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ATENUACIÓN DEL HIDROGRAMA DE DESAGÜE EN VÍAS URBANAS
UTILIZANDO DOBLE CAPA DE MEZCLAS DRENANTES
Autores: Ing. Maella M. Machado Cardoso (1)
Dr. Ing. Hugo D. Bianchetto (2)
Lic. en Geología María M. Trovatto (3)
(1) Tesista de la Maestría en Ingeniería Ambiental
Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata
Av. 60 y 124, La Plata, Argentina; Tel: 0054-221-4824855; [email protected](2) Lab. de Pavimentos e Ing. Vial (LaPIV), Fac. de Ingeniería, Univ. Nac. La Plata
Calle 1 y 47, La Plata, Argentina; Tel/fax: +0054-221-4236687; [email protected](3) Docente Investigadora, Cátedra de Hidrogeología e Instituto de Geomorfología y
Suelos, Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Universidad Nacional de La Plata
RESUMEN
Se presentan, de manera preliminar, consideraciones generales sobre elcomportamiento hidráulico de mezclas drenantes a partir de su representación en
modelos físicos y matemáticos, teniendo en cuenta la permeabilidad de estas capas
asfálticas y la atenuación del hidrograma de desagüe del pavimento en zonas
urbanas.
Los modelos están constituidos por: 1) dos capas de mezcla drenante sobre base
impermeable, 2) una capa simple de mezcla drenante sobre base impermeable y 3)
una capa superficial de mezcla densa, con el fin de comparar la respuestahidrológica relativa de cada una de estas tipologías ante lluvias de variada
intensidad.
El objetivo de este trabajo es presentar los beneficios derivados del uso de
pavimentos porosos respecto de optimizar la distribución del caudal recibido en los
sumideros, en especial durante precipitaciones de gran magnitud, permitiendo una
mejor evacuación del agua hacia los conductos pluviales.
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I.- INTRODUCCION
El trabajo expuesto en esta contribución se desarrolla en el marco de un proyecto de
investigación para optar al título de Magíster en Ingeniería Ambiental en laUniversidad Tecnológica Nacional Regional La Plata, República Argentina,
presentando en particular, las tareas desarrolladas y los resultados preliminares
alcanzados hasta el momento.
Las mezclas drenantes son mezclas bituminosas utilizadas en rodadura, que se
dosifican con el objetivo principal de conseguir un gran número de huecos
interconectados que permiten la infiltración del agua y su evacuación hacia las zonas
laterales fuera de la calzada, impidiendo que se forme una capa de agua en lasuperficie del camino cuando llueve. Cambian el concepto tradicional de
impermeabilizar la superficie del pavimento, trasladando esta función a la capa
inferior o a la interfase entre ambas.
A partir del planteo del modelo conceptual de funcionamiento de las mezclas
drenantes y cerradas, desde un punto de vista hidrológico y, considerando las
variables y características hidráulicas intervinientes en el proceso, se representa el
comportamiento de las mismas a través de un modelo físico y un modelo
matemático, obteniendo como resultado diferentes hidrogramas.
El objetivo principal es demostrar mediante la atenuación del hidrograma en vías
urbanas rápidas, los beneficios que aporta la utilización de doble capa de mezcla
drenante expuesta a una precipitación de intensidad determinada, aumentando el
tiempo de desagüe hacia los sumideros.
Se define a un modelo como la representación simplificada de un sistema real. Se
estudiarán 3 sistemas, constituidos cada uno por capas de rodamiento distintas:
densa, drenante de capa simple y drenante de doble capa y se analizarán los
procesos actuantes del ciclo hidrológico.
Un modelo físico es la elaboración de un prototipo a escala reducida de un sistema
real, sometido a las mismas pautas de estudio con el fin de obtener datos
extrapolables a dicho sistema. En tanto que se entiende por modelo matemático a
una fórmula, ecuación, sistema de ecuaciones, una matriz o toda una estructura
matemática compleja que permite con una aproximación suficiente, describir un
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fenómeno, condensar información y/o simular y prever en el espacio y/o en el
tiempo, los comportamientos posibles del sistema en estudio.
El presente trabajo consta de dos partes o procedimientos principales:1) La elaboración de modelos físicos, a manera ilustrativa, donde en la escala
vertical se representan los valores reales y superficialmente es una
representación a escala de una vía rápida.
Para tal fin, se dispondrá de dos módulos de mezclas drenantes de diferentes
granulometrías de tamaños máximos 12 mm y 20 mm respectivamente, y un
módulo de mezcla densa, los cuales fueron expuestos a un simulador de lluvia
de intensidad variable. Se registraron valores de volumen en función del tiempo(caudal) para cada caso y se analizaron resultados (hidrogramas).
