Lagunas de detención de aguas lluvias: volumen de regulación y descarga controlada

Urbanizar una cuenca cambia dos cosas a la vez: aumenta el coeficiente de escorrentía, porque techos y pavimentos no infiltran, y reduce el tiempo de concentración, porque el agua viaja por soleras y colectores. El resultado es un caudal punta varias veces mayor que el natural, descargado sobre una red existente que no fue diseñada para recibirlo. La laguna de detención almacena temporalmente la diferencia y la libera a un caudal controlado. En Chile el marco es la Ley 19.525 sobre sistemas de aguas lluvias, y la referencia técnica clásica es la guía del MINVU Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos.

Criterio de diseño y método de la lluvia

Un criterio habitual en urbanizaciones es que el caudal máximo descargado no supere el de la situación previa para el mismo período de retorno:

con $Q_s$ en m³/s, $i$ en mm/h y $A$ en km². El método de la lluvia estima el volumen como la máxima diferencia entre lo que entra con la urbanización y lo que sale, para una lluvia de duración $d$ (minutos):

Se evalúa para varias duraciones y se adopta el máximo. Las lluvias cortas son intensas pero con poco volumen; las largas tienen volumen, pero dan tiempo a que salga. Los caudales de entrada se pueden obtener con la calculadora del método racional.

La descarga se controla con un orificio:

donde $h$ es la carga sobre el centro del orificio y $C_d \approx 0{,}60$ para orificio de borde vivo.

Ejemplo resuelto

Loteo de 15 ha ($A = 0{,}15$ km²). Antes: $C_{pre} = 0{,}25$ y $t_c = 25$ min. Después: $C_{post} = 0{,}60$ y $t_c = 10$ min. Para $T = 10$ años se usa una IDF ilustrativa, $i = 350/(d + 10)^{0{,}70}$; en un proyecto real corresponde la de la estación más cercana.

• Antes: $i(25) = 29{,}05$ mm/h y $Q_s = 0{,}25 \times 29{,}05 \times 0{,}15/3{,}6 = 0{,}303$ m³/s.
• Después: $i(10) = 42{,}99$ mm/h y $Q_p = 1{,}075$ m³/s, 3,55 veces el caudal natural.

El método de la lluvia entrega $V \approx 646$ m³ para una duración crítica cercana a 30 minutos.

Orificio. Con una profundidad máxima de 1,20 m sobre la batea y el orificio en el fondo, se busca el diámetro que descargue $Q_s$ con esa carga. Iterando con $h = 1{,}20 - D/2$ resulta $D = 0{,}38$ m, que descarga 0,303 m³/s con la laguna llena.

Verificación por tránsito. El método supone que sale $Q_s$ desde el primer minuto, pero un orificio descarga poco mientras el nivel es bajo. Transitando hidrogramas trapezoidales por una laguna prismática con ese orificio, el volumen necesario para no superar 1,20 m resulta de 834 m³, con duración crítica de 45 minutos: un 29 % más que el método simplificado. La laguna requiere unos 695 m² de fondo útil, más borde libre y un vertedero de emergencia para eventos mayores.

Errores frecuentes

• Quedarse con el método de la lluvia sin transitar. Subestima el volumen cuando la descarga es por orificio.
• Olvidar el vertedero de emergencia. La laguna será superada algún día, y debe desbordar por donde se decidió.
• Orificios muy pequeños sin rejilla. Se tapan con la primera tormenta; conviene fijar un diámetro mínimo y protegerlos.
• Ignorar el nivel del colector receptor. Si está en carga, el orificio trabaja sumergido y descarga menos.
• No prever mantención. El sedimento acumulado reduce el volumen útil año a año.
• Diseñar para un solo período de retorno. Un orificio calculado para $T = 10$ años puede dejar pasar, en las tormentas frecuentes, caudales mayores que los naturales de esas mismas tormentas. Por eso muchas obras usan descargas de varias etapas: un orificio bajo y otro orificio o un vertedero a mayor altura.

Relacionado: drenaje pluvial urbano con el método racional, tránsito de crecidas con el método de Puls, curvas IDF y ciudades esponja.