CAPITULO I.

C DISEÑO DE SANEAMIENTO DE
AGUAS LLUVIAS

Los documentos oficiales vigentes a ser utilizados en el diseño de los diferentes tipos
de obras para el control y regulación de las aguas lluvia urbanas, las cuales se
clasifican en obras de infiltración, almacenamiento, combinación de ambas anteriores
y el alcantarillado pluvial con sus correspondientes obras de arte :

 Obras de Infiltración
• Estanques de Infiltración
• Zanjas de Infiltración
• Pozos de Infiltración
• Pavimentos Porosos
• Pavimentos Celulares

 Obras de Almacenamiento
• Estanques de Retención
• Lagunas de Retención

 Obras Anexas
• Franjas Filtrantes
• Zanjas con Vegetación
• Canales para Drenaje Urbano
• Caídas y Disipadores de Energía
• Sedimentadores
• Cámaras de Inspección

Todas las obras anteriores deben diseñarse y presentarse a revisión de acuerdo a lo

establecido en el Volumen Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvia
en Sectores Urbanos, Guía de Diseño, Noviembre de 1996, cuando el proyecto
contemple obras de captación y conducción de aguas como las que a continuación se
señalan :

• Drenes de Piedra
• Drenes de Tubos
• Canaletas
• Canoas
• Canales Revestidos
• Acueductos y Alcantarillas
• Sifones
• Tuberías a Presión
Entonces, para el diseño hidráulico de ellas se empleará el Código de Normas y
Especificaciones Técnicas de Obras de Pavimentación (Versión 94), Publicación Nº
291 de Julio de 1994 del MINVU.
El buen diseño de las obras seleccionadas y presentadas en los proyectos serán el
resultado de un riguroso análisis, criterios y recomendaciones empleadas en el
dimensionamiento de cada uno de los elementos que las componen. Además de los
diseños contenidos en los documentos antes mencionados, el proyectista tiene la
facultad para proponer otras soluciones, las cuales deben contar con el debido
respaldo normativo de diseño y de los cálculos hidráulicos correspondientes.

Finalmente, es indispensable, para que la revisión de los proyectos sea eficaz y ágil,
que éstos se entreguen al Depto. Proyectos de Pavimentación, según lo establecido en
el Capítulo 3, Procedimiento de Presentación, Revisión y Aprobación de Proyectos de
Pavimentación y Aguas Lluvias, del Manual de Pavimentación y Aguas Lluvias del
SERVIU Metropolitano.

Los sistemas y elementos de infiltración captan el flujo superficial y permiten o

facilitan su infiltración, corren a través del suelo como flujo subsuperficial y/o
descargan en la napa subterránea y posteriormente en los cauces naturales. Al
funcionar correctamente, éstos son bastante efectivos en lograr reducir los gastos
máximos y el volumen escurrido hacia aguas abajo. Es necesario tener en
consideración que este tipo de obras puede ser realizada sólo si el agua lluvia captada
alcanza a infiltrar antes de la próxima tormenta, de tal forma que ella esté en
condiciones de operar. Por otro lado es importante tener en cuenta que la infiltración
de agua en el suelo no vaya a provocar problemas estructurales en él debido al
esponjamiento, arrastre de finos, subpresiones o exceso de humedad en general. Por
último, es conveniente verificar que la calidad del agua infiltrada sea tal que no
contamine el acuífero o el agua subterránea del lugar.

Dichas obras tienen sus ventajas y desventajas, dentro de las primeras está el que
minimizan el desbalance del agua natural en el lugar, son fácilmente integrables en el
paisaje de zonas densas o abiertas, las cuales adecuadamente diseñadas y mantenidas,
pueden servir para áreas extensas. Entre las segundas, se encuentra la alta tasa de
fallas que presentan por problemas de mantención incorrecta, lo que conduce a su
colmatación, provocando con ello efectos desagradables como malos olores y
mosquitos.

Del considerable número de tipos de obras de infiltración, aquí será analizada

exclusivamente, de modo detallado, las zanjas, dado que es la obra que más
comúnmente ejecutan las empresas constructoras en la urbanización de sus conjuntos
o condominios habitacionales privados.
 Cabe hacer mención que el Art. 134 de la “Ley General de Urbanismo y
Construcciones”, incorpora dentro de las obligaciones del urbanizador la de ejecutar,
a su costa, los desagües o drenajes de aguas lluvias, situación que se hará efectiva
cuando estén aprobados los Planes Maestros de Evacuación y Drenaje de Aguas
Lluvias del Gran Santiago.

1. ZANJA DE INFILTRACIÓN
En el Volumen “Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores
Urbano, Guía de Diseño. MINVU, 1996” Vol. (1), define las zanjas como obras
longitudinales, con una profundidad recomendada del orden de 1 a 3 m. libres, la cual
recibe el agua en toda su longitud, interceptando el flujo superficial de una tormenta
y evacuándolo mediante infiltración al subsuelo. Cuando la zanja no pueda recibir el
agua en toda su longitud, entonces es posible alimentarla desde uno de los extremos
utilizando para ello una tubería perforada a lo largo de la parte superior, para esto
último se instalarán cámaras a la entrada y salida de la tubería. Lo anterior, permite
que la zanja pueda cubrirse de manera de emplear la superficie para otros fines, como
veredas, paseos o estacionamientos, teniendo la precaución al diseñarlas para que
dicha cubierta sea móvil, facilitando así la mantención de ella en el tiempo. El
funcionamiento hidráulico de esta obra presenta tres etapas, iniciándose con el ingreso
del agua proveniente de la tormenta a la zanja, la que se lleva a cabo a través de la
superficie o desde redes de conductos. Una vez ingresada el agua a la zanja, ésta es
almacenada temporalmente en su interior, sucesivamente es evacuada por medio del
suelo mediante infiltración.

La zanja, al no estar cubierta por veredas o calzadas, son más fáciles de mantener que
otras obras de infiltración. En cuanto a su comportamiento como obra alternativa de
drenaje urbano cumple con los siguientes objetivos básicos: disminuye el caudal
máximo y el volumen escurrido, recarga la napa de agua subterránea y mejora la
calidad del efluente.

Los diseños contemplados para esta obra de infiltración, son de tres tipos:

 Zanja de infiltración completa.- Tormenta de diseño sale infiltrada por la zanja,

el exceso es rechazado superficialmente.
 Zanja de infiltración parcial.- Infiltra parte del volumen de escurrimiento
superficial captado y el resto se evacua hacia otros elementos de infiltración o
hacia el drenaje superficial, usando una tubería perforada ubicada cerca de la parte
superior de la zanja.
  Zanja de infiltración inicial.- Capta el flujo superficial de la primera parte de la
tormenta de diseño, los primeros 10 a 15 mm., el cual se infiltra y el exceso se
rechaza o se desvía hacia otros drenes.

La solución de aguas lluvias que se diseñe para Conjuntoas Habitacionales debe

realizarse dentro del sitio del proyecto, en caso de ausencia de un colector. Sin
embargo, ante situaciones de índices altos de impermeabilidad u ocupación del 100%
del terreno, que hagan impracticable dicha solución de absorción de aguas lluvias, la
evacuación se debe efectuar por tuberías hasta un sitio o lugar donde ello sea posible,
utilizando para ello predios privados, cauces naturales o áreas verdes, contando con
la autrización respectiva de los propietarios o administradores según corresponda.
Bajo ninguna circunstancia podrá aceptarse la ejecución de pozos o zanjas de
infiltración en franjas de circulación peatonal o vehicular, solo será aceptable ejecutar
zanjas en medianas o veredones para infiltrar aguas lluvias provenientes de las
calzadas, pero no de los predios aledaños.

1.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Para lograr un adecuado funcionamiento de la zanja de infiltración este procedimiento

debe considerar: una recopilación de antecedentes, un análisis de factibilidad, un
dimensionamiento de los elementos principales, la elección de materiales y el
equipamiento necesario y, finalmente el diseño de los elementos de detalle.

1.2 FACTIBILIDAD

Esta permite determinar, en base a los antecedentes disponibles acerca de las

características del suelo y del agua subterránea, si se puede o no infiltrar las aguas
lluvias superficiales y si es conveniente o no ejecutar este tipo de obra. La factibilidad
analiza las condiciones que hacen apto el sitio para la colocación de una zanja de
infiltración tales como: profundidad de la napa y zonas que serán drenadas.

El proyectista, para determinar la factibilidad debe reunir los siguientes antecedentes:

 Plano de ubicación de la obra, donde se señale la comuna, calle y número, si

correspondiere o su relación a calles cercanas. Límites de las áreas aportantes de
agua, ubicación proyectada de la zanja y sector al cual rebasa los excesos si se
producen.
 Certificado de la Dirección General de Aguas o de su oficina en Región, en
el cual se indique la profundidad de la napa de agua subterránea en el lugar y la
autorización a infiltrar aguas lluvias en él.
 Certificado de un laboratorio autorizado, con los resultados de los ensayos de
infiltración en terreno según el método de Porchet, el cual proporciona el
 coeficiente de permeabilidad global en el suelo superficial cuando la napa está
profunda.
 Análisis de agua, para verificar si se cumple con la norma NCh 1333 Calidad
del agua para diferentes usos, en relación con los recreacionales.
 Autorización para uso del suelo, dicha autorización ha de gestionarse según el
caso ante el particular o la entidad pública fiscal o municipal.

Nota Importante:

La instalación de esta obra no se recomienda en terrenos que posean alguna de las

siguientes características :

• Pendiente del terreno mayor que un 20 %.

• Nivel máximo de la napa subterránea o un estrato impermeable a menos de 1.2 m.
bajo el fondo de la zanja.
• Suelos superficiales o subsuelos con tasas de infiltración menores que 7mm./hora.
• Suelos con más de un 30 % de contenido de arcilla.
• Tamaño del área aportante mayor a 5 hás.

1.3 DIMENSIONAMIENTO

Consiste fundamentalmente en determinar las dimensiones de la zanja para que sea

capaz de almacenar e infiltrar el agua lluvia que llegue a la superficie, para lo cual el
proyectista, además de los antecedentes mencionados en la factibilidad debe contar
con :

• Plano a escala adecuada en el que se muestren las superficies que drenan a la zanja
y la naturaleza de cada una.
• Cuadro de superficies con indicación de áreas y coeficiente de escorrentía de cada
tipo (techos, pavimentos impermeables, pavimentos porosos, áreas verdes con o
sin vegetación, calles veredas y otros.
• Precipitación máxima de 24 horas de duración y 10 años de período de retorno
según la DGA (1991).
• Al material de relleno se le debe determinar su porosidad o el índice de huecos del
material compactado, ello por un laboratorio autorizado.

Para determinar el largo, ancho y profundidad de la zanja, se sugiere utilizar

cualquiera de las siguientes estrategias:

• Partir con dimensiones iniciales determinadas a priori y ajustadas posteriormente.

• Comenzando con una o dos dimensiones conocidas, normalmente fijas y deducir
el resto en base a ecuaciones.
1.4 ÁREA APORTANTE

Esta se estima como la suma de las superficies impermeables que drenan hacia la
zanja. Se determina un coeficiente de escurrimiento del conjunto como la suma
ponderada de los coeficientes respectivos por el área de cada uno.

1.5 SELECCIÓN DE UNA LLUVIA DE DISEÑO

Para períodos de retorno de

T = 5 años si hacia aguas abajo del lugar existe una red de drenaje desarrollada.
T = 10 años si hacia aguas abajo del lugar no existe una red de drenaje desarrollada.

Si se dispone de curvas IDF para el lugar, se selecciona la curva del período de retorno
de diseño. Caso contrario, con la información disponible se elaboran o si no se recurre
a los coeficientes de duración generalizados para el lugar de acuerdo a lo señalado en
el Capitulo de Hidrología (3.1.2.c) del Vol. (1), seleccionando valores de intensidad
It (mm./hora) para varias duraciones del tiempo t (horas). Esto supone considerar una
tormenta con la intensidad máxima al inicio, de duración indefinida.

1.6 TASA DE INFILTRACIÓN

De acuerdo con los resultados de laboratorio. Inicialmente puede hacerse una

estimación preliminar en base a una clasificación del suelo según se indica en el
Capitulo (3.2.2.), del Vol. (1). La capacidad de infiltración del suelo, en caso de
colmatación disminuye, por lo cual se hace conveniente considerar un factor de
seguridad variable de 1/3 a 1, dependiendo de la naturaleza de las aguas lluvias.

1.7 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO REQUERIDO

Éste se calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de

agua lluvia, Vafl (t), para una lluvia del período de retorno de diseño, y el volumen
acumulado infiltrado, Vinf (t).

1.8 VOLUMEN AFLUENTE ACUMULADO

Se calcula como:
 Vafl (t) = 1.25 * 0,001 C It At = 0,00125 C A PtT (I), donde

C= Coeficiente de escorrentía superficial del área total aportante.

A= Superficie total en m2.
It = Intensidad de la lluvia del período de retorno de diseño en mm./hora y
duración t.
t = Tiempo acumulado en horas.
T
Pt = Corresponde a la precipitación en mm. de duración t y período de
retorno T en el lugar.

El valor Vafl en función de t se denomina “curva de carga”. Se recomienda

multiplicar este volumen acumulado por un factor de seguridad de 1.25 para
considerar la lluvia que cae antes y después de la porción más intensa de la tormenta,
no incluida en las curvas IDF.

1.9 VOLUMEN INFILTRADO

Se determina como sigue :

Vinf (t) = 0,001 Cs f Aperc t (II), donde

Cs = Factor de seguridad.
f = Capacidad de infiltración del suelo en condiciones de saturación
(mm/hora).
Aperc = Area total de percolación de la zanja (m2).
t = Tiempo de percolación en horas.

1.10 AREA DE PERCOLACIÓN

Aperc. = 2h (L + b) (III), sin decantador.

Aperc. = 2h (L + b) + 0.5 Lb (IV), con aguas limpias y decantador.

El volumen de almacenamiento (Valm) en la zanja se puede determinar gráficamente

como la máxima diferencia entre el volumen acumulado afluente (Vafl) y el volumen
acumulado infiltrado (Vinf), ambos en función del tiempo.

1.11 VOLUMEN TOTAL DE LA ZANJA

Se calcula en base a la ecuación :

Vzanja = Lbh (V)

 Para mejorar la estabilidad de la zanja, se rellena de material pétreo de porosidad p,
luego el volumen de almacenamiento es igual a :

Valm = p Vzanja = p Lbh (VI)

1.12 TIEMPO TOTAL DE INFILTRACIÓN

Se debe estimar el tiempo total de infiltración para la lluvia de diseño como el tiempo
para el cual el volumen acumulado aportado por la lluvia es igual al volumen
acumulado infiltrado. Es recomendable que el tiempo total de infiltración sea inferior
a 24 horas para la lluvia de diseño.

1.13 PENDIENTE DE FONDO

El fondo de la zanja debe ser horizontal. Si el terreno presenta pendiente a lo largo de

la zanja, la altura de ésta es la del extremo de menor profundidad. En estos casos se
recomienda dividir la zanja a lo largo en tramos de longitud máxima según :

H profundidad de la zanja
Lmáx = ------------ (VII)
2S pendiente del terreno

1.14 MATERIAL DE RELLENO DE LA ZANJA

El material de relleno para la zanja consiste en un tipo de ripio, limpio, sin polvo ni
material fino, con un diámetro uniforme variable entre 3.5 y 7.5 cm. También pueden
utilizarse bolones (porosidad supuesta del orden de 30%). Dicho material debe estar
completamente rodeado por un filtro geotextil.

1.15 GEOTEXTIL

Se sugiere emplear los fabricados con materiales sintéticos, no tejidos, de

permeabilidad al menos igual a 10 veces la del suelo (certificada). Los paños laterales
se deben traslapar por lo menos en 40 cm.

1.16 TUBERÍAS DE REPARTO DE FLUJO

 Al ser la zanja alimentada desde un extremo, es necesario colocar una tubería de
reparto del agua a lo largo de la zanja, por su parte superior, inmediatamente bajo la
cubierta y sobre el geotextil. Esta tubería debe ser recta y conectada a cámaras, para
facilitar su limpieza.

El gasto de diseño puede estimarse como el aportado por una tormenta corta, de
duración 5 a 10 min. Sobre el área aportante , de tal forma de tomar en cuenta la parte
más intensa de la lluvia, que es la que genera los mayores caudales a ser distribuidos
en la zanja :

Q = C I²5 min A (VIII), donde

C = Coeficiente de escurrimiento de la zona.

A = Area en m2 de la superficie que drena hacia la zanja.
I²5 min = Intensidad de la lluvia del período de retorno de diseño y cinco
minutos
de duración en el sector.

Estos valores son independientes del tiempo de concentración de la cuenca aportante.

El tamaño, o diámetro de la tubería, se puede calcular considerando que todo el gasto

que entra se reparte a lo largo de la zanja de longitud L, con una pérdida de carga no
superior a un diámetro y un factor de fricción de 0.02. En estas condiciones el
diámetro es por lo menos :

D = 0,286 L1/6 Q1/3 (IX), L y D en m. , Q en m³/s.

En cualquier caso la tubería debe ser de diámetro uniforme y recta, con una longitud
máxima entre cámaras no superior a 50 m. y de un diámetro mínimo de 0.20 m.

1.17 ZANJAS CON DRENES

Para zanjas de infiltración parcial o baja impermeabilidad del suelo y no pudiendo la

zanja rebasar por su parte superior, entonces será necesario instalar en el interior de
la zanja una tubería de drenaje conectada a un sistema de conducción hacia aguas a
bajo.

1.18 POZO DE OBSERVACIÓN

Se recomienda instalar un pozo de observación por cada 25m. de longitud de zanja.

Este puede consistir en una tubería vertical perforada o abierta en su parte inferior,
conectada a la superficie que permita medir el nivel del agua en el interior de la zanja.
 Se recomienda emplear un tubo de acero galvanizado de dos pulgadas de diámetro
con una tapa rosca en extremo exterior para evitar problemas de vandalismo.

1.19 CUBIERTA

La superficie de la zanja puede quedar cubierta por bolones, ripio u otro material
permeable. También puede cubrirse por una acera de adoquines o de hormigón. En
este último caso las reparaciones serán más costosas.

1.20 CÁMARA DE ENTRADA

Cuando la zanja se alimenta desde un extremo es necesario colocar una cámara de

entrada que reciba el agua y a la cual se conecta la tubería de reparto. La cámara puede
ser de menor profundidad que la zanja, con un mínimo de 0.80 m. y tapada.

1.21 MANTENIMIENTO

Es imprescindible realizar un mantenimiento regular para asegurar un adecuado

funcionamiento hidráulico de la zanja. Tipos de mantenimiento :

 Preventivo. Inspección de la superficie, cortar y cuidar el césped, remoción de

basuras y sedimentos.
 Curativo. Descolmatación de la superficie, reemplazo del material que conforma
la superficie y reemplazo del material del relleno interior, incluyendo el filtro de
geotextil.

1.22 EJEMPLO

Para un proyecto de un Conjunto Habitacional en Región Metropolitana se contempla

construir en sus áreas verdes unas zanjas de infiltración que permitan la evacuación
de las aguas lluvias de la zona que hace parte de dicho proyecto. La urbanización
contempla la construcción de 62 casas en una superficie total del loteo de 23.696 m².
Las zanjas de infiltración deberán drenar las aguas lluvias que son producidas en
exceso por esta urbanización. Las características del uso del suelo son las que a
continuación se describen.

Techos : 3.721 m²
Patios : 12.953 m²
Areas Verdes : 1.112 m²
Calles y Pasajes : 5.910 m²
 -----------------
Total : 23.696 m²

Los antecedentes del terreno hacen ver que la pendiente del terreno es baja y se trata
de un suelo con una tasa de infiltración media obtenida de los ensayos de Porchet de
80.0 mm./hora, el nivel estacional de la napa, se ubica a una profundidad de 7.0 m.

Factibilidad.

La instalación de zanjas de infiltración en este Condominio es factible porque se

cumplen las siguientes condiciones : pendiente menor al 20%, tasa de infiltración
superior a 7,0 mm/hora, contenido de arcilla inferior al 30%, y la superficie de área a
drenar no supera las 5.0 hás.. La condición de exigencia para la profundidad de la
napa también se cumple, considerando que ésta ha de ser mayor a 1.2 m bajo la base
de la zanja.

Dimensionamiento

Determinar las medidas de la zanja para que tenga la capacidad de almacenar e

infiltrar el agua lluvia que llegue a su superficie. En este caso específico , se
seleccionará una lluvia con un período de retorno de 5 años.

Volumen de Almacenamiento Requerido Valm.: Como anteriormente dicho éste se

calcula como la máxima diferencia entre el volumen afluente acumulado de agua
lluvia, Vafl. (t), para una lluvia del período de retorno de diseño, y el volumen
acumulado, Vinf. (t).

Vafl. (t) = 0,00125 C A Pt 5 , (A)

Donde C es el coeficiente de escorrentía de toda el área aportante, el cual se calcula

ponderando las diferentes áreas del suelo:

C = (C*A techos + C*A patios + C*A á. verdes + C* A calles y pjes.) / A

Los coeficientes de escorrentía C, C, C y C se obtienen de la Tabla 3.1.2.7 del Vol.
(1), los que resultan C= 0.9, C= 0.5, C = 0.2 y C = 0.85, se reemplazan los valores
C y A obteniéndose un C pod. = 0.64 .

Pt 5 : Corresponde a la lluvia de un período de retorno de 5 años y duración t, variable

desde unos pocos minutos hasta 24 horas o más sí es necesario para determinar el
valor máximo de almacenamiento. Esta se estima en base a la precipitación de 10
años de período de retorno y 24 horas de duración y los coeficientes de duración y
frecuencia correspondientes :
 Pt 5  1,1 P1024 CDt24 CF105 , (B) donde

P1024 = Precipitación máxima para 10 años de período de retorno, que se obtiene

de la Tabla 3.1.2.2 del Vol. (1). Para Santiago tiene un valor de 71 mm.

CD t24 = Coeficiente de duración, él que se obtiene de la Tabla 3.1.2.3 del Vol. (1)
para 1 y 24 horas o de la expresión propuesta para lluvias menores de 1
hora (CD t = 0.54t0.25 - 0.50, para t = 60, una hora, se obtiene CD = 1).
5
CF10 = Coeficiente de frecuencia para transformar la precipitación de 10 años en
otra de 5 años de período de retorno, se obtiene de la Tabla 3.1.2.4 del Vol.
(1), el cual para Santiago tiene un valor de 0.82.

Al reemplazar en la ecuación (B) los valores señalados, se obtiene :

Pt 5  64 * CD t24 , ( C ) para 24  t 1 (horas)

Específicamente para una hora el coeficiente de duración en Santiago es igual a 0.16,

de acuerdo con la Tabla 3.1.2.3 del Vol. (1), con lo cual se obtiene :

Pt 5 = 64 * 0,16 = 10.24 mm.

Las precipitaciones menores de una hora se obtienen a partir de ésta con los
coeficientes de duración de la Tabla 3.1.2.5 del Vol. (1) :

Pt 5 = 10.24 mm. * CD t1 , ( D ) para 1  t  0 (horas)

Con estos valores de precipitación se calcula el volumen afluente acumulado en m³ ,

utilizando la ecuación (A) :

5
Vafl. = 18.96 * Pt

Similarmente el volumen infiltrado acumulado para una duración t de la tormenta se

estima a partir de la expresión ( II ) :

Vinf (t) = 0,001 Cs f Az t , donde

Cs = Factor de seguridad = 0.75

f = Capacidad de infiltración del suelo en condiciones de saturación = 80
mm./hora)
Az = Area filtrante de la zanja (m2), despreciando la contribución del fondo :
Az = 2h (L+b), L = longitud zanja, se parte con un valor de 360 m.,
 b = ancho = 1,25 m., h = prof. útil = 2.50 m.
t = Tiempo de percolación en horas.

Reemplazando los valores anteriores se obtiene :

Vinf (t) = 67.5 * t

A continuación se presenta el gráfico de Volumen Almacenado v/s Tiempo y la tabla

de Cálculo para la Zanja de Infiltración :

GRAFICO 1.1

VOLUMEN ALMACENADO V/S TIEMPO

VOLUMEN (METROS CUBICOS)

1800
1600
1400
1200 VOLUMEN
AFLUENTE
1000
800 VOLUMEN
600 INFILTRAC.
400
200
0
0 5 10 15 20 25
TIEMPO (HORAS)