La recomendación técnica oficial para los céspedes de los estadios y centros de entrenamiento de la Copa del Mundo de 2014 en Brasil especifica un proyecto de drenaje en formato “espina de pez”, con tubos perforados de PEAD de 4″ en los drenajes secundarios y 6″ en los colectores. El mismo arreglo está en el Manual de Drenaje de Carreteras del DNIT, entre los seis dispositivos previstos para el drenaje subterráneo de carreteras. Es el esquema más usado en campos deportivos y en otras áreas que necesitan un escurrimiento rápido, y el nombre intimidante esconde una lógica simple. En este artículo entiendes qué es, cómo funciona, cuándo tiene sentido usarlo en lugar del sistema paralelo, y los cuidados de instalación que definen si el sistema va a funcionar o no.
Qué es el sistema de drenaje en espina de pez
El nombre viene de la semejanza con la estructura vertebral de un pez: un ducto colector principal hace el papel de la columna, y una serie de drenajes laterales conectados a él en ángulo, las “espinas”, cubren el área a drenar. Es uno de los tres arreglos clásicos de drenaje subterráneo, al lado del sistema paralelo (líneas rectas equidistantes) y del sistema aleatorio (usado solo en las manchas húmedas de terrenos irregulares).
La definición técnica del DNIT es directa: son “drenajes destinados al drenaje de grandes áreas, pavimentadas o no, normalmente usados en serie, en sentido oblicuo en relación al eje longitudinal de la carretera o área a drenar”. El manual agrega dos características que explican buena parte de la popularidad del arreglo: generalmente son de poca profundidad y, según las condiciones del terreno, pueden desaguar libremente o en drenajes longitudinales.
Cómo funciona
Los drenajes laterales, de menor diámetro, captan el agua infiltrada en el suelo a lo largo del tramo y la encaminan hacia el ducto colector central, normalmente de diámetro mayor para no estrangular el sistema cuando el volumen de varios laterales converge en él. En la literatura de ingeniería de drenaje, la diferencia formal entre los dos arreglos regulares está justamente ahí: en el sistema paralelo los drenajes de campo llegan al colector en ángulo recto, y en el sistema en espina de pez llegan en ángulo agudo.
La ventaja real del arreglo es más concreta de lo que se suele decir por ahí. Cuando el terreno tiene declive, colocar los laterales en ángulo permite que el colector y los laterales aprovechen la pendiente del terreno al mismo tiempo. En un sistema paralelo con el colector bajando la ladera, los drenajes de campo corren prácticamente en la dirección de las curvas de nivel y ganan poca pendiente propia.
De ahí viene la consecuencia práctica que más importa en un campo deportivo. Un estudio de la Universidade Santa Cecília sobre drenaje de céspedes deportivos observa que el drenaje en espina de pez “consigue cubrir toda el área del campo y también puede trabajar con profundidades menores”, mientras que el drenaje en espina paralela “también cubre todo el campo por tener drenajes de mayores longitudes, lo que exige una mayor profundidad para su implementación”. Drenajes más largos necesitan comenzar más profundos para mantener la misma pendiente hasta la salida. Menos profundidad significa menos excavación, menos volumen de material drenante y menos interferencia con la base del césped.
La guía de construcción de campos de fútbol sobre base de arena de las universidades estatales del noroeste de Estados Unidos describe el mismo efecto de forma bien concreta: en el arreglo en espina de pez el campo se divide a partir del centro y las zanjas se abren en cada dirección, lo que reduce a la mitad la longitud de cada tramo de escurrimiento. Un tramo más corto es agua saliendo más rápido del perfil, que es exactamente lo que se quiere en un campo que necesita volver a ser usado poco después de la lluvia.
El ángulo de las “espinas” depende de la pendiente del terreno
Este es el punto que casi nunca aparece en las explicaciones del arreglo, y es lo que separa un proyecto de un dibujo bonito. El ángulo entre el drenaje lateral y el eje del área no es una elección estética: es función de la pendiente del terreno. El manual de drenaje agrícola del USDA describe exactamente ese mecanismo al decir que la espina de pez puede usarse cuando el colector está en la dirección del declive principal y “la pendiente deseada de los drenajes laterales se obtiene variando el ángulo de confluencia con el colector”. O sea, el ángulo es la palanca que el proyectista usa para dar la inclinación correcta a cada lateral. El material de formación del IPR/DNIT para proyectos de carreteras trae la tabla de referencia, donde α es el ángulo formado entre el eje de la vía y el eje de la “espina”, y L es el espaciado entre espinas:
| Pendiente longitudinal (i%) | Ángulo α del drenaje en relación al eje | Espaciado L entre drenajes |
|---|---|---|
| 0% | 90° | 4,00 m |
| 1% | 80° | 4,00 m |
| 2% | 70° | 4,00 m |
| 3% | 60° | 4,00 m |
| 4% | 50° | 6,00 m |
| 5% | 40° | 8,00 m |
| 6% | 30° | 10,00 m |
Fuente: IPR/DNIT, “Conceitos Básicos de Hidrologia e Drenagem para Projetos Rodoviários”, Módulo 6, Figura 3.12, adaptada de JABÔR (2019). Cotas originales en centímetros.
