Crecimiento urbano y el sistema fluvial

Ing civil

Antecedentes

Con una frecuencia que ha aumentado y sigue creciendo a un ritmo que nunca se previó, somos testigos de eventos de desbordamiento de alcantarillas, quebradas y ríos. Constantemente se puede leer en los periódicos y ver en las noticias, que el problema no solo se presenta en zonas en las que desde hace tiempos se producían estas calamidades, sino también en cantones en donde nunca antes se habían tenido este tipo de situaciones.

Historia del desarrollo urbano

Las antiguas o primeras ciudades se desarrollaron bajo un esquema de cuadrantes formados por una plaza y frente a ella, la Iglesia, la escuela, el Palacio Municipal y un comercio incipiente. Al principio, este cuadrante tuvo una planificación de espacio de acuerdo al crecimiento esperado; pero con el pasar del tiempo, la demanda de terrenos para nuevos pobladores superó la oferta y entonces, en ausencia de nuevos cuadrantes, se empezaron a desarrollar asentamientos a lo largo de los caminos de acceso a otros centros de población y a las fincas agrícolas y ganaderas circundantes. Entonces el crecimiento que se dio fue en forma longitudinal a lo largo de estas vías. Sin embargo una vez más la demanda superó a la oferta y se inició la utilización de la franja de terreno colindante en ambos márgenes de estas calles de unión entre poblaciones.

Posteriormente, las urbanizaciones que se construyeron no fueron planificadas como un crecimiento de los cuadrantes, sino que se ubicaron a lo largo de las vías que unen las ciudades originales.

Hoy en día pueden verse ciudades de las que parten carreteras en forma radial y a cada lado de éstas, calles en forma de “U”, en el mejor de los casos, y calles sin salida cuya longitud muchas veces supera el máximo permitido en las normas.

Regulaciones realizadas

Con el fin de ordenar el crecimiento urbano que se estaba dando, el Estado promulgó varias leyes, muchas de las cuales se quedaron en el papel dada la dificultad de ponerlas en práctica y sobre todo, por el irrespeto por parte de los desarrolladores que han buscado el aprovechamiento de la tierra, que genere más ingresos, aunque sea a costas de la comunidad en la que construyen.

El interés de los planificadores urbanos se centró en regular la forma de los desarrollos en cuanto a ancho de las calles, tamaño de los lotes, usos de la tierra según correspondiera para desarrollos residenciales, comerciales e industriales; requerimientos de terrenos de áreas para ser dejadas como de uso público para juegos infantiles, parques y de facilidades comunales. Sin embargo se dejó de lado la capacidad de los cauces de las quebradas, arroyos y ríos para evacuar el caudal, producto del escurrimiento de aguas de la precipitación caída sobre techos, patios pavimentados, aceras y calzadas.

Al igual que en tiempos no muy remotos se consideraba al agua como un recurso inagotable, la capacidad de evacuación de los cauces fue considerara igual. Nadie se preocupó en establecer legislación que regulara esta actividad. Conforme fue pasando el tiempo la capacidad de evacuación de aguas de lluvia de los cauces fue alcanzándose hasta ser sobre pasada, en muchos lugares, y es por eso que hoy se ve desbordamientos, producto de  precipitaciones que tienen períodos de retorno de menor de 5 años.

 Cálculo del caudal de escorrentía

La metodología de cálculo del caudal, que se recoge en un terreno y es aportado al rio, está basada en cinco grandes parámetros:

1. Un coeficiente de escorrentía o porcentaje de la cantidad de agua precipitada que: no se evapora; no queda retenida en depresiones del terreno; no queda interceptada por las superficies y no se infiltra. Desde el siglo XIX, los ingenieros han realizado estudios de terrenos de diferentes condiciones y han obtenido coeficientes que dependen de la cobertura del suelo, sea este de uso urbano (vivienda unifamiliar dispersa, vivienda unifamiliar unida, vivienda multifamiliar dispersa, vivienda multifamiliar unida, vivienda en los suburbios, comercial, industrial, áreas verdes de parques, calles de asfalto, concreto o adoquinada) o en terrenos de  diferentes tipos de sembradíos y para cada uno de ellos en suelos impermeables, semipermeables y permeables y para todas las combinaciones anteriores dependiendo de diferentes pendientes del suelo que oscilan entre el 1% y 50 %. En otras palabras el coeficiente de escorrentía es porcentaje de la lluvia que llega a los cauces.

2. El tiempo de concentración es la cantidad de minutos que tarda la gota de agua, precipitada en el punto más remoto del terreno, en recorrerlo hasta llegar el cauce. Para el cálculo de este rubro existen varias fórmulas que han sido desarrolladas por diferentes investigadores, para las más diversas conformaciones de los terrenos, sean estos urbanos, suburbanos o sin construcciones.

3. Período de Retorno es la frecuencia con la que se repiten los eventos extremos. Se tienen registros de precipitaciones con periodicidades de 1, 2, 5, 10, 20, 50 y hasta de 100 años en algunas de las estaciones meteorológicas existentes.

4. La intensidad de precipitación. Con el relato del científico, ingeniero, naturalista y botánico Henri-François Pittier, quien fue traído a Costa Rica en 1887 por el entonces Ministro de Educación Mauro Fernández, su primera labor en nuestro país fue la de docente. Fue profesor en el Liceo de Costa Rica y en el Colegio Superior de Señoritas; sin embargo el Gobierno le solicitó que se dedicara a investigaciones científicas, a él se debe la creación del Observatorio Meteorológico que pasó luego a ser el Instituto Físico-Geográfico que comprendía el Observatorio Meteorológico y las Estaciones Meteorológicas de su dependencia, el Servicio Geográfico, el Museo Nacional y el Herbario Nacional.

Gracias a este visionario actualmente se cuenta con registros de precipitación recogidos en algunas estaciones desde hace más de 100 años. En las escuelas de ingeniería civil se enseñó a procesar esta información para poderla utilizar en los cálculos, pero solamente el Ingeniero Ramiro Gamboa en compañía de otro compañero, que en su trabajo de tesis de grado alrededor de 1970, se dieron a la tarea de procesar los registros de las estaciones de San José, San Isidro de Pérez Zeledón y de Limón.

Pasaron los años y llegó al país un investigador alemán, el Prof. Dr. Wilhelm-Günther Vahrson, geógrafo, matemático y doctor en Geología graduado en la Universidad Libre de Berlín. De 1986 a 1993 fue profesor invitado en la Universidad Nacional y en la Universidad de Costa Rica, así como Asesor en Suelos y Protección de Catástrofes. Al igual que lo hiciera Pittier a finales del siglo XIX, este otro visionario, 100 años después se dio a la tarea de procesar toda esta información y de brindarla en más de cien gráficas que se denominan “curvas de Intensidad en función de la Duración del evento y de la Frecuencia”. En otras palabras si no hubiese sido por la colaboración del Ing. Pittier a finales del siglo XIX y del Dr. Vahrson cien años después, no se contaría con una información tan valiosa para calcular el caudal de escorrentía. En resumen las relaciones que estableció Vahrson permiten determinar la intensidad de precipitación para diferentes tiempos de concentración y períodos de retorno.

Área de la cuenca. El último parámetro muy fácil de cuantificar es el área del terreno, al cual se le calculará el caudal de escorrentía, que aporta a un cauce. En resumen el caudal entonces se calcula como el resultado de multiplicar el coeficiente de escorrentía por la intensidad de precipitación y por el área de estudio. Este método es conocido como el Método Racional que se limita a la siguiente ecuación:

C it A

Qt = —————-

360

En donde:

QT   =   Caudal máximo para un período de retorno T (m³/s).

C     =   Coeficiente de escorrentía o escurrimiento que relaciona la tasa de precipitación con el caudal máximo para una cuenca.

It     =   Tasa de precipitación máxima para un período de retorno T y un tiempo de concentración tc. (mm/h).

A     =   Área de la cuenca o zona de drenaje (Hectáreas = 10 000 m2).

tc     =   Tiempo de concentración (minutos)

T     =   Período de retorno (años).

Causas que provocan los desbordamientos

La causa principal del aumento de los caudales estriba en el hecho de que terrenos que en un principio eran utilizados para agricultura, pasan a ser urbanizados.

Si se analiza como ejemplo el siguiente terreno:

Parámetro Antes de urbanizar Después de urbanizar
Pendiente 5% 5%
Suelo semipermeable impermeable
Cobertura Pastos y vegetación ligera Calles y vivienda unifamiliar unida
Coeficiente de escorrentía 0.40 0.895
Longitud de recorrido 1400 m 1400 m
Tiempo de concentración 16.52 minutos 13.92 minutos
Período de retorno 10 años 10 años
Intensidad de precipitación para Alajuela 140.92 mm/h 151.13 mm/h
Área 1 km2 1 km2
Caudal 15.66 m3/s 37.57 m3/s

Con este ejemplo, puede observarse claramente cómo el mismo terreno antes y después de urbanizado cambia radicalmente el caudal que aporta al cauce de 15.66 a 37.57 m3/s o sea un aumento del 240%

La pregunta inmediata que salta a la vista es: ¿Tiene el cauce, al cual está desaguando este terreno, la capacidad hidráulica de evacuar este aumento de 21.91 metros cúbicos por segundo? La respuesta es probablemente que no, y la consecuencia es el desbordamiento ineludible de sus aguas. El asunto no es el cambio climático como algunos alarmistas tratarían de hacer creer, para justificar su quehacer. La causa es claramente debido al cambio de la cobertura del terreno de especies vegetales a techos y asfalto.

 ¿Cuál es la solución?

Se deben tomar inmediatamente tres medidas:

  • De corto plazo obligar a los nuevos urbanizadores a retener temporalmente el caudal de escorrentía mientras pasa el pico de la avenida máxima del caudal que transita por el cauce.
  • De mediano plazo ampliar la sección transversal del cauce.
  • De largo plazo obligar a los propietarios de cada terreno a construir en su antejardín un sistema de retención del volumen de agua que se genera su lote.

La segunda medida implica la expropiación de terrenos e indemnización a sus propietarios, situación que el Estado no tiene capacidad de financiar, aparte de que en muchos casos involucraría la reubicación total de algunos pobladores.

La tercera medida es definitivamente más viable y económica, y cada municipio debería exigir en la aprobación de toda nueva construcción la utilización de pequeños tanques de almacenamiento temporal del volumen de agua que precipita en su terreno.

Epílogo

Es importante resaltar el hecho de que no fue hasta 1990 que se pudo hacer cálculos precisos de la precipitación para diferentes regiones del país a pesar de que el método data de 1890. Sin embargo la expansión urbana de forma acelerada inició a mediados de la década de los años sesenta y no ha parado ni lo hará.

Queda en manos de las nuevas generaciones de profesionales abordar la solución del problema en forma integral con la participación de las disciplinas que sea necesario tomar en cuenta.

Ing. Rolando Coto Alvarado
Escuela de Ingeniería Civil
Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Universidad Latina de Costa Rica