitación. Una de las soluciones adoptadas actualmente es la construcción de depósitos o tanques en los que se pueda verter el agua recogida por los pavimentos o asfaltos porosos y guiadas por estos canales. Al estar las tuberías para el transporte del agua a 1 metro de profundidad mínima para soportar adecuadamente las cargas de tráfico rodado, el fondo de estas instalaciones debe ser profundo.

Figura 1.- Canal prefabricada de hormigón con ranuras en el lateral de lado del firme

Figura 2.- Canal prefabricada de hormigón de mayores dimensiones para su uso en superficies de gran acumulación potencial de agua

Además de las canaletas usuales de recogida superficial, el sector de los prefabricados de hormigón ofrece canales ranuradas para instalación en asfaltos porosos. Estas canales cuentan con una superficie de captación que permite reconducir el agua filtrada a través del firme y conducirla de forma eficaz. La sección interior de la canal es variable, en función de las necesidades hidráulicas, así como el área de captación, e incluso pueden ir provistas de bordillos integrados.

También puede resultar necesario el empleo de canales de retención en aeropuertos u otras grandes superficies con la misión de recoger las precipitaciones de gran intensidad y servir de elemento de retención antes de su vertido a la red o al medio natural.

2. Tanques de tormenta

Los tanques de tormenta son depósitos con dos objetivos principales:

• Recoger el exceso de caudal en momentos puntuales y verterlo posteriormente de forma regulada para que no se superen la capacidad de la red y de las depuradoras, al tiempo que se impiden posibles inundaciones y daños ambientales.
• Y actuar como depósitos de almacenamiento temporal desde donde se bombea y reutiliza el agua almacenada.

Los marcos prefabricados de hormigón de sección rectangular [3] son elementos muy adecuados para este tipo de proyectos en redes de saneamiento de pequeño o mediano tamaño, gracias a su gran versatilidad. Pueden proyectarse en cualquier formato y geometría, permitiendo su ubicación bajo parques, patios de colegio, plazas u otras superficies transitables. Su fácil construcción modular permite obtener soluciones con una excelente resistencia estructural que se adaptan a las dimensiones existentes en la obra. Su diseño le da una gran robustez y a la vez permite una completa inspección del sistema. El montaje es rápido y sencillo con lo que se agiliza el tiempo de instalación y se reducen los costes totales de la obra. Las piezas llevan todos los elementos complementarios necesarios, como conexiones entre elementos, bocas de hombre, etc. preinstalados en fábrica, convirtiendo su montaje en en mecano y logrando un conjunto homogéneo y sólido. La estanquidad entre los elementos prefabricados se garantiza con sistemas de sellado “in situ” hartamente contrastados, y estructuralmente se dimensionan para las  acciones que en cada caso deban soportar.

Se ilustran varios proyectos recientes con esta solución constructiva:

Proyecto de tanque de tormentas en Chevilly Laure (Francia)

Se trata de un tanque de tormentas de aguas pluviales de 304 m³ de capacidad fabricado mediante marcos de medidas interiores 4 x 2,5 m. Está formado por módulos inicial y final con tapa incorporada, con diversas aberturas para permitir su visitabilidad, y con entrada y salida del agua. El tanque está calculado para un relleno mínimo de 10 cm, y para una sobrecarga de 6 Tn/m².

Figura 3.- Marcos prefabricados de hormigón para tanque de tormentas en Chevilly Laure (Francia)

Tanque de tormentas de aguas pluviales para bombeo posterior a laguna artificial en zona verde

Es un pequeño tanque de tormentas de aguas pluviales de 150 m3 de capacidad fabricado mediante módulos verticales de medidas interiores de 5×3 metros, para una altura de relleno sobre el depósito de 7 metros hasta rasante. Está formado por marcos inicial y final con tapa incorporada, y módulos intermedios con semiaberturas en dinteles que conforman las distintas entradas para su visitabilidad, entrada del efluente y salida de la tubería de impulsión. Como características destacadas del montaje, en el exterior se instaló una banda bituminosa en las uniones para evitar la entrada de material granular en las uniones. En el interior las uniones se sellaron con masillas de poliuretano elastoméricas, las cuales tienen un buen comportamiento a presión positiva y negativa. El tiempo de ejecución del montaje se redujo a solamente 10 horas.

Figura 4.- Situación final de la ejecución

Tanque de tormentas de aguas pluviales para bombeo posterior a lagunas artificiales y posterior riego de zonas verdes en polígono industrial en Illescas (Toledo)

Consiste en un tanque de tormentas de aguas pluviales fabricado mediante módulos verticales y horizontales de medidas interiores de 5×3,1 metros, para una capacidad total de 600 m3. Todas las aguas pluviales de este polígono industrial van a parar a una tubería de hormigón de diámetro de 1.800 mm. Esta tubería desagua en este tanque de tormentas en el cual se decantan las partículas gruesas y se bombea posteriormente el agua hacia distintas lagunas que se han creado en las zonas verdes del polígono, las cuales servirán además para suministrar el agua de riego de las mismas. Está formado por:

• Cámara de recepción de la tubería de pluviales: formado por un módulo vertical con tapa y registro de entrada para la tubería Ø1800. Es una pieza de transición hacia el resto de la instalación.
• Antecámara: formada por módulos verticales. Módulos inicial y final con tapa. Módulos intermedios con distintos registros y aberturas para: recepción y salida del efluente, registros de mantenimiento y entrada y salida de equipos de limpieza, respiraderos, etc. En la antecámara se produce la sedimentación de la mayoría de las partículas gruesas que traen consigo las aguas pluviales. A través de aliviaderos, se distribuye el agua a las cámaras de bombas.
• Cámaras de bombas: formada por 6 torres de módulos horizontales, donde se alojan las bombas se llevarán el agua a las distintas lagunas de almacenamiento. Estas cámaras se encuentran comunicadas entre sí por aberturas que garantizan un mismo nivel de agua en todas ellas y evitar de esta forma fenómenos de cavitación en los equipos de bombeo.
• Encima de cada cámara se disponen las losas de cierre con distintos registros para el mantenimiento de la instalación.

Como características principales del montaje, para garantizar un correcto asentamiento entre los módulos, se extendió una capa de mortero entre las uniones. Posteriormente las uniones interiores se sellaron con masillas de poliuretano elastoméricas. Para asegurar el correcto comportamiento mecánico de todos los módulos de la instalación, se dejaron huecos de 10-15 cm entre las torres entre sí y también con respecto a la antecámara, para rellenar posteriormente con un hormigón que asegure un correcto adosado de los distintos módulos. El tiempo de ejecución del
montaje: 50 h.

Figura 5.- Montaje de antecámara

Figuras 6 y 7.- Finalización del alzado e instalación de tapas de hormigón con registros. Instalación de parque lúdico y pista de skate encima del tanque de tormentas

Figura 8.- Lagunas de almacenamiento para riego posterior de las zonas verdes

Otros elementos complementarios que pueden utilizarse son los pozos prefabricados de hormigón que alojan los separadores hidrodinámicos, dispositivos que eliminan los sólidos sedimentables procedentes de residuos flotantes, grasas e hidrocarburos presentes en la escorrentía.

Figura 9.- Extracto del capítulo de “Pavimentos permeables” en la Guía Básica de Diseño de Sistemas de Gestión Sostenible de Aguas Pluviales en Zonas Verdes y otros Espacios Libres, del Ayuntamiento de Madrid

Pavimentos

En este sentido, cabe resaltar la creciente importancia que están adquiriendo los pavimentos permeables o porosos dentro de las estrategias municipales para lograr una gestión sostenible de las aguas pluviales en las zonas verdes y otros espacios urbanos, estableciendo unos porcentajes mínimos de superficie permeable [4]. La incorporación de estos pavimentos permeables en los nuevos viales y los sometidos a reforma, persiguen la renaturalización de plazas duras de la ciudad, la disminución del porcentaje de superficies pavimentadas y el incremento del tamaño y estructura de los alcorques, todo ello con el propósito de gestionar mejor las aguas de escorrentía, disminuir el aporte de agua para riego y mejorar las labores de mantenimiento y conservación de las zonas verdes.

Figura 10.- Adoquines porosos de ICA-SORIGUE en la zona chill out jardín en la central de SORIGUE en Madrid

Figura 11.- Adoquín Kodolé de BREINCO

La capa superficial de los pavimentos permeables puede ser de pavimento continuo, como hormigón o asfalto poroso, o modular. A esta última categoría pertenecen los adoquines porosos, los adoquines permeables por junta o el césped reforzado [5]. Se describen a continuación tres soluciones distintas, que hemos seleccionado de algunos de los productos que ofrecen nuestras empresas asociadas [6]:

1. Adoquines porosos

Los adoquines porosos son elementos menos compactos para aumentar su permeabilidad al agua y al aire, capaz de pavimentar una superficie duradera y uniforme sin sellarla. El agua se filtra directamente y es conducida a las zonas ajardinadas como riego. Los adoquines tienen una gran capacidad de filtración (valores entre 60 y 150 l/sha), de forma que se filtra el agua de lluvia en la misma zona de la precipitación, disminuyendo así los altos costes en infraestructuras de canalización de aguas pluviales y su posterior tratamiento. Al mismo tiempo permite pasear sin tropiezos y circular sin ruidos. No se recomienda en lugares con tráfico de vehículos pesados, lugares con altas cargas de sedimentos ni zonas donde existan muchos árboles.

2. Adoquines permeables por junta

Kodolé de BREINCO es un pavimento mixto de adoquines de forma triangular que incorpora un talón continuo en la base de la pieza. Esta sección facilita la colocación de los adoquines para así conseguir un pavimento con junta mínima de 2 cm rellenable mediante material granular o de plantación, que potencia su capacidad drenante. Además, se trata de un elemento prefabricado de hormigón con capacidad descontaminante, con más de 20% de árido reciclado en su composición y con un alto componente estético al disponer de seis colores distintos para configurar múltiples combinaciones.

3. Césped reforzado

Checkerblock de ESCOFET es un sistema de pavimento reticular de losas caladas de hormigón vibro-moldeado y armado que actúa como base semi-vegetal en superficie horizontal o en pendiente. También adaptable a relieves suavemente ondulados. La geometría cuadrada de cada pieza se construye como una malla que contiene 16 adoquines conectados entre sí por nervios de hormigón que se ocultan debajo de la vegetación. Adecuado para introducir el manto de césped en un entorno urbano, evitando encharcamientos y preservándolo de la erosión del tránsito de peatones, ocasionalmente, del tránsito de vehículos ligeros con una carga máxima de 900 kg por rueda. Debido a su gran capacidad de drenaje mantiene el ciclo natural del agua de lluvia reintroduciéndola al freático.

Figuras 12 y 13.- Instalación de pavimento reticular Checkerblock de ESCOFET. Checkerblock en Ciudad de las Comunicaciones de Telefónica en Madrid

Referencias

[1] Concesiones para un país sediento de inversiones. Cinco Días, 2019. https://cincodias.elpais.com/cincodias/2019/03/21/companias/1553189468_367771.html

[2] Infraestructuras del ciclo urbano del agua: España arrastra un déficit en inversiones de hasta el 80%. Retema, 2020. https://www.retema.es/noticia/infraestructurasdel-ciclo-urbano-del-agua-espana-arrastra-undeficit-en-inversiones–IeFX5

[3] Guía técnica de canalizaciones prefabricadas de hormigón. ANDECE, 2020. https://bit.ly/3epa4O6

[4] Guía Básica de Diseño de Sistemas de Gestión Sostenible de Aguas Pluviales en Zonas Verdes y otros Espacios Libres. Ayuntamiento de Madrid, 2018. https://bit.ly/3fRQV7T

[5] Guía técnica de pavimentos y otros elementos urbanos prefabricados de hormigón. ANDECE, 2019. https://bit.ly/3ersXjn

[6] Buscador de fabricantes asociados de ANDECE. https://www.andece.org/directoriode-negocios/