La lectura de la tabla es el resumen del principio del arreglo. En terreno plano el drenaje entra a 90°, o sea, perpendicular, porque no hay pendiente longitudinal que aprovechar y la única inclinación disponible viene de la sección transversal. Conforme la pendiente aumenta, el ángulo se cierra, el drenaje pasa a correr más alineado con la dirección de la bajada y gana inclinación propia. Como cada drenaje pasa a escurrir más rápido, consigue atender una franja más ancha, y el espaciado se abre de 4 m a 10 m. En terreno con 6% de pendiente, la misma área se cubre con menos de la mitad del número de líneas de drenaje. Cada línea queda individualmente más larga, porque atraviesa el área en diagonal, entonces la ganancia aparece principalmente en número de zanjas y de uniones, no en el metraje total de tubo.
Espina de pez × sistema paralelo: cuándo usar cada uno
El sistema paralelo es más simple de proyectar y funciona bien en áreas grandes, planas y regulares, con suelo uniforme. La espina de pez se destaca en áreas largas y estrechas, de formato irregular, o con declive más acentuado. La comparación de abajo reúne lo que las referencias técnicas señalan de cada lado:
| Criterio | Espina de pez | Sistema paralelo |
|---|---|---|
| Conexión de los laterales al colector | Ángulo agudo, generalmente de ambos lados | Ángulo recto |
| Terreno indicado | Áreas largas y estrechas, formato irregular, declive más acentuado | Áreas planas, regulares, con suelo uniforme |
| Aprovechamiento del declive | Colector y laterales aprovechan el declive | Principalmente el colector |
| Profundidad necesaria | Menor, porque los ramales son más cortos | Mayor, porque drenajes más largos exigen más profundidad |
| Ejecución y costo | Más uniones, tiende a costar más por eso | Menos uniones, más simple de ejecutar |
| Punto de atención | Ocurre drenaje doble donde dos laterales llegan al colector en el mismo punto | Rinde poco en área irregular o estrecha |
Fuentes: Illinois Drainage Guide (University of Illinois), Virginia Cooperative Extension (BSE-208), Cavelaars et al. (1994) y Pinto, Barbosa e Passos (UNISANTA, 2019).
Vale registrar el contrapunto honesto, porque aparece en las mismas fuentes: la espina de pez tiende a costar más que el arreglo paralelo, por tener más uniones, y produce drenaje doble en los puntos en que dos laterales opuestos encuentran el colector. Eso no invalida el arreglo, solo explica por qué no es una respuesta automática. En área grande, plana y regular, el paralelo entrega el mismo resultado por menos. En la práctica, la decisión depende del formato y del tamaño del área, del declive disponible, del volumen de agua esperado y del punto de desagüe, y no existe un “mejor” universal entre los dos arreglos.
Espaciado entre drenajes: por qué no existe un número único
Esa es la pregunta más común y la que más genera error de ejecución. El espaciado entre drenajes no es un valor de tabla fijo: se calcula por la ecuación de Hooghoudt, que describe el abatimiento del nivel freático entre dos drenajes como una elipse y depende de la conductividad hidráulica del suelo, de la altura máxima del nivel freático sobre los drenajes y de la intensidad de precipitación de proyecto.
Entender la elipse explica el defecto más visible de un sistema mal espaciado. Entre dos drenajes, el nivel freático no baja recto: forma un arco, más bajo junto a cada drenaje y más alto en el medio del vano. Si el espaciado es mayor de lo que el suelo permite, la cresta de ese arco queda por encima de la zona de raíces, y eso es lo que aparece en la superficie como acumulación de agua en franjas, siempre a medio camino entre dos líneas de drenaje.
Vale una alerta sobre una confusión que aparece bastante en obra. En un campo deportivo existen dos elementos diferentes y fácilmente confundidos uno con el otro: las líneas de drenaje, que son las zanjas con tubo descritas arriba, y las ranuras de arena, hendiduras poco profundas y estrechas abiertas en la superficie, transversales a las líneas de drenaje, para acortar el camino que el agua recorre hasta llegar al drenaje. Las dos trabajan en escalas muy diferentes: en el sistema descrito por la guía PNW 675, las líneas de drenaje quedan cada 15 pies, cerca de 4,6 m, mientras que las hendiduras de inyección de arena tienen 0,6 pulgada de ancho y quedan cada 19 pulgadas, algo en torno a 48 cm. Espaciados pequeños citados en conversación de obra casi siempre se refieren a las ranuras, no a las líneas de drenaje. Aplicar el número de una cosa en la otra lleva a enterrar demasiado tubo y a resolver de menos el escurrimiento de superficie.
