Este documento describe el diseño y funcionamiento de celdas de biorretención para el manejo de aguas pluviales en regiones con climas fríos. Explica los componentes clave de las celdas como la entrada, salida, medios de biorretención, drenaje y vegetación. También discute consideraciones de diseño como el área de captación, pendiente, condiciones del terreno e implicaciones del clima frío como la congelación. El objetivo es retener y tratar las aguas pluviales contaminadas mediante la infiltra

1. UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA: “EL DESEMPEÑO HIDROLÓGICO DE LAS CÉLULAS DE BIORRETENCION EN REGIONES CON
CLIMAS FRÍOS: VARIACIÓN ESTACIONAL E IMPLICACIONES PARA EL DISEÑO”
CÁTEDRA: RECURSOS HIDRICOS
CATEDRÁTICO: ING. WILMER JHON LUJAN CARDENAS
INTEGRANTES:
🟐 FRANCO ENCISO JOFRE GRIMALDO
🟐 MENDEZ GUEVARA, AARON
🟐 QUIJADA HUAMANÍ, ANTHONY
🟐 QUIJADA HUAMANÍ, WILLIAM
🟐 RAMON DE LA CRUZ, ROSSY
🟐 SOLIER QUINTO, CELESTE
🟐 YAGUA CARDENAS, DIEGO
CICLO Y SECCIÓN: VII – B1
HUANCAYO - 2022

2. “EL DESEMPEÑO HIDROLÓGICO DE LAS CÉLULAS DE BIORRETENCION EN
REGIONES CON CLIMAS FRÍOS: VARIACIÓN ESTACIONAL E IMPLICACIONES
PARA EL DISEÑO”
Una celda de biorretencion es una práctica de gestión de aguas pluviales El propósito
principal de la celda de biorretención es retener la escorrentía de la superficie y tratar
las aguas pluviales contaminadas.
El uso de células de biorretención aumentará:
❑ La biodiversidad.
❑ Mejorará la impresión estética de un área urbana.
❑ Protegerá los arroyos de la erosión.
❑ Recargará el agua subterránea.
NOMBRE DEL ARTICULO:

3. Principios del diseño de células de bioretención. una capa de drenaje y
una tubería de drenaje son necesarias en caso de que los suelos
locales no estén bien drenados.
OUTFLOW=Salida
EXISTING SOIL=Suelo existente
DRAIN PIPE=Tubo de desagüe
DRAINAGE LAYER=Capa de drenaje
BIORETENTION MEDIA=Medios de
biorretencion
MAXIMUM PONDING HEIGHT=Altura
máxima

4. LAS CÉLULAS TAMBIÉN TIENEN ALGUNAS PREOCUPACIONES:
LA PRÁCTICA EXIGE UN ÁREA
RELATIVAMENTE GRANDE EN
COMPARACIÓN CON LAS
PRÁCTICAS CONVENCIONALES
DE GESTIÓN DE AGUAS
PLUVIALES EJEMPLO TUBERÍAS.
SI LOS ÚSELOS NO ESTÁN
DRENADOS COMO LOS
(SUELOS ARCILLOSOS) LA
CELDA DEBE DRENAR
UTILIZANDO TUBERÍA DE
DRENAJE Y LOS SUELOS .
LAS CÉLULAS TAMBIÉN
REQUIEREN DE
MANTENIMIENTO
COMO FUNCIONARA LAS CELDAS
DURANTE ÉPOCAS FRÍAS (POR
EJEMPLO, BAJA TEMPERATURA,
MEDIOS DE BIORRETENCIÓN
CONGELADOS, INSUMOS DE
SALES DE CARRETERAS Y
ABRASIVOS).

5. TENEMOS LA CELULAS DE BIORRETENCION EN NORUEGA
Descripciones de las 4 células pilotos de biorretención

6. Principios de diseño de las
cuatro células piloto de
biorretención
EXISTING SOIL = Suelo existente
DRAINAGE LAYER = Capa de drenaje
BIORETENTION MEDIA = Medio de biorretención
DRAIN PIPE = Tubo de desagüe

7. ÁREA DE CAPTACIÓN
TAMAÑO DE ZONA DE CAPTACIÓN:
✓ Se recomienda que el área de captación no sea mayor de 0,8 ha. Las grandes áreas de
captación pueden resultar en una alta descarga de escorrentía con un mayor riesgo de
erosión y una superficie de agua permanente en la celda, lo que aumenta el riesgo de
reproducción de mosquitos
UBICACIÓN DE LA CELDA:
✓ Se puede ubicar a lo largo de carreteras, calles estacionamientos, etc. El
mapeo de la topografía y la determinación de las vías fluviales son
importantes para determinar la ubicación de la celda.
DISTANCIA A OTRAS CONSTRUCCIONES:
✓ Las células deben ubicarse a una distancia adecuada de los sótanos para evitar
daños por agua en las construcciones subterráneas La recomendación de EE.UU
va en 8m en un sótano y 1.5 m en cimentaciones.
✓ También tener cuidado cuando la celda no se drena

8. PENDIENTE:
La recomendación de la pendiente de un terreno no debe ser muy pronunciada es de (5%),
por que las pendientes pronunciadas provocaran una alta velocidad de las aguas ,lo que
lleva a la erosión de la celda. Sabiendo que la vegetación recibirá cantidad de variables de
agua es importante la nivelación de la celda superficialmente para una buena distribución
CONDICIÓN DE TERRENO
Las características de infiltración
en los suelos locales determinan si
la celda de biorretención debe
drenarse y / o si el suelo local
puede usarse como medio de
biorretención

9. Se recomienda el uso de una estrategia de tres partes para el manejo de aguas pluviales
recolectar e infiltrar la escorrentía de eventos de lluvia pequeña, retener la escorrentía
de eventos de lluvia moderada y asegurar transporte seguro de la escorrentía de
grandes eventos.
DIMENSIONAMIENTO DE CÉLULAS DE BIORRETENCIÓN

10. ÁREA DE SUPERFICIE DE BIORRETENCIÓN
Se recomiendan que el área de la celda de
biorretención debe tener entre el 5 y el 10% del tamaño
del área de captación). Esta relación se considera algo
conservadora y, en algunos casos, puede ser deseable
diseñar la celda con respecto a requisitos específicos,
por ejemplo, valores para las cantidades de
precipitación y la duración de las tormentas: El
volumen total de agua que una celda puede manejar es
igual a la suma de los volúmenes de agua que se pueden
❑ almacenar en la superficie
❑ infiltrados durante la duración de la tormenta.
Sugerimos que esta relación se puede utilizar para
determinar el área de superficie celular necesaria de
acuerdo con la Ecuación 1:
ECUACION 1:

11. ENTRADA
La velocidad del agua que fluye hacia la celda de
biorretención debe ser lo más pequeña posible para
evitar la erosión. Esto se puede lograr usando
bloques de piedra en la entrada para disipar
energía.
Para reducir el riesgo de obstrucciones y facilitar el
mantenimiento, Se recomienda construir una
pequeña cuenca de sedimentación en la entrada de
la celda.
Una de las principales razones por las que las células de biorretención se han vuelto
populares es su atractivo estético, si tales consideraciones se incluyen en su diseño y
construcción. Por lo tanto, el uso de arquitectos paisajistas puede ser beneficioso en
términos de ubicación de la celda en el área de captación, forma geométrica y
selección de plantas.

12. SALIDA
En algunas celdas de biorretención, la entrada también funciona como una salida.
Alternativamente, la tubería de drenaje se puede utilizar como vertedero de
desbordamiento.
En esta imagen podemos observar
que se colocan losas de pizarra en la
entrada y salida para evitar la
erosión. Donde la tubería de drenaje
a la derecha, sirve como vertedero
de desbordamiento.

13. Son una parte importante de la célula de biorretención. Las propiedades de los medios
de biorretención afectan la capacidad de la célula para infiltrarse en el agua, retener la
humedad en períodos secos, las condiciones para el crecimiento de la vegetación y
eliminar los contaminantes del agua.
Con respecto a la función hidrológica de la célula de biorretención, hay dos factores que
son importantes para la composición del medio de biorretención.
MEDIOS DE BIORETENCIÓN DISEÑADOS
• PRIMERO, Tener una capacidad de infiltración o
permeabilidad suficientemente alta para poder
manejar la escorrentía de manera efectiva.
• EN SEGUNDO, Tener un contenido de materia
orgánica suficientemente alto para facilitar la
vegetación y la actividad microbiana. Como se
muestra en la Tabla 1.

14. COMPOSICIÓN
❑ Si el suelo está bien drenado y tiene una alta capacidad de infiltración.
❑ El suelo tiene una baja capacidad de infiltración, puede ser necesario
reemplazar los suelos existentes con un medio de biorretención diseñado e
instalar tuberías de drenaje.
❑ Los medios de biorretención diseñados deben tener un contenido de materia
orgánica suficientemente alto para promover el crecimiento de la vegetación,
así como una alta capacidad de infiltración. Siempre se debe evaluar la
posibilidad de utilizar tierra vegetal local, ya que esto ayudará a reducir los
costos.
CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN
Dependerá:
❑ Tipo de suelo
❑ Viscosidad
❑ Porosidad
❑ Densidad
❑ Permeabilidad
❑ Tiempo

15. CONGELACIÓN
Hasta qué punto una célula de biorretención congelada es capaz de gestionar la
escorrentía depende del tipo de escarcha formada en el medio de biorretención.
❑ Se forma un tipo de escarcha porosa cuando el medio tiene un bajo contenido
de agua en el momento de la congelación,
❑ Se forma un tipo de escarcha de hormigón cuando el medio está saturado en
el momento de la congelación.
En las heladas porosas, los poros se llenan de aire y la infiltración es posible
incluso a temperaturas bajo cero. En la helada de hormigón, la infiltración no es
posible y solo el volumen de almacenamiento de la superficie (es decir, hmax
multiplicado por abio) está disponible para la gestión del agua. Para promover la
formación de escarcha porosa, la celda de biorretención debe drenarse lo
suficiente antes de que el agua se congele. Por lo tanto, esto respalda aún más la
importancia de tener una alta capacidad de infiltración de los medios de
biorretención en climas fríos.

16. REEMPLAZO TOTAL O PARCIAL
Si existentes no tienen la capacidad de
infiltración recomendada, los suelos deben
ser reemplazados parcial o completamente.
Mediante el reemplazo parcial de los suelos,
solo se necesita una zanja ancha para la
colocación de las tuberías de drenaje. El
reemplazo parcial es aplicable a instalaciones
grandes donde los costos deben reducirse y
/ o donde una excavadora no puede acceder
al sitio (por ejemplo, el sitio se excavó
manualmente con una pala o si se utiliza una
excavadora para la construcción de una
celda pequeña, no es probable que el
reemplazo completo del suelo genere costos
adicionales significativos.
CAPAS DE LOS MEDIOS DE LOS BIORETENCÓN

17. PROFUNDIDAD DE MEDIOS
profundidad óptima del medio de biorretención depende de las condiciones del
suelo, la profundidad esperada de las raíces y el propósito de la célula. Las pautas
recomiendan profundidades de profundidad de los medios junto y la porosidad
efectiva del medio de biorretención determina el volumen de agua que 40 a 80 cm.
La en un momento dado puede retenerse en la celda de biorretención.
CAPAS
una capa de drenaje subyacente con una profundidad> 30 cm. La capa de drenaje
consta de material grueso bien clasificado para evitar la obstrucción de la tubería
de drenaje. La capa de medio de biorretención y la capa de drenaje pueden estar
separadas por geotextiles, pero no está claro si esto es necesario cuando los
tamaños de grano son relativamente uniformes.
Los manuales de diseño de biorretención recomiendan que la capa de medio de
biorretención y la capa de drenaje estén estratificadas horizontalmente. Durante la
mezcla y la colocación de capas de los medios de biorretención, es muy importante
evitar la compactación de los medios.

18. DRENAJE
TUBERÍAS DE DRENAJE
La instalación de tuberías de drenaje es necesaria en caso de que los suelos locales no
tengan una capacidad de infiltración suficiente. Se recomienda utilizar uno o más tubos de
drenaje perforados con un diámetro mínimo de 100 mm. La pendiente de la tubería de
drenaje debe ser tal que el agua estancada no se congele durante el invierno.

19. INFILTRACIÓN ASISTIDA MEDIANTE TUBERÍAS DE DRENAJE
El agua que fluye hacia la celda durante eventos de lluvia extrema puede exceder la
capacidad hidráulica de la celda. Esto puede resultar en una situación en la que la
celda se desborde antes del volumen de almacenamiento debajo de la superficie (es
decir, poros de los medios). Para promover la utilización del volumen de poros del
medio de biorretención en todas las profundidades, es posible dirigir el exceso de
agua hacia la tubería de drenaje a través de una tubería perforada vertical.

20. ESTRATEGIAS DE PLANTACIÓN
En principio, existen dos posibles estrategias de plantación. Primero, una
estrategia de diseño de parque tradicional que utiliza plantas ornamentales y
plantas de jardín que requieren mantenimiento. En segundo lugar, un diseño
natural que utilice vegetación local que se adapte a las condiciones y al clima
locales y que, por lo general, requiera un mantenimiento mínimo.
ESPECIES DE PLANTAS
Las especies que son adecuadas para su uso en células de bioretención deben
tolerar condiciones alternas de humedad y sequedad. Estas especies se
encuentran típicamente entre las que prosperan en un ambiente de tierra
húmeda y las que requieren condiciones más secas. Las especies de plantas
seleccionadas deben adaptarse a la zona climática local, y generalmente se
recomienda el uso de especies locales.
VEGETACIÓN

22. ESTABLECIMIENTO Y MANTENIMIENTO DE VEGETACIÓN
Durante y en los primeros años después de la construcción, es importante
asegurarse de que la vegetación se establezca bien y cubra la superficie de la célula
de biorretención lo antes posible. Es posible que se requiera riego durante los
primeros años durante la sequía.
El mantenimiento adicional de la vegetación consiste en el riego durante los
períodos secos y el control mecánico de malezas. Cuando la vegetación deseada esté
bien establecida, habrá menos espacio y luz para las malas hierbas y, por lo tanto,
menos mantenimiento.
RECUBRIMIENTO
Recomiendan comúnmente aplicar mantillo orgánico como capa superior en la
superficie de la celda de bioretención. La capa de mantillo mejorará la retención de
la humedad del suelo, evitará que las malas hierbas germinen y hará que la celda de
biorretención sea más atractiva desde el punto de vista estético en los períodos en
los que la vegetación no cubre la superficie.

23. NECESIDADES DE INVESTIGACIÓN
Temas para futuras investigaciones sobre la tecnología de biorretención.
❑ ¿Cómo se ve afectada la capacidad de infiltración a largo plazo por la
afluencia de arena y grava que se utilizan como abrasivos y la sal de
carreteras utilizada para descongelar?
❑ ¿Evitará la vegetación los efectos negativos de la obstrucción y la reducción
de la capacidad de infiltración con el tiempo?
❑ ¿Cómo se pueden reducir los costos cuando la vegetación se establece en
nuevas celdas de biorretención?
❑ ¿Qué criterios para la composición de los medios de bioretención deben
establecerse para asegurar tanto la capacidad de infiltración adecuada
como el crecimiento de la vegetación?