2) La segunda parte del estudio consiste en la representación del modelo
conceptual a través de la aplicación de un modelo matemático, herramienta más
versátil que permite la simulación de los procesos hidrológicos actuantes,
considerando distintas características, parámetros, variables, dimensiones e
intensidades de las muestras, para obtener los hidrogramas correspondientes
como resultado.
II.- METODOLOGIA
La metodología empleada consiste, en primera instancia, en una recopilación de
material bibliográfico vinculado al tema, así como el planteo del modelo conceptual
de funcionamiento. Posteriormente se desarrolla la fase experimental en dos partes;
modelación física y modelación matemática tal como se explico precedentemente.
Desde un punto de vista general, un proceso de modelación consiste en: El estudio y análisis del comportamiento del sistema que se quiere
representar, identificando los parámetros, variables y procesos
intervinientes en el mismo.
Lo anterior lleva a la elaboración del modelo conceptual, el cual es el punto
de partida o referencia respecto del modelo físico o matemático al que se
quiere arribar. El mayor conocimiento y entendimiento que se obtenga del
sistema real garantiza un modelo conceptual más representativo de la
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realidad, si bien la elaboración del mismo no debe ser sinónimo de identidad
sino de similitud.
Una vez establecido el modelo conceptual, se plantean las hipótesis de basesimplificadas, junto con las leyes fundamentales que controlan el
comportamiento del agua en el sistema analizado.
La obtención, selección, análisis y preparación de los datos necesarios para
alimentar cada modelo, junto con los materiales empleados son presentados en
particular, en la descripción del montaje y ejecución de cada uno de ellos.
III.- MARCO TEORICO
III.1.- Modelo conceptual
Se entiende por modelo conceptual al conocimiento del sistema en estudio junto con
el planteo de una o varias hipótesis de comportamiento. En su elaboración se
pretende identificar los elementos o componentes del sistema, conocer las
relaciones existentes entre ellos y a la vez con su medio o entorno; éstas últimas se
traducirán en fenómenos o procesos, que nos permitirán entender el funcionamiento
del conjunto.
Una de las componentes intervinientes en el sistema es la referida a la constitución
de las mezclas asfálticas drenantes que se emplean en capas de rodadura,
principalmente en vías de circulación rápida. Se fabrican con asfaltos modificados en
proporciones que usualmente varían entre el 4.5 % y 5 % de la masa de agregados
pétreos. Con asfaltos normales, se han aplicado en Europa en vías secundarias,
arterias urbanas o capas de base bajo los pavimentos de hormigón; a pesar de estas
excepciones, han sido concebidas para elaborarse con betunes-polímeros.
Utilizadas como mezclas en caliente en capas de rodadura, de unos 4 a 5 cm de
espesor, para tráficos de elevada intensidad, se consigue que el agua de lluvia caída
sobre la calzada se evacue rápidamente por infiltración.
Las mezclas drenantes o porosas se caracterizan por tener un elevado porcentaje
de huecos interconectados entre sí (18 a 25 %, hasta un 30 %). Este porcentaje de
huecos permite el paso del agua a través de la mezcla, lo que impide que se forme
una película de agua en la superficie del camino cuando llueve.
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Dentro de las ventajas de la utilización de las mezclas drenantes tenemos la
eliminación del hidroplaneo, mejor resistencia al deslizamiento con pavimento
mojado, reducción de las proyecciones de agua (impide que se produzca ellevantamiento de agua “splash” y la pulverización “spray”), menor deslumbramiento
por los faros de los vehículos en días de lluvia y reducción del ruido al paso del
vehículo. Como contrapartida, éstas mezclas tienen un mayor costo inicial, un diseño
geométrico riguroso, pérdida de drenabilidad durante de su vida útil y la
conservación invernal requiere un mayor esfuerzo que las tradicionales.
Todas las mezclas asfálticas empleadas en este estudio, tanto la densa como las
drenantes, fueron elaboradas y ensayadas de acuerdo a las normas vigenteshabituales en el país, cumpliendo con todos los estándares exigidos para la
construcción de pavimentos asfálticos.
Otro de los procesos participantes en el sistema son los componentes del ciclo
hidrológico, la Precipitación (Pp), la Evapo-transpiración (EVT), la Infiltración (I), el
Escurrimiento Superficial (ESp) los cuales se resumen en la siguiente expresión:
Pp – EVT – ESp – I = 0
En nuestro caso consideramos la Precipitación como input o vector de entrada
principal, la cual no es interceptada antes de alcanzar el pavimento, asumiendo un
valor de cero para la Evapo-transpiración. El Escurrimiento Superficial es el output
del sistema o vector de salida, junto con la Infiltración. En consecuencia, la
expresión del balance hidrológico adoptado para estas experiencias es la siguiente:
P – I – Esup = 0
La transformación de la precipitación en escurrimiento superficial es el procesoprincipal a representar en el sistema, analizando el mismo a través de diagramas de
precipitación en función del tiempo denominados hietogramas y de caudal en función
del tiempo denominados hidrogramas.
III.2.- Tormenta de diseño
Se define la tormenta de diseño mediante un valor de profundidad de precipitación
en un punto, aplicando un hietograma o curvas IDR de diseño que especifique ladistribución temporal de la precipitación durante una tormenta, basándose en
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información histórica de precipitación en un sitio o pudiendo construirse utilizando las
características generales de la precipitación en regiones adyacentes.
III.3.- Hidrogramas
El área comprendida bajo un hidrograma es el volumen de agua que ha pasado por
el punto de aforo en el intervalo de tiempo considerado. En la Figura 1, el área bajo
la curva del hidrograma es el volumen de agua que ha pasado entre t 1 y t 2 . Esto se
puede cuantificar de diferentes modos.
Figura 1
Para comprender la forma de un hidrograma y cómo ésta es el reflejo de las
precipitaciones que han generado esa escorrentía directa, supóngase un
experimento de laboratorio en el que se producen unas precipitaciones constantes
sobre un canal rectangular y se afora el caudal a la salida del canal (Figura 2).
El hietograma será una banda homogénea, puesto que se trata de una precipitación
artificial de intensidad constante.
El hidrograma comenzará a subir desde el instante t 0 en que comienza laprecipitación y el caudal irá aumentando hasta t 1, momento en que llega al punto de
salida la primera gota que cayó en el punto más alejado del canal. A partir de ese
momento, el caudal se mantendrá constante (e igual a la intensidad de precipitación
que está cayendo sobre el canal), y así seguiría mientras durara la precipitación
constante. Si en el instante t 2 la precipitación cesa bruscamente, el caudal irá
disminuyendo mientras la lámina de agua que ocupaba el canal va llegando a la
salida. En el instante en que la última gota que cayó en el punto más alejado llega a
la salida (t 3) el caudal se anula.
Q
tiempot1 t2
Área bajo el hidrograma = Volumen
Q (L³/T) x tiempo (T) = Volumen (L³)
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Figura 2
El intervalo de t 0 a t 1 es igual al intervalo de t 2 a t 3: ambos son el tiempo que tarda en
llegar a la salida una gota caída en el punto más alejado de ésta. En una cuenca real
se llama tiempo de concentración y es un parámetro fundamental en el estudio del
comportamiento hidrológico de una cuenca. En la Figura 3 se aprecia que:
tь = tp + tc
donde:tь = tiempo base del hidrograma
tp = duración de la precipitación
tc = tiempo de concentración
Si se repitiera la experiencia con un recipiente en forma similar a la de una cuenca
real, el hidrograma obtenido sería como se muestra en la Figura 3, lo que ya es
similar a un hidrograma de crecida real.
Figura 3
Q
tiempo
t1 t2
P
t0 t3
Hietograma
Hidrograma
Q
P
tconc
tconc Q
tiempo
Q
tiempo
Q
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Las líneas de trazos que aparecen en la “cuenca” representan las zonas de igual
tiempo de llegada a la salida, es decir: tras el comienzo de la precipitación, en el
primer ∆t llegaría el agua caída en la primera banda, en el 2º ∆t llegaría el aguacaída en las bandas 1ª y 2ª, etc.
En el 9º ∆t y sucesivos llegaría el agua caída en toda la cuenca. Al cesar la
precipitación, en el primer ∆t ya faltaría el agua que no había caído en la 1ª banda, y
sí se aforarían las caídas en las bandas 2ª y siguientes en los ∆t anteriores. En el 2º
∆t faltarían la de la 1ª y la 2ª,y al final del hidrograma se aforaría solamente el agua
caída en la 9ª banda, 9 ∆t antes del fin de la precipitación.
En ambos casos, Figura 2 y Figura 3, el hidrograma tiene una meseta horizontaldebido a que el tiempo de precipitación es mayor que el tiempo de concentración de
la cuenca. Si no es así, es decir, que la duración de las precipitaciones es menor
que el tiempo de concentración, no se llega a alcanzar la meseