Mantenimiento de dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia en predial

-Realizar una consulta bibliográfica que permita comprender la hidráulica y los principales métodos de mantenimiento de los dispositivos de pretratamiento de agua lluvia. -Establecer una comparación entre los dispositivos de pre-tratamiento analizados y discernir para encontrar aquel que resulta ser más eficiente.

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

BOGOTÁ D.C. 

2014 

 

 

 

 

DESEMPEÑO Y MANTENIMIENTO DE DISPOSITIVOS DE PRE-

TRATAMIENTO DE AGUA LLUVIA, UTILIZADOS A NIVEL 

PREDIAL 

PROYECTO DE GRADO INGENIERÍA CIVIL 

 

 

 

 

Sergio Esteban Borda Quintero 

Asesor: 

Juan G. Saldarriaga Valderrama 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA                                                          

Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

ii 

 

 

Agradecimientos 

 

A Dios, por darme la oportunidad de Culminar esta etapa de mi vida. 

A mi familia, por apoyarme a lo largo de este camino y brindarme su apoyo 

incondicional. 

A mi asesor, Juan Saldarriaga por guiarme durante este proceso de aprendizaje e 

investigación. 

A todas aquellas personas que con sus aportes hicieron este proyecto posible. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

iii 

 

Tabla de

 

Contenido 

 

Índice de Figuras ............................................................................................................................... vi 

Índice de Tablas............................................................................................................................... viii 

1. 

Introducción ...........................................................................................................................1 

1.2 

Objetivos ............................................................................................................................2 

1.2.1 

Objetivos Generales .......................................................................................................2 

1.2.2 

Objetivos Específicos ......................................................................................................2 

1.3 

Historia del drenaje de aguas lluvias ..................................................................................3 

Contextualización ...................................................................................................................5 

2.2 

Control en la Fuente ...........................................................................................................5 

2.2.1 

Ventajas del Control en la Fuente...................................................................................6 

2.2.2 

Desventajas del Control en la Fuente .............................................................................6 

Manejo Sostenible del Agua lluvia ..........................................................................................8 

3.2 

Tanques de Almacenamiento Temporal (Aquacell) ..........................................................10 

Contaminación en el Agua Lluvia ..........................................................................................11 

4.2 

Fenómeno del First Flush ..................................................................................................12 

4.2.1 

Caso de estudio del primer lavado: Las Vegas ..............................................................13 

Dispositivos de Pre-Tratamiento de Escorrentía Pluvial .......................................................17 

5.1 

Clasificación de los dispositivos de pre-tratamiento según el tipo de instalación. ...........19 

5.2 

Clasificación de los dispositivos de pre-tratamiento según el método de remoción de 

sedimentos del agua lluvia ...........................................................................................................21 

5.2.1 

Dispositivos de pre-tratamiento de Separación ...........................................................21 

5.2.2 

Dispositivos de pre-tratamiento de Filtración ..............................................................22 

5.2.3 

Dispositivos de pre-tratamiento de Inserción...............................................................23 

5.3 

Cámaras de Inspección Estándar ......................................................................................24 

5.3.1 

Estudios de desempeño de la Cámara de Inspección Estándar ....................................27 

5.3.1.1  Estudio de Análisis hidráulico de la remoción de sedimentos ......................................27 

5.3.1.1.1 

Diseño Óptimo de Sumideros ...................................................................................36 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

iv 

 

5.3.1.2  Estudio de modelos de predicción del desempeño de las cámaras de inspección 
estándar                                                                                                                                                        36 

5.3.1.3  Estudio de resuspensión de sedimentos y mecanismo de lavado ................................39 

5.3.2 

Ventajas y Desventajas de las Cámaras de Inspección Estándar. .................................41 

5.4 

Vórtice Hidrodinámico......................................................................................................42 

5.4.1 

Clasificación ..................................................................................................................43 

5.4.2 

Remoción de Contaminantes .......................................................................................44 

5.4.3 

Mantenimiento de los Vórtices Hidrodinámicos ..........................................................45 

5.4.4 

Costos de los dispositivos hidrodinámicos ...................................................................46 

5.4.5 

Estudio de la eficiencia del Vórtice Hidrodinámico ......................................................46 

5.5 

Filtros de arena .................................................................................................................48 

5.5.1 

Mantenimiento de los Filtros de Arena ........................................................................49 

5.5.2 

Ventajas y Desventajas de los Filtros de Arena ............................................................50 

5.6 

Geotextiles .......................................................................................................................50 

5.6.1 

Geotextiles Tejidos .......................................................................................................51 

5.6.2 

Geotextiles No Tejidos ..................................................................................................51 

5.6.3 

Ventajas y Desventajas de los Geotextiles ....................................................................53 

5.6.4 

Colmatación en los geotextiles .....................................................................................53 

5.6.4.1  Ensayo de Relación de Gradiente .................................................................................55 

5.6.5 

Desempeño de los geotextiles ......................................................................................55 

    

5.6.5.1 Permeabilidad de los Geotextiles .....................................................................................56 

5.6.5.2  Conductividad Hidráulica en geotextiles ......................................................................57 

5.6.6 

Estudio de desempeño de Geotextiles vírgenes ...........................................................58 

5.6.7 

Estudio de desempeño de Geotextiles parcialmente colmatados ................................60 

Comparación entre los dispositivos de pre-tratamiento de Agua Lluvia ..............................63 

6.1 

Comparación de los dispositivos de pre-tratamiento sedimentadores ............................63 

6.2 

Comparación de dispositivos de pre-tratamiento de Filtración........................................72 

“Street Cleaning” – Método de limpieza de Barrido de Calles .............................................74 

7.1 

Tipos de barredoras ..........................................................................................................76 

7.1.1 

Barredora de escoba mecánica ....................................................................................76 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

7.1.2 

Barredora de Aire Regenerativo ...................................................................................76 

7.1.3 

Barredoras de Vacío .....................................................................................................77 

7.2 

Estudios del desempeño del método de barrido de calles ...............................................78 

7.3 

Caso de estudio Livonia, Michigan ...................................................................................79 

Dispositivo de pre-tratamiento de Agua lluvia Mixto ...........................................................80 

8.1 

Desempeño del Filto Up-Flow ..........................................................................................82 

8.2 

Mantenimiento del Filtro Up-Flow ...................................................................................83 

8.3 

Casos de Estudio ...............................................................................................................85 

8.3.1 

Tuscaloosa, Estado de Alabama....................................................................................86 

Componentes de Limpieza y Mantenimiento de los dispositivos de pre-tratamiento de 

Agua lluvia. ...................................................................................................................................88 

9.1 

Métodos de Limpieza .......................................................................................................89 

9.1.1 

Camión Váctor ..............................................................................................................90 

9.2 

Itinerario de Limpieza .......................................................................................................91 

9.3 

Importancia de realizar el mantenimiento .......................................................................92 

9.4 

Disposición de sedimentos ...............................................................................................92 

9.5 

Reglamentación del Mantenimiento para los dispositivos de pre-tratamiento ...............93 

9.6 

Problemas de la implementación de la inspección y el mantenimiento ...........................94 

9.7 

Mantenimiento de dispositivos de pre-tratamiento ........................................................94 

9.8 

Caso de Estudio ................................................................................................................96 

10 

Viabilidad de la implementación de dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia .......98 

11 

Unificación de métodos de realización y presentación de estudios de desempeño de 

dispositivos de pre-tratamiento .................................................................................................101 

12 

Conclusiones...................................................................................................................103 

    

13  Bibliografía .........................................................................................................................105 

 

 

 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

vi 

 

Índice de Figuras 

 

Ilustración 1 Medición del fenómeno del Primer Lavado. Adaptado de Sansalone (1997). ......13 
Ilustración 2 Variación de la concentración de contaminantes con el tiempo. Adaptado de Anil 
Acharyaa (2010). ............................................................................................................................14 
Ilustración 3 Variación de la concentración de contaminantes con respecto a la profundidad 
del agua. Adaptado de Anil Acharyaa (2010). ...............................................................................15 
Ilustración 5 Variación de la concentración de TSS con respecto al número de días secos. 
Adaptado de Anil Acharyaa (2010). ..............................................................................................16 
Ilustración 6 Esquema de Cámara de Inspección. ........................................................................25 
Ilustración 7 Geometría óptima del Sumidero Convencional. Tomado de Avila (2011). ..................26 
Ilustración 8 Cámara de Inspección Con adición de pantalla. Adaptado de Field (2004). ................27 
Ilustración 9 Esquema del sumidero utilizado ene l laboratorio. Adaptado de Adam K. Howard 
(2012) .............................................................................................................................................28 
Ilustración 10 Eficiencia de remoción de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012). 30 
Ilustración 11 Modelo de eficiencia de remoción de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard 
(2012). ..............................................................................................................................................32 
Ilustración 12 Concentración efluente de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012).33 
Ilustración 13 Modelo de Resuspensión de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012).
 .........................................................................................................................................................34 
Ilustración 14 Medición de vectores de velocidad. Adaptado de Adam K. Howard (2012). ......35 
Ilustración 15 Fenómeno de erosión en el fondo del sumidero. Tomado de Adam K. Howard 
(2012). .............................................................................................................................................35 
Ilustración 16 Desempeño del sumidero en función del número de Péclet. Adaptado de Adam 
Howard (2009). ..............................................................................................................................37 
Ilustración 17 Eficiencia de sumidero estándar y Stormceptor. Adaptado de Adam Howard (2009).
 .........................................................................................................................................................38 
Ilustración 18 Masa de sedimentos removida. Adaptado de Ávila (2011). ......................................40 
Ilustración 19 Componentes Downstream Defender. Adaptado de Phipps (2008). ..................42 
Ilustración 20 Esquema típico de un filtro de Arena. Adaptado de EPA (1999). ...............................48 
Ilustración 21 Obstrucción de los geotextiles. Tomada de López (2005)..........................................54 
Ilustración 22 Colmatación de los geotextiles. Tomado de López (2005). ........................................54 
Ilustración 23 colmatación prematura del geotextil. Adaptado de Gardoni (2000). ........................55 
Ilustración 24 Concentración afluente y efluente. Adaptado de Carmen A. Franks (2012). .............59 
Ilustración 25 Efecto pastel en los geotextiles. Adaptado de Aydilek (2011). ..................................60 
Ilustración 26 Permeabilidad vs. Esfuerzo Normal. Adaptado de Gardoni (2000). ...................61 
Ilustración 27 Disminución del espesor del geotextil. Adaptado de Gardoni (2000). .......................62 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

vii 

 

Ilustración 28 Configuración de los dispositivos de sedimentación. Tomado de Harwood 
(2002). .............................................................................................................................................64 
Ilustración 29 Predicciones de velocidad. Tomado de Harwood (2002). .........................................65 
Ilustración 30 Predicción de la trayectoria del flujo. Tomado de Harwood (2002). ..................66 
Ilustración 31 Eficiencias de Remoción (A) y Retención (B) de sedimentos. Adaptado de Harwood 
(2002). ..............................................................................................................................................68 
Ilustración 32 Eficiencia de remoción instantánea para caudales afluentes de A – 20 L/s, B – 40 L/s, 
C – 60 L/s y D – 80 L/s. Adaptado de Harwood (2002). ...................................................................70 
Ilustración 33 Eficiencia de retención instantánea para caudales afluentes de A – 20 L/s, B – 40 L/s, 
C – 60 L/s y D – 80 L/s. Adaptado de Harwood (2002). ...................................................................71 
Ilustración 34 Concentraciones afluentes y efluentes. Adaptado de Carmen A. Franks (2014).
 .........................................................................................................................................................73 
Ilustración 35 Comparación entre los filtros. Adaptado de Carmen A. Franks (2014). ...................74 
Ilustración 36 Barredora de Escoba Mecánica. Tomada de Jones (2012). ..................................76 
Ilustración 37 Barredora de Aire Regenerativo. Tomada de TYMCO Inc (2014). ......................77 
Ilustración 38 Barredora de Vacio. Tomado de Euromec. ................................................................78 
Ilustración 39 Comparación situación de barrido y no barrido. Adaptado de Kang et al (2009). .....79 
Ilustración 40 Componentes del Filtro Up-Flow (Hydro International, 2008). ..........................81 
Ilustración 41 Distribución de partículas en caudal Afluente y Efluente. Adaptado de Uday 
Khambhammettu (2006). .................................................................................................................82 
Ilustración 42 Concentración en caudal Afluente y Efluente. Adaptado de Uday 
Khambhammettu (2006). ................................................................................................................83 
Ilustración 43 Mantenimiento Filtro Up-Flow. Tomado de Hydro International (2008). ..................85 
Ilustración 44 Masa acumulada según tamaño de partículas. Adaptado de Yezhao Cai (2013). ......86 
Ilustración 45 Perfil de Camión Váctor. Tomado de Vac-Con®. ..................................................90 
Ilustración 46 Acumulación de sedimentos. Adaptado de Guo (2011). ...........................................96 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

viii 

 

Índice de Tablas 

 

Tabla 1 Ventajas y Desventajas Celdas Aquacell. Adaptado de S. Wilson (2004). ......................10 
Tabla 2 Concentraciones típicas de contaminantes en Aguas Residuales y Aguas Lluvias. 
Adaptado de Michael A. Ports (2009). ...........................................................................................11 
Tabla 3 Nivel de contaminantes para diferentes volúmenes de escorrentía. Adaptado de Anil 
Acharyaa (2010). ............................................................................................................................15 
Tabla 4 Dispositivos en línea. Adaptación de GeoSyntec Consultants: Low Impact Development 
Center (2006). .................................................................................................................................20 
Tabla 5 Porcentajes mínimos de remoción de dispositivos de filtración. Adaptado de South 
Carolina Department of Transportation (2008). ..........................................................................23 
Tabla 6 Valores de variables en pruebas de laboratorio. Adaptado de Adam K. Howard (2012).
 .........................................................................................................................................................29 
Tabla 7 Mediciones de concentración de sedimentos en el caudal efluente. Adaptado de Adam 
Howard (2009). ...............................................................................................................................39 
Tabla 8 Ventajas y desventajas de las cámaras de inspección estándar. ....................................41 
Tabla 9 Concentración de agentes contaminantes en el caudal efluente. Adaptado de EPA 
(2003). .............................................................................................................................................45 
Tabla 10 Eficiencia de remoción de contaminantes en Filtros de arena. Adaptado de Galli 
(1990). .............................................................................................................................................49 
Tabla 11 Ventajas y desventajas de los filtros de arena. Adaptado de EPA (1999). ...................50 
Tabla 12 Ventajas y desventajas de los geotextiles no tejidos. ....................................................53 
Tabla 13 Porcentajes de retención de Sólidos. Adaptado de Carmen A. Franks (2014). ................73 
Tabla 14 Eficiencias de Remoción Filtro Up-Flow. Adaptado de Uday Khambhammettu (2006).
 .........................................................................................................................................................83 
Tabla 15 Recomendaciones de frecuencia de mantenimiento. Tomado de Hydro International 
(2008). ..............................................................................................................................................85 
Tabla 17 Componentes principales del camión váctor.................................................................91 
Tabla 18 Requerimientos generales de mantenimiento. Adaptado de Imbrium Systems Corporation 
(2011). ..............................................................................................................................................93 
Tabla 19 Ventajas y Desventajas de realizar mantenimiento. Adaptado de NJDEP (2004) y EPA 
(1999). .............................................................................................................................................95 
Tabla 20 Comparación de precios alternativas de mantenimiento. Adaptado de 
Comprehensive Environmental, Inc. (2013). ................................................................................99 
Tabla 21 Formato de presentación de estudios de dispositivos de pre-tratamiento de agua 
lluvia. Adaptado de Robert M. Roseen (2009). ...........................................................................102

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

 

1. 

Introducción 

 

En la actualidad es común evidenciar fenómenos de inundaciones que se presentan en 

las ciudades, debido al auge que ha tenido la infraestructura urbana a lo largo de las 
últimas décadas. Las consecuencias de la urbanización y la construcción de avenidas, 

parqueaderos e infraestructura vial se evidencian en la impermeabilización del suelo. 

Ante un evento de lluvia de relativa intensidad sobre la superficie impermeabilizada, 
se  genera  una  escorrentía  superficial  que  es  evacuada  por  el  sistema  de  drenaje 

urbano.  Sin  embargo  debido  al  incremento  de  la  superficie  urbana,  la  capacidad  del 

sistema de drenaje se vuelve insuficiente, dando lugar a fenómenos de inundación y 
estancamiento del agua proveniente de la lluvia. Las inundaciones además de acarrear 

problemas al sistema de drenaje y al tráfico, traen consigo problemas de salubridad, 

ya que durante el recorrido que realiza e agua en forma de escorrentía superficial, se 
combina con material contaminado presente en las calles tal como metales pesados y 

desechos  antropogénicos  propios  de  las  actividades  cotidianas  del  hombre  (Adam 

Howard, 2009). 
 

Se han desarrollado dispositivos de tratamiento de aguas lluvias con el fin de realizar 

un  pre-tratamiento  a  la  escorrentía  superficial  y  mejorar  la  calidad  del  agua.  El 
presente documento se centra en evaluar la eficiencia de algunos de los dispositivos 

de pre-tratamiento de agua lluvia más comunes en los mercados, así como recolectar 

información  acerca  de  los  procedimientos  de  mantenimiento  que  se  deben  llevar  a 
cabo  para  garantizar  su  efectivo  funcionamiento.  Adicionalmente  con  base  a  una 

búsqueda  exhaustiva  de  bibliografía,  pretende  describir  en  su  totalidad  el 

funcionamiento hidráulico de estos dispositivos. 
 

La importancia de la implementación de los dispositivos de pre-tratamiento de agua 

lluvia  radica  en  los  beneficios  que  brindan  a  las  estructuras  de  retención  de  aguas 
lluvias,  puesto  que  al  capturar  desechos  garantizan  el  correcto  funcionamiento  de 

dichas estructuras, así como la prolongación de su vida útil, al evitar fenómenos como 

el  taponamiento.  Los  dispositivos  de  pre-tratamiento  también  han  demostrado  ser 
útiles  capturando  agentes  contaminantes  presentes  en  la  lluvia  en  sistemas  de 

evacuación  de  agua  lluvia  hacia  cuerpos  de  agua  naturales,  dado  que  dichos 

contaminantes representan una amenaza para los ecosistemas de agua y la calidad de 
la misma. 

 

Este tipo de dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia se contextualizan en torno 
al tema de Manejo en la Fuente (SMPs – Source Management Practices). El objetivo de 

estas  prácticas  se  centra  en  la  reducción  de  la  escorrentía  así  como  de  los  agentes 

contaminantes  que  contiene  con  el  fin  de  evitar  la  llegada  de  estas  sustancias 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

patógenas  a  los  cuerpos  de  agua  receptores.  La  llegada  de  contaminantes  como 

metales  a  los  cuerpos  de  agua  trae  consigo  problemas  como  la  erosión,  el 

desmejoramiento  de  la  calidad  del  agua  y  la  afectación  directa  de  los  ecosistemas 
acuáticos.

 

 

1.2  Objetivos 

1.2.1  Objetivos Generales 

 

Realizar una consulta bibliográfica que permita comprender la hidráulica y los 
principales métodos de mantenimiento de los dispositivos de pre-tratamiento 
de agua  lluvia.

 

 

Establecer  una  comparación  entre  los  dispositivos  de  pre-tratamiento 
analizados y discernir para encontrar aquel que resulta ser más eficiente. 

 

1.2.2  Objetivos Específicos 

 

Establecer  las  fuentes  de  sedimentos  y  desechos  que  se  almacenan  en  los 
dispositivos de pre-tratamiento del agua lluvia. 
 

Indagar acerca  de  la aplicación de  los dispositivos  de pre-tratamiento en  los 
sistemas de drenaje urbano. 
 

Investigar casos de aplicación y estudios de laboratorio que midan la eficiencia 
de los dispositivos analizados. 
 

Buscar y documentar el fenómeno de  primer lavado, también  conocido como 
First Flush.  
 

Consultar  casos  de  aplicación  en  los  que  se  utilicen  los  dispositivos  de  pre-
tratamiento de agua lluvia. 
 

Indagar  acerca  de  los  procedimientos  de  inspección  y  mantenimiento  de  los 
dispositivos de pre-tratamiento. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

Consultar  empresas  de  fabricantes  de  dispositivos  de  tratamiento  de  agua 
lluvia acerca de los procedimientos de mantenimiento y limpieza apropiados. 
 

Buscar  información  de  técnicas  de  mantenimiento  con  ayuda  de  empresas 
dedicadas a realizar esta labor.  

 

1.3  Historia del drenaje de aguas lluvias 

 

Las  prácticas  de  manejo  de  aguas  lluvias  no  son  un  fenómeno  que  surgió 
recientemente. Durante el imperio Mesopotámico, alrededor del Segundo Milenio a.C, 
se llevaban a cabo labores de control de inundaciones y de almacenamiento de agua 
lluvia para uso doméstico y riego de los campos. La única diferencia entre el propósito 
del  manejo  del  agua  lluvia  hace  cuatro  milenios  y  el  propósito  actual  radica  en  el 
hecho que ahora existe una preocupación por remover contaminantes del agua lluvia 
para hacer una efectiva recarga de los acuíferos subterráneos. En el pasado no había 
problemas  relevantes  con  los  contaminantes  debido  al  limitado  desarrollo  de  la 
industria y la poca impermeabilización de los suelos producto de la urbanización. Los 
propósitos actuales de manejo del agua lluvia requieren modificaciones a los sistemas 
tradicionales de drenaje (National Research Council, 2008). 

Con la ayuda del Método Racional, desarrollado luego de la Segunda Guerra Mundial 
para  estimar  caudales  pico,  fue  posible  diseñar  el  sistema  de  drenaje  urbano.  Los 
sistemas de atenuación de tormentas en los drenajes consistían en unos arreglos de 
sumideros y tuberías que prevenían las inundaciones al evacuar el agua lluvia hacia el 
cuerpo de agua más cercano. Sin embargo esta solución generaba inundaciones aguas 
abajo  de  los  cuerpos  receptores  y  erosión,  por  ello  se  agrandaron  los  canales  y  se 
blindaron con concreto para prevenir la erosión. 

Aunque  los canales de concreto  parecían una solución a  los problemas  de erosión e 
inundaciones,  estaban  acabando  con  los  ecosistemas  acuáticos.  Por  ello  surgió  la 
necesidad  de  buscar  tecnologías  que  pudiesen  atenuar  los  picos  de  las  tormentas 
mediante mecanismos de control de  caudal. Estructuras como  cuencas de detención 
surgieron como solución, pero pronto se evidenciaron las limitaciones de la detención 
y  la  necesidad  de  implementar  la  infiltración  para  poder  recargar  los  acuíferos  y 
garantizar un flujo de agua constante hacia los cuerpos de agua naturales tales como 
lagos y humedales. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

El concepto de Desarrollo de Bajo Impacto (LID) surge de la necesidad de controlar el 
volumen de escorrentía.  Adicionalmente debido a estudios realizados entre los años 
70 y 80 por la EPA se incluyó el tratamiento de los contaminantes en los objetivos del 
manejo de aguas lluvias. Según un estudio publicado por Bannerman (1979), el río de 
Menomonee  en  Wisconsin  mostró  altas  concentraciones  de  metales  pesados  y 
sedimentos. Estudios posteriores adhirieron mayor evidencia a la problemática de los 
contaminantes evidenciada por Bannerman. 

Con el rápido desarrollo urbanístico y los altos impactos sobre el medio ambiente, se 
hace imperativo desarrollar técnicas de manejo del agua lluvia efectiva que permitan 
reducir  la  huella  ambiental  causada  por  la  impermeabilización  de  los  suelos  en  las 
ciudades y el desarrollo de la industria. El reto de los desarrolladores urbanísticos es 
generar prácticas de manejo de agua lluvia aplicable a los nuevos proyectos y zonas de 
desarrollo,  así  como  adecuar  la  infraestructura  de  drenaje  existente  a  las  nuevas 
necesidades mediante la implementación de nuevas tecnologías. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

2  Contextualización 

 

Los  primeros  diseños  de  sistema  de  drenaje  urbano  se  basaron  en  la  idea  de 
transportar el agua lo más rápido posible desde la fuente hacia el punto de disposición 
o  lugar  de  tratamiento.  Con  la  urbanización,  se  incrementaron  las  superficies 
impermeables  y  con  ello  el  volumen  de  escorrentía  proveniente  de  la  lluvia.  Los 
diseños tradicionales de drenaje requieren cambios para poder manejar  controlar los 
mayores volúmenes producidos en los eventos de lluvia. 

Uno de los diseños modernos para el drenaje consiste en el control y el tratamiento 
del agua lluvia cerca de la fuente. A partir de esta tendencia filosófica de diseño surgen 
prácticas  sostenibles  como  Best  Management  Practices  (BMP),  Low  Impact 
Development (LID) y Sustainable Drainage Systems (SuDS) para el manejo de aguas 
lluvias. Estas corrientes buscan en la mayoría de los casos maximizar la infiltración del 
agua  en  la  zona  de  captación,  imitando  las  condiciones  de  respuesta  de  una  cuenca 
natural. Estudios como el de Stovin y Swan   (2007) han demostrado reducciones en 
los  costos,  al  utilizar  tecnología  derivadas  de  estas  corrientes  como  tanques  de 
almacenamiento, comparado con los costos de un sistema de drenaje tradicional. 

En  países  como  Estados  Unidos  la  masiva  implementación  de  sistemas  de  drenaje 
sostenible  ha  dado  lugar  al  desarrollo  de  guías  metodológicas  acerca  del 
funcionamiento,  instalación  y  mantenimiento  de  las  tecnologías  sostenibles. 
Adicionalmente han surgido figuras de orden legal que regulan la implementación de 
estas tecnologías (D. S. Jarman, 2011). 

 

2.2  Control en la Fuente 

 

El concepto de control en la fuente surge de la idea de prevenir la contaminación que 
llega  al  sistema  principal  de  alcantarillado,  o  en  su  defecto  a  los  cuerpos  de  agua 
receptores. El hecho de implementar el control en la fuente brindar ciertas ventajas 
sobre el sistema tradicional, también conocido como solución al final de tubo. 

El control en la fuente representa un ahorro significativo del presupuesto destinado 
para  el  tratamiento  del  agua  lluvia  en  las  ciudades  y  municipios.  Al  tomar  ciertas 
medidas  como  disminuir  la  cantidad  de  pesticidas  o  recolectar  la  basura  de  las 
mascotas  se  puede  reducir  la  carga  de  sedimentos  que  llega  a  los  sistemas  de 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

alcantarillado,  y  por  ende  los  costos  del  tratamiento  de  las  aguas  (Michael  A.  Ports, 
2009). En otras palabras se podría decir que el control en la fuente transfiere el costo 
de la contaminación a quienes la producen y no a toda la población que se ve afectada. 

El sistema tradicional de drenaje (solución al final del tubo) no tiene la capacidad de 
hacer el tratamiento adecuado a la contaminación presente en el agua lluvia debido a 
los  mayores  volúmenes  generados  y  a  la  normativa  más  exigente  en  cuanto  a  los 
parámetros  de  calidad  del  agua.  La  filosofía  de  control  en  la  fuente  es  más  fácil  de 
implementar en nuevos proyectos, durante las primeras etapas de construcción, que 
no  cuentan  con  sistema  de  drenaje.  Sin  embargo  es  posible  realizar  algunas 
modificaciones  a  los  sistemas  tradicionales  para  adecuar  el  control  en  la  fuente 
(Michael A. Ports, 2009). 