Aplicaciones más comunes
El uso más frecuente de la espina de pez es en campos deportivos y céspedes. Vea la guía completa de drenaje de cancha de Beach Tennis, que detalla el dimensionamiento, el tipo de arena y el geotextil necesario en ese caso específico. El mismo principio se aplica a campos de fútbol, canchas polideportivas y otras áreas de césped o arena que no pueden quedar con charcos de agua.
Fuera del deporte, el arreglo es estándar en obra de carreteras. El DNIT prevé los drenajes en espina de pez para cortes donde los drenajes longitudinales no dan cuenta del área, para terrenos que van a recibir terraplén con nivel freático próximo a la superficie, y para terraplenes sobre suelo natural impermeable. Es por eso que el mismo diseño aparece tanto en un césped como en drenaje de carreteras, en ferrovías y en patios de aeropuertos.
Cuidados en la instalación
- Espaciado: definido por cálculo a partir de la conductividad hidráulica del suelo, no copiado de otro proyecto. Un espaciado mayor de lo que el suelo soporta deja el nivel freático alto en el medio del vano, y eso aparece como franjas de agua entre las líneas de drenaje.
- Inclinación: la referencia usual para césped deportivo es 1%, y la recomendación de la Copa de 2014 fija un mínimo de 0,5% en la nivelación del fondo de las zanjas. Más importante que el número es mantener la inclinación uniforme a lo largo de todo el tramo, sin contrapendiente.
- Lecho de asentamiento: necesita estar homogéneo, sin “saltos” bajo el tubo. Las irregularidades en el lecho crean puntos bajos donde el agua se detiene, perjudican el caudal y pueden dañar el tubo según el dimensionamiento. La especificación de la USGA exige que el material excavado sea retirado de la zanja y que el fondo de la zanja quede liso y limpio, con el tubo asentado sobre una cama de grava de como mínimo 25 mm, justamente para garantizar pendiente positiva en toda la extensión de la línea.
- Diámetro del colector: subdimensionar el colector anula el resto del proyecto. En un estudio de caso de campo de fútbol, un tubo de 100 mm entregó apenas la mitad del caudal necesario, y el proyecto solo cerró con diámetro nominal de 170 mm. La recomendación de la Copa de 2014 trabaja con 4″ en los drenajes secundarios y 6″ en los colectores.
- Material del tubo: PEAD (Polietileno de Alta Densidad) es el indicado por ser atóxico, flexible, resistente y durable. El Techdreno es la línea específica para ese uso, y el Techdreno DW atiende los tramos que piden más resistencia mecánica y mayor caudal, típico de colector principal bajo área de tráfico.
- Geotextil, y principalmente dónde entra: la manta geotextil (Bidim) filtra las partículas finas que taparían el tubo y separa físicamente las capas de suelo y arena. El detalle que suele ejecutarse mal es la posición de la manta. En construcción deportiva sobre base de arena, las dos principales referencias piden el geotextil como barrera entre el subsuelo inestable y el colchón drenante, y no como una media alrededor del tubo: la recomendación de la Copa de 2014 orienta colocar la manta en las laterales y en el fondo de las zanjas, sin “envolver” el conjunto, y la especificación de la USGA es aún más directa, al registrar que bajo ninguna circunstancia la manta debe cubrir los tubos o las zanjas de drenaje, y que los tubos encapados en manta no son recomendados en ese tipo de obra. Ya en suelo fino, en drenaje agrícola y en obra de carreteras, envolver el drenaje es práctica corriente, porque allí la colmatación por finos es el riesgo dominante. En ese escenario existe una alternativa más eficiente que prescinde por completo de la manta: la línea Techdreno KC tiene micro-hendiduras autolimpiantes que funcionan como filtro pasivo, dejando pasar los granos finos sin taparse, resolviendo el mismo riesgo que resolvería la manta, sin el costo y la mano de obra de envolver el tubo. Es definición de proyecto y depende del suelo.
- Relleno de la zanja: grava 0 o gravilla lavada envolviendo el tubo, el mismo material del colchón drenante. Donde el espacio para excavación es restringido, el geocompuesto drenante sustituye parte de la sección de grava.
- Empalmes: una unión mal sellada deja entrar suelo fino y es donde el sistema suele taparse primero. La guía PNW 675 es explícita al mandar conectar correctamente y sellar todas las uniones con cinta, para impedir la entrada de material de suelo y de animales. Los empalmes deben ser sellados, por ejemplo con Dutoseal Tape.
- Cajas de inspección: la recomendación de la Copa de 2014 prevé cajas de inspección para limpieza y evaluación del sistema. Un sistema enterrado sin punto de inspección solo da señal de problema cuando el césped ya se inundó.
Qué define el costo del sistema
Sumando los números ya citados, el costo de un drenaje en espina de pez está gobernado por tres decisiones, y ninguna de ellas es la marca del tubo.
La primera es el espaciado, porque determina cuántos metros de tubo entran en el área. La segunda es la pendiente disponible: por la tabla del IPR/DNIT, pasar de terreno plano a 6% de declive permite abrir el espaciado de 4 m a 10 m, lo que corta a la mitad el número de zanjas y de uniones necesarias para cubrir la misma área. La tercera es el diámetro: en el estudio de caso citado, adoptar el diámetro que efectivamente atiende el caudal de proyecto condujo más del doble de lo necesario y, en palabras del propio estudio, si la conductividad hidráulica del suelo lo permitiera sería posible “aumentar el espaciado entre drenajes, economizando en material”.
Es por eso que economizar en el diámetro del colector o apretar la malla “por seguridad” suele salir más caro. El camino de menor costo por metro cuadrado drenado pasa por ensayar el suelo, aprovechar el declive que el terreno ya tiene y dimensionar el colector para el caudal real. El equipo técnico de Techduto evalúa esos tres puntos junto con su proyecto antes de indicar línea y diámetro.
Preguntas frecuentes
Porque el esquema recuerda la estructura vertebral de un pez: el ducto colector central hace el papel de la columna, y los drenajes laterales que se conectan a él en ángulo representan las espinas. En la literatura técnica en inglés el arreglo aparece como “herringbone system”, y la definición formal es que los drenajes de campo llegan al colector en ángulo agudo, y no en ángulo recto como en el sistema paralelo.
No es “mejor” de forma universal, cada uno sirve para un escenario. La espina de pez se destaca en áreas largas y estrechas, de formato irregular o con declive más acentuado, porque colector y laterales aprovechan la pendiente y el sistema trabaja con menor profundidad. El paralelo es más simple de proyectar y ejecutar, tiene menos uniones y funciona bien en áreas grandes, planas y regulares. La espina de pez tiende a costar más justamente por el número mayor de uniones.
No existe un valor único: el espaciado se calcula por la ecuación de Hooghoudt y depende de la conductividad hidráulica del suelo, de la altura del nivel freático y de la lluvia de proyecto. Como orden de magnitud en instalación poco profunda sobre base de arena, dos especificaciones independientes llegan al mismo techo: la USGA determina como máximo 15 pies (5 m) entre líneas laterales, y la recomendación técnica de los estadios de la Copa de 2014 usa 5 m entre zanjas de los drenajes secundarios. En drenaje de carreteras, la referencia del IPR/DNIT va de 4 m en terreno plano a 10 m con 6% de pendiente. Un espaciado mayor de lo que el suelo permite deja el nivel freático alto en el medio del vano, lo que aparece en la superficie como acumulación de agua entre las líneas de drenaje.
Es recomendado. El geotextil (Bidim) filtra las partículas finas del suelo que llegarían al tubo, evitando el taponamiento, y separa físicamente las capas de material arriba y abajo de la instalación, lo que es especialmente importante en canchas de arena sobre suelo. La forma de aplicarlo es decisión de proyecto: la recomendación técnica de los estadios de la Copa de 2014, por ejemplo, orienta colocar la manta en las laterales y en el fondo de las zanjas, sin envolver el conjunto.
Referencias:
- DNIT. Manual de Drenagem de Rodovias, IPR-724, 2ª edición, 2006. Ítem 5.2 “Drenos em espinhas de peixe”. gov.br/dnit (PDF, en portugués)
- IPR/DNIT. Conceitos Básicos de Hidrologia e Drenagem para Projetos Rodoviários, Módulo 6: Drenaje subsuperficial y profundo. Ítem 3.2 y Figura 3.12, adaptada de JABÔR, M. A., Drenagem de Rodovias: Estudos Hidrológicos e Projetos de Drenagem, apunte, 2019. repositorio.enap.gov.br (PDF, en portugués)
- COMITÉ ORGANIZADOR BRASILEÑO DE LA COPA 2014. Recomendação Técnica para Gramados em Estádios e CTs, Rev. 0, 2009. PDF (en portugués)
- PINTO, M. G. S.; BARBOSA, R. R. P.; PASSOS, Y. M. Sistema de Drenagem de Gramados Esportivos. Trabajo de Conclusión de Curso, Ingeniería Civil, Universidade Santa Cecília (UNISANTA), Santos, 2019. cursos.unisanta.br (PDF, en portugués)