2.2.1  Ventajas del Control en la Fuente 

 

Tal vez una de las mayores ventajas de las medidas de tratamiento en la fuente es que 
previenen  los  altos  costos  asociados  con  la  rehabilitación  de  ecosistemas  naturales 
afectados  por  la  contaminación  (Water  Security  Agency,  2014).  Algunas  de  las 
técnicas de control en la fuente disminuyen la cantidad de contaminantes tales como: 
aceites,  grasas  de  origen  industrial,  compuestos  metálicos,  sedimentos,  bacterias  y 
basura. 

Las soluciones al final del tubo requieren un alto presupuesto inicial ya que en muchas 
ocasiones  están  relaciones  con  grandes  estructuras  civiles  como  plantas  de 
tratamiento para poder llevar a cabo el control sobre los contaminantes de las aguas 
provenientes del sistema de alcantarillado. Por su parte, las técnicas de solución en la 
fuente pueden ser implementadas rápidamente y en general consisten en la extensión 
de limpieza sobre la superficie. 

2.2.2  Desventajas del Control en la Fuente 

 

Anteriormente  no  se  prestaba  tanta  atención  a  la  protección  de  los  ecosistemas 
acuáticos y a la prevención de la contaminación como ocurre en el presente, donde el 
manejo  y  tratamiento  del  agua  lluvia  se  ha  vuelto  un  problema  que  concierne  a 
múltiples disciplinas. Una de las razones por las cuales el control en la fuente no fue 
implementado  a  gran  escala  en  el  pasado  se  debía  a  la  dificultad  de  predecir  la 
efectividad,  puesto  que  muchos  de  los  proyectos  de  control  en  la  fuente 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

comprometían  parámetros  no  medibles  físicamente  como  la  educación  de  una 
población para llevar a  cabo  labores de limpieza (Water Security  Agency, 2014). En 
cambio las mediciones para cuantificar la efectividad de las técnicas de control al final 
del  tubo  si  se  podían  resolver  con  la  ayuda  de  modelos  computacionales  que 
predecían la efectividad de las estructuras. En otras palabras, no era posible comparar 
los  valores  reportados  de  efectividad  de  las  medidas  al  final  del  tubo  con  las 
estadísticas obtenidas  de  los proyectos de educación  de  control en la fuente que no 
arrojaban datos tangibles en cuento a eficiencia de remoción de contaminantes de la 
escorrentía superficial. 

Para poder cuantificar la efectividad de los métodos de control en la fuente se necesita 
implementar  otras  herramientas  que  permitan  hacer  una  evaluación  cualitativa. 
Dadas  las  nuevas  variables  que  intervienen  en  la  problemática  del  manejo  del  agua 
lluvia  en  la  actualidad,  técnicas  de  análisis  multidisciplinarias  son  requeridas  para 
medir la efectividad, de las soluciones en la fuente adoptadas. 

Un  verdadero  manejo  de  los  contaminantes  de  las  aguas  lluvias  debe  considerar  la 
suma  de  los  esfuerzos  individuales  de  todas  las  técnicas  disponibles,  ya  sean  de 
control en la fuente o de solución al final del tubo. Algunas de las prácticas no parecen 
ser efectivas por sí solas, pero en conjunto con otras se pueden obtener sistemas de 
alta afectividad. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

3  Manejo Sostenible del Agua lluvia 

 

En países industrializados como Estados Unidos y el Reino Unido se realizan prácticas 
sostenibles  de  manejo  aguas  lluvias  conocidas  como  Sustainable  Urban  Drainage 
System (SUDS) 
Best Management Practices (BMPs) respectivamente. Dichas prácticas, 
como  se  mencionó  anteriormente,  se  basan  en  la  idea  de  drenar  el  agua  de  la 
escorrentía  superficial  bajo  el  principio  de  sostenibilidad  con  el  fin  de  mitigar  la 
contaminación  que  llega  al  sistema  de  alcantarillado  y  reducir  su  carga  bajo  los 
eventos  de  lluvia.  Aunque  estas  filosofías  de  drenaje  sostenible  van  en  contra  del 
pensamiento  tradicional,  en  Estados  Unidos  y  Reino  Unido  se  ha  reconocido  su 
importancia  como  sistemas  de  drenaje  efectivos,  además  de  contribuir  con  el 
mejoramiento de la calidad del agua, la reducción de los caudales pico y recargando 
los acuíferos (M. Scholz, 2005). 

Low Impact Development (LID) es una forma de desarrollo multivariada, que busca 
planear y diseñar desarrollos urbanos de un modo que se minimicen los daños a los 
ecosistemas  acuáticos  por  parte  de  los  contaminantes  que  se  encuentran  en  la 
escorrentía superficial producida por los eventos de lluvia. En Australia esta filosofía 
se  conoce  como  Water  Sensitive  Urban  Design  (WSUD),  que  busca  optimizar  los 
procesos  de  planeación  y  diseño  urbano  con  el  manejo  del  agua  lluvia  y  las  aguas 
residuales (Eddy Akinyemi, 2008). Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) tiene 
como objetivo principal capturar y tratar el agua lluvia de la superficie de estructuras 
como pavimentos vía infiltración y almacenamiento. 

La  idea  detrás  de  SUDS  es  asemejar  los  escenarios  lo  más  parecido  posible  a  las 
condiciones naturales, a priori la urbanización y el desarrollo industrial. Esta filosofía 
comprende una amplia gama de soluciones que varía desde pozos de absorción hasta 
tanques  de  almacenamiento  subterráneo.  Dichas  técnicas  se  clasifican  en  cuatro 
grupos principales: superficies permeables, franjas filtrantes, dispositivos de filtración 
y  cuencas.  Los  principales  objetivos  de  estas  técnicas  de  drenaje  sostenible  se 
describen a continuación: 

Prevención:  Consiste  en  medidas  de  limpieza  a  nivel  predial  para  disminuir 
las basuras y material contaminado que se pueda mezclar con el agua lluvia.  

Control en la fuente: Utilizar técnicas de drenaje sostenible tan cerca del lugar 
de generación de escorrentía superficial como sea posible. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

 

Control  en  el  sitio:  Consiste  en  direccionar  la  escorrentía  proveniente  de 
varias fuentes hacia un punto específico donde se disponga una alternativa de 
drenaje sostenible como una cuenca. 

Control Regional: Disposición de las aguas provenientes de varías estructuras 
de control en el sitio hacia un lugar de mayor capacidad como un humedal. 

Las prácticas sostenibles de manejo de agua lluvia se clasifican en tres clases según el 
tipo de tratamiento y destino que le dan al agua lluvia que recolectan: 

Reciclar el agua recolectada: Para reutilizarla en predios como aguas grises, 
para inodoros y máquinas de lavado. 

Infiltrarla  para  recargar  los  acuíferos:  Utilizando  una  geo-membrana 
permeable que permite el paso del agua hacia el suelo natural circundante. La 
velocidad de infiltración depende de las características del suelo. 

Funcionar  como  un  tanque  de  tormenta:  Liberar  paulatinamente  el  agua 
recolectada al sistema de alcantarillado, posterior al evento de lluvia, para no 
saturar el sistema y evitar los eventos de inundación. 

 

Aunque  las  guías  de  manejo  sostenible  del  agua  lluvia  varían  de  país  en  país,  en 
esencia,  Sustainable  Urban  Drainage  System  (SUDS),  Best  Management  Practices 
(BMPs),  Low  Impact  Development  (LID)  y  Water  Sensitive  Urban  Design  (WSUD) 
comparten  el  mismo  objetivo:  tratar  y  remover  sedimentos  y  material  contaminado 
del agua lluvia en área donde es posible realizar control en la fuente.  

En las últimas décadas se ha evidenciado un auge de los dispositivos de tratamiento 
de agua lluvia a nivel predial que se ajustan a las legislaciones en cuanto a la calidad 
del  agua  en  países.  Dichas  regulaciones  al  agua  por  parte  de  los  gobiernos  se  han 
vuelto más exigentes debido a la creciente preocupación por la contaminación de los 
cuerpos de agua y los problemas generados a nivel urbano como las inundaciones. Los 
dispositivos  de  tratamiento  de  agua  lluvia  han  demostrado  ser  efectivos  en  la 
remoción de partículas inorgánicas, respaldado por varios estudios realizados sobre el 
tema (Adam K. Howard, 2012). 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

10 

 

3.2  Tanques de Almacenamiento Temporal (Aquacell) 

 

Los  Aquacell,  desarrollados  por  la  empresa  WAVIN,  pertenecen  a  las  tecnologías  de 
tratamiento  de  agua  lluvia  sostenible.  Básicamente  consisten  en  unas  geo-celdas 
modulares de polipropileno que se pueden agrupar para formar tanques de diferentes 
dimensiones  para  atenuar  picos  de  tormenta.  Su  instalación  es  subterránea,  por  lo 
cual  requieren  un  diseño  estructural  para  soportar  las  cargas  generas  por  el  suelo 
inmediatamente  encima  de  los  tanques,  así  como  las  cargas  de  tráfico,  cuando  se 
instalan bajo autopistas (Wavin, 2005).  

Las celdas Aquacell forman parte de los dispositivos de infiltración, dentro del marco 
del manejo sostenible del agua lluvia. Este tipo de dispositivos usualmente prestan un 
servicio  de  almacenamiento  temporal  de  caudales  pico,  para  luego  infiltrar  el  agua 
almacenada  al  suelo  circundante.  El  tamaño  de  los  dispositivos  de  filtración  varía 
según  las  características  del  área  de  captación.  La  calidad  del  agua  que  se  filtra  al 
suelo se mejora con la ayuda de filtros y estructuras de pre-tratamiento que remueven 
basuras y partículas contaminadas (P.B. Spillett, 2005). 

Como todas las tecnologías presentan ciertas adversidades durante su instalación o a 
lo  largo  de  su  vida  útil.  En  la  siguiente  tabla  se  muestran  algunas  de  las  ventajas  y 
desventajas de las geo-celdas. 

 

Ventajas 

Desventajas 

Fácil  de  instalar  y  de  diseñar 
(teoría de diseño estructural). 

Sólo  almacenan  el  agua  lluvia. 
Requieren  otros  dispositivos  para 

hacer  un  tratamiento  a  la 

escorrentía. 

Pueden  ser  instaladas  en  gran 

variedad  de  lugares  y  no 

requieren  grandes  extensiones  de 
tierra para tal fin.  

Requieren un diseño minucioso en 

cuanto a sedimentación ya que su 

mantenimiento 

es 

muy 

complicado. 

Tabla 1 Ventajas y Desventajas Celdas Aquacell. Adaptado de S. Wilson (2004). 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

11 

 

4  Contaminación en el Agua Lluvia 

 

Las  partículas  contaminadas  que  son  transportadas  por  la  escorrentía  superficial 
producida por la impermeabilización de las  superficies en las urbes es una realidad. 
Varios  estudios  se  han  basado  sus  estudios  en  la  medición  de  la  concentración  de 
ciertos contaminantes en la escorrentía superficial. La concentración y la cantidad de 
contaminantes  presentes  en  el  agua  lluvia  varía  de  lugar  en  lugar,  pues  depende  de 
diversas variables como la actividad humana llevada a cabo en la zona de generación 
de  escorrentía.  En  la  siguiente  tabla  se  presentan  las  concentraciones  típicas  de  los 
contaminantes  más  comunes  encontrados  en  el  agua  lluvia  y  se  compara  con  las 
concentraciones típicas de las aguas residuales. 

Contaminante 

Aguas 

Negras 

Escorrentía 

Total Sólidos Suspendidos (TSS) (mg/L) 

100 - 350 

2 - 11300 

Total Nitrógeno (TN) (mg/L) 

20 - 85 

0.4 - 5.0 

Total Fósforo (TP) (mg/L) 

4  -15 

0.5 - 2.0 

Plomo (mg/L) 

0.1 

0 - 1.9 

Zinc (mg/L) 

0.28 

0.02 

Cobre (mg/L) 

0.22 

0.05 

Coliformes Fecales (cont/100 ml) 

10⁷ - 10⁹ 

10³ - 10⁷ 

Tabla 2 Concentraciones típicas de contaminantes en Aguas Residuales y Aguas Lluvias. Adaptado de 

Michael A. Ports (2009).

 

 

Como  se  puede  apreciar  en  la  tabla  las  concentraciones  de  los  contaminantes 
presentes  en  el  agua  lluvia  son  importantes,  y  merecen  tener  algún  tipo  de 
tratamiento, especialmente cuando el agua recolectada desemboca en cuerpos de agua 
naturales  como  ríos  y  lagunas,  representando  una  amenaza  para  los  ecosistemas 
acuáticos. 

Los estudios llevados a cabo en campo para evidenciar la presencia de contaminantes 
en  el  agua  lluvia  han  mostrado  que  la  mayor  concentración  de  contaminantes  se 
encuentra  en  una  fase  inicial  de  la  escorrentía  producida  por  el  agua  lluvia.  Este 
fenómeno  se  ha  denominado  First  Flush.  En  la  siguiente  sección  se  describen  sus 
características y se citan algunos casos de estudios donde se le han hecho mediciones. 

  

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12 

 

4.2  Fenómeno del First Flush 

 

Normalmente  cuando  se  presenta  un  evento  de  lluvia  en  un  área  impermeabilizada 
como  lo  es  un  parqueadero  o  una  calle  pavimentada,  se  genera  una  escorrentía 
superficial,  que  se  evidencia  como  un  flujo  de  agua  lluvia,  que  típicamente  se  dirige 
hacia  los  puntos  de  captación  del  agua  superficial  de  los  drenajes  urbanos  de  las 
ciudades.  El  flujo  de  agua  lluvia  superficial  que  se  crea  inicialmente  arrastra  los 
sedimentos  y  partículas  que  se  encuentran  sobre  la  superficie,  generados  por  la 
cotidianidad  de  las  actividades  humanas.  Las  partículas  sobre  la  superficie  se 
encuentran  ligadas  a  contaminantes  como  metales  y  residuos  de  hidrocarburos 
(Water  Security  Agency,  2014).  El  fenómeno  de  transporte  de  las  partículas  de  la 
superficie por la escorrentía producida por el agua lluvia se conoce como  First Flush. 
El fenómeno del Primer Lavado, como se podría traducir al castellano, ha sido objeto 
de  distintos  estudios  puesto  que  está  asociado  con  la  mayor  concentración  de 
contaminantes en la escorrentía durante un evento de lluvia. 

Según  Howard  (2012)  la  escorrentía  superficial  generada  en  las  áreas 
impermeabilizadas  urbanas  es  considerada  una  de  las  mayores  fuentes  de 
contaminación de los cuerpos de agua receptores como ríos y lagunas. La medición del 
fenómeno  del  primer  lavado  no  es  tan  sencilla  de  realizar,  pues  sucede  con  relativa 
rapidez, y por lo tanto se requiere un alto grado de precisión en el intervalo de tiempo 
seleccionado  y  la  localización  de  los  aparatos  de  medición.    Una  de  las  maneras  de 
medición del fenómeno del primer lavado fue propuesta por Sansalone (1997), quien 
argumentaba que el fenómeno del primer lavado se presentaba cuando la cantidad de 
masa  de  contaminantes  acumulada  superaba  el  volumen  de  escorrentía  acumulado 
normalizado, al graficar la masa contra el tiempo de duración del evento de lluvia. En 
la  siguiente  ilustración  se  muestra  el  método  de  observación  del  primer  lavado  de 
Sansalone. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

13 

 

 

Ilustración 1 Medición del fenómeno del Primer Lavado. Adaptado de Sansalone (1997). 

En la ilustración se puede ver que el fenómeno del primer lavado se presenta durante 
el  inicio  del  evento  de  lluvia,  cuando  la  masa  de  los  metales  analizados  -  Zinc  (Zn), 
Plomo  (Pb),  Cobre  (Cu)  y  Cadmio  (Cd)  –  es  superior  al  volumen  de  escorrentía, 
representado por línea más oscura. 

 

4.2.1  Caso de estudio del primer lavado: Las Vegas 

 

Un estudio de apreciación del fenómeno del primer lavado fue realizado por Acharyaa 
(2010) y llevado a cabo en la ciudad de Las Vegas, en el Estado de Nevada. El estudio 
se desarrolló en una de las avenidas de la ciudad y constó en la observación y toma de 
datos en varios puntos de captación de agua distribuidos a lo largo de la avenida en un 
período de tiempo de 23 meses.  

Durante las mediciones en los eventos de lluvia se observó que la concentración de los 
contaminantes  disminuía  conforme  aumentaba  el  tiempo  del  evento  de  lluvia.  Las 
mayores concentraciones estaban relacionadas a los eventos de lluvia con una mayor 
cantidad de días secos previos. Conforme aumentaba la intensidad y la duración del 
evento  de  lluvia  la  concentración  de  contaminantes  disminuía.  En  la  siguiente 
ilustración se muestra la disminución de concentración de contaminantes con el paso 
del tiempo para seis eventos de precipitación medidos. El primer evento corresponde 
al  evento  de  lluvia  posterior  al  periodo  seco  más  extenso.  El  aumento  en  la 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

14 

 

concentración del evento 5 hacia el final del evento de lluvia se debe a la unión con el 
agua recolectada en otros puntos a lo largo de la avenida. 

 

Ilustración 2 Variación de la concentración de contaminantes con el tiempo. Adaptado de Anil Acharyaa 

(2010). 

En  la  siguiente  ilustración  se  presenta  la  variación  de  la  concentración  de  los 
contaminantes  con  respecto  a  la  concentración  máxima,  y  con  respecto  a  la 
profundidad  del  agua  a  lo  largo  del  tiempo  del  evento  de  lluvia.  Los  contaminantes 
medidos fueron TN (Nitrógeno Total) y TP (Fósforo Total); adicionalmente se midió el 
Total de Sólidos Suspendidos (TSS).  Se puede apreciar que al comienzo del evento de 
lluvia  la  concentración  es  alta  en  comparación  con  la  profundidad  del  agua.  El 
aumento en la concentración de TSS y TP hacia el final se debió a cambios en el caudal 
medido por los aparatos durante la toma de datos. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

15 

 

 

Ilustración 3 Variación de la concentración de contaminantes con respecto a la profundidad del agua. 

Adaptado de Anil Acharyaa (2010). 

Otro modo de evidenciar el fenómeno del primer lavado fue mediante la medición de 
la  concentración  de  contaminantes  en  ciertos  volúmenes  de  la  escorrentía.  Los 
porcentajes típicos, medidos en los eventos de lluvia analizados, de concentración de 
sedimentos en los diferentes percentiles del volumen de escorrentía se presentan en 
la siguiente tabla. El fenómeno del primer lavado se consideró durante el primer 30 % 
de la escorrentía, la concentración de contaminantes medida en este punto debería ser 
la  mínima  concentración  objetivo  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua 
lluvia.  Para  el  30%  de  la  escorrentía  se  encontró  que  la  mayor  concentración  de 
contaminantes era representada por nitrógeno. 

% Volumen 

de 

Escorrentía 

% Carga Total 

Contaminantes 

20 

28 

30 

38 

50 

58 

80 

85 

Tabla 3 Nivel de contaminantes para diferentes volúmenes de escorrentía. Adaptado de Anil Acharyaa 

(2010). 

 

La  acumulación  de  sedimentos  y  contaminantes  en  la  superficie  está  altamente 
relacionada  con  la  cantidad  de  días  secos  antes  del  evento  de  lluvia.  Resulta  lógico 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

16 

 

pensar que durante un período seco, se acumularan mayor cantidad de sedimentos y 
contaminantes sobre la superficie, debido a la actividad humana. La acumulación de 
sedimentos será mayor en lugares donde el suelo esté destinado a ser utilizado para 
comercio  o  para  industria.  La  concentración  del  Total  de  Sólidos  Suspendidos  (TSS) 
fue medida a lo largo del muestreo en la avenida de la ciudad de Las Vegas, teniendo 
en cuenta los días secos anterior al evento de lluvia.  Los resultados muestran que hay 
una  mayor  concentración  de  TSS  cuando  el  período  seco  previo  a  al  evento  de 
precipitación ha sido mayor. 

 

Ilustración 4 Variación de la concentración de TSS con respecto al número de días secos. Adaptado de Anil 

Acharyaa (2010). 

 

 

 

 

 

 

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17 

 

5  Dispositivos de Pre-Tratamiento de Escorrentía Pluvial 

  

Bajo  las  actuales  circunstancias  de  polución  evidenciadas  en  los  sistemas  de 
alcantarillado,  inundaciones  y  erosión  de  la  infraestructura  de  drenaje,  se  hacen 
necesaria  la  adición  de  dispositivos  de  tratamiento  de  la  escorrentía  producida 
durante  los  eventos  de  lluvia.  Dichos  dispositivos  denominados  de  pre-tratamiento 
deben garantizar  la remoción efectiva de un rango de contaminantes como metales y 
la  captura  de  sedimentos  y  basuras,  bajo  condiciones  de  un  caudal  acorde  al 
evidenciado durante los picos de los eventos de lluvia, para prevenir la contaminación 
de los cuerpos de agua receptores y el taponamiento de las estructuras de retención 
de aguas lluvias (Yezhao Cai, 2013). 

Los dispositivos de tratamiento de agua lluvia, Stormwater Manufactured Treatment 
Devices  (MTDs), por sus siglas en inglés, sirven como un mecanismo de tratamiento 
inicial del agua proveniente de la escorrentía superficial antes de ser descargada a los 
cuerpos de agua receptores. El tratamiento consiste en la remoción de sedimentos y 
material  contaminado  mediante  métodos  como  la  separación  de  densidad  o  la 
separación por tamaño de partículas. Por ello los MTDs hacen parte de las prácticas de 
manejo sostenible de agua lluvia denominadas BMPs (South Carolina Department of 
Transportation, 2008). 

La eficiencia de los dispositivos es independiente de su capacidad de almacenamiento, 
por  otro  lado,  es  altamente  dependiente  de  las  características  del  entorno.  La 
remoción  de  contaminantes  de  los  dispositivos  de  agua  lluvia  depende  de  factores 
como la intensidad del evento de lluvia y las concentraciones de contaminantes en el 
área de captación.  

Los dispositivos de pre-tratamiento son diseñados normalmente bajo el principio de 
atrapar  basuras,  aceites,  metales,  escombros  y  grasas.  Existe  una  variada  oferta  de 
dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  en  el  mercado.  Algunos  más 
especializados  que  otros  traen  ciertas  modificaciones  como  filtros  y  diseños 
modificaciones  de  recámaras  que  permiten  atrapar  contaminantes  específicos  como 
productos  derivados  del  petróleo.  Más  adelante  se  explicará  en  detalle  el 
funcionamiento  y  las  características  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  más 
comunes,  y  también  se  analizará  un  dispositivo  innovador  denominado  Up-Flow 
Filter. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

18 

 

Los  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  deben  cumplir  como  mínimo 
ciertos requerimientos en cuanto a almacenamiento de sedimentos y tratamiento del 
caudal  de  agua  lluvia  que  pasa  a  través  de  él.  Los  objetivos  de  un  dispositivo  de 
entrada a un drenaje de aguas lluvias son (Field, 2004): 

No  causar  inundaciones  cuando  el  dispositivo  se  tapona  por  acumulación  de 
basuras. 

No disminuir la altura hidráulica del flujo hacia el sistema de drenaje. 

Capturar la mayor cantidad de sedimentos y basuras posible. 

No forzar el agua lluvia a través de los desechos capturados. 

Requerir mantenimiento de bajo costo e itinerario de inspección y limpieza de 
baja frecuencia. 

 

Uno dispositivos de pre-tratamiento más comunes debido a su efectividad y a su bajo 
costo es el sumidero convencional, el cual consta de una tubería de entrada y salida, y 
una cámara de almacenamiento donde se almacenan los sedimentos y contaminantes 
capturados  provenientes  de  la  escorrentía  superficial.  El  sumidero  estándar  ha 
demostrado  ser  efectivo  para  la  captura  de  sedimentos  con  un  tamaño  superior  a 
cinco  milímetros.  En  cuanto  a  su  efectividad  en  la  captura  de  aceites,  se  ha 
evidenciado ser efectivo en la retención de aquellos que se acumulan en la superficie 
del agua.   

La función que cumple el dispositivo de pre-tratamiento en un sistema de drenajes es 
la de reducir la probabilidad de obstrucción y taponamiento del sistema, en alguno de 
los  componentes  aguas  abajo  del  dispositivo  de  pre-tratamiento.  Al  ser  concebidos 
con  un  propósito  de  retener  sedimentos  y  contaminantes,  los  dispositivos  de  pre-
tratamiento hacen parte de la variedad de tecnologías que ofrecen la corriente de Best 
Management Practices (BMP). Es común encontrar diseños de prácticas sostenibles de 
drenaje  que  incorporan  dispositivos  de  pre-tratamiento  antes  de  otras  estructuras 
como el tanque de almacenamiento temporal compuesto por geo-celdas Aquacell. Lo 
anterior  debido  a  la  facilidad  y  menor  costo  del  mantenimiento  que  presentan  los 
dispositivos  de  pre-tratamiento  en  comparación  con  otras  prácticas  de  drenaje 
sostenible. 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

19 

 

Además  de  estar  altamente  relacionado  con  las  características  de  los  fenómenos  de 
lluvia y el tipo de contaminantes y sedimentación de la zona de captación, la eficiencia 
de remoción de los dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia también está ligada 
en un alto grado con las características físicas de los dispositivos de tratamiento (Avila 
H.  P.,  2011).  Por  tal  motivo  en  la  actualidad  se  encuentra  una  gran  variedad  de 
dispositivos que han demostrado cumplir con las exigencias, en cuanto a remoción de 
contaminantes,  de  las  autoridades  competentes.  Los  avances  tecnológicos  han  dado 
lugar al surgimiento de dispositivos de filtración y de sedimentación más eficientes y 
con  mayor  capacidad  que  los  que  se  tenían  dos  décadas  atrás.  Más  adelante  se 
describen  los  tipos  de  dispositivos  más  comunes  encontrados  en  el  mercado,  sus 
ventajas, desventajas y las características que comparten entre ellos.  

5.1  Clasificación de los dispositivos de pre-tratamiento según el tipo de 

instalación. 

 

Dadas  las  diferentes  configuraciones  de  instalación  y  los  diferentes  fines  para  los 
cuales son desarrollados, los dispositivos de pre-tratamiento se pueden clasificar en 
tres  grupos  según  su  localización  en  el  sistema  de  drenaje  de  aguas  lluvias: 
Dispositivos  de  entrada,  dispositivos  en  línea  y  trampas  de  flotadores  (GeoSyntec 
Consultants. Low Impact Development Center, 2006). 

Dispositivos de entrada: Conjunto de dispositivos que se sitúan muy cerca de 
los accesos o entradas al sistema de drenaje urbano, diseñados para retener y 
remover  basuras  y  sedimentos  gruesos  principalmente.  Dispositivos  como 
pantallas,  rejillas  metálicas,  sumideros  estándar  y  bastidores  de  barras 
metálicas  pertenecen  a  esta  categoría.  Otra  de  las  funciones  que  cumplen  los 
dispositivos de pre-tratamiento de entrada es la de proteger  los elementos del 
sistema  de  drenaje  como  tuberías  de  daños  producidos  por  elementos  como 
rocas.  El tratamiento de partículas finas y contaminantes como metales no es 
uno  de  los  objetivos  los  dispositivos  de  esta  categoría.    Al  ser  estructuras  de 
captación  y  retención  de  basuras  y  sedimentos,  están  expuestas  a  la 
obstrucción  por  acumulación  de  basuras.  El  taponamiento  disminuye  su 
eficiencia  y  da  lugar  a  problemas  como  represamiento  de  agua;  por  ello  se 
requiere establecer un plan de mantenimiento para prevenir los problemas de 
taponamiento en los dispositivos de pre-tratamiento de entrada. 

 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

20 

 

Dispositivos  en  línea:  Típicamente  son  dispositivos  instalados  más  allá  del 
lugar  de  captación.  Son  diseñados  para  retener  partículas  sólidas  y  desechos 
flotables como aceites y grasas. Dada su capacidad de retener aceites derivados 
de hidrocarburos, la instalación de dispositivos de pre-tratamiento en línea es 
ideal  para  lugares  que  producen  este  tipo  de  desechos  como  parqueaderos  y 
avenidas.  A  continuación  se  presentan  los  dispositivos  típicos  de  pre-
tratamiento en línea y sus respectivos métodos de separación de sedimentos y 
material  contaminante.  Al  igual  que  los  dispositivos  de  entrada,  requieren 
mantenimiento a lo largo de su vida útil para evitar el taponamiento. 

Dispositivo 

Proceso de 

Remoción o Captura 

Pantallas 

Separación por 

tamaño 

Deflectores 

Separación por 

densidad 

Manholes 

Separación por 

densidad 

Mallas 

Separación por 

tamaño 

Bastidores de 

basuras 

Separación por 

tamaño 

Tabla 4 Dispositivos en línea. Adaptación de GeoSyntec Consultants: Low Impact Development Center 

(2006).  

Trampas  de  flotadores:  Dispositivos  que  remueven  sólidos  flotantes 
presentes en el agua lluvia. Usualmente se sitúan sobre la superficie del agua 
presente en los sistemas de drenaje, aprovechando el principio de flotabilidad 
por el cual algunas basuras y sedimentos presentes en el agua lluvia emergen a 
la  superficie  del  flujo.  Tienen  la  ventaja  de  representar  un  bajo  costo  en 
comparación  con  otros  métodos  de  pre-tratamiento  y  ser  fáciles  de  usar  al 
adaptarse a diferentes situaciones.  Sin embargo su eficiencia de remoción de 
contaminantes y sedimentos es limitada al restringirse a capturar sólo aquellos 
que se encuentran en la superficie del agua. 

 

 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

21 

 

5.2  Clasificación  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  según  el 

método de remoción de sedimentos del agua lluvia 

 

El diseño de los MTDs depende del tipo de sólidos o materiales contaminados que se 
deseen  retener.  Dependiendo  del  material  o  sustancia  objeto  de  remoción,  los 
dispositivos  pueden  incluir  filtros  o  modificaciones  de  las  partes  internas  de  los 
mismos. Con el fin de establecer una categorización de los MTDs se clasificaron en tres 
grupos principales. 

5.2.1  Dispositivos de pre-tratamiento de Separación 

 

Son  diseñados  con  el  fin  de  retener  sedimentos  y  contaminantes  en  sus 
compartimientos.  Están  compuestos  por  un  sumidero,  donde  se  depositan  los 
sedimentos  atrapados.  En  este  sumidero  también  es  posible  encontrar  sistemas  de 
filtración  como  pantallas  para  hacer  una  separación  por  tamaño  de  partículas. 
Adicionalmente  algunos  dispositivos  cuentan  con  un  sistema  de  “By-pass”  que 
permite  que,  ante  un  evento  de  lluvia  de  alta  duración  e  intensidad,  los  sedimentos 
capturados sean resuspendidos y posiblemente salgan del dispositivo de separación. 
El  mecanismo  de  By-pass  impide  la  entrada  del  flujo  de  agua  hacia  el  sumidero, 
direccionando el flujo directamente hacia el punto de salida del dispositivo. 

Cuando los sumideros no cuentan con el mecanismo de By-pass, se requieren pruebas 
de laboratorio para verificar la no recirculación o re-suspensión de los sedimentos en 
éste. Se puede obviar el uso del By-pass cuando se complementan los dispositivos de 
separación con otras técnicas de tratamiento de agua lluvia. 

En  general  los  dispositivos  de  separación  se  diseñan  mediante  un  método  de 
capacidad hidráulica por unidad de área. Se diseñan para una tasa máxima de carga 
hidráulica  de  25  gpm/sf  (galones  por  minuto  por  pie  cuadrado),  y  para  una  carga 
hidráulica objetivo de 20 gpm/sf. Las anteriores especificaciones se establecieron con 
base  en  estudios  de  laboratorio  de  la  eficiencia  en  remoción  de  contaminantes  bajo 
estas  cargas.  Para  diseñar  dispositivos  que  soporten  una  mayor  carga,  se  requiere 
realizar  estudios  que  midan  la  efectividad  de  remoción  de  contaminantes  de  los 
dispositivos bajo mayores solicitaciones flujo de agua pasando a través de éstos.   

Los dispositivos de separación deben cumplir las siguientes especificaciones, dictadas 
por organismos de control ambiental y de materiales: 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

22 

 

 

Remover como mínimo el 80%  del  total de Sólidos Suspendidos, (TSS, 
Total  Suspended  Solids),  de  arenas  con  un  tamaño  medio  de  150 
micrones,  con  una  concentración  que  varía  entre  100  y  300  mg/L 
(miligramos por litro). La eficiencia de remoción de arenas se rige bajo 
la norma ASTM D-3977-77 SSC. 

 

La  extracción  de  los  contaminantes  y  sedimentos  presentes  en  la 
escorrentía  superficial  se  debe  hacer  por  medio  de  técnicas  como  la 
separación, asentamiento o acción de fuerza centrífuga. 

 

No  es  permitido  el  uso  de  equipos  o  accesorios  que  requieran  una 
fuente  de  producción  de  energía  como  la  electricidad,  dentro  de  los 
dispositivos de tratamiento de agua lluvia. 

 

5.2.2  Dispositivos de pre-tratamiento de Filtración 

 

 Este tipo de dispositivos tiene el mismo objetivo que los dispositivos de separación, 
con la diferencia que cuenta con sistemas de filtro adicionales, que brindan una mayor 
eficiencia en la remoción de contaminantes del agua lluvia. Son utilizados en lugares 
que presentan una alta concentración de contaminante, tales como zonas industriales. 
Los sistemas de filtración permiten capturar partículas finas como metales y bacterias, 
con un tamaño medio inferior a 100 micrones. Los dispositivos de filtración se deben 
complementar con otros dispositivos de tratamiento de agua lluvia como dispositivos 
de  separación,  rejillas  o  pantallas  que  retengan  las  partículas  gruesas,  basuras  y 
sedimentos, presentes en el agua lluvia. 

A continuación se  presentan las especificaciones que deben  cumplir los  dispositivos 
de filtración: 

 

Remover como mínimo el 80%  del  total de Sólidos Suspendidos, (TSS, 
Total  Suspended  Solids)  de  arcillas  con  un  tamaño  medio  de  67 
micrones,  con  una  concentración  que  varía  entre  100  y  300  mg/L 
(miligramos por litro). La eficiencia de remoción de arenas se rige bajo 
la norma ASTM D-3977-77 SSC. 

 

Usar  sistemas  de  filtración  para  remover  contaminantes  presentes  en 
partículas finas del agua lluvia. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

23 

 

Al  tratarse  de  dispositivos  de  remoción  de  contaminantes  especializados,  deben 
garantizar  el  porcentaje  de  remoción  de  contaminantes  como  se  muestra  en  la 
siguiente tabla. 

Sustancia o Material 

Porcentaje mínimo de 

Remoción 

Hidrocarburos de 

Petróleo 

≥80% 

TSS 

≥80% 

Cobre 

≥50% 

Zinc 

≥50% 

Aceites y Grasas 

≥80% 

Plomo 

≥50% 

Tabla 5 Porcentajes mínimos de remoción de dispositivos de filtración. Adaptado de South Carolina 

Department of Transportation (2008). 

 

5.2.3  Dispositivos de pre-tratamiento de Inserción 

 

Este  tipo  de  dispositivos  surgió  como  solución  a  la  no  capacidad  de  poder  instalar 
dispositivos de separación o de filtración debido a restricciones de espacio. Tiene la 
desventaja de no poder ser instalado en zonas o en proyectos que cuentan con muchas 
entradas  de  agua  lluvia  a  lo  largo  de  su  extensión.  Con  el  fin  de  ocupar  el  menor 
espacio posible, fueron diseñados para ser instalados justo de los puntos de captación 
de agua lluvia.  

En algunos casos estos dispositivos pueden incorporar la presencia de mecanismos de 
filtración, con el fin de remover cierto tipo de contaminante específico. Las inserciones 
de  sumideros  proveen  características  contra  el  desbordamiento  que  no  afectan  la 
capacidad  de  almacenamiento  de  los  mismos.  Al  igual  que  las  dos  clases  de 
dispositivos  descritos  con  anterioridad,  le  eficiencia  en  cuanto  a  remoción  de 
sedimentos  y  agentes  contaminantes  está  altamente  ligada  a  las  condiciones 
ambientales de la zona como la intensidad de los eventos de lluvia y la concentración 
de contaminantes derivada del tipo de actividad humana desarrollada en la zona de 
captación.  

Los  sumideros  de  inserción  deben  cumplir  las  siguientes  especificaciones,  dictadas 
por organismos de control ambiental y de materiales: 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

24 

 

 

Remover como mínimo el 80% del Total de Sólidos Suspendidos, (TSS, 
Total  Suspended  Solids)  de  arenas  con  un  tamaño  medio  de  150 
micrones,  con  una  concentración  que  varía  entre  100  y  300  mg/L 
(miligramos por litro). La eficiencia de remoción de arenas se rige bajo 
la norma ASTM D-3977-77 SSC. 

 

La  extracción  de  los  contaminantes  y  sedimentos  presentes  en  la 
escorrentía  superficial  se  debe  hacer  por  medio  de  técnicas  como  la 
separación, asentamiento o acción de fuerza centrífuga. 

 

No  es  permitido  el  uso  de  equipos  o  accesorios  que  requieran  una 
fuente  de  producción  de  energía  como  la  electricidad,  dentro  de  los 
dispositivos de tratamiento de agua lluvia. 

 

5.3  Cámaras de Inspección Estándar 

 

Las  cámaras  de  inspección  estándar    han  sido  objeto  de  varios  estudios  desde  la 
década de los 70s. Dichos estudios además de mostrar los métodos para los cuales se 
debe realizar el diseño de las cámaras de inspección, han estudiado su efectividad en 
cuanto a la captura de sedimentos. Estudios como los realizados por Robert Pitt entre 
1979 y 1985, han demostrado que las cámaras son muy efectivas capturando material 
grueso.  También  se  ha  encontrado  que  los  sumideros  de  las  cámaras  retienen 
efectivamente  los  sedimentos  hasta  alcanzar  aproximadamente  el  60%  de  su 
capacidad, lo que equivale a alrededor de 30 centímetros por debajo de la tubería de 
salida de la cámara (Field, 2004). 

Las cámaras de inspección estándar son una pieza clave de un sistema de drenaje. Son 
vitales  para  realizar  mantenimiento,  puesto  que  representan  un  punto  de  acceso  al 
sistema de alcantarillado en las uniones y a su sistema de tuberías. La geometría típica 
de la cámara de inspección y de los sumideros, donde almacenan los sedimentos, es 
una forma cilíndrica con una mayor magnitud de la altura en relación al diámetro. 

La  remoción  y  captura  de  sedimentos  en  el  sumidero  es  posible  gracias  a  la 
disposición de las tuberías de entrada y de salida.  En la mayoría de los casos estas se 
instalan una en frente de otra permitiendo una leve caída entre ellas como se muestra 
en la siguiente ilustración. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

25 

 

 

Ilustración 5 Esquema de Cámara de Inspección.

 

 

Esta  disposición  de  las  tuberías  dentro  de  la  cámara  de  inspección  hace  que  el 
sumidero se encuentre permanentemente con cierta cantidad de agua en su interior. 
Los  sedimentos  capturados  en  el  sumidero  se  almacenan  en  la  parte  inferior  de  la 
cámara  hasta  ser  removidos  durante  el  mantenimiento.  En  el  mercado  es  posible 
encontrar  cámaras  con  una  altura  típica  que  varía  en  los  60  y  180  centímetros;  sin 
embargo también existen diseños inusuales que pueden llegar a tener una altura de 
hasta tres metros (Adam K. Howard, 2012).  

Aunque el propósito principal de las cámaras de inspección en un sistema de drenaje 
es el de servir como puntos de mantenimiento y evaluación del estado de tuberías, se 
catalogan  indirectamente  como  un  dispositivo  de  pre-tratamiento  por  el  hecho  de 
capturar  y  remover  sedimentos  del  flujo  de  agua.  Este  efecto  se  produce  debido  al 
asentamiento  que  sufren  las  partículas  suspendidas  en  el  flujo  cuando  ingresan  al 
dispositivo. 

Las cámaras de inspección estándar han demostrado ser efectivas en la remoción de 
partículas  grandes;  sin  embargo  los  resultados  no  son  los  mismos  para  partículas 
finas,  donde  el  porcentaje  de  retención  de  sedimentos  es  bajo.  Estudios  sobre  la 
material han demostrado que un porcentaje significativo de los sedimentos presentes 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

26 

 

en el agua lluvia están compuestos por partículas finas, con tamaños medio inferior a 
los 75 μm (micrómetros).  

Además  de  la  tasa  de  efectividad  de  remoción  de  sedimentos,  las  facilidades  de 
instalación  y  la  baja  inversión  inicial,  el  uso  de  sumideros  convencionales  se  ha 
generalizado en países como Estados Unidos, donde los departamentos de Ambiente y 
Transporte  de  cada  estado  los  consideran  como  una  de  las  opciones  dentro  de  sus 
regulaciones de tratamiento de aguas lluvias. Departamentos de transportes como el 
del Estado de New Jersey han llevado a cabo estudios para determinar la frecuencia de 
mantenimiento y eficiencia de remoción de sedimentos. Algunos de estos estudios se 
analizarán  más  adelante.  El  sumidero  convencional  garantiza  la  retención  de  la 
mayoría de los sedimentos (con  un  porcentaje de eficiencia del 75%), incluyendo la 
captura de sólidos suspendidos, asociados con agentes contaminantes como metales. 

Varios estudios se han enfocado en hallar la relación adecuada entre diámetro y altura 
del  sumidero,  para  la  cual  se  alcanza  el  mejor  desempeño  del  sistema.  Una  relación 
óptima  fue  propuesta  por  Larger  (1977).  Dicho  autor  encontró  que  la  altura  del 
sumidero  debería  satisfacer  una  relación  de  6.5  a  1  con  respecto  al  diámetro  de  la 
tubería de salida del dispositivo; el diámetro del sumidero debería equivaler a 4 veces 
el diámetro de la tubería de salida. En la siguiente ilustración se muestra la geometría 
propuesta por Larger. 

 

Ilustración 6 Geometría óptima del Sumidero Convencional. Tomado de Avila (2011). 

 

Las cámaras de inspección ofrecen la posibilidad de adicionar ciertos accesorios que 
mejoran  el  desempeño  del  sumidero.  Dichos  accesorios  pueden  ser  filtros  que 
garanticen la captación de partículas específicas que residuos industriales o derivados 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

27 

 

del  petróleo.  También  pueden  ser  pantallas  que  eviten  en  ingreso  de  partículas 
gruesas a la tubería de salida de la cámara de inspección. En el siguiente esquema se 
muestra un sumidero con la adición de una pantalla que además de evitar la salida de 
partículas gruesas de la cámara de inspección, brinda un mecanismo de protección al 
sumidero ante eventos de lluvia de alta intensidad.  

 

Ilustración 7 Cámara de Inspección Con adición de pantalla. Adaptado de Field (2004).

 

 

5.3.1  Estudios de desempeño de la Cámara de Inspección Estándar 

5.3.1.1  Estudio de Análisis hidráulico de la remoción de sedimentos 

 

Dado  la  aplicabilidad  de  los  sumideros  estándar  a  los  sistemas  de  drenaje 
tradicionales,  existen  varios  manuales  que  explican  el  diseño  de  los  sumideros  y  el 
mantenimiento de los mismos. Por el hecho de ser un dispositivo de pre-tratamiento 
se  han  realizado  varios  estudios  en  el  laboratorio  para  evaluar  la  su  efectividad  en 
cuanto  a  remoción  de  sedimentos.  A  lo  largo  de  esta  sección  se  mostrarán  los 
resultados y procedimientos de algunos estudios relevantes sobre el material. 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

28 

 

Howard (2012) realizó varios ensayos en laboratorio con el fin  de hacer un  análisis 
hidráulico,  y  poder  evaluar  la  efectividad  de  remoción  de  sólidos  suspendidos  en  el 
flujo que pasaba a través de las cámaras de inspección estándar. El estudio también 
pretendía evaluar la cantidad de sedimentos que salían del dispositivo por la acción de 
fenómenos como la resuspensión de sedimentos. 

Las muestras tomadas en el laboratorio durante las pruebas fueron analizadas por el 
método de balance de masas, el cual mostró se más efectivo que el método de toma de 
muestras  tradicional.  El  método  de  toma  de  muestras  demostró  ser  poco  efectivo, 
cuando se pretendían analizar partículas de tamaño superior al tamaño medio de los 
limos.  Para  evaluar  la  eficiencia  de  remoción  del  sumidero  se  hizo  una  descarga 
controlada de sedimentos en la tubería de entrada al dispositivo. Con la ayuda de un 
manómetro  se  midieron  los  cambios  de  elevación  en  las  tuberías  de  entrada  y  de 
salida, y en el sumidero. Para evaluar el fenómeno de lavado de sedimentos, es decir, 
de salida de sedimentos del sumidero se utilizaron pruebas de peso en unas células de 
carga. La idea era medir el peso seco de los sedimentos acumulados en el sumidero a 
lo  largo  del  tiempo;  la  disminución  del  peso  indicaría  que  una  fracción  del  material 
retenido estaría siendo evacuada. El esquema de uno de los sumideros utilizados se 
muestra a continuación. 

 

Ilustración 8 Esquema del sumidero utilizado ene l laboratorio. Adaptado de Adam K. Howard (2012) 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

29 

 

En la siguiente tabla se muestran valores de las  variables tenidas en cuenta para las 
pruebas  de  eficiencia  de  remoción  de  sedimentos,  realizadas  en  los  dos  tipos  de 
sumideros utilizados durante este estudio de laboratorio. 

Variable 

Sumidero h = 1.2 m 

Sumidero h = 1.8 m 

Caudales 

17, 34 51 y 68 L/s 

51, 99, 150 y 200 L/s 

Número de repetición 

de pruebas con cada 

caudal 

 

 

Tamaño medio de 

partículas de 

sedimentos 

545 μm (500–589 μm) 

303 μm (250–355 μm) 

107 μm (88–125 μm) 

Tabla 6 Valores de variables en pruebas de laboratorio. Adaptado de Adam K. Howard (2012).

 

Las  pruebas  para  evaluar  el  lavado  de  los  sedimentos  del  sumidero  consistieron  en 
hacer  una  pre  carga  de  sedimentos  en  el  sumidero,  y  luego  aplicar  altos  caudales  a 
través de este. La pre carga de sedimentos en el sumidero era de aproximadamente 30 
centímetros  de  arena  de  sílice,  muy  común  en  algunas  muestras  de  sedimentos 
presentes en el agua lluvia recolectada, con un tamaño medio de partículas de 110 μm. 
Las tasas de descarga para utilizadas variaron en 78 y 156 L/s para el sumidero de 1.2 
metros, y entre 142 y 538 L/s para el sumidero de 1.8 metros de profundidad. La tasa 
a  la  cual  salían  los  sedimentos  del  sumidero  se  midió  bajo  dos  tipos  de 
procedimientos: 

 

Método  basado  en  el  volumen:  Consistía  en  medir  la  profundidad  en  24 
puntos,  luego  se  utilizaba  el  valor  medio  de  las  mediciones  de  profundidad 
para determinar el peso de los sedimentos removidos por acción de lavado de 
sedimentos, conociendo en área de la base del sumidero y la densidad de los 
sedimentos húmedos.  

Método basado en la masa: Con la ayuda de unas células de carga dispuestas 
debajo de los dos tipos de sumideros evaluados. Se tomaban mediciones antes 
y después de realizar las pruebas; adicionalmente se tomaban mediciones con 
el manómetro. El total de sedimentos lavados por el flujo de que pasa a través 
del sumidero se  determina con ambas mediciones del  cambio en  el peso y el 
cambio en la profundidad de los sedimentos. 

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30 

 

Uno de  los principales objetivos del  estudio era evaluar la capacidad  de remoción y 
retención  de  sedimentos  de  la  cámara  de  inspección  estándar.  Los  resultados  de  la 
evaluación de las dos medidas de eficiencia del dispositivo, y otras variables como la 
velocidad del flujo se muestran a continuación. 

Retención de sedimentos: 

A partir de las pruebas llevadas a cabo en el laboratorio se observó que el caudal de 
entrada al sumidero de la cámara de inspección era indirectamente proporcional a la 
eficiencia  de  remoción  de  sedimentos,  es  decir,  a  menores  caudales  se  evidenciaron 
mayores  eficiencias  de  retención  de  sedimentos.  Para  la  misma  distribución  de 
partículas  de  sedimentos  y  caudal  de  descarga  se  observó  que  a  medida  que  el 
diámetro  y  la  altura  del  dispositivo  aumentaban,  también  lo  hacía  la  eficiencia  de 
retención de sedimentos. En ese orden de ideas, el sumidero de 1.8 metros de altura 
resulta  ser  más  eficiente  que  el  sumidero  de  1.2  metros,  en  condiciones  de  bajo 
caudal. En la siguiente ilustración se muestra la eficiencia de remoción para diferentes 
configuraciones  que  se  lograron  con  los  dos  sumideros  analizados.  Se  realizaron 
pruebas  para  sumideros  de  1.2  y  1.8  metros  de  diámetro  con  profundidades  y 
distribución de partículas. 

 

Ilustración 9 Eficiencia de remoción de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012). 

Con el fin de generalizar las predicción del porcentaje de remoción de sedimentos de 
los  sumideros,  independientemente  de  su  geometría,  el  caudal  de  entrada  al 
dispositivo,  la  granulometría  de  las  partículas,  se  procedió  a  crear  un  modelo  que 
pudiese predecir dichos resultados sin la necesidad de realizar cientos de pruebas en 
el  laboratorio  para  determinar  comportamiento  de  los  dispositivos.  Se  empleó  el 

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31 

 

número  de  Péclet,  el  cual  expresa  el  cociente  entre  el  transporte  de  partículas  de 
convección  por  decantación  y  el  transporte  por  difusión  turbulenta.  El  número  de 
Péclet es adimensional y sirve de punto de partida para comparar la eficiencia entre 
varios dispositivos. Cuando dicho número adimensional se gráfica contra la eficiencia 
de  remoción  de  sedimentos  de  un  tamaño  de  distribución  de  partículas  es  posible 
llegar a la ecuación de eficiencia descrita por el parámetro η (Adam Howard, 2009). A 
continuación se muestra su ecuación. 

 

Ecuación 1 Número de Péclet. Tomado de Adam K. Howard (2012).

 

donde  Us  es  la  velocidad  de  asentamiento  de  las  partículas,  D  es  el  diámetro  del 
sumidero,  h  es  la  altura  del  sumidero  y  Q  es  el  caudal  de  descarga  en  el  sumidero. 
Adicionalmente  se  utilizó  una  ecuación,  propuesta  en  el  estudio  Assesment  of 
hydrodynamic  separators  for  stormwater  treatment
  (Wilson,  2009),  para  describir  la 
eficiencia en términos del número de Péclet. 

 

Donde a, b y R son parámetros ajustados.

 

Ecuación 2 Eficiencia de Remoción. Adaptado de Wilson (2009). 

Con base en una serie de relaciones matemáticas fue posible generar un modelo que 
prediga  la  eficiencia  de  un  sumidero  para  capturar  cierto  tipo  de  partículas 
(distribución de tamaños), dadas las características del sumidero como el diámetro y 
la  altura.  El  modelo  también  permite  predecir  las  dimensiones  que  requiere  una 
cámara de inspección para satisfacer ciertas necesidades  de efectividad de remoción 
de  sedimentos,  conociendo  la  distribución  de  partículas  y  el  caudal  que  entra  al 
dispositivo.  En  la  siguiente  ilustración  se  observan  los  datos  ajustados  del  modelo 
descrito  con  anterioridad;  al  graficar  el  cociente  entre  el  número  de  Péclet  y  el 
cuadrado del número de Froude, contra la eficiencia de remoción ƞ. Se puede apreciar 
que las diferentes configuraciones de diámetro – altura de los sumideros se ajustan al 
modelo matemático. 

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32 

 

 

Ilustración 10 Modelo de eficiencia de remoción de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012). 

 

Resuspensión de sedimentos: 

Durante  las  pruebas  de  medición  de  sedimentos  que  salen  del  sumidero  se observó 
que a medida que el caudal de entrada aumenta, la concentración efluente también lo 
hace hasta que la descarga de flujo empieza a crear una capa espumosa sobre la capa 
de  agua  superficial  dentro  del  sumidero;  a  partir  de  este  punto  la  concentración  de 
sedimentos  en  el  caudal  de  salida  del  dispositivo  disminuía.  A  partir  de  las 
observaciones durante la ejecución de las pruebas de resuspensión en los sumideros 
de  igual  diámetro  pero  mayor  altura  mostraron  tener  una  mejor  retención  de 
sedimentos que aquellos con una menor altura. De igual manera que para las pruebas 
efectuadas  para  medir  la  eficiencia  de  remoción  de  sedimentos,  los  sumideros  de 
mayor  diámetro  y  altura  permiten  una  menor  concentración  de  sedimentos  en  el 
caudal  efluente  por  efectos  de  resuspensión  bajo  las  mismas  condiciones.  En  la 
siguiente  ilustración  se  muestran  las  mediciones  hechas  en  laboratorio  para 
diferentes configuraciones diámetro – altura de los sumideros. 

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33 

 

 

Ilustración 11 Concentración efluente de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012). 

Para tratar de estimar un modelo que pudiese predecir el porcentaje de sedimentos 
que sale del dispositivo en el caudal de efluente, en primer lugar se identificaron los 
factores  que  influyen  en  la  generación  del  mecanismo  de  resuspensión  cuando  el 
dispositivo se encontraba ante un caudal afluente alto. En primer lugar debe haber un 
movimiento en la superficie de la capa de sedimentos almacenados en el sumidero. En 
segundo lugar se debe generar una circulación de sedimentos por encima de la capa 
de sedimentos debido a la acción de flujo sobre la misma. Y por último los sedimentos 
removidos  de  la  capa  de  sedimentos  deben  llegar  hasta  la  tubería  de  salida  del 
dispositivo (Avila H. P., 2011).  

Conociendo  los  factores  que  propician  el  resuspensión  de  los  sedimentos  del 
sumidero,  el  estudio  procedió  a  calcular  la  mínima  energía  necesaria  para  que  se 
produjeran los tres fenómenos descritos, y dicha energía se comparó con la medida en 
el  caudal  de  entrada  o  caudal  afluente  al  sumidero.  El  modelo  desarrollado  en  este 
estudio  puede  ser  usado  para  predecir  las  concentraciones  de  los  sedimentos  que 
salen  del  sumidero,  conociendo  valores  de  los  sedimentos  y  de  la  geometría  del 
sumidero  como:  distribución  de  partículas,  peso  específico  de  las  partículas, 
temperatura  del  agua,  diámetro  del  sumidero,  altura  del  sumidero  y  caudal  de 
descarga.  Adicionalmente  el  modelo  permite  escoger  las  dimensiones  del  sumidero 
cuando  se  conoce  la  tasa  de  concentración  de  sedimentos  objetivo  en  el  caudal  de 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

34 

 

salida.  En  la  siguiente  ilustración  se  muestra  el  modelo  ajustado  para  las  diferentes 
configuraciones de sumideros que se analizaron en el laboratorio. 

 

Ilustración 12 Modelo de Resuspensión de sedimentos. Adaptado de Adam K. Howard (2012).

 

 

Medidas de velocidad:  

Con  el  fin  de  realizar  un  mejor  análisis  del  proceso  de  resuspensión  de  sedimentos 
dentro  del  sumidero,  así  como  en  mecanismo  por  el  cual  los  sedimentos  eran 
retenidos  en  el  fondo  del  sumidero,  se  llevaron  a  cabo  pruebas  de  velocidad  con  la 
ayuda  de  un  velocímetro  Doppler.  Inicialmente  se  midió  la  velocidad  en  diferentes 
puntos del sumidero sin la presencia de sedimentos para evaluar el comportamiento 
normal  de  las  velocidades  dentro  del  dispositivo.  En  la  siguiente  ilustración  se 
presentan los vectores de velocidad del sumidero en diferentes puntos. A partir de la 
ilustración se puede apreciar que luego de que el flujo ingresa al sumidero, se dirige 
hacia  el  fondo  de  este  mediante  una  trayectoria  circular,  para  luego  ascender  de 
nuevo. 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

35 

 

 

Ilustración 13 Medición de vectores de velocidad. Adaptado de Adam K. Howard (2012). 

Al  añadir  sedimentos  a  la  prueba  de  velocidad  se  observa  una  polarización  de  los 
sedimentos  en  la  superficie  del  agua  almacenada  por  el  sumidero.  Ya  que  en  la 
ilustración  anterior  se  evidencian  vectores  de  velocidad  en  sentido  contrario  a  la 
dirección  de  flujo,  que  producen  erosión  del  material  retenido;  por  consiguiente  los 
sedimentos tienden a  acumularse en la zona del sumidero hacia la cual se dirigen los 
vectores  de  velocidad  del  fondo.  En  la  siguiente  ilustración  se  evidencia  este 
fenómeno  para  el  sumidero  de  1.2  metros  de  diámetro.  Cabe  destacar  que  en  la 
ilustración la dirección del flujo está en el sentido derecha – izquierda. 

 

Ilustración 14 Fenómeno de erosión en el fondo del sumidero. Tomado de Adam K. Howard (2012).

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

36 

 

5.3.1.1.1 Diseño Óptimo de Sumideros 

 

Con  base  en  los  estudios  analizados  a  lo  largo  de  esta  recopilación  bibliográfica,  se 
puede  concluir  que  los  sumideros  de  las  cámaras  de  inspección  son  efectivos 
removiendo sedimentos en condiciones de caudal bajo. Cuando se presentan caudales 
de entrada altos, el porcentaje de remoción de sedimentos disminuye y se presenta el 
fenómeno  de  resuspensión  de  los  sedimentos  almacenados  en  el  sumidero.  Por  lo 
anterior se hace indispensable realizar un análisis muy completo de las características 
de la escorrentía que se presenta en la zona para hacer una caracterización completa 
de los caudales de entrada a los sumideros; con dichos valores de entrada, es posible 
predecir  el  porcentaje  de  remoción  efectiva  con  ayuda  de  los  método  matemáticos 
descritos considerando bajos y altos caudales de entrada. 

En un diseño típico de un sumidero, se establece un porcentaje objetivo de remoción 
de sedimentos suspendidos para cierto período de diseño. La geometría del sumidero 
se  determina  mediante  un  proceso  iterativo  con  base  en  los  modelos  matemáticos 
desarrollados  para  la  eficiencia  de  remoción  y  la  resuspensión  de  sedimentos.    El 
diseño se repite hasta que la geometría satisfaga el objetivo de remoción establecido 
como parámetro de entrada. En este punto del diseño el itinerario de limpieza pasa a 
ser un factor decisivo, ya que dependiendo de la frecuencia de limpieza del sumidero, 
sus dimensiones pueden aumentar o disminuir. Se debe tener en cuenta que a medida 
que el sumidero almacena más sedimentos, la eficiencia de remoción disminuye y la 
resuspensión  aumenta.  Por  ello  el  establecimiento  del  itinerario  y  los  métodos  de 
limpieza es fundamental durante el proceso de diseño de un sumidero, ya que dada su 
omisión  se  compromete  la  funcionalidad  del  sumidero  y  se  incumple  con  las 
regulaciones de limpieza del agua lluvia según la reglamentación de cada país. 

 

5.3.1.2  Estudio de modelos de predicción del desempeño de las cámaras 

de inspección estándar 

 

El  estudio  realizado  por  Howard  (2009)  buscaba  generar  un  modelo  con  base  en  el 
número de Péclet para poder comparar la eficiencia de remoción de sedimentos entre 
el sumidero  convencional y otros  dispositivos disponibles en el mercado.  El  estudio 
consistió en realizar algunas pruebas en el laboratorio con el sumidero convencional, 
donde  se  concluyó  que  los  sumideros  resultan  ser  más  eficientes  cuando  se  tienen 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

37 

 

números de Péclet mayores, que a su vez está relacionado con niveles bajos de caudal 
afluente  en  el  dispositivo  y  grandes  tamaños  de  partículas.  En  este  estudio  los 
parámetros también  fueron ajustados  con un  coeficiente de Nash-Sutcliff  de  0.97. El 
coeficiente de Nash-Sutcliff resulta de un modelo probabilístico que mide la capacidad 
de  obtener  una  relación  1  a  1  entre  los  datos  observados  y  aquellos  simulados  con 
ayuda del modelo

1

. En la siguiente ilustración se muestra la relación evidenciada entre 

el número de Péclet y la eficiencia de remoción de sedimentos. 

 

Ilustración 15 Desempeño del sumidero en función del número de Péclet. Adaptado de Adam Howard 

(2009).

 

 

En  aras  de  comparar  el  desempeño  del  sumidero  convencional  con  otro  dispositivo 
disponible  en  el  mercado,  se  hicieron  pruebas  del  laboratorio  para  un  dispositivo 
denominado Stormceptor, fabricado por la empresa Imbrium. Durante el montaje y las 
pruebas realizadas en el laboratorio se observó que ambos dispositivos mostraban un 
comportamiento  similar  hasta  alcanzar  un  número  de  Péclet  de  2,  punto  en  el  cual 
empezaban  a  diferir.  Las  observaciones  finales  mostraron  que  el  sumidero 
convencional tenía una eficiencia de remoción de sedimentos del 75%, mientras que 
la eficiencia de remoción de partículas del Stormceptor estaba alrededor del 97%. En 
la  siguiente  gráfica  se  muestran  los  resultados  obtenidos  al  medir  las  eficiencias  de 
ambos dispositivos. 

                                                             

1

 (Burkey, 2007) 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

38 

 

 

Ilustración 16 Eficiencia de sumidero estándar y Stormceptor. Adaptado de Adam Howard (2009).

 

 

La  superioridad  de  eficiencia  de  remoción  de  sedimentos  del  Stormceptor  frente  al 
sumidero  convencional  en  estas  pruebas  de  laboratorio,  se  puede  explicar  por  las 
dimensiones  significativamente  mayores  del  Stormceptor  con  respecto  al  sumidero 
convencional.  Por  ende  se  puede  concluir  que  el  sumidero  convencional  es  más 
eficiente  que  el  dispositivo  Stormceptor  ya  que  brinda  un  porcentaje  de  remoción 
significativo al tener un unas dimensiones mucho menores que el Stormceptor.  

Luego de evaluar la efectividad del sumidero convencional como dispositivo de pre-
tratamiento de agua lluvia. Aunque se demostró que el dispositivo no puede remover 
la totalidad de los sedimentos presentes en la escorrentía, logra ser muy efectivo bajo 
ciertas  condiciones  como  un  bajo  caudal  de  entrada.  En  comparación  con  otros 
dispositivos  disponibles  en  el  mercado,  resulta  ser  una  solución  de  tratamiento 
rentable,  pues  requiere  de  una  menor  inversión  inicial  y  su  instalación  y 
funcionamiento es más simplista que el de los demás dispositivos. Adicionalmente las 
pruebas realizadas por Howard (2009) mostraron que la resuspensión de sólidos para 
el sumidero convencional es mayor para altos caudales, como se puede evidenciar en 
la  tabla,  hecho  que  asegura  el  almacenamiento  de  los  sumideros  capturados  en  el 
sumidero, siempre y cuando el volumen almacenado no esté cercano al tope de este. 
Por  último  se  hace  énfasis  en  la  importancia  de  establecer  y  cumplir  a  cabalidad  el 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

39 

 

itinerario  de  limpieza  y  mantenimiento  del  dispositivo  de  pre-tratamiento  de  aguas 
lluvias, para garantizar su correcto funcionamiento. 

Caudal 

(ft³/s) 

Masa 

removida (kg) 

Concentración 

Efluente (mg/L) 

Material 

removido (%) 

2.69 

6.21 

0.38 

1.97 

2.88 

14.93 

0.85 

4.88 

4.17 

86.04 

3.37 

27.38 

4.17 

79.47 

3.12 

24.61 

5.7 

49.28 

1.41 

14.08 

5.41 

50.88 

1.54 

13.93 

3.92 

36.53 

1.52 

12.85 

Tabla 7 Mediciones de concentración de sedimentos en el caudal efluente. Adaptado de Adam Howard (2009). 

5.3.1.3  Estudio de resuspensión de sedimentos y mecanismo de lavado 

 

El  proceso  de  lavado  en  los  sumideros  de  las  cámaras  de  inspección  da  lugar  a  la 
resuspensión  de  los  sólidos  atrapados  en  este,  y  por  ende  un  aumento  en  la 
concentración  de  sedimentos  presentes  en  el  caudal  efluente  del  dispositivo.  En  el 
estudio de Humbero Ávila (2008) se encontró que una de las causas del fenómeno de 
lavado de los sedimentos en los sumideros se originaba cuando durante un evento de 
lluvia, se formaba una capa de sedimentos sobre los sedimentos atrapados en eventos 
de  lluvia  pasados,  y  sobre  la  nueva  capa  se  formaba  una  capa  de  agua.  Cuando  el 
chorro  de  agua  producido  por  el  caudal  afluente  impactaba  contra  la  capa  de  agua, 
generaba  esfuerzo  que  resuspendían  las  partículas  almacenadas  en  el  sumidero, 
siendo las partículas finas aquellas que salían del sistema en el caudal efluente y las 
partículas gruesas formando la nueva capa superficial de los sedimentos, junto con las 
partículas sedimentadas presentes en el agua lluvia que estaba ingresando al sistema. 

Normalmente  los  fabricantes  de  dispositivos  de  tratamiento  de  agua  lluvia 
representan  la eficiencia de sus dispositivos mediante  el  porcentaje  de remoción de 
sedimento de la escorrentía. Sin embargo los dispositivos también deben garantizar 
que aquellos sedimentos capturados en condiciones de bajo caudal no sean removidos 
en  un  proceso  de  lavado  cuando  se  intensifica  el  fenómeno  de  lluvia  y  por  ende  el 
caudal afluente a los dispositivos. La habilidad de los dispositivos sedimentadores de 
remover  basuras,  desechos  y  partículas  contaminantes  del  agua  lluvia,  debe 
complementarse con su habilidad de retener el material capturado hasta que se lleve a 
cabo el procedimiento de limpieza. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

40 

 

El procedimiento para la medición del fenómeno de lavado en los sumideros llevado a 
cabo  en  el  estudio  de  Ávila  (2008)  se  basa  en  la  obtención  de  la  concentración  de 
sedimentos en el caudal efluente del dispositivo.  Se identificaron tres variables que 
afectaban el fenómeno de lavado en el sumidero analizado en el laboratorio. 

Concentración  de  sedimentos  en  el  caudal  afluente:  Se  encontró  que  una 
menor concentración, es decir un agua más limpia tiene mayor incidencia en el 
fenómeno  de  lavado  de  los  sedimentos,  ya  que  está  asociada  con  una  mayor 
capacidad de carga de sedimentos. 

Altura  de  la  capa  de  sedimentos:  Los  sedimentos  almacenados  en  el 
sumidero están expuestos a una mayor tasa  de  lavado cuando se  encuentran 
más cercanos a la tubería de salida del sistema. 

Tamaño  de  partículas  pre-sedimentadas:  Si  las  partículas  que  forman  la 
superficie  de  la  capa  de  sedimentos  almacenados  de  un  evento  anterior  está 
compuesta por partículas relativamente grandes, disminuye la probabilidad de 
presentarse  el  proceso  de  lavado  en  el  sumidero,  o  por  lo  menos  que  se 
presente en un gran porcentaje de los  sedimentos almacenados. Sin embargo 
esta variable es dependiente de la altura de la capa de sedimentos. 

Altura de la capa de agua sobre la capa de sedimentos: Se evidenció que un 
aumento en el espesor de la capa de agua sobre la capa de sedimentos formada 
durante  el  evento  de  lluvia  reducía  sustancialmente  la  masa  de  sedimentos 
expuesta al fenómeno de lavado. Lo anterior debido a que la energía contenida 
en  el  caudal  afluente  se  disipaba  en  la  capa  superficial  de  agua,  sin  generar 
grandes  esfuerzos  en  la  capa  de  sedimentos.  En  la  siguiente  ilustración  se 
evidencia la reducción significativa de la masa de sedimentos lavada a medida 
que aumenta el espesor de la capa de agua sobre los sedimentos. 

 

Ilustración 17 Masa de sedimentos removida. Adaptado de Ávila (2011). 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

41 

 

5.3.2  Ventajas y Desventajas de las Cámaras de Inspección Estándar. 

 

En  la  siguiente  tabla  se  resumen  las  principales  ventajas  y  desventajas  de  los 
sumideros  convencionales,  con  base  en  los  estudios  citados  acerca  del  análisis  del 
desempeño  hidráulico  de  estos  dispositivos.  También  fueron  tenidos  en  cuenta 
aspectos de mantenimiento. 

Ventajas 

Desventajas 

Costos iniciales y de mantenimiento 

bajos. 

Cuando incluye dispositivos adicionales 

como filtros, requiere mayor frecuencia 

de mantenimiento, y por ende genera un 
mayor costo de operación. 

Requiere poco espacio para ser instalado.  Filtros no son efectivos si se encuentran 

taponados o si el caudal de entrada 
excede el caudal de diseño. 

Filtros pueden absorber hasta 20 veces 

su tamaño. 

No es eficiente removiendo 

contaminantes disueltos. 

Efectivo en remover líquidos en fase no 

acuosa (LNAPL) como combustibles de 

hidrocarburos de petróleo y aceites 
lubricantes. 

Filtros para retener partículas diferentes 

a los hidrocarburos no son tan fáciles de 

conseguir. 

Efectivo en la remoción de líquidos 

densos de fase no acuosa (DNAPL) como 
solventes de hidrocarburo. 

Cuando los sumideros son de baja 

capacidad requieren de un 
mantenimiento constante. 

Efectivo en la remoción de sólidos, 

siempre y cuando no se exceda la 
capacidad de almacenamiento del 

sumidero. 

Se requiere personal y equipo 

especializado para llevar a cabo el 
mantenimiento. 

Se pueden complementar con otros 
mecanismos de tratamiento de aguas 

lluvias para realizar una remoción más 

efectiva de los contaminantes del agua 
lluvia. 

Cuando el sumidero se llena no es posible 
realizar algún tipo de tratamiento al agua 

lluvia. 

Son el tipo de estructura de pre-

tratamiento más utilizada debido a su 
bajo costo en comparación con otros 

dispositivos. 

Presentan problemas en la retención de 

los sedimentos capturados, dando origen 
a los fenómenos de lavado. 

Tabla 8 Ventajas y desventajas de las cámaras de inspección estándar.

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

42 

 

5.4  Vórtice Hidrodinámico 

 

El  vórtice  hidrodinámico  fue  diseñado  con  el  fin  de  generar  un  mayor  recorrido 
dentro del dispositivo al flujo de agua entrante. La idea básica detrás de este concepto 
radica  en  que  habrá  un  mayor  asentamiento  en  la  cámara  de  almacenamiento  si  el 
recorrido del flujo de agua es mayor que el que realiza en un dispositivo convencional 
como lo es una cámara de inspección. El aumento del tiempo de residencia del flujo en 
el dispositivo de tratamiento de agua lluvia se logra gracias al mecanismo de vórtice 
que  incluyen  estos  tipo  de  dispositivos.  Adicionalmente  los  dispositivos  tipo  vórtice 
poseen ciertos componentes que segregan los sedimentos capturados en una cámara 
de  almacenamiento.  Las  cámaras  de  almacenamiento  o  sumideros  garantizan  baja 
velocidad  de  flujo  ascendente  para  prevenir  la  resuspensión  de  los  sedimentos 
almacenados, y por ende la disminución de la concentración en el caudal de salida de 
los  vórtices  hidrodinámicos  (D.A.  Phipps,  2008).  A  continuación  se  presenta  un 
esquema  del  vórtice  hidrodinámico  Downstream  Defender  comercializado  por  la 
empresa Hydro International. 

 

Ilustración 18 Componentes Downstream Defender. Adaptado de Phipps (2008).

 

 

Los  dispositivos  hidrodinámicos,  adicionalmente  pueden  realizar  el  proceso  de 
sedimentación por acción de la infiltración indirecta. Dentro del rango de sedimentos 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

43 

 

que retienen se encuentran todo tipo de partículas sedimentables,  partículas flotables 
como aceites (GeoSyntec Consultants. Low Impact Development Center, 2006). En su 
diseño inicial no fueron concebidos como dispositivos de remoción de partículas finas 
y  constituyentes  disueltos  tales  como  metales  y  nutrientes.  Sin  embargo  los 
fabricantes  de  algunos  de  estos  dispositivos  hidrodinámicos  han  creado  algunos 
accesorios adicionales que se  pueden instalar  dentro del dispositivo de vórtice para 
poder remover contaminantes disueltos por medio de filtración. 

Los  vórtices  hidrodinámicos  son  diseñados  para  remover  los  sedimentos  asociados 
con  un  caudal  de  diseño.  Cuando  el  caudal  es  mayor  al  de  diseño,  la  eficiencia  del 
dispositivo disminuye considerablemente. El caudal de diseño es calculado con base 
en  un  análisis  hidrográfico  de  la  zona  de  captación  del  dispositivo.  Otro  parámetro 
influyente en el diseño del dispositivo es el máximo flujo que soporta el dispositivo.  

Los  vórtices  hidrodinámicos  son  dispositivos  de  separación  eficientes  que  han 
demostrado  ser  eficientes  en  el  tratamiento  de  agua  lluvia,  que  también  se  han 
utilizado en el sistema de drenaje para realizar tratamiento a las aguas  residuales, y 
en sistemas de atenuación de tormentas (Ed Loffill, 2008).   

Si el vértice hidrodinámico es utilizado en un sistema en línea, debe estar proveído de 
un mecanismo de By-Pass que le permita aliviar el exceso de flujo ante un evento que 
exceda el caudal de diseño del vórtice. Por el contrario si el dispositivo se encuentra 
en un sistema fuera de línea, no es necesario el mecanismo de By-Pass, ya que en los 
sistemas fuera de línea los dispositivos no son diseñados estar expuestos a caudales 
superiores al de diseño. 

5.4.1  Clasificación 

 

Los dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia se clasifican según la complejidad 
de sus componentes internos en dos categorías (David A. Phipps, 2004): 

Separadores de Vórtice Simple: Este tipo de dispositivo utiliza la acción de la 
fuerza  gravitacional  combinada  con  la  implementación  de  un  sistema 
rotacional del flujo. El efecto rotacional incrementa el tiempo de residencia de 
los sedimentos en el dispositivo y garantiza el proceso de asentamiento de los 
mismos. 

Separadores de  Vórtice Avanzados: Funcionan bajo el mismo principio que 
los separadores de vórtice simple. La diferencia radica en que los separadores 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

44 

 

avanzados  incluyen  ciertos  componentes  que  aumentan  la  eficiencia  del 
dispositivo,  al  proveer  zonas  de  aisladas  de  almacenamiento  de  los 
contaminantes retenidos. Esta categoría de los separadores de vórtice también 
se conoce como Separadores de Vórtice Hidrodinámico. 

 

5.4.2  Remoción de Contaminantes 

 

El  dispositivo  de  vórtice  hidrodinámico  tiene  varias  etapas  de  retención  de 
sedimentos  y  contaminantes  presentes  en  el  agua  lluvia.  En  primer  lugar  retiene  y 
separa partículas sedimentables y flotables por medio de procesos de separación por 
densidad y tamaño de partículas. La sedimentación de partículas se realiza por efectos 
de  la  fuerza  gravitacional  y  las  partículas,  y  sustancias  flotables  emergen  a  la 
superficie  por  efecto  de  la  diferencia  de  densidades  con  el  agua  que  se  encuentra 
dentro del dispositivo de pre-tratamiento. 

El  efecto  remolino  producido  por  el  vórtice  genera  un  aumento  considerable  de  la 
velocidad  del  flujo  que  combinado  con  la  trayectoria  circular  genera  que  los 
sedimentos  y  partículas  presentes  en  la  escorrentía  se  concentren  en  el  centro  del 
vórtice,  mientras  que  el  agua  limpia  se  dirige  hacia  las  paredes  del  dispositivo. 
Posteriormente  el  agua  que  se  encuentra  en  las  paredes  del  dispositivo  sale  del 
sistema  pasando  generalmente  por  unos  deflectores  que  se  encargan  de  retener  los 
sedimentos y sustancias flotables. Finalmente el agua lluvia sale del sistema libre de 
partículas sedimentables y partículas flotantes.   

La diferencia entre los vórtices hidrodinámicos y otros dispositivos de tratamiento de 
agua  lluvia  radica  en  su  habilidad  de  retener  sólidos  y  partículas  flotantes  en 
condiciones de alto caudal afluente, puesto que estos dispositivos limitan al máximo la 
resuspensión de los sedimentos en su cámara de almacenamiento. Al igual que otros 
dispositivos  como  los  sumideros  convencionales,  el  vórtice  hidrodinámico  presenta 
un porcentaje de efectividad de remoción de sedimentos superior al 75 %, al igual que 
basuras y escombros presentes en el agua lluvia con tamaño de partículas superior a 
75 μm. Como se expresó anteriormente, para remover material fino los dispositivos 
hidrodinámicos  deben  complementarse  con  otras  estructuras  o  incorporar 
dispositivos  como  filtros  para  capturar  las  partículas  finas  y  los  constituyentes 
disueltos. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

45 

 

En  la  siguiente  tabla  se  presentan  los  resultados  de  la  concentración  de  algunos 
agentes contaminantes, medida en el caudal efluente de dispositivos hidrodinámicos. 
Dichos valores fueron publicados en conjunto por la Agencia de Protección Ambiental 
de  Estados  Unidos  (EPA)  y  la  Asociación  de  Asociación  Americana  de  Ingenieros 
Civiles (ASCE) en el año 2003. 

Agente Contaminante 

Concentración (mg/L) 

Nitrógeno 

0.8 

Fósforo 

0.14 

Amoníaco 

0.25 

Nitrato de Nitrógeno 

0.94 

Cobre 

12 

Zinc 

70 

Plomo 

Tabla 9 Concentración de agentes contaminantes en el caudal efluente. Adaptado de EPA (2003).

 

 

5.4.3  Mantenimiento de los Vórtices Hidrodinámicos 

 

Los fabricantes de los vórtices hidrodinámicos recomiendan inspecciones y sesiones 
de  mantenimiento  frecuentes  de  los  dispositivos.  El  itinerario  de  mantenimiento  de 
los dispositivos se determina de acuerdo con las condiciones del área de influencia del 
dispositivo  de  tratamiento  de  agua  lluvia  como  el  la  cantidad  de  sedimentos 
generados en la zona. El itinerario de mantenimiento también se determina con base 
en las inspecciones periódicas que se realizan al dispositivo.   

La limpieza más efectiva de los vórtices hidrodinámicos se lleva a cabo con un camión 
Váctor, el cual succiona los sedimentos almacenados en el dispositivo. Generalmente 
la  absorción  de  aceites  e  hidrocarburos  se  realiza  con  almohadillas  absorbentes. 
Algunos dispositivos hidrodinámicos poseen partes removibles que se pueden retirar 
y limpiar dentro de la sesión de mantenimiento. 

Normalmente  los  dispositivos  hidrodinámicos  solo  requieren  un  área  superficial 
equivalente  al  área  de  la  tapa  de  acceso  para  realizar  el  mantenimiento.    El  área 
subsuperficial  requerida  es  equivalente  a  las  dimensiones  del  dispositivo 
especificadas  por  el  fabricante.  Dado  que  se  diseñan  para  ser  utilizados  en  espacios 
restringidos, normalmente el área ocupada por los vórtices no es significativa. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

46 

 

5.4.4  Costos de los dispositivos hidrodinámicos 

 

Los  costos  de  los  dispositivos  varían  dependiendo  del  nivel  de  especialización  en 
cuanto a remoción de contaminantes se requiera, la capacidad de almacenamiento de 
sedimentos y el caudal de diseño. Típicamente su precio varía entre 10 mil y 60 mil 
dólares,  dependiendo  de  las  especificaciones  del  cliente,  como  se  mencionó 
anteriormente (GeoSyntec Consultants. Low Impact Development Center, 2006). 

 

5.4.5  Estudio de la eficiencia del Vórtice Hidrodinámico 

 

Estudios sobre la eficiencia de los vórtices han considerado otras variables incluyendo 
el  tiempo  de  residencia  de  los  sedimentos  capturados  dentro  de  los  dispositivos. 
Estudios como el realizado por Phipps (2008) muestran la importancia de proveer los 
dispositivos con una zona de almacenamiento de sedimentos o sumideros.  

La determinación de la eficiencia de remoción de contaminantes en un dispositivo se 
obtiene al medir la concentración de las partículas analizadas en el caudal de entrada 
y el caudal de salida, y posteriormente comparar las mediciones. Típicamente dichas 
mediciones  se  realizan  bajo  condiciones  de  caudal  constante  y  tasa  de  carga  de 
sedimentos  constante.  A  continuación  se  muestra  una  fórmula  utilizada  para 
determinar la eficiencia de remoción de contaminantes (ERC) del agua lluvia. 

 

Ecuación 3 Eficiencia de Remoción de Contaminantes. Adaptado de Phipps (2008). 

La  medida  de  eficiencia  de  remoción  instantánea  de  contaminantes  se  determina 
como  una  medida  de  eficiencia  bajo  un  caudal  afluente  constante  en  un  tiempo 
determinado.  La  efectividad  de  remoción  total  del  dispositivo  es  representada  por 
todas los valores de eficiencia instantáneos medidos durante el tiempo del análisis. 

Con  base  en  la  ecuación  de  eficiencia  se  puede  aseverar  el  argumento  de  que  la 
eficiencia de remoción de contaminantes en un dispositivo de pre-tratamiento de agua 
lluvia depende de caudal afluente y el tiempo. El diseño óptimo de un dispositivo tipo 
vórtice, al igual que el de un sumidero convencional, debe considerar los hidrogramas 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

47 

 

de  la  zona  de  influencia  del  dispositivo,  además  del  tipo  de  sedimentos  y 
contaminantes  generados  por  causa  de  la  actividad  del  hombre.  Adicionalmente  se 
deben  tener en cuenta fenómenos como el  first flush,  que se conoce  como el  primer 
lavado de la superficie hacia el sistema de drenaje. Típicamente durante el evento del 
primer lavado la concentración de sedimentos y contaminantes es mucho mayor, por 
lo cual se espera que el desempeño de los dispositivos de tratamiento de agua lluvia 
ante este evento sea el mejor posible. 

El  hecho  de  que  los  vórtices  hidrodinámicos  tengan  una  cámara  diseñada  para 
almacenar  los  sedimentos  retenidos,  los  vuelve  unos  dispositivos  muy  efectivos,  ya 
que a pesar de formar parte del conjunto vórtice hidrodinámico su comportamiento 
hidráulico es independiente al del resto del dispositivo de aguas lluvias. El estudio de 
Phipps  (2008)  demostró  que  el  tiempo  de  residencia  del  flujo  en  el  sumidero  era 
mucho  mayor  al  del  resto  del  dispositivo;  por  ende  es  posible  concluir  que  este 
dispositivo garantiza la sedimentación de las partículas presentes en el agua lluvia en 
el sumidero y no da un poco margen al fenómeno de resuspensión de sedimentos. En 
la cámara de almacenamiento se manejan bajas velocidad, al ser un sistema aislado, 
hecho que brinda  una  protección adicional a  los sedimentos almacenados  cuando el 
caudal afluente llega a su máximo durante el pico de la tormenta. A diferencia de lo 
evidenciado  en  el  sumidero  convencional,  el  aislamiento  del  sumidero  garantiza  la 
retención de los sedimentos capturados aun cuando el caudal sobrepase el caudal de 
diseño del dispositivo. 

El  diseño  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  aguas  lluvias  se  ha  centrado  en 
dimensionar  los  dispositivos  con  base  en  el  caudal  de  diseño  determinado.  Sin 
embargo en este estudio se ha demostrado que además de tener en cuenta el caudal 
de  diseño,  es  indispensable  evaluar  la  capacidad  del  sumidero  para  retener  los 
sedimentos capturados y evitar la resuspensión de los mismos. 

La  remoción  y  retención  de  contaminantes  del  agua  lluvia  no  solamente  es  posible 
mediante la implementación de dispositivos sedimentadores de pre-tratamiento como 
sumideros y vórtices hidrodinámicos. Existen otras estructuras que hacen parte de las 
prácticas de manejo sostenible de agua lluvia que hacen tratamiento y retención de os 
contaminantes  en  el  agua  lluvia.  Debido  a  que  el  objetivo  de  este  documento  es 
realizar  una  recopilación  sobre  los  métodos  de  inspección  y  mantenimiento  de  los 
dispositivos de pre-tratamiento, haciendo énfasis en los sumideros convencionales y 
en  los  vórtices  hidrodinámicos,  sólo  se  analizaran  dos  mecanismos  adicionales  de 
tratamiento de contaminantes en la escorrentía. Se analizarán los filtros de arena y un 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

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geosintético  denominado  geotextil,  teniendo  en  cuenta  el  auge  que  han  tenido  los 
últimos debido a sus múltiples aplicaciones para estructuras de drenaje. 

5.5  Filtros de arena 

 

Los filtros de arena son estructuras de retención y filtración utilizadas con dos fines 
principalmente:  para  realizar  filtración  hacia  el  suelo  natural,  con  el  fin  de  recargar 
acuíferos;  el  segundo  para  filtrar  el  agua  hacia  el  sistema  de  drenaje  urbano. 
Típicamente  están  compuestos  por  una  serie  de  cámaras  encargadas  de  realizar 
procesos diferentes sobre el agua lluvia a tratar. En la siguiente ilustración se muestra 
un esquema típico de un filtro de arena. En la primera cámara se realiza un proceso de 
sedimentación  de  las  partículas  gruesas,  es  decir  con  un  tamaño  superior  a  75 
micrómetros,  y  se  retienen  las  basuras  y  desechos  que  arrastra  la  escorrentía.  La 
segunda  cámara,  denominada  cámara  de  filtración,  está  compuesta  por  una  capa  de 
arena  que  se  encarga  de  retener  las  partículas  finas  asociadas  con  contaminantes 
como metales y residuos de hidrocarburos. Finalmente se pone una capa compuesta 
por un material granular como grava que tiene la función de descargar el agua filtrada, 
ya sea hacia el suelo circundante o a alguna estructura de drenaje (EPA, 1999). 

 

Ilustración 19 Esquema típico de un filtro de Arena. Adaptado de EPA (1999). 

 

Uno de las principales  ventajas de los  filtros de  arena con respecto a los sumideros 
convencionales,  es  que  garantiza  la  retención  de  un  gran  porcentaje  de  partículas 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

49 

 

contaminantes  en  el  agua  lluvia,  al  brindar  tres  tipos  de  filtros  que  realizan  un 
tratamiento  para  una  amplia  gama  de  tamaños  de  partículas.  Los  filtros  de  arena  al 
igual  que  los  sumideros  convencionales  y  los  vórtices  hidrodinámicos  fueron 
diseñados  con  el  fin  de  poder  ser  instalados  en  lugares  con  restricciones  espaciales 
como en las ciudades. 

En  la  recopilación  de  información  acerca  de  los  filtros  de  arena  realizado  por  el 
Departamento de Protección Ambiental de Estados Unidos (1999) se identifican tres 
clases  principales  de  filtros  de  arena:  Filtro  de  arena  de  Austin,  Filtro  de  arena  de 
Washington D.C. y Filtro de  arena de  Delaware. La  diferencia entre los  tres tipos de 
filtros radica la profundidad de instalación, la capacidad hidráulica y la capacidad de 
almacenamiento de sedimentos, entre otros. 

Los  filtros  son  utilizados  en  lugares  donde  se  requiere  la  remoción  de  agentes 
contaminantes que afectan los ecosistemas acuáticos y que de llegarse a infiltrar en el 
suelo,  pueden  causar  daños  irremediables  en  los  acuíferos  subterráneos.  A 
continuación se presentan los valores de remoción de algunos de los contaminantes 
más comunes encontrados en los filtros de arena (Galli, 1990). 

Contaminante 

Porcentaje de Remoción 

Total de Sólidos 
Suspendidos (TSS) 

70% 

Demanda de Oxígeno 

Bioquímico (BOD) 

70% 

Carbón Orgánico Total 

(TOC) 

48% 

Nitrógeno  

21% 

Fósforo 

33% 

Plomo 

45% 

Zinc 

45% 

 Bacteria fecal Coliforme 

76% 

Tabla 10 Eficiencia de remoción de contaminantes en Filtros de arena. Adaptado de Galli (1990). 

 

5.5.1  Mantenimiento de los Filtros de Arena 

 

El mantenimiento de los filtros de arena consiste en remover y reemplazar las capas 
obstruidas  por  la  retención  y  almacenamiento  de  sedimentos  y  partículas  finas. 
Principalmente  se  reemplazan  los  filtros  de  arena,  ya  que  cuando  se  colmata  de 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

50 

 

partículas  finas  se  disminuye  la  permeabilidad  del  filtro.  Se  debe  realizar  el  mismo 
procedimiento  de  remover  y  reemplazar  cuando    las  capas  de  sedimentación  y  de 
descarga  se  colmatan.  También  se  deben  remover  las  partículas  gruesas  y  los 
desechos  retenidos  en  la  capa  de  sedimentación  continuamente,  ya  que  pueden 
obstruir  el  flujo  del  agua  lluvia  hacia  el  filtro,  disminuyendo  su  eficiencia  y  dando 
origen a problemas superficiales como retención de aguas.  

En  cuanto  a  las  inspecciones  en  el  filtro  de  arena,  al  igual  que  en  los  sumideros  se 
recomienda  realizarlas  periódicamente  durante  el  primer  año,  posterior  a  la 
instalación,  para  determinar  la  frecuencia  de  mantenimiento.  Se  hace  indispensable 
inspeccionar el filtro luego de eventos de lluvia. Otra de las ventajas que presentan los 
filtros  de  arena  con  respecto  a  los  demás  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  aguas 
lluvias  es  que  no  requieren  de  disposición  especial  de  los  desechos  almacenados. 
Según Schueler (1992) las capas removidas de los filtros de arena no requieren algún 
tipo  de  tratamiento  especial,  al  no  representar  una  fuente  de  toxicidad  para  el 
ambiente. 

5.5.2  Ventajas y Desventajas de los Filtros de Arena 

 

En la siguiente tabla se resumen las principales ventajas y desventajas de este tipo de 
estructura de pre-tratamiento de filtración de agua lluvia. 

Ventajas 

Desventajas 

Bajo costo 

Baja capacidad de remover nutrientes. 

Eficientes en la remoción de partículas 

finas. 

Requieren mantenimiento de alta 

periodicidad. 

Requieren poco espacio para ser 
instalados. 

No controlan en flujo de agua que pasa a 
través de ellos. 

Residuos generados no son tóxicos para 

el medio ambiente 

Pueden generar erosión aguas abajo en 

los cuerpos de agua receptores. 

Tabla 11 Ventajas y desventajas de los filtros de arena. Adaptado de EPA (1999).

 

 

5.6  Geotextiles 

 

Los geotextiles son un material textil polimérico utilizado en obras de ingeniería civil. 
Presentan  buenas  propiedades  hidráulicas  y  son  resistentes  a  la  tensión  y  al 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

51 

 

punzonamiento.  Se  agrupan  dependiendo  de  su  origen,  natural  o  sintético;  y 
dependiendo de su modo de fabricación: tejidos y no tejidos (Pavco, 2009). 

Los geotextiles son analizados debido a que han demostrado, al igual que los filtros de 
arena, efectivos para capturar partículas finas presentes en el agua lluvia sin perder 
sus  propiedades  hidráulicas  como  la  permeabilidad.  Al  compararlo  con  el  filtro  de 
arena,  el  uso  de  geotextiles  resulta  ser  una  solución  más  efectiva  ya  que  requiere 
menos espacio para ser instalado y al ser mucho menos pesados (Carmen A. Franks, 
2012). 

5.6.1  Geotextiles Tejidos 

 

Son  aquellos  formados  en  una  máquina  de  tejer  que  entrecruza  cintas.  La  máquina 
puede realizar dos tipos de tejidos, tricotados o de calada. Las cintas están hechas de 
polipropileno.  El  tejido  en  forma  de  calada  consiste  en  situar  las  cintas  en  sentido 
longitudinal  y  transversal.  Ambos  tipos  de  fabricación  de  los  geotextiles  tejidos 
presentan una resistencia a la tensión en ambos sentidos, biaxial, dado su proceso de 
tejido.    Dicha  conformación  de  la  estructura  del  geotextil,  acompañada  de  las 
propiedades mecánicas del polipropileno, lo hace un material resistente a la tensión y 
a las deformaciones. Es posible obtener geotextiles de mayor resistencia al variar el 
material  de  fabricación  de  las  cintas.  Gracias  a  las  características  mecánicas  que 
presentan  los  geotextiles  tejidos,  son  ampliamente  utilizados  en  obras  de  ingeniería 
civil tales como cimentaciones y refuerzo estructural en general (Medina, 2010). 

5.6.2  Geotextiles No Tejidos 

 

A  diferencia  de  los  geotextiles  tejidos,  los  no  tejidos  se  forman  por  en 
entrecruzamiento aleatorio de las fibras de polipropileno.  Aunque también presentan 
resistencia a la tensión, se destacan por sus propiedades de filtración y drenaje. Las 
fibras utilizadas para la fabricación de este tipo de geotextil no tejido son cortas, que 
conforman  una  estructura  laminar.  La  configuración  de  la  estructura  se  hace 
dependiendo del fin último del geotextil. Según el proceso de ligado de las cintas, se 
pueden encontrar las siguientes tipos de geotextil en el mercado (Medina, 2010). 

Geotextiles No Tejidos ligados por punzonamiento de aguja. 

Geotextiles No Tejidos ligados por calor. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

52 

 

Geotextiles No Tejidos ligados por procesos químicos. 

Los  geotextiles  no  tejidos  también  sirven  de  protección  a  estructuras  de  drenaje 
sostenible como las geoceldas, gracias a que tienen una alta capacidad de elongación y 
de adaptabilidad a superficies no uniformes. 

Los geotextiles no tejidos son aptos  para ser utilizados para procesos de drenaje ya 
que  gracias  a  su  proceso  de  fabricación  se  han  reportado  altos  valores  de 
permeabilidad  así  como  de  porosidad  (superior  al  80%).    Los  altos  valores 
evidenciados  de  permeabilidad,  hacen  de  los  geotextiles  no  tejidos  aptos  para  ser 
utilizados  como  filtros,  ya  que  retienen  partículas  de  diferentes  tamaños,  sin 
perturbar el flujo del agua (Pavco, 2009). 

Al ser utilizados como estructuras de  complemento y protección  a otras estructuras 
de drenaje brindan ciertos beneficios como incrementar la vida útil al protegerlas de 
agentes externos como movimientos de tierras.  

La capacidad de drenaje de los geotextiles depende de propiedades del mismo como la 
porosidad y permeabilidad, descritas anteriormente, y de las propiedades de drenaje 
del suelo circundante. Un drenaje óptimo se logra cuando no se presentan fenómenos 
de  resuspensión  de  sedimentos  que  comprométanlas  características  hidráulicas  del 
flujo que pasa a través del geotextil. 

La  función  de  filtración  que  prestan  los  geotextiles  no  tejidos  depende  de  una 
propiedad  producto  de  su  proceso  de  producción  denominada  tamaño  de  abertura 
aparente.  El  tamaño  de  la  abertura  aparente  es  inversamente  proporcional  a  la 
capacidad  de  retención  de  sedimentos  del  geotextil,  lo  que  quiere  decir  que  con  un 
menor tamaño de abertura aparente, se retendrá una mayor distribución de partículas 
y  por  ende,  en  términos  de  tratamiento  del  agua  lluvia,  presentará  una  mayor 
eficiencia de remoción de contaminantes asociados a partículas finas. Sin embargo un 
menor  tamaño  de  abertura  aparente  también  está  relacionado  con  una  mayor 
velocidad de colmatación, por lo cual se debe tener especial cuidado en el proceso de 
diseño  al  escoger  el  tipo  de  geotextil  a  utilizar  en  la  obra  de  drenaje  o  infiltración 
(Medina,  2010).  En  las  siguientes  secciones  se  comentarán  algunos  estudios  que 
evaluaron el comportamiento de los geotextiles no tejidos. 

La escogencia de un geotextil para un sistema de drenaje o de filtración debe hacerse 
bajo  el  supuesto  que  retenga  cierta  cantidad  y  tamaño  de  partículas,  sin  perder  su 
capacidad de drenaje en el proceso. Es posible escoger un geotextil no tejido con un 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

53 

 

tamaño de abertura aparente pequeño, que garantiza la retención de un gran rango de 
tamaños  de  partículas,  pero  compromete  la  vida  útil  del  sintético  y  aumenta  su 
velocidad  de  colmatación.  Por  el  contrario  se  puede  seleccionar  un  geotextil  que 
presente  un  tamaño  de    abertura  aparente  un  poco  más  grande,  que  retenga  solo 
cierto  tipo  de  partículas,  asegurando  una  mayor  vida  útil,  pero  aumentando  la 
cantidad de sólidos suspendidos en el caudal efluente (Carmen A. Franks, 2012). 

5.6.3  Ventajas y Desventajas de los Geotextiles 

 

En  la  siguiente  tabla  se  presentan  las  principales  ventajas  y  desventajas  de  los 
geotextiles no tejidos utilizados en las obras de drenaje. 

Ventajas 

Desventajas 

Bajo costo 

Al ser instalados bajo tierra su 

mantenimiento resulta complicado. 

Eficientes en la remoción de 
partículas finas y gruesas. 

Una vez instalado no es posible 
inspeccionarlo. 

Requieren poco espacio para ser 

instalados, al ser una capa de textil. 

Pueden presentar colmatación 

prematura durante su instalación. 

No perjudica las características 

hidráulicas del flujo que pasa a través 

de su plano. 

 

Tabla 12 Ventajas y desventajas de los geotextiles no tejidos.

 

 

5.6.4  Colmatación en los geotextiles 

 

Existen dos mecanismos de posicionamiento de las partículas sobre la estructura del 
geotextil (López, 2005): Obstrucción y colmatación. 

Obstrucción: Proceso mediante el cual las partículas quedan atrapadas en las 
aberturas del geotextil, impidiendo el flujo normal del agua. Este fenómeno es 
más  común  en  los  geotextiles  tejidos  que  en  los  no  tejidos.  En  la  siguiente 
ilustración se muestra un esquema de dicho fenómeno. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

54 

 

 

Ilustración 20 Obstrucción de los geotextiles. Tomada de López (2005). 

Colmatación: Este fenómeno se presenta cuando las partículas finas ingresan 
dentro de la estructura del geotextil. Se dice que el geotextil se encuentra más 
colmatado  a  medida  que  un  mayor  número  de  partículas  finas  ingresan  al 
geotextil. En la siguiente ilustración se muestra un esquema de la colmatación 
de los geotextiles. 

 

Ilustración 21 Colmatación de los geotextiles. Tomado de López (2005).

 

El principal problema de los geotextiles radica en el hecho de que su vida útil termina 
cuando  se  colmatan,  lo  que  conlleva  a  generar  altos  costos  para  reemplazarlo, 
teniendo  en  cuenta  que  en  la  mayoría  de  los  casos  se  instala  subterráneamente. 
Determinar la vida útil o el tiempo de colmatación de un geotextil no es una tarea fácil 
ya que depende de varios parámetros que se escapan al alcance de los diseñadores y 
fabricantes  como  lo  son  las  propiedades  del  suelo  circundante  en  el  sitio  de 
instalación  del  geotextil.  Adicionalmente  los  esfuerzos  de  tensión  generados  por  el 
suelo  sobre  el  geotextil  pueden  comprometer  sus  propiedades  hidráulicas  (Gardoni, 
2000). 

El proceso de infiltración y retención del geotextil también presenta ciertos riesgos. La 
captura de sedimentos por parte de geotextil se da cuando un flujo pasa a través de 
este,  y  las  partículas  de  tamaño  superior  al  de  la  abertura  aparente  del  geotextil 
quedan  atrapadas  en  las  fibras  del  mismo.    Otro  problema  que  presentan  los 
geotextiles  se  evidencia  en  el  proceso  de  compactación  del  suelo  luego  de  la 
instalación. Para poder llevar a cabo la instalación de un geotextil se requiere hacer 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

55 

 

una  excavación  para  situarlo  y  posteriormente  rellenar  y  compactar  el  suelo 
removido.  Al  volver  a  situar  el  suelo  sobre  el  geotextil,  la  capa  de  suelo  que  se 
encuentra encima del geotextil está  sometida a bajos esfuerzos normales. Cuando el 
suelo  es  compactado,  las  partículas  suficientemente  pequeñas  pueden  ingresar  a  la 
estructura  del  geotextil,  generando  una  colmatación  inicial  que  compromete  su 
desempeño,  afectando  el  proceso  de  filtración  y  de  permeabilidad.  En  la  siguiente 
ilustración se muestra el fenómeno descrito anteriormente. 

 

Ilustración 22 colmatación prematura del geotextil. Adaptado de Gardoni (2000).

 

 

5.6.4.1  Ensayo de Relación de Gradiente 

 

Ensayo  desarrollado  con  el  fin  de  medir  la  disminución  de  permeabilidad  de  los 
geotextiles  por  efecto  de  la  colmatación  a  raíz  del  ingreso  de  partículas  finas  a  su 
estructura. La metodología del ensayo de relación de gradientes  incluye la utilización 
de un permeámetro que mide la permeabilidad del conjunto suelo-geotextil durante el 
análisis.  La  metodología  del  ensayo  consta  de  hacer  pasar  flujos  con  diferentes 
gradientes a través del sistema suelo-geotextil, muestreando las variaciones de cabeza 
hidráulica y de la permeabilidad (López, 2005).  

5.6.5  Desempeño de los geotextiles 

 

Estudios como el de Chen (2008) han estudiado el comportamiento de los  geotextiles 
bajo condiciones de un flujo cíclico, que simula el efecto que tienen las mareas sobre 
los geotextiles que recubren y protegen los terraplenes en las estructuras civiles en las 
costas marítimas. El objetivo del estudio era evaluar el comportamiento del geotextil 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

56 

 

ante  un  flujo  cíclico  de  diferentes  intensidades  en  términos  de  la  filtración  y  de  la 
capacidad  de  retener  las  partículas  capturadas.  La  carga  de  sedimentos  utilizada 
durante los análisis estaba compuesta principalmente por arenas, limos y arcillas. 

Dentro de los resultados de los ensayos llevados en el laboratorio se observó que el 
comportamiento  general  del  geotextil  se  mantuvo  estable  durante  los  períodos  de 
largos  ciclos  de  flujo.  Se  observó  que  la  presión  intersticial,  es  decir,  la  presión 
generada en los poros del geotextil aumentaba a medida que el número de ciclos de 
flujo  aplicados  al  sistema  suelo-geotextil  disminuía.  Con  respecto  a  la  presión 
generada en los poros, se evidenció que aumentaba cuando el  número de partículas 
finas retenidas por el geotextil también lo hacía.  

Los  resultados  del  estudió  mostraron  que  la  permeabilidad  del  geotextil  bajo 
condiciones de flujo cíclico de baja periodicidad era mayor a la evidenciada por otros 
investigadores cuando se exponía el geotextil a un flujo unidireccional, dada la mayor 
presión intersticial generada por el bajo periodo de los ciclos de flujo. 

Los experimentos llevados a cabo con arenas mostraron que bajo diferentes presiones 
de  poros,  es  decir,  bajos  diferentes  ciclos  analizados  en  el  laboratorio,  el 
comportamiento  del  geotextil  fue  estable  sin  mostrar  cambios  abruptos  en  las 
medidas  de  variación  de  presión  en  los  poros.  De  igual  manera  los  valores  de 
permeabilidad y retención de material fueron satisfactorios para el geotextil, pues no 
se evidenció resuspensión de  las arenas capturadas  ni disminución en la  capacidad 
hidráulica del geosintético. 

Las mediciones con arenas limosas bajo condiciones de ciclos bajos mostraron que los 
limos tendían a colmatar el geotextil lo que indicaba un alto porcentaje de retención 
de estas partículas. 

5.6.5.1  Permeabilidad de los Geotextiles 

 

Desde el surgimiento de los geotextiles, los investigadores han tratado de encontrar 
modelos  que  describan  su  comportamiento  hidráulico  bajo  características  de 
compresión,  cuando  se  encuentran  instalados  subterráneamente.  Uno  de  los 
parámetros  que  se  ha  buscado  predecir  es  el  de  la  permeabilidad;  desde  el  año  de 
1982  se  han  realizado  estudios  que  generan  modelos  matemáticos  que  describen  el 
comportamiento  de  este  fenómeno  en  los  geotextiles.  Uno  de  los  modelos 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

57 

 

matemáticos  más  acertados  fue  desarrollado  por  Giroud  (Granular  Filters  and 
Geotextile Filters, 1996) mediante la siguiente ecuación. 

 

Ecuación 4 Ecuación de permeabilidad de Giroud. Adaptada de Giroud (Granular Filters and Geotextile 

Filters, 1996).

 

donde ηw es la viscosidad dinámica del fluido, ϱw es la gravedad específica del fluido, 
g es la gravedad y Of es el tamaño de abertura aparente del geotextil. Esta ecuación es 
válida  para  geotextiles  sin  presencia  de  partículas  en  su  estructura.  Sin  embargo, 
debido  a  la  colmatación  temprana  a  la  que  se  exponen  los  geotextiles  durante  el 
proceso  de  instalación,  fue  necesario  desarrollar  ecuaciones  que  describieran  el 
comportamiento de la permeabilidad cuando el geotextil se encontraba parcialmente 
saturado. 

El  comportamiento  de  los  geotextiles  varía  cuando  se  encuentran  parcialmente 
colmatados,  por  ello  Giroud  desarrolló  una  ecuación  que  describía  la  permeabilidad 
de los geotextiles parcialmente colmatados, la cual se muestra a continuación. 

 

Ecuación 5 Permeabilidad de geotextiles parcialmente colmatados. Adaptado de Gardoni (2000).

 

donde  β  es  un  factor  de  forma,  ηw  es  la  viscosidad  dinámica  del  fluido,  ϱw  es  la 
gravedad  específica  del  fluido,  g  es  la  gravedad,  ϱf  es  la  densidad  de  las  cintas  del 
geotextil,  ds  es  el  diámetro  de  las  partículas,  n  es  la  porosidad  y  λ  es  un  valor 
adimensional  del  cociente  entre  la  masa  de  partículas  presentes  en  el  geotextil  y  la 
masa de las fibras del mismo. 

5.6.5.2  Conductividad Hidráulica en geotextiles 

 

Otro  fenómeno  ampliamente  estudiado  es  la  conductividad  hidráulica  de  los 
geotextiles cuando el flujo de agua contiene sedimentos. Tal vez una de las ecuaciones 
más  acertadas  para  describir  la  conductividad  hidráulica  fue  la  desarrollada  por 
Urbonas  (1999),  basada  en  el  comportamiento  de  otros  sistemas  de  filtración.  La 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

58 

 

veracidad  de  su  ecuación  para  ser  aplicada  a  cualquier  sistema  de  filtración  fue 
realizada por Pitt y Clark (2009). 

 

Ecuación 6 Conductividad hidráulica. Adaptada de Urbonas (1999). 

donde r es una constante del flujo que pasa a través del filtro, x es otra constante y en 
cociente entre m y A es la carga acumulada del total de sedimentos suspendidos en la 
superficie del medio filtrante.  

Dada  la  amplia  gama  de  geotextiles  disponibles  en  el  mercado,  dependiendo  del  fin 
último  del  proyecto  para  el  cual  se  necesiten,  se  desarrolló  un  criterio  de  selección 
basado en el nivel de retención de partículas y el nivel de colmatación  esperado por 
los  diseñadores  de  los  proyectos  (Carmen  A.  Franks,  2012).  A  continuación  se 
muestran  las  ecuaciones  utilizadas  para  determinar  el  tipo  de  geotextil  más 
apropiado. 

 

Ecuación 7 Criterio de retención de selección de geotextiles. Adaptado de Carmen A. Franks (2012).

 

 

Ecuación 8 Criterio de colmatación de selección de geotextiles. Adaptado de Carmen A. Franks (2012). 

Los  valores  de  A  y  B  que  limitan  el  proceso  de  selección,  ya  que  corresponden  a 
valores  que  aseguran  que  los  geotextiles  escogidos  no  retengan  las  partículas 
presentes en el suelo y no se colmaten con las partículas retenidas. 

5.6.6  Estudio de desempeño de Geotextiles vírgenes 

 

En  el  estudio  realizado  por  Franks  (2012)  se  midió  la  concentración  afluente  del 
caudal al pasar por un sistema de filtración conformado por tres tipos de geotextiles. 
La  siguiente  ilustración  muestra  los  resultados  obtenidos.  La  línea  punteada 
corresponde  a  la  concentración  objetivo,  establecida  durante  el  estudio  sólidos 
suspendidos. Los símbolos con coloración corresponden a la concentración afluente y 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

59 

 

los  que  carecen  de  color,  a  la  concentración  efluente.  El  geotextil  NW1  tenía  un 
tamaño de abertura aparente superior al de los otros dos geotextiles. 

 

Ilustración 23 Concentración afluente y efluente. Adaptado de Carmen A. Franks (2012).

 

Durante los montajes en el laboratorio se observó que cuando una capa de sedimentos 
se  deposita  en  la  superficie  del  filtro  impidiendo  el  paso  de  otros  sedimentos,  e 
inclusive en algunos casos del flujo.  Según Aydilek (2011), las partículas grandes son 
las que típicamente generan este efecto, impidiendo el paso de las más pequeñas. En 
la  siguiente  ilustración  se  muestra  la  formación  del  efecto  pastel.    Las  partículas 
depositadas  encima  del  geotextil  forman  una  barrera  porosa;  dicha  porosidad 
depende del tamaño de las partículas depositadas. Si el efecto pastel está conformado 
por partículas grandes, que  generen un primer filtro , con un alto grado de porosidad, 
se alargará la vida útil al geotextil debido a que dicho filtro retiene ciertos sedimentos 
o  partículas  de  suelo  presentes  en  el  agua  que  no  llegaran  a  obstruir  la  matriz  del 
geotextil. Si las partículas que forman  la capa de pastes son muy  pequeñas, tendrán 
una  menor  porosidad,  y  atraparan  partículas  finas,  que  tienden  a  colmatar  a  una 
mayor velocidad la estructura de fibras del geotextil. Si el espesor de la capa de pastel 
tiene el suficiente espesor, se pueden remover partículas, inclusive, de tamaño menor 
al de la abertura aparente del geotextil. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

60 

 

 

Ilustración 24 Efecto pastel en los geotextiles. Adaptado de Aydilek (2011). 

Típicamente  la  capacidad  de  los  geotextiles  para  remover  sólidos  suspendidos  se 
determina con base en el tamaño de abertura aparente. Sin embargo en el estudio de  
Franks  (2012)  se  encontró  con  que  para  hacer  una  predicción  más  exacta  del 
porcentaje de sólidos suspendidos removidos, se requiere conocer la distribución de 
partículas  de  los  sedimentos  o  el  tipo  de  suelo  que  pasa  a  través  del  geotextil.  Una 
distribución  de  partículas  de  tamaño  relativamente  grande  forma  la  capa  de  pastel 
ideal descrita anteriormente. 

5.6.7  Estudio de desempeño de Geotextiles parcialmente colmatados 

 

Con el fin de analizar el comportamiento de los geotextiles parcialmente colmatados 
en  obras  civiles,  se  hace  alusión  al  estudio  de  Gardoni  (2000)  que  evaluó  el 
desempeño de ocho tipos diferentes de geotextiles no tejidos ampliamente utilizados 
en proyectos de drenaje e infiltración. La diferencia entre los geotextiles evaluados en 
el laboratorio radicaba en el material de sus cintas, al ser algunos de poliéster y otros 
de  polipropileno.  La  preparación  de  los  geotextiles  para  el  posterior  análisis  de 
permeabilidad  y  transmisibilidad  del  flujo  se  hizo  saturándolos  primero  y  luego 
impregnarlos con material granular y fino. 

Las pruebas llevadas a cabo en el laboratorio buscaban evaluar el comportamiento de 
la  permeabilidad  del  geotextil  parcialmente  colmatado  bajo  los  esfuerzos  generados 
por el suelo inmediatamente encima de él. Se observó que una de los primeros efectos 
de la colmatación prematura de los geotextiles era la perdida de compresibilidad, que 
se  reflejaba  en  la  menor  disminución  del  espesor  del  geotextil  luego  de  ser 
compactado durante la instalación. Los resultados revelaron que la permeabilidad de 
los  geotextiles  parcialmente  colmatados  se  ve  afectada  por  el  incremento  en  el 
esfuerzo  normal  que  ejerce  el  suelo.  En  la  siguiente  ilustración  se  muestra  el 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

61 

 

fenómeno evidenciado en el laboratorio. El nivel de colmatación esta denotado por el 
valor de λ, siendo un valor 0 equivalente a un geotextil virgen.  

 

Ilustración 25 Permeabilidad vs. Esfuerzo Normal. Adaptado de Gardoni (2000). 

En  la  ilustración  se  aprecia  que  la  permeabilidad  decrece  para  los  tres  niveles  de 
colmatación.  Sin  embargo  se  nota  una  gran  diferencia  entre  el  geotextil  no  tejido 
virgen y los geotextiles parcialmente  colmatadas a bajos niveles de esfuerzo  normal 
generados por el suelo. Lo anterior quiere decir que si el geotextil utilizado en obras 
de drenaje presenta una colmatación prematura durante el proceso de compactación 
del suelo, su permeabilidad se verá afectada significativamente. La porosidad geotextil 
también se ve afectada por el nivel de colmatación que se presente. 

Los resultados de las pruebas de transmisibilidad mostraron que su valor disminuía 
tanto para geotextiles parcialmente colmatados como para los que no, en función del 
aumento del esfuerzo normal. Sin embargo, con base en los resultados obtenidos de 
compresibilidad durante los análisis se observó que la capacidad de descarga de los 
geotextiles parcialmente colmatados y el espesor disminuían en menor medida que en 
aquellos sin colmatar. Este hecho abre un debate acerca de las consecuencias que trae 
la  colmatación  prematura  del  geotextil,  pues  como  se  mostró  trae  algunas  ventajas 
que  no  brindan  los  geotextiles  sin  colmatar.    A  continuación  se  presentan  los  datos 
obtenidos en el estudio acerca de la disminución del espesor del geotextil en función 
del esfuerzo normal. 

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62 

 

 

Ilustración 26 Disminución del espesor del geotextil. Adaptado de Gardoni (2000).

 

 

La impregnación de las partículas del suelo a la estructura del geotextil depende del 
tipo  del  suelo  circundante  al  geotextil  y  del  proceso  de  fabricación.  Durante  la 
instalación del geotextil las partículas  de algunos suelos analizados no obstruyen en 
gran medida la matriz del geotextil; le colmatación se da con la presencia de un flujo 
de agua que transporta las partículas cohesivas presentes en el suelo hacia el material 
sintético, donde quedan retenidas en su gran mayoría (Gardoni, 2000).  

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

63 

 

6  Comparación entre los dispositivos de pre-tratamiento de Agua Lluvia 

 

Luego de describir el funcionamiento y la eficiencia de algunos de los dispositivos y 
filtros de tratamiento de aguas lluvias más utilizados en las obras  de drenaje pluvial, 
se procede a compararlos en aras de determinar cuál es el dispositivo más apropiado 
para remover sedimentos y contaminantes presentes en el agua lluvia. Este análisis no 
tiene  en  cuenta  la  viabilidad  de  la  implementación  de  estos  dispositivos  desde  el 
punto  de  vista  económico;  sólo  busca  discernir  entre  los  niveles  de  eficiencia  de 
remoción  de  contaminantes  en  el  agua  lluvia.  Más  adelante  se  comentarán  algunos 
factores económicos que influyen en la decisión de implementar uno u otro sistema de 
pre-tratamiento.  

Dado que los dispositivos analizados tenían características diferentes, la comparación 
entre ellos se hará por grupos. En primer lugar se compararán los dispositivos de pre-
tratamiento  basado  en  el  almacenamiento  de  sedimentos  y  contaminantes  en 
sumidero. En segunda instancia se cotejaran los dispositivos de filtración descritos. 

6.1  Comparación 

de 

los 

dispositivos 

de 

pre-tratamiento 

sedimentadores 

 

Un estudio llevado a cabo por Michael G. Faram y Robert Harwood (2002) pretendió 
evaluar la capacidad de remoción de sólidos de los cuatro dispositivos tratamiento de 
agua  lluvia  más  comunes  en  el  mercado.  El  análisis  del  comportamiento  de  los 
dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  se  llevó  a  cabo  con  la  ayuda  de  la 
mecánica de fluidos computacional. 

La  mecánica  de  fluidos  computacional,  CFD  por  sus  siglas  en  inglés,  es  una 
herramienta  desarrollada  para  simular  el  comportamiento  del  flujo  dentro  de 
cualquier  sistema  de  drenaje.  Esta  herramienta  computacional  permite  evaluar  el 
comportamiento  hidráulico  del  flujo  de  una  manera  más  fácil  y  eficiente  que  los 
métodos  tradicionales  de  experimentación  en  el  laboratorio.  En  cuanto  al  diseño  de 
los  dispositivos  de  tratamiento  de  agua  lluvia,  resulta  ser  útil  para  evaluar  la 
injerencia de cambios en las estructura de los dispositivos sobre el comportamiento 
hidráulico del flujo.  

En  la  siguiente  ilustración  se  muestran  las  configuraciones  de  los  cuatro  tipos  de 
dispositivos  analizados  en  el  laboratorio:  Sumidero  (SCB),  Dispositivo  de 

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64 

 

sedimentación por gravedad (GSD), vórtice (SVS) y vórtice avanzado (AVS). Con el fin 
de hacer un análisis comparativo bajo las mismas condiciones, las dimensiones de los 
cuatro  sedimentadores  analizadas  como  el  diámetro  del  sumidero  y  la  altura  de  la 
tubería de salida se tomaron de la misma magnitud.  

 

Ilustración 27 Configuración de los dispositivos de sedimentación. Tomado de Harwood (2002). 

Las pruebas realizadas en los dispositivos se hicieron bajo las siguientes condiciones: 

Caudales de entrada de 20, 40, 60 y 80 litros por segundo. 

Descarga libre a la salida de los dispositivos. 

Predicciones de la trayectoria de las partículas hechas mediante el método de 
rastreo de partículas lagrangiano. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

65 

 

Tamaño de partículas entre 10 y 1000 micrones. 

Para calcular la eficiencia de los dispositivos se utilizó la siguiente ecuación. 

 

 

Ecuación 9 Eficiencia de remoción de partículas. Tomado de Harwood (2002). 

Luego  de  interponer  las  condiciones  de  los  experimentos  a  realizar  se  procedió  a 
llevar  a cabo  la modelación  del  comportamiento de los dispositivos con ayuda de la 
mecánica de fluidos computacional. La siguiente ilustración muestra las predicciones 
de velocidad modelada con el software para los cuatro dispositivos, para un caudal de 
40 L/s. La magnitud de la velocidad está organizada por una escala de colores donde 
el color azul represente una mínima velocidad y el color rojo una velocidad pico en el 
sistema. 

 

Ilustración 28 Predicciones de velocidad. Tomado de Harwood (2002). 

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66 

 

Al igual que con la velocidad, el software fue utilizado para describir la trayectoria del 
flujo  en  función  del  tiempo  de  residencia  en  cada  sección  del  dispositivo  de 
sedimentación.  A  continuación  se  presenta  la  trayectoria  de  flujo  para  los  cuatro 
dispositivos  analizados,  con  un  caudal  de  entrada  de  40  L/s.  al  igual  que  en  la 
Ilustración 29, el color azul denota un mínimo tiempo de residencia y el color rojo el 
máximo tiempo de residencia en el dispositivo, tomado como 20 segundos. 

 

Ilustración 29 Predicción de la trayectoria del flujo. Tomado de Harwood (2002).

 

 

A partir de las Ilustraciones 29 y 30 es posible hacer un análisis en cuanto al tipo de 
remoción  de  sedimentos  que  se  lleva  a  cabo  en  cada  dispositivo.  Con  respecto  al 
sumidero convencional se evidenció que presenta las mayores velocidades de entrada 
ya que su flujo no proviene de una tubería de entrada, sino de la caída libre de agua 
(supuesta  desde  un  punto  de  captación  de  escorrentía  superficial).  Las  altas 
velocidades  registradas  acompañadas  de  la  trayectoria  circular  que  sigue  el  flujo 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

67 

 

(Ilustración 24), dan lugar al proceso de resuspensión de los sedimentos almacenados 
en el dispositivo. Este fenómeno se intensifica cuando la capa de sedimentos ocupa un 
mayor  volumen  dentro  del  dispositivo,  pues  la  superficie  de  la  capa  de  partículas 
almacenadas estará expuesta a una mayor velocidad del flujo (Pitt H. A., 2009). 

El dispositivo de sedimentación por gravedad presenta velocidades menores a las del 
sumidero convencional al tener su entrada provista de una tubería, en vez de la caída 
libre  de  flujo.  Observando  la  Ilustración  30  se  evidencia  que  la  trayectoria  del  flujo 
dentro del dispositivo es desordenada; inclusive se evidencia que una porción del flujo 
que ingresa al dispositivo de sedimentación por gravedad pasa directamente hacia el 
punto  de  salida  del  dispositivo.  Este  hecho  genera  que  los  sedimentos  presentes  en 
dicha  porción  del  flujo  no  reciban  ningún  tipo  de  tratamiento  y  por  ello  salgan  del 
dispositivo  con  la  misma  concentración  de  entrada.  Lo  anterior  repercute  en  una 
disminución de la eficiencia de remoción de sedimentos por parte del dispositivo. 

El  dispositivo  de  mecanismo  de  vórtice  simple  se  diferencia  del  sedimentador  de 
gravedad en el hecho que el primero tiene la tubería de entrada ubicada de manera 
excéntrica. La posición tangencial de la tubería de entrada provoca un efecto remolino 
al  interior  del  dispositivo,  lo  que  le  da  un  mayor  tiempo  de  residencia  al  flujo  para 
generar la sedimentación de los sedimentos. En el esquema de trayectoria del flujo se 
puede  observar  que  la  tendencia  natural  de  este  es  bajar  hasta  el  fondo  del 
dispositivo,  para  luego  ascender  hacia  la  salida  del  mismo.  El  mayor  tiempo  de 
concentración  se  da  en  el  centro  del  dispositivo,  donde  se  genera  el  efecto  de 
deposición  explicado  anteriormente  en  la  descripción  del  funcionamiento  de  los 
dispositivos tipo vórtice sencillo. 

El dispositivo de vórtice avanzado también cuenta con una disposición tangencial de 
la  tubería  de  entrada  y  adicionalmente  cuenta  con  unas  pantallas  deflectoras.  En  el 
esquema  de  la  trayectoria  seguida  por  el  flujo  dentro  del  dispositivo  comprueba  lo 
descrito anteriormente por Phipps (2008), acerca de la independencia entre la zona 
de almacenamiento y la zona de tránsito de flujo. Se puede evidenciar que el mayor 
tiempo de residencia se presenta en el sumidero del vórtice avanzado, garantizando la 
sedimentación de las partículas transportadas por el flujo de agua.  

Al realizar los análisis de remoción y retención de sedimentos en los dispositivos se 
observó  una  tendencia  generalizada  de  la  disminución  de  los  porcentajes  con  el 
tiempo. En la siguiente ilustración se muestra los resultados obtenidos en el estudio 
de  Harwood  (2002)  con  respecto  a  la  remoción  y  retención  de  sedimentos  de  cada 
uno de los cuatro dispositivos analizados para un caudal de entrada de 40 L/s. 

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68 

 

 

Ilustración 30 Eficiencias de Remoción (A) y Retención (B) de sedimentos. Adaptado de Harwood (2002). 

 

Con  respecto  a  la  remoción  de  sedimentos,  se  puede  evidenciar  que  a  través  del 
tiempo  el  porcentaje  de  efectividad  para  todos  los  dispositivos  exceptuando  en 
separador de vórtice avanzado, tiende a 0. El separador de vórtice avanzado tiene la 
ventaja  de  brindar  más  protección  a  la  zona  de  almacenamiento  que  los  otros 
dispositivos. 

La  gráfica  de  retención  de  los  sedimentos  capturados,  al  igual  que  la  de  remoción, 
muestra un comportamiento decreciente. Sin embargo los porcentajes de eficiencia no 
son  tan  bajos.  De  la  gráfica  de  eficiencia  de  retención  se  puede  apreciar  que  el 
dispositivo  de  vórtice  hidrodinámico  tiene  un  desempeño  muy  superior  comparado 

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69 

 

con  los  otros  dispositivos,  al  presentar  un  porcentaje  de  retención  de  alrededor  del 
75% al final del tiempo de retención, mientras los demás dispositivos se encontraban 
por debajo del 20 %. Estos resultados remarcan la importancia de proteger la cámara 
de  almacenamiento  de  los  sedimentos  de  los  fenómenos  de  resuspensión.  Por  otro 
lado  en  el  sumidero  convencional  se  evidenció  que  la  totalidad  de  los  sedimentos 
retenidos  eran  removidos  de  la  zona  de  almacenamiento,  dado  en  contacto  directo 
que existe entre el flujo que entra al dispositivo y la cámara de almacenamiento de los 
sedimentos capturados. 

Sin embargo Harwood (2002) advierte que las medidas instantáneas de la remoción y 
retención  de  partículas  son  aquellas  medidas  tenidas  en  cuenta  para  evaluar  el 
desempeño de los dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia.  

Las mediciones de remoción y retención instantáneas para los cuatro dispositivos se 
hicieron con los cuatro caudales tenidos en cuenta desde el inicio desde el comienzo 
del  análisis.  En  general  se  observó  una  disminución  de  los  porcentajes  de  eficiencia 
tanto  para  remoción  como  retención  cuando  se  incrementa  el  caudal  afluente  a  los 
dispositivos. En la siguiente ilustración se observan las mediciones de eficiencia para 
los diferentes dispositivos utilizando los cuatro caudales. En las pruebas de remoción 
instantánea se confirma que el sumidero convencional (SVS) es el dispositivo menos 
eficiente  de  los  cuatro  analizados  ya  que  captura  el  menor  rango  de  tamaño  de 
partículas finas. Para el análisis de remoción de sedimentos instantáneo el dispositivo 
más eficiente, es decir, el que captura una mayor cantidad de partículas de diferentes 
tamaños  es  el  vórtice  avanzado,  independientemente  del  caudal  afluente  al 
dispositivo.  

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

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Ilustración 31 Eficiencia de remoción instantánea para caudales afluentes de A – 20 L/s, B – 40 L/s, C – 60 L/s y D – 80 

L/s. Adaptado de Harwood (2002). 

 

En la Ilustración 33 se presentas los resultados de retención de sedimentos bajo las 
mismas condiciones aplicadas al análisis de remoción. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

71 

 

 

Ilustración 32 Eficiencia de retención instantánea para caudales afluentes de A – 20 L/s, B – 40 L/s, C – 60 L/s y D – 80 

L/s. Adaptado de Harwood (2002). 

 

Los valores de eficiencia retención de sedimentos son coherentes con los observados 
de remoción, ya que a medida que el caudal de entrada a los dispositivos aumenta, la 
eficiencia de retención de las partículas, en especial las de menor tamaño, disminuía. 
El dispositivos de vórtice avanzado demuestra ser el más efectivo en la retención de 
sedimentos, al reportar eficiencias de retención positivas para todos los tamaños de 
partículas  evaluadas  para  los  caudales  de  20,  40  y  60  litros  por  segundo. 
Adicionalmente  el  dispositivo  hidrodinámico  es  el  único  que  total  retención  de  los 
sedimentos removidos 

La eficiencia de remoción y retención de sedimentos del agua lluvia por parte de los 
dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  depende  de  tres  factores 
principalmente:  la  geometría  de  los  dispositivos,  la  habilidad  de  los  dispositivos  de 
brindar  el  tiempo  de  residencia  adecuado  para  que  ocurra  el  proceso  de 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

72 

 

sedimentación,  y  el  grado  de  protección  de  las  cámaras  de  almacenamiento  de  los 
sedimentos retenidos. 

6.2  Comparación de dispositivos de pre-tratamiento de Filtración 

 

A lo largo de esta sección se hará una comparación entre los dispositivos de filtración 
discutidos  anteriormente,  filtros  de  arena  y  filtros  utilizando  geotextiles.  En  un 
estudio  realizado  recientemente  por  Franks  (2014)  se  pretendió  comparar  en  el 
laboratorio la eficiencia de un filtro de arena contra el de un geotextil para remover 
sedimentos  presentes  en  el  agua  lluvia.  El  estudio  también  trataba  de  corroborar  la 
hipótesis otras tesis como la planteada por Franks (2012), en la que asegura que los 
geotextiles alargan la vida útil de los filtros y requieren menor mantenimiento. 

Durante  el  montaje  de  los  ensayos  en  el  laboratorio  se  utilizaron  tres  tipos  de 
geotextiles  no  tejidos,  típicamente  utilizados  para  obras  de  drenaje  e  infiltración, 
diferenciados por el tamaño de abertura aparente y la permisibilidad. Los geotextiles 
denominados NW1, NW2 y NW3 tenían tamaños de abertura aparente de 180, 150 y 
150 micrómetros (μm), y unas permeabilidades de 1.2, 0.8 y 0.54 s-1 respectivamente. 
El filtro de arena estaba  compuesto  por una capa de grava de  15 centímetros y una 
capa de arena de 45 centímetros. Las pruebas de laboratorio se basaron en medir las 
concentraciones del Total de Sólidos suspendidos (TSS) para cada uno de los medios 
filtrantes. Se utilizaron dos concentraciones de sólidos, las cuales fueron dispuestas en 
los caudales afluentes del montaje de  laboratorio a diferentes  tasas.  Adicionalmente 
fueron tenidos en cuenta tres tipos de distribuciones de partículas identificados como 
P1, P2 y P3. 

Uno de los primeros ensayos llevados a cabo consistió en medir la concentración de 
sedimentos en el caudal afluente y efluente a dos tipos de geotextiles, utilizando cierta 
distribución  de  partículas  (0–106  μm).    En  la  siguiente  ilustración  se  observan  los 
datos  obtenidos  en  el  laboratorio.  Los  símbolos  con  color  representan  el  caudal 
afluente, y los que carecen de color el efluente. La línea punteada es la concentración 
objetivo  de  sedimentos  en  el  caudal  efluente.  Se  puede  observar  que  ambos 
geotextiles  se  encuentran  por  debajo  de  la  concentración  de  sedimentos  objetivos  a 
partir  de  una  carga  de  2  Kg/m².  También  es  posible  apreciar  la  capacidad  de  carga 
antes de que se colmaten. La del geotextil NW2 es un poco mayor a la del NW3 debido 
a su mayor permeabilidad. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

73 

 

 

Ilustración 33 Concentraciones afluentes y efluentes. Adaptado de Carmen A. Franks (2014). 

 

Los análisis llevados a cabo con el filtro de arena mostraron que las arenas reportaron 
una  eficiencia  de  retención  de  Sólidos  Suspendidos  superior  al  99  %  para  todos  los 
ensayos  llevados  a  cabo.  En  la  siguiente  tabla  se  pueden  apreciar  los  valores 
reportados de eficiencia de remoción de sólidos tanto para el filtro como para los tres 
tipos de geotextiles dispuestos para el estudio. A pesar de que el desempeño del filtro 
de arena es muy superior al de los geotextiles, vale la pena aclarar la diferencia que 
existe entre los espesores. Mientras que el espesor del filtro compuesto de arena tenía 
un  espesor  de  61  centímetros,  el  espesor  de  los  geotextiles  estaba  alrededor  de  los 
0.26 centímetros. 

Distribución 

de partículas 

Velocidad 

(mm/s) 

Filtro 

Carga de 

Sólidos 

(kg/m²) 

Sólidos 

retenidos 

(kg/m²) 

Porcentaje 

Sólidos 

retenidos 

(%) 

P1 

0.49 

NW1 

10.8 

8.10 

75.1 

  

  

  

7.79 

4.97 

63.8 

  

  

NW2 

6.37 

5.57 

87.4 

  

  

NW3 

4.17 

3.76 

90.2 

  

  

Arena 

4.08 

4.07 

99.7 

P2 

0.49 

NW1 

3.75 

0.25 

6.64 

  

  

  

5.02 

0.60 

12.0 

  

  

NW2 

4.33 

3.57 

82.5 

  

  

NW3 

3.41 

2.57 

75.3 

  

  

Arena 

3.45 

3.43 

99.6 

Tabla 13 Porcentajes de retención de Sólidos. Adaptado de Carmen A. Franks (2014). 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

74 

 

Aunque la eficiencia de remoción del filtro de arena es superior a la presentada por 
los filtros de geotextiles, la cantidad de carga de sedimentos que retiene antes de su 
colmatación es inferior. En la siguiente ilustración se muestra los sólidos capturados 
en función de la carga de sedimentos; la línea punteada de 45 grados indica una tasa 
de remoción de sedimentos del 100 por ciento. Se puede apreciar que a pesar de que 
los filtros de arena tienen un mayor porcentaje de remoción de sólidos, soportan una 
menor carga de sedimentos, lo cual repercute en su vida útil, y por ende en los gastos 
de mantenimiento. 

 

Ilustración 34 Comparación entre los filtros. Adaptado de Carmen A. Franks (2014). 

 

El uso de geotextiles para la remoción de sedimentos del agua lluvia es más eficiente 
que el uso de filtros de arena, pues los primeros tienen en promedio el doble de vida 
útil que los segundos, dada su mayor capacidad de cargada de sedimentos. Además de 
los  menores  costos  en  mantenimiento,  los  geotextiles  son  más  fáciles  de  instalar  en 
campo y su espesor es significativamente menor al requerido por un filtro de arena. 

7  “Street Cleaning” – Método de limpieza de Barrido de Calles 

 

La  práctica  de  barrido  de  calles  típicamente  se  ha  implementado  para  remover  los 
desechos  de  las  calles  generados  por  el  hombre.  Colillas  de  cigarrillo,  paquetes 
plásticos,  botellas  y  otros  desechos  productos  de  la  cotidianidad  de  la  vida  humana 
son objeto de limpieza por parte de la técnica de barrido.  Dada la capacidad de este 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

75 

 

mecanismo  de  limpieza  de  remover  desechos  que  podrían  ser  transportados  por  el 
agua  lluvia,  se  consideró  una  práctica  de  tratamiento  del  agua  lluvia.  Sin  embargo 
surgió una gran controversia a raíz de estudios como los de Smith (Smith, 2002) que 
mostraron  que  las  técnicas  de  barrido  removían  muy  poco  las  partículas  finas,  las 
cuales  estaban  asociadas  con  la  mayor  cantidad  de  contaminantes  presentes  en  el 
agua lluvia. 

El mecanismo limpieza de calles por barrido se ha implementado desde los años 80 
como un método de disminución el volumen de sedimentos y contaminantes que llega 
al  sistema  de  alcantarillado.  Los  estudios  realizados  para  evaluar  la  eficiencia  del 
barrido  de  calles  han  mostrado  que  este  mecanismo  resulta  ser  eficiente  para 
partículas grandes y basuras presentes en la superficie. La eficiencia de remoción de 
partículas finas es muy baja. Las partículas finas son removidas de la superficie por la 
escorrentía producida por la lluvia. 

El barrido de las calles se puede considerar como un método de  pre-tratamiento de 
agua lluvia, puesto que remueve cierta cantidad de sedimentos de diferentes tamaños 
que  se  pueden  ser  transportados  por  el  agua  lluvia  hacia  los  puntos  de  captación. 
Aunque  parece  una  actividad  muy  sencilla  de  realizar  y  de  amplia  aplicabilidad,  su 
efectividad está limitada por varios factores como el método de barrido utilizado, la 
humedad del suelo, la textura del suelo, la frecuencia de barrido, entre otros (Pitt R. , 
1979). 

La  efectividad  del  mecanismo  de  barrido  de  calles  en  cuanto  a  la  remoción  de 
partículas  finas  puede  aumentar  si  se  utilizan  equipos  más  sofisticados  que  una 
barredora convencional como la barredora modificada de aire regenerativo. Se puede 
lograr una mayor captura de los sedimentos y desechos presentes en la superficie si se 
trabaja en conjunto con una barredora tradicional, que remueve las partículas grandes 
de la superficie, y una barredora especializada que tenga la capacidad de remover las 
partículas  finas  (Robert  Pitt,  2004).  En  la  siguiente  sección  se  hará  una  breve 
descripción de los tipos de barredoras presentes en el mercado, capaces  de remover 
las partículas de tamaño pequeño. 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

76 

 

7.1  Tipos de barredoras 

 

7.1.1  Barredora de escoba mecánica 

 

Es  el  tipo  de  barredora  más  antigua  y  más  ampliamente  utilizada  debido  a  que  sus 
costos operacionales y de mantenimiento son inferiores a los de las barredoras con un 
mayor grado tecnológico. Están compuestas por un tanque de almacenamiento, al cual 
llegan  los  desechos  y  sedimentos  de  la  calle  recolectados  por  un  rodillo  barredor  y 
movidos  por  una  banda  transportadora.  Algunas  de  sus  ventajas  es  que  pueden  ser 
operadas  a  velocidades  medios  sin  producir  altos  niveles  de  ruido. 
Desafortunadamente no remueve  partículas finas de la superficie.  A continuación se 
muestra un esquema de este tipo de barredora.  

 

Ilustración 35 Barredora de Escoba Mecánica. Tomada de Jones (2012). 

 

7.1.2  Barredora de Aire Regenerativo 

 

Surgieron  como  una  solución  a  la  incapacidad  de  las  barredoras  mecánicas  para 
remover las partículas finas de la superficie. Funcionan mediante la inyección de aire 
a presión al suelo para suspender las partículas, que luego serán succionadas por el 
camión. Este tipo de barredoras adicionalmente remueve material particulado PM10 
(Keating,  2002),  el  cual  se  ha  demostrado  está  ligado  con  la  generación  de 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

77 

 

enfermedades respiratorias en el ser humano. En la siguiente ilustración se muestra 
una barredora de aire regenerativo. 

 

Ilustración 36 Barredora de Aire Regenerativo. Tomada de TYMCO Inc (2014).

 

 

7.1.3  Barredoras de Vacío 

 

Este  tipo  de  barredoras  también  sobresale  por  su  capacidad  de  remover  partículas 
finas y gruesas de la superficie. Su funcionamiento se base en la succión de material 
por  un  mecanismo  de  generación  de  vacío.    Al  igual  que  las  barredoras  de  aire 
regenerativo  remueven  material  particulado  PM10.  Este  tipo  de  barredoras  resulta 
ser  la  más  efectiva  de  las  tres  en  la  remoción  de  partículas  finas.  Una  de  sus 
desventajas es que debe operar a bajas velocidades y no es muy efectiva removiendo 
partículas de gran tamaño.  

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

78 

 

 

Ilustración 37 Barredora de Vacio. Tomado de Euromec. 

7.2  Estudios del desempeño del método de barrido de calles 

 

El estudio de Joo Hyon (2009) pretendió evaluar la influencia del barrido de calles en 
la  disminución  de  los  contaminantes  en  el  agua  lluvia,  al  medir  la  concentración  de 
agentes  contaminantes  en  el  agua  lluvia,  aguas  abajo  del  punto  de  captación,  en 
condiciones  de  barrido  y  sin  barrer.  La  eficiencia  del  barrido  está  influenciada  por 
varios factores como la frecuencia de su ejecución y el tiempo seco previo al evento de 
lluvia.  El  estudio  encontró  que  la  acumulación  de  partículas  en  la  superficie  crece 
hasta alcanzar un punto de estabilidad a partir del cual las partículas son sometidas a 
fenómenos  de  dispersión  por  acción  de  fuerzas  como  la  del  viento.  Las  partículas 
transportadas se convierten en agentes contaminantes presentes en el aire, conocidos 
como material particulado. En la siguiente ilustración se puede apreciar el poco efecto 
del barrido de las calles cuando el evento de lluvia no se produce al poco tiempo de 
haber realizado la limpieza; pues el material acumulado vuelve a alcanzar los niveles 
que tenía antes de ser barrido. Por lo tanto si el evento de lluvia no se presenta luego 
de haber llevado a cabo el barrido de la calles, no se verán resultados con respecto a la 
situación en la cual no se barre. Sin embargo la cantidad de material contaminante que 
se convierte en material particulado transportado por el aire si se reduce cuando se 
llevan a cabo los barridos. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

79 

 

 

Ilustración 38 Comparación situación de barrido y no barrido. Adaptado de Kang et al (2009).

 

El  estudio  de  Joo  Hyon  (Kang,  Debats,  &  Stenstrom,  2009)  concluyó  que  hay  una 
reducción  en  la  totalidad  de  Sólido  Suspendidos  del  agua  lluvia  cuando  se  llevaba  a 
cabo  el  barrido  de  las  calles,  siempre  y  cuando  el  evento  de  agua  lluvia  no  pasase 
mucho  tiempo  después  de  haber  realizado  la  limpieza  superficial.  Adicionalmente 
comenta  al  respecto  del  debate  existente  sobre  la  contribución  del  barrido  de  las 
calles  a  la  disminución  de  los  agentes  contaminantes  en  el  agua  lluvia,  que    los 
estudios anteriores no contaban con la tecnología de las barredoras modernas, como 
la generadora  de  vacío,  ni con los  diseños actuales de los modelos  estadísticos para 
respaldar las mediciones realizadas. 

7.3  Caso de estudio Livonia, Michigan 

Un estudio desarrollado en la ciudad de Livonia, en Michigan (Wayne County Rouge 
River , 2004), buscaba encontrar el complemento ideal entre el método de barrido de 
calles  y  la  retención  de  sedimentos  de  un  sumidero  convencional,  para  disminuir  al 
máximo la cantidad de desecho y contaminantes que llegaban al río Rouge River. 

Utilizando  un  modelo  de  transporte  de  partículas  simplificado  se  determinó  que  la 
mayor eficiencia que se podía obtener con el barrido de calles, se lograba al realizar el 
procedimiento 17 veces al año con un equipo de alta eficiencia como una barredora de 
aire  regenerativo  o  una  barredora  de  vacío.  El  aumento  de  la  frecuencia  de  los 
barridos de las  calles disminuye la carga de sedimentos que deben ser removidos y 
por  ende  disminuyen  sus  sesiones  de  mantenimiento  a  una  vez  por  año.  La 
combinación  óptima  el  barrido  de  las  calles  y  el  trabajo  de  remoción  del  sumidero 
convencional aumento la reducción de contaminantes del agua lluvia de un valor de 
aproximadamente 25% a 78%.  

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

80 

 

8  Dispositivo de pre-tratamiento de Agua lluvia Mixto 

 

Los  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  funcionan  bajo  el  principio  de 
sedimentación,  el  cual  captura  en  su  mayoría  partículas  gruesas.  En  las  secciones 
anteriores  se  demostró  que  estos  dispositivos  presentan  bajas  eficiencias  en  la 
remoción  de  partículas  finas,  las  cuales  están  relacionadas  con  los  mayores 
contaminantes  presentes  en  el  agua  lluvia.  Por  otro  lado,  al  analizar  el 
comportamiento  de  los  medios  filtrantes  como  los  geotextiles,  se  encontró  que  son 
eficientes removiendo partículas finas. 

Varios  estudios  e  investigaciones  se  han  centrado  en  buscar  un  dispositivo  de 
tratamiento de aguas lluvias que sea eficiente removiendo tanto partículas finas como 
gruesas, para ser un  tratamiento  completo a los contaminantes y desechos del agua 
lluvia. En esta sección se estudiará uno de dichos dispositivos denominado filtro Up-
Flow. Se describirá su funcionamiento  y también se hará alusión a algunos estudios 
realizados por sus diseñadores para medir su eficiencia de remoción y retención de 
sedimentos.  

El  filtro  Up-Flow  es  un  dispositivo  diseñado  en  la  Universidad  de  Alabama,  en  un 
proyecto auspiciado por la EPA. Surgió de la idea de crear un dispositivo de filtración 
que no se colmatase tan rápido como los filtros de arena, y por ende se disminuyesen 
los  costos  asociados  al  mantenimiento,  y  se  aumentase  el  volumen  de  agua  lluvia 
tratado. Adicionalmente cuenta con un sistema de sedimentación por gravedad que le 
permite remover partículas más gruesas de la escorrentía.  

El filtro Up-Flow fue diseñado para atrapar una gran variedad de desechos del agua 
lluvia, desde basuras hasta hidrocarburos, por lo cual es uno de los dispositivos más 
versátiles  disponibles  en  el  mercado  para  hacer  pre-tratamiento  del  agua  lluvia. 
También es adecuado para ser incluidos en proyectos de control en la fuente, pues al 
ser  combinado  con  otros  dispositivos  realizan  un  tratamiento  significativo  al  agua 
proveniente  de  la  escorrentía  superficial.  Este  dispositivo  de  pre-tratamiento  es 
fabricado  y  comercializado  por  la  empresa  Hydro  International.  El  dispositivo  Up-
Flow es demandado en lugares donde el agua lluvia presenta altas concentraciones de 
contaminantes, como zonas industriales.  

Una  de  las  ventajas  del  filtro  Up-Flow  es  que  se  puede  adaptar  a  los  sumideros 
convencionales, para mejorar su desempeño, en vez de requerir una reconstrucción. 
Por  ejemplo  puede  ser  instalado  en  un  sumidero  de  120  centímetros  de  diámetro  e 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

81 

 

incluir hasta 7 medios filtrantes. Cada uno de los filtros está diseñado para soportar 
una  carga  máxima  hidráulica  de  25  galones  por  minuto  (Yezhao  Cai,  2013).  A 
continuación  se  muestra  un  esquema  con  todos  los  componentes  internos  de  este 
dispositivo de pre-tratamiento. 

 

Ilustración 39 Componentes del Filtro Up-Flow (Hydro International, 2008).

 

Ante un evento de lluvia el agua de la escorrentía ingresa al dispositivo mediante una 
rejilla  o  una  tubería  de  entrega,  directamente  hacia  el  sumidero.  Los  sedimentos  de 
gran tamaño se depositan por efecto de la gravedad en el sumidero y los desechos y 
sustancias con propiedades de flotación permanecen en la superficie. El flujo de agua 
asciende  pasando  por  la  pantalla  donde  son  atrapadas  las  partículas  con  tamaño 
superior.  Las  partículas  más  finas  son  retenidas  en  unas  bolsas  en  los  medios 
filtrantes. Posteriormente el flujo evacúa el sistema. Durante eventos de lluvia de gran 
intensidad, donde el caudal sobrepasa el caudal de diseño, el mecanismo de By Pass 
interviene permitir el flujo del exceso de agua directamente hacia la tubería de salida 
del dispositivo (Yezhao Cai, 2013). 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

82 

 

8.1  Desempeño del Filto Up-Flow 

 

Se han realizado varios estudios en el laboratorio para evaluar el desempeño de este 
filtro desarrollado en la Universidad de Alabama. Uno de los estudios realizados por 
Pitt (2006) midió la concentración de partículas finas en el caudal afluente y efluente 
para  varias  concentraciones  iniciales  y  diferentes  niveles  de  caudal  afluente.  En  la 
siguiente  ilustración  se  muestra  la  concentración  y  distribución  de  partículas  del 
caudal afluente, y la distribución de partículas en el caudal efluente. Se puede ver que 
el  Up-Flow  tiene  un  desempeño  similar  bajo  diferentes  concentraciones  de 
sedimentos  en  el  caudal  afluente  y  niveles  de  caudal,  lo  cual  indica  que  es  eficiente 
ante distintas intensidades y características de eventos de lluvia.  

 

Ilustración 40 Distribución de partículas en caudal Afluente y Efluente. Adaptado de Uday Khambhammettu (2006).

 

Al  medir  la  influencia  del  nivel  de  caudal  afluente  en  la  cantidad  de  sólidos 
suspendidos  removidos  por  el  dispositivo  para  la  misma  concentración  de 
sedimentos, se observó que independientemente del nivel de caudal y concentración 
del caudal afluente, la concentración de sólidos suspendidos en todos los casos tendía 
a  un  valor  entre  0  y  100  miligramos  por  litro.  Las  menores  concentraciones  en  el 
caudal  efluente  se  observaron  para  los  caudales  afluentes  más  bajos  con  menor 
concentración. La reducción de la concentración resultó ser mayor al 70 % cuando la 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

83 

 

concentración  en  el  caudal  afluente  era  mayor  a  90  miligramos  por  litro.  En  la 
siguiente ilustración se evidencia el fenómeno descrito. 

 

Ilustración 41 Concentración en caudal Afluente y Efluente. Adaptado de Uday Khambhammettu (2006). 

Los  demás  mediciones  de  eficiencia  de  remoción  de  partículas  del  Up-Flow  se 
muestran en la siguiente tabla. La remoción de partículas gruesas fue superior al 95% 
para todos los casos evaluados por este estudio en el laboratorio. 

Tamaño de Partículas 

(μm) 

Eficiencia de 

Remoción (%) 

TSS 

85 – 90 

0.45 - 30 

50 

>30 

95 – 100% 

Tabla 14 Eficiencias de Remoción Filtro Up-Flow. Adaptado de Uday Khambhammettu (2006). 

 

8.2  Mantenimiento del Filtro Up-Flow 

 

Se podría llegar a pensar que el mantenimiento del dispositivo de pre-tratamiento Up-
Flow  es  complicado  debido  al  hecho  de  ser  un  sistema  que  cumple  funciones  de 
sedimentador y  filtro a la vez. Sus diseñadores procuraron crear un dispositivo que 
generara tiempos de operación suficientemente extensos y costos de mantenimiento 
bajos.    Al  igual  que  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia,  analizados 
anteriormente,  el  Up-Flow  requiere  mantenimiento  periódico  para  que  su 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

84 

 

funcionamiento  sea  el  correcto.  Para  determinar  el  itinerario  de  limpieza  del 
dispositivo  se  deben  realizar  inspecciones  continuas  a  lo  largo  del  primer  año, 
posterior a su instalación.  La frecuencia del mantenimiento depende de la cantidad de 
sedimentos a la carga de sedimentos a la cual esté expuesto el dispositivo, producto de 
la actividad humana desarrollada en la zona. 

El mantenimiento del filtro Up-Flow consiste en la realización de los siguientes pasos 
(Hydro International, 2008): 

Remoción de sedimentos con camión váctor. 

Remoción de aceites (si es necesario) con camión váctor. 

Remoción de desechos flotantes. No requiere camión váctor. 

Reemplazar las bolsas filtrantes. 

Reemplazar el dispositivo de control de drenaje. 

 

El  reemplazo  de  las  bolsas  filtrantes  se  determina  midiendo  el  peso  de  las  mismas. 
Una bolsa filtrante que ha absorbido una suficiente cantidad de partículas finas pesa 
alrededor de 20 kilogramos en estado saturado. Los filtros deben ser inspeccionados 
después  de  un  evento  de  lluvia  intenso  para  determinar  si  requieren  ser 
reemplazados.  En  el  siguiente  esquema  se  muestra  el  proceso  de  remoción  de 
sedimentos  con  ayuda  de  la  sonda  del  camión  váctor,  y  el  reemplazo  de  las  bolsas 
filtrantes y el dispositivo de control de drenaje, que se hace manualmente. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

85 

 

 

Ilustración 42 Mantenimiento Filtro Up-Flow. Tomado de Hydro International (2008). 

La empresa Hydro International con base en su experiencia en campo de la instalación 
de filtros Up-Flow, propone una tabla de frecuencias de realización de actividades de 
inspección y mantenimiento como la que se muestra a continuación. 

Actividad 

Frecuencia 

Inspección 

Cada 6 meses luego del primer año de 

funcionamiento. 

Remoción de aceites y desechos flotantes  Mínimo 2 veces por año, o más según lo 

determine el itinerario de 

mantenimiento. 

Remoción de sedimentos 

Mínimo 2 veces por año, o más según lo 

determine el itinerario de 

mantenimiento. 

Reemplazo de las bolsas filtrantes 

Mínimo 1 vez por año, o más según lo 

determine el itinerario de 

mantenimiento. 

Reemplazo del dispositivo de control de 

drenaje 

Mínimo 1 vez al año 

Tabla 15 Recomendaciones de frecuencia de mantenimiento. Tomado de Hydro International (2008). 

 

8.3  Casos de Estudio 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

86 

 

8.3.1  Tuscaloosa, Estado de Alabama 

 

Un ejemplo de un caso de aplicación del dispositivo de pre-tratamiento Up-Flow es el 
de la instalación de un dispositivo en un parqueadero de la ciudad de Tuscaloosa en el 
Estado  de  Alabama  en  Estados  Unidos,  realizado  por  Pitt  (2013).  El  filtro  Up-Flow 
hacía tratamiento al agua lluvia captada en un área de 3600 m² aproximadamente. Los 
sedimentos transportados por el agua lluvia eran provenientes principalmente de la 
superficie  de  capa  asfáltica  del  parqueadero,  andenes  y  construcciones  aledañas.  El 
agua  lluvia  removida  de  sedimentos  y  material  contaminante  era  descargada 
posteriormente al río Black Warrior. 

Durante la toma de datos se tuvieron en cuenta los hidrogramas unitarios, la calidad 
del  agua  y  los  sedimentos  acumulados  en  el  sumidero  del  Up-Flow.  Al  comparar  la 
concentración de los caudales afluentes y efluentes se encontró que el dispositivo era 
efectivo removiendo partículas de todos los tamaños, como se muestra en la siguiente 
ilustración.  Se  puede  apreciar  una  disminución  significativa  de  la  masa  de  los 
sedimentos  que  ingresan  al  dispositivo,  siendo  las  partículas  gruesas  la  que 
representan la mayor disminución de masa. 

 

Ilustración 43 Masa acumulada según tamaño de partículas. Adaptado de Yezhao Cai (2013). 

Durante la toma de muestras ante un evento en el cual se presentaba un caudal pico, 
se evidenció que los desechos flotantes aún eran retenidos, gracias al sistema de sifón 
incluido  en  el  mecanismo  de  By-Pass;  y  los  sedimentos  también  seguían 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

87 

 

depositándose en el sumidero. Sin embargo se detectó el fenómeno de resuspensión 
de sedimentos en el sumidero ante la  influencia del caudal pico. El efecto de lavado 
provocaba que algunos sedimentos retenidos salieran del dispositivo, pero su acción 
disminuía  cuando  de  lámina  capa  de  agua  encima  de  la  capa  superficial  de  los 
sedimentos aumentaba, tal como lo demostraron Pitt y Ávila (2011). El hecho de que 
las  bolsas  filtrantes  estuviesen  llegando  al  final  de  su  vida  útil  influenciaba  en  la 
cantidad de sedimentos que podían estar sometidos al fenómeno de lavado. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

88 

 

9  Componentes de Limpieza y Mantenimiento de los dispositivos de pre-

tratamiento de Agua lluvia. 

 

El  mantenimiento  es  un  factor  decisivo  en  el  desempeño  de  los  dispositivos  de 
tratamiento  de  agua  lluvia,  ya  sean  sedimentadores  o  filtros.  Como  se  discutió 
anteriormente, la no realización de mantenimiento a los dispositivos analizados causa 
taponamiento  de  los  dispositivos  sedimentadores  y  colmatación  de  los  filtros.    Los 
dispositivos  analizados  anteriormente  como  el  sumidero  convencional  y  el  vórtice 
hidrodinámico  son  diseñados  para  almacenar  una  cantidad  determinada  de 
sedimentos en sus cámaras de almacenamiento; si la cámara de almacenamiento no es 
limpiada,  el  funcionamiento  del  desempeño  se  verá  altamente  comprometido,  al  no 
poder  con  su  objetivo  de  remover  sedimentos  presentes  en  el  agua  lluvia.  Si  un 
dispositivo  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  alcanza  su  máxima  capacidad  de 
almacenamiento, se expone a fenómenos de resuspensión de sólidos, o simplemente 
no  ejerce  ningún  tipo  de  tratamiento,  sirviendo  simplemente  como  un  punto  de 
inspección en el que la concentración de sedimentos es la misma en el caudal afluente 
y efluente. 

Los diseños de los dispositivos de pre-tratamiento de aguas lluvias deben acomodarse 
a  las  condiciones  de  aquellos  lugares  donde  serán  instalados  y  a  los  métodos  de 
limpieza y mantenimiento existentes. Por ejemplo la remoción de sedimentos de los 
dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia típicamente se realiza con la ayuda de 
un camión váctor, el  cual succiona los sedimentos de la cámara de alimento con una 
sonda,  utilizando  un  mecanismo  de  succión.  A  continuación  se  listan  algunos  de  los 
factores  que  deben  ser  tenidos  en  cuenta  por  los  fabricantes  de  los  dispositivos  de 
pre-tratamiento de aguas lluvias a la hora de diseñar la geometría y la estructura de 
sus productos (Hunt, 2008). 

Los dispositivos deben estar provistos de un mecanismo de acceso superficial 
como  una  tapa  de  alcantarilla  para  poder  llevar  a  cabo  las  inspecciones  y  el 
mantenimiento rutinario. 

Las sondas de los camiones váctor tienen una longitud máxima de  5 metros, 
por  lo  cual  deben  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  deben  ser  diseñados 
teniendo en cuenta esta restricción. 

Los  componentes  internos  de  los  dispositivos  deben  ser  diseñados  de  tal 
manera que no entorpezcan los procesos de inspección y mantenimientos, es 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

89 

 

decir,  que  estén  debidamente  dispuestos  dentro  del  dispositivo  para  que  los 
operarios encargados de la limpieza no encuentren inconvenientes y pueden 
realizar una limpieza adecuada del dispositivo. 

Se recomienda que el tamaño del punto de acceso superficial a los dispositivos 
tenga  como  mínimo  un  diámetro  de  75  centímetros,  espacio  adecuado  para 
que  una  persona  pueda  ingresar  al  sistema  en  caso  de  que  algún  tipo  de 
reparación estructural sea requerida, y también para que la sonda del camión 
váctor  así  como  los  demás  instrumentos  empleados  durante  la  limpieza  no 
tengan restricciones de movimiento. Los dispositivos de pre-tratamiento que 
contienen  medios  filtrantes  al  igual  que  los  dispositivos  hidrodinámicos 
pueden  requerir  puntos  de  acceso  de  mayor  diámetro,  ya  que  tienen 
accesorios adicionales dentro de su sistema. 

 

Una vez el dispositivo de pre-tratamiento de agua lluvia es instalado en  el punto de 
captación de agua lluvia o conectado al sistema de drenaje pluvial, es responsabilidad 
del propietario del predio, si se instala en una propiedad privada, o de la empresa de 
alcantarillado,  si  hace  parte  del  sistema  de  drenaje  pluvial  urbano,  realizar  el 
mantenimiento del dispositivo. La limpieza de los dispositivos se debe realizar cuando 
se cumpla alguno o varios de los siguientes requerimientos: 

Cuando lo indique el itinerario de limpieza establecido por el fabricante del 
dispositivo. 

Cuando  el  volumen  de  sedimentos  acumulados  en  el  sumidero  de  los 
dispositivos  alcance  en  nivel  establecido  por  el  fabricante,  para  el  cual  se 
debe realizar el trabajo de limpieza del sumidero. 

Los  medios  filtrantes  deben  ser  reemplazados  cuando  así  lo  especifique  el 
fabricante, según los cálculos realizados de su expectativa de vida útil.  

9.1  Métodos de Limpieza 

 

El  mantenimiento  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  aguas  lluvias, 
dependiendo  del  nivel  de  complejidad  de  sus  componentes,  debe  ser  realizado  por 
personal capacitado para realizar dicha labor. A continuación se listan los principales 
métodos de limpieza de los dispositivos de pre-tratamiento. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

90 

 

 

Manual:  Realizado  por  personal  entrenado  de  una  de  una  empresa  de 
mantenimiento  que  cuenta  con  la  indumentaria  de  seguridad  adecuada  y 
elementos  como:  herramienta  de  elevación  de  la  tapa  superior  de  sumidero, 
sonda de sedimentos, linterna y formato de toma de datos. 

 

Con  equipo:  Típicamente  son  utilizados  los  camiones  váctor  equipados  con 
mecanismos de succión para llevar a cabo esta labor. 

Debido a que la mayor acumulación de sedimentos, basuras y elementos como hojas 
ocurre  durante  la  temporada  de  invierno,  es  altamente  recomendable  realizar  el 
mantenimiento en  aquellos meses en los que prevalece el tiempo seco, con el fin de 
garantizar el correcto funcionamiento de los sumideros durante los meses de lluvia. 

9.1.1  Camión Váctor 

 

Los camiones  váctor son los equipos  más ampliamente utilizados para llevar a cabo 
los procesos de mantenimiento de los dispositivos de tratamiento de agua lluvia. Su 
funcionamiento  se  basa  en  el  principio  del  vacío,  generado  por  una  bomba,  que  le 
permite  crear  una  gran  fuerza  de  succión  para  remover  los  sedimentos  de  los 
sumideros. El aire de succión recircula continuamente en el sistema, siendo limpiado 
de sedimentos para no alterar el funcionamiento de la bomba. Los camiones váctor se 
diferencian por el volumen de sedimentos que pueden almacenar y la potencia de la 
bomba de succión. 

En  la  siguiente  ilustración  se  muestra  el  perfil  de  un  camión  váctor  típico  donde  se 
evidencian sus componentes principales. 

 

Ilustración 44 Perfil de Camión Váctor. Tomado de Vac-Con®. 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

91 

 

Con base en la ilustración se nombran algunos de sus principales componentes: 

Componentes del Camión Váctor 

1   Montaje de manguera flexible 
2   Punto de control del funcionamiento del 
camión 
5   Tanque de almacenamiento de agua 
9   Bomba generadora de vacío por 
centrifugado 
10 Limpiador de sedimentos y partículas 
13 Tanque de almacenamiento de sedimentos 

Tabla 16 Componentes principales del camión váctor. 

 

9.2  Itinerario de Limpieza 

 

Con el fin de llevar un control sobre los mantenimientos que se deben realizar en los 
dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia,  las  empresas  de  mantenimiento,  así 
como las empresas distribuidoras de dispositivos de tratamiento de aguas pluviales, 
recomiendan generar un itinerario de limpieza. Dicho itinerario se establece con base 
en  las  inspecciones  realizadas  durante  el  primer  año  de  funcionamiento  de  los 
dispositivos,  luego  de  hacer  sido  instalados.  Este  itinerario  varía  de  dispositivo  a 
dispositivo,  y  de  lugar  a  lugar,  puesto  que  el  mantenimiento  que  requiere  un 
dispositivo depende de las condiciones del área de influencia del mismo. Por ejemplo, 
un  dispositivo  localizado  en  una  zona  industrial  requerirá  una  mayor  frecuencia  de 
mantenimiento que uno situado en una zona residencial. 

El desarrollo de un programa de mantenimiento efectivo toma tiempo, y no depende 
sólo  de  las  características  del  dispositivo  de  aguas  lluvias  sino  de  muchas  otras 
variables como el diseño del mismo, el tamaño, la localización geográfica, el uso de la 
tierra, entre otras. El mejor plan de mantenimiento se logra cuando este se familiariza 
con  el  comportamiento  de  los  dispositivos  a  lo  largo  del  tiempo  (Houle,  Roseen, 
Ballestero, Puls, & Jr., 2013). 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

92 

 

9.3  Importancia de realizar el mantenimiento 

 

El  adecuado  mantenimiento  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento  y  demás 
dispositivos  de  tratamiento  de  aguas  lluvias  es  importante  desde  el  punto  de  vista 
funcional ya que evita que se obstaculicen las entradas o las salidas de las estructuras, 
al igual que evitar que algunos desechos contaminados lleguen a los cuerpos de aguas 
receptores. Desde el punto de vista sanitario y de salud pública la limpieza  oportuna 
de los dispositivos previene la descomposición de materia orgánica residente en los 
sumideros, y por ende la reducción en la cantidad de oxígeno disuelto, y el posterior 
incremento en la cantidad de bacterias en los flujos de aguas de alcantarillado. Según 
la  empresa  de  mantenimiento  SEMCOG  los  altos  índices  de  oxígeno  disuelto  y  bajos 
niveles de población de bacterias son cruciales para no perjudicar el equilibrio en los 
ecosistemas acuáticos. Adicionalmente el mantenimiento periódico de los dispositivos 
garantiza  su  máxima  eficiencia  de  operación,  mantiene  un  precio  estable  del 
mantenimiento del mismo y asegura su durabilidad durante su vida útil. 

La no realización del mantenimiento oportuno a  los dispositivos de pre-tratamiento 
de agua lluvia trae problemas de desempeño del dispositivo, deterioro y problemas de 
saneamiento  como  la  generación  de  mosquitos,  de  poblaciones  de  bacterias  y  de 
descomposición de desechos orgánicos (NJDEP, 2004). 

 

9.4  Disposición de sedimentos  

 

Dependiendo  del  mecanismo  utilizado  para  llevar  a  cabo  el  mantenimiento  de  los 
dispositivos, la disposición de los mismos se clasifica en dos grupos (SEMCOG). 

 

Remoción de agua en el sumidero: Típica de bombas que pueden extraer el 
agua sin remover los desechos que se encuentran en el fondo del sumidero. La 
disposición  final  del  agua  depende  de  las  regulaciones  concernientes  a  las 
zonas  de  realización  de  los  mantenimientos.  Usualmente  el  agua  puede  ser 
descargada  al  sistema  de  alcantarillado  o  aplicada  al  suelo  circundante  al 
sumidero. 

 

Remoción  de  agua  mezclada  con  sólidos:  Cuando  en  el  proceso  de 
mantenimiento el agua se mezcla con los sedimentos que se encuentran en el 
sumidero,  se  debe  hacer  un  tratamiento  cual  si  se  tratase  de  un  desecho 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

93 

 

industrial, llevando dicha mezcla obtenida con el camión váctor a una planta de 
tratamiento, puesto que los sedimentos pueden llegar a contener metales como 
el  plomo,  que  representan  una  amenaza  para  los  ecosistemas  acuáticos  y  los 
cuerpos de agua receptores. 

 

9.5  Reglamentación del Mantenimiento para los dispositivos de pre-

tratamiento 

 

En países donde el empleo de prácticas de manejo sostenible de aguas lluvias se ha 
generalizado como en Estados Unidos y Australia, existen entidades creadas con el fin 
de  evaluar  la  efectividad  y  el  funcionamiento  de  los  dispositivos  de  tratamiento  de 
agua lluvia. Entidades como el Departamento de Protección Ambiental de New Jersey 
emiten certificados de aprobación de los dispositivos con base en pruebas realizadas 
en  laboratorio.  En  dichos  documentos  se  especifica  la  efectividad  del  dispositivo  en 
cuanto a remoción de sedimentos, y se compara con lo establecido por el fabricante 
para establecer su veracidad. Adicionalmente se presenta un plan de mantenimiento 
con  base  en  las  inspecciones  realizadas,  así  como  procedimientos  indispensables  en 
cualquier  tipo  de  dispositivo.  Los  procedimientos  generales  para  cualquier  tipo  de 
dispositivo de pre-tratamiento de agua lluvia se describen en la siguiente tabla. 

 
 

¿Cuándo se requiere inspeccionar? 

Luego de la instalación y antes de iniciar el 
funcionamiento del dispositivo. 
Inmediatamente después de un derrame de 
aceite, combustible u otro tipo de químico. 
Siempre que el itinerario de limpieza lo indique. 

 
 

¿Cuándo se requiere mantenimiento? 

Cuando la altura de los sedimentos alcance el 
75% del el almacenamiento total del dispositivo. 

Inmediatamente después de producirse derrames 

de combustibles, aceites o químicos. 

 

Si no se realiza mantenimiento 

Eficiencia de reducción de sedimentos y basuras 

se reduce. 
Basura puede obstruir la entrada al dispositivo. 

Agua de la zona de captación del dispositivo se 

estancará en la superficie, generando posibles 
inundaciones. 

Tabla 17 Requerimientos generales de mantenimiento. Adaptado de Imbrium Systems Corporation (2011). 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

94 

 

9.6  Problemas de la implementación de la inspección y el 

mantenimiento 

 

Los  procesos  de  operación  y  mantenimiento  de  los  dispositivos  de  tratamiento 
pueden acarrear problemas cuando no se establecen la responsabilidad de las partes. 
En países o ciudades donde no existe jurisdicción acerca de los procesos de operación 
y limpieza de los dispositivos de tratamiento se pueden generar problemas como los 
siguientes (Hampsshire): 

¿El responsable del mantenimiento es un agente público o uno privado? 

¿Quién  se  hace  cargo  de  la  financiación  de  los  costos  de  limpieza  y 
mantenimiento? 

¿Los equipos disponibles son aptos para realizar el mantenimiento? 

 

Para dar respuesta a estos y otros interrogantes que surgen entre las partes cuando se 
va a realizar el proceso de mantenimiento, los países en donde el uso de dispositivos 
de pre-tratamiento, y en general la aplicación de prácticas de drenaje sostenible se ha 
extendido,  se  han  creado  entidades  encargadas  de  sacar  normativa  en  la  materia. 
Dichas  entidades  son  encargadas  de  preparar  guías  metodológicas  acerca  de  los 
procesos de inspección, operación y mantenimiento de los dispositivos y técnicas de 
drenaje sostenible. Un ejemplo de dichas entidades es el Departamento de Protección 
Ambiental del Estado de New Jersey, en Estados Unidos; este ente regulador además 
de  crear  guías  metodológicas  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento,  genera 
certificados  de  laboratorio  en  los  cuales  avala  o  rechaza  la  utilización  de  los 
dispositivos más comunes en el mercado. Los certificados además incluyen toda una 
guía acerca de los procesos de instalación operación y mantenimiento del dispositivo 
de pre-tratamiento de agua lluvia, objeto de análisis por parte del ente regulador. 

9.7  Mantenimiento de dispositivos de pre-tratamiento 

 

Los  sumideros  convencionales  de  los  sedimentadores  permiten  que  el  agua 
proveniente  de  la  escorrentía  superficial  entre  al  sistema  de  conducción  de  aguas 
subterráneas,  o  a  un  sistema  predial  de  tratamiento  de  agua  lluvia  para  realizar 
control  en  la  fuente.    Muchos  de  los  sumideros  disponen  de  poco  volumen  para 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

95 

 

retener  sedimentos.  Al  ser  una  trampa  de  sólidos,  previenen  el  taponamiento  del 
alcantarillado, así como la llegada de este tipo de sólidos, que usualmente representan 
una  fuente  de  contaminación,  a  los  cuerpos  de  agua  receptores.  Por  ello  se  hace 
necesario  realizar  un  mantenimiento  periódico  para  garantizar  el  correcto 
funcionamiento  de  estos  dispositivos.  La  remoción  de  los  sedimentos  de  los 
sumideros contribuye a mejorar la calidad del agua que llega a los alcantarillados, ya 
que  se  reducen  los  sólidos  suspendidos  al  igual  que  la  carga  de  partículas 
contaminantes que llegan a los cuerpos de agua receptores. 

A  continuación  se  muestran  algunas  de  las  ventajas  y  desventajas  de  realizar 
mantenimiento a los sumideros de almacenamiento de sedimentos del agua lluvia. 

Ventajas 

Desventajas 

Es  una  manera  rentable  de  prevenir  el 

transporte  de  sedimentos  y  material 
contaminado  hacia  los  cuerpos  de  agua 

receptores. 

Pueden  contener  material  que  requiere 

un  tratamiento  especial  para  su 
disposición final. 

Garantiza el correcto funcionamiento del 
dispositivo. 

Difíciles de limpiar en zonas de alto flujo 
vehicular.  

Mejora  la  calidad  del  agua  transportada 

hacia aguas abajo. 

En 

países 

con 

estaciones, 

su 

mantenimiento  se  dificulta  durante  el 
invierno. 

Garantiza  la  remoción  y  retención  de 

agentes contaminantes en el agua lluvia. 

 

Reduce  el  riesgo  de  resuspensión  de  los 

sedimentos atrapados. 

 

Disminuye  el  riesgo  de  falla  del 

dispositivo 

 

Tabla 18 Ventajas y Desventajas de realizar mantenimiento. Adaptado de NJDEP (2004) y EPA (1999).

  

 

Dentro de las recomendaciones de la Agencia de Protección del Ambiente (EPA), por 
sus siglas en inglés, se debe realizar una inspección a los sumideros por lo menos una 
vez  al  año  para  determinar  si  es  necesario  llevar  a  cabo  el  mantenimiento.  El 
mantenimiento se  debe hacer cuando la altura de los sedimentos sea superior a una 
tercera parte de la altura dispuesta para el almacenamiento (EPA, 1999).   

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

96 

 

9.8  Caso de Estudio 

 

En el Estado de New Jersey Junghoon y Qizhong (2011) realizaron un estudio sobre 12 
dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  para  determinar  su  intervalo  de 
limpieza.  Los  12  dispositivos  eran  vórtices  hidrodinámicos,  instalados  en  8  puntos 
diferentes  a  lo  largo  de  las  autopistas  del  Estado,  donde  se  consideraba  estaban 
sometidos a diferentes cargas de sedimentos.  

Durante las inspecciones rutinarias se inspeccionaba la altura de los sedimentos en el 
sumidero, como factor de determinación de la necesidad de realizar mantenimiento al 
dispositivo. Con el fin de trabajar bajo las mismas condiciones, todos los dispositivos 
fueron  limpiados,  previamente  al  inicio  de  las  inspecciones.  La  toma  de  datos  se 
realizó  en  intervalos  de  dos  meses  durante  los  primeros  18  meses,  y  luego  en 
intervalos de 3 meses. 

Durante  los  tres  años  del  estudio  no  se  realizó  mantenimiento  a  ninguno  de  los 
dispositivos,  a  menos  de  que  fuese  necesario.  A  continuación  se  muestra  los 
resultados de las mediciones. El dispositivo que estaba sometido a una mayor carga de 
sedimentos,  reportó  una  altura  de  sedimentos  de  3.5  pies,  107  centímetros.  El 
sumidero con menor volumen de sedimentos capturados en su sumidero reportó una 
altura de tan sólo 3 centímetros, luego de los 3 años de haberse realizado la limpieza 
inicial. 

 

Ilustración 45 Acumulación de sedimentos. Adaptado de Guo (2011). 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

97 

 

Las diferencias en la altura de los sedimentos medidas para los doce dispositivos se 
podían explicar por la influencia de variables como el nivel de tráfico en la autopista, 
los  desechos  producto  de  las  actividades  humanas  desarrolladas  en  la  zona,  las 
estaciones, el deshielo en los meses de invierno, y el control en la fuente. Con base en 
la identificación de las variables más influyentes en la acumulación de sedimentos en 
el sumidero, se establecieron algunos criterios bajo los cuales era posible determinar 
el intervalo de mantenimiento para un dispositivo de pre-tratamiento de agua lluvia. 

El  estado  de  la  infraestructura  de  drenaje  existente  puede  afectar  el 
desempeño  de  los  dispositivos  de  pre-tratamiento.  Si  existen  fugas  en  las 
tuberías  u  obstrucciones,  no  llegará  la  cantidad  necesaria  de  agua  lluvia  al 
dispositivo de remoción. 

La  cantidad  de  sedimentos  transportados  por  la  lluvia  y  posteriormente 
capturados por el dispositivo de tratamiento, se aumenta notoriamente cuando 
no  se    realiza  control  en  la  fuente    de  los  desechos  generados  por  la 
construcción  de  obras  civiles  y  erosión  del  suelo.  Por  ende  la  frecuencia  de 
mantenimiento del dispositivo debe aumentar. 

Si el nivel de tráfico en la zona donde se encuentra el dispositivo es constante, 
se puede determinar un intervalo de limpieza en función del tráfico que circula. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

98 

 

10 Viabilidad de la implementación de dispositivos de pre-tratamiento de 

agua lluvia 

 

El análisis de la viabilidad desde el punto de vista económico de instalar y mantener el 
funcionamiento de los dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia se hará a través 
del  análisis  de  un  caso  de  estudio,  en  el  que  se  centraron  en  los  costos  del 
mantenimiento  de  unos  sumideros  convencionales,  y  en  el  costo  de  barrer 
parqueaderos, para disminuir el porcentaje de contaminantes que eran transportados 
por la escorrentía. 

En el año 2012 se instauró un plan de restauración de la cuenca cercana a la ciudad de 
Nashua, en New Hampshire (Estados  Unidos), debido a los notables aumentos de la 
concentración de fósforo. Los análisis de los focos de la contaminación mostraron que 
los  desechos  de  fósforo  se  originaban  principalmente  en  parqueaderos  y  áreas 
impermeables de la ciudad aledañas a sitios comerciales e industriales. Con el fin de 
disminuir  los  niveles  de  fósforo  que  eran  transportados  por  el  agua  lluvia  hacia  la 
cuenca  que  proveía  de  agua  potable  a  la  ciudad,  se  propuso  intensificar  el 
mantenimiento  de  los  sumideros  así  como  la  frecuencia  de  limpieza  de  calles  y 
parqueaderos. 

En  el  informe  preparado  por  Comprehensive  Environmental  (2013)  se  evalúa  la 
viabilidad  del  aumento  de  la  frecuencia  de  barrido  en  las  calles  y  la  limpieza  de  los 
sumideros  utilizando  los  equipos  tecnológicos  más  eficientes,  desde  un  enfoque 
económico.  

Durante  las  investigaciones  previas  a  la  elaboración  del  informe  se  determinó  que 
muy  pocos  propietarios  de  parqueaderos  o  de  sumideros  de  tratamiento  de  agua 
lluvia  realizaban  el  mantenimiento  adecuado.  En  cuanto  al  barrido,  se  encontró  que 
aunque  muchos  propietarios  contrataban  los  servicios  de  empresas  de 
mantenimiento, las limpiezas no se hacían con los equipos adecuados. Algunos otros 
utilizaban método manuales, y otros cuantos se abstenían de hacerlo. 

El mantenimiento de los sumideros se hacía habitualmente cuando se necesitaba, es 
decir,  cuando  los  sedimentos  requeridos  alcanzaban  la  máxima  capacidad  del 
sumidero, desconociendo las recomendaciones de los fabricantes de cuándo  realizar 
el mantenimiento.  

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

99 

 

El análisis de viabilidad económica contempló dos posibilidades. La primera consistía 
en  contratar  una  empresa  externa  que  realizara  las  labores  de  limpieza  de  los 
sumideros y barrido. La segunda posibilidad consistía en que la empresa de servicios 
públicos  de  la  ciudad  pudiera  adquirir  un  camión  váctor  y  una  barredora  de  aire 
regenerativo  para  llevar  a  cabo  la  limpieza.  A  continuación  se  muestra  una 
comparación entre los precios asociados a la implementación de cada una de las dos 
alternativas. El área de los parqueaderos con limpiar corresponde a un valor de 5200 
m² aproximadamente. Se estiman 4 sumideros en cada uno de los 232 parqueaderos 
en la ciudad, que corresponden a un total de 928 sumideros que deben ser limpiados. 
En  la  tabla  se  muestra  en  rango  del  costo  total  del  mantenimiento  y  el  costo 
discriminado  por  libra  de  total  de  partículas  (TP)  y  Total  de  Sólidos  Suspendidos 
(TSS) removidos. 

  

Barrido 

Limpieza Sumideros 

Empresa de Mantenimiento 

Comprando 

Equipos 

Empresa de Mantenimiento  Comprando 

Equipos 

Costo (usd) 

$ 83.000 

$ 103.000 

$ 130.000 

$ 83.000 

$ 175.000 

$ 143.000 

$/lb TP 

$ 1.400 

$ 1.700 

$ 2.100 

$ 1.000 

$ 2.000 

$ 1.700 

$/lb TSS 

$ 5 

$ 6 

$ 8 

$ 3 

$ 6 

$ 5 

Tabla 19 Comparación de precios alternativas de mantenimiento. Adaptado de Comprehensive 

Environmental, Inc. (2013). 

 

Los valores de la tabla corresponden a un mantenimiento realizado dos veces por año. 
Como se puede apreciar en la tabla resulta más rentable para la comunidad contratar 
los  servicios  de  una  empresa  externa  que  realice  los  procedimientos  de 
mantenimiento  tanto  de  barrido  de  las  calles  como  limpieza  de  los  sumideros.  Los 
costos asociados con esta alternativa se encuentran en un rango de precios, dado los 
descuentos  que  ofrecen  las  empresas  por  una  mayor  cantidad  de  propietarios  que 
contratasen el servicio de mantenimiento. 

La  solución  consistente  en  comprar  los  equipos  para  realizar  el  mantenimiento 
resultaría  más  rentable  siempre  y  cuando  la  frecuencia  del  mantenimiento  se 
aumentara.  Sin  embargo  aumentar  la  frecuencia  de  limpieza  y  de  barrido  significa 
aumentar los costos de los propietarios de los parqueaderos y sumideros que deben 
pagar por los servicios. Dado el nivel de carga de sedimentos generada en promedio 
en  la  ciudad,  realizar  las  labores  de  mantenimiento  y  barrido  dos  veces  al  año  es 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

100 

 

rentable para los propietarios y reduce las concentraciones de fósforo que llegan a la 
cuenca, de donde se abastece la ciudad de agua potable. 

Debido  a  que  la  realización  del  mantenimiento  de  los  sumideros  y  el  barrido  de  los 
parqueaderos  no  es  una  actividad  regulada  por  alguna  entidad  ambiental  estatal,  la 
viabilidad del proyecto depende en gran medida de la disposición de los propietarios 
de los almacenes ubicados en las zonas industriales y comerciales, donde se demostró 
se produce la mayor concentración de fósforo que contamina la cuenca. Paralelamente 
a la proposición del proyecto de contratación de una empresa de mantenimiento que 
realice las labores de barrido y limpieza de los sumideros, se deben iniciar campañas 
de  concientización  de  las  personas  del  impacto  ambiental  de  la  no  realización  del 
mantenimiento  de  la  superficies  impermeables  y  de  los  dispositivos  de  pre-
tratamiento de agua lluvia en los cuerpos de agua receptores.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

101 

 

11 Unificación  de  métodos  de  realización  y  presentación  de  estudios  de 

desempeño de dispositivos de pre-tratamiento 

 

Dada la amplia oferta en el mercado de dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia, 
varias  agencias  ambientales  han  incorporado  pruebas  de  laboratorio  en  sus 
procedimientos para poder aprobar el uso de los dispositivos de agua lluvia (Pitt S. E., 
2008).  Sin  embargo,  una  década  atrás  aún  no  existía  claridad  acerca  de  los 
procedimientos adecuados para poder medir la eficiencia de los dispositivos de pre-
tratamiento  durante  las  pruebas  de  laboratorio.    El  hecho  de  que  no  existían 
protocolos  acerca  de  la  manera  de  evaluar  el  desempeño  de  los  dispositivos,  se 
prestaba  para  que  los  fabricantes  de  los  dispositivos  manipulasen  los  ensayos  para 
cumplir con los objetivos de remoción y retención de sedimentos. La implementación 
de una metodología estándar de evaluación del desempeño de los dispositivos de pre-
tratamiento de agua lluvia en el laboratorio de los entes reguladores del manejo del 
agua lluvia se hacía imperativa. 

No  fue  sino  hasta  el  año  2009  que  se  creó  una  guía  metodológica  de  los 
procedimientos que se debían llevar a cabo en el laboratorio para poder certificar un 
dispositivo de pre-tratamiento de agua lluvia.  Dada la amplia variedad de dispositivos 
disponibles  en  el  mercado,  esta  metodología  permitiría  a  los  clientes  realizar  una 
verdadera comparación entre los dispositivos y discernir acerca de cuál se acomodaba 
más a sus necesidades. Esta metodología de evaluación fue desarrollada en conjunto 
por la American Society of CivilEngineers (ASCE); Water, Wastewater and Stormwater 
Council  (WWSC);  
y  por  Wet  Weather  Flow  Technology  Committee  of  Urban  Water 
Resources Research Council (UWRRC).  
  

La  guía  metodológica  establece  unos  criterios  para  llevar  a  cabo  los  ensayos  de 
eficiencias de los dispositivos en el laboratorio, así como condiciones bajo las cuales 
deben  hacerse  los  ensayos.  Los  resultados  obtenidos  por  este  procedimiento  son 
respaldados por un modelo estadístico.  El objetivo de este protocolo de evaluación de 
dispositivos de pre-tratamiento además de generar una metodología que permitiese 
comparar  los  dispositivos  entre  sí,  era  el  de  que  los  laboratorios  mostraran  los 
resultados de una manera más comprensible para el público en general.  

El  protocolo  de  evaluación  de  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia 
contempló todas las variables que pudiesen afectar los resultados de la medición del 
desempeño  general  de  los  dispositivos.  Como  medida  de  estandarización  de  la 
presentación de los resultados, el comité integrado por las diferentes autoridades en 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

102 

 

la materia resolvió establecer un formato de presentación de resultados bajo el cual se 
regirían  todos  los  estudios  de  la  evaluación  del  desempeño  de  dispositivos  de  pre-
tratamiento  a  partir  de  la  fecha.  Dicho  formato  de  presentación  se  muestra  en  la 
siguiente tabla. 

Ítem 

Descripción 

Resumen 

Una  breve  descripción  del  contenido  del 

documento y de los resultados obtenidos. 

Definiciones 

Cuando  se  ameriten  dado  el  caso  de 
estudio de alguna propiedad o fenómeno 

no convencional. 

Condiciones del sitio 

Tales  como  tipo  de  suelo,  características 
del lugar del estudio, tipos de desechos. 

Descripción de la tecnología 

Incluye  parámetros  como  dimensiones, 

operación,  componentes,  mantenimiento 
y costo. 

Metodologías y Procedimientos 

Granulometría 

de 

las 

partículas, 

instrumentos  de  medición,  caudales 
afluentes, tiempos de medición, montajes. 

Descripción y medición del evento de 

lluvia 

De  ser  requerido  parámetros  como 

Intensidad, duración, fecha del fenómeno, 
análisis de los hidrogramas.  

Resultados y Discusión 

Medición 

de 

concentración 

de 

sedimentos  en  el  caudal  afluente  y 

efluente, 

acompañado 

de 

análisis 

estadístico.  
Determinación  de  límites  de  desempeño 

y porcentajes de eficiencia de remoción y 

retención. 
Análisis de eventos individuales. 

Recomendaciones de mantenimiento. 

 

Conclusiones 

Consolidación  de  los  resultados  y 

recomendaciones. 

Tabla 20 Formato de presentación de estudios de dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia. Adaptado 

de Robert M. Roseen

 

(2009).

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

103 

 

12 Conclusiones 

 

Con base en la extensa revisión bibliográfica realizada durante la realización de este 
proyecto,  se  pueden  generar  las  siguientes  conclusiones  acerca  del  desempeño  y 
mantenimiento de los dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia. 

La contaminación en el agua lluvia es un problema real que afecta a todas las 
urbes  donde  se  haya  impermeabilizado  la  superficie  para  darle  paso  a 
desarrollo  urbano.  En  algunos  lugares  se  evidencia  mayor  concentración  de 
contaminantes  que  en  otros,  dependiendo  de  las  actividades  humanas 
desarrolladas y del período seco previo al evento de lluvia. 

Los dispositivos de pre-tratamiento de agua lluvia se han perfilado como una 
solución viable y efectiva para evitar la contaminación de los cuerpos naturales 
de agua receptores. 

La  correcta  caracterización  del  fenómeno  del  primer  lavado,  es  fundamental 
para  poder  establecer  la  cantidad  de  sedimentos  y  contaminantes  que  los 
dispositivos de pre-tratamiento deben remover y retener del agua lluvia. 

Los dispositivos de pre-tratamiento sedimentadores son eficientes removiendo 
partículas gruesas, pero no tanto removiendo partículas finas, que típicamente 
están asociadas con los contaminantes presentes en el agua lluvia. 

Las  estructuras  de  filtración  tienen  el  problema  de  que  se  colmatan 
rápidamente, por ende su vida útil es corta y su mantenimiento es complicado. 

El dispositivo de sedimentación más eficiente es el vórtice hidrodinámico, ya 
que  garantiza  el  mayor  tiempo  de  residencia  del  flujo  en  su  interior  y  es  el 
único  que  tiene  el  sumidero  aislado  hidráulicamente  de  sus  demás 
componentes.  Al  tener  el  sumidero  separado  y  protegido,  no  expone  los 
sedimentos almacenados al fenómeno de resuspensión y lavado, caso contrario 
de la cámara de inspección estándar. 

El  geotextil  no  tejido  es  más  eficiente  que  el  filtro  de  arena  desde  el  punto 
hidráulico,  puesto  que  su  estructura  no  altera  el  flujo  del  agua,  al  ser  muy 
delgada en comparación con lo espesores típicos de un filtro de arena. 

La  técnica  de  barrido  de  calles  resulta  ser  muy  eficiente  si  se  utilizan  los 
equipos adecuados, que resultan ser eficientes en capturar partículas finas de 
la  superficie.  Sin  embargo  su  eficiencia  está  ligada  a  la  ocurrencia  de  los 
eventos  de  lluvia,  pues  como  se  mostró,  su  efecto  en  la  disminución  de 
contaminantes  no  es  significativo  si  el  evento  de  precipitación  ocurre  mucho 
después de haber barrido la superficie. 

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Desempeño y Mantenimiento de Dispositivos de Pre-Tratamiento de Agua Lluvia                   
Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

104 

 

El dispositivo mixto de filtración y sedimentación Up-Flow resulta ser la mejor 
opción  en  cuanto  a  dispositivos  de  pre-tratamiento  de  agua  lluvia  a  nivel 
predial,  pues  muestra  eficiencias  de  remoción  superiores  al  90%  y  posee  un 
medio de filtración efectivo que le brinda una mayor vida útil. Adicionalmente 
una  de  sus  mayores  ventajas  es  que  puede  ser  puesto  en  funcionamiento  en 
estructura de drenaje existente. 

Aunque el propósito de este proyecto no era evaluar la viabilidad económica de 
la implementación y mantenimiento de los dispositivos de pre-tratamiento de 
agua lluvia, el factor económico resulta ser decisivo a la hora de escoger uno u 
otro  dispositivo.  El  caso  de  estudio  de  presentado  por  Comprehensive 
Environmental  (2013)  acerca  de  la  ciudad  de  Nashua  es  un  ejemplo  claro  de 
que  realizar  un  drenaje  sostenible  del  agua  lluvia  resulta  ser  costoso,  sobre 
todo porque los particulares son quienes deben acarrear dichos costos.  

A lo largo de este proyecto se ha demostrado la eficiencia en cuanto a remoción 
de  sedimentos  y  contaminantes  por  partes  de  los  dispositivos  de  pre-
tratamiento.  Sin  embargo  la  implementación  y  ejecución  de  proyectos  de 
drenaje  de  aguas  lluvias  sostenibles  debe  ir  de  la  mano  con  un  plan  de 
sensibilización  y  concientización  de  la  población  acerca  de  la  importancia  de 
preservar los cuerpos de agua naturales que se ven afectados por los agentes 
contaminantes transportados por el agua lluvia. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Utilizados a Nivel Predial. 

 

 

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Environmental and Water Resources Congress 2013: Showcasing the Future © ASCE 2013. 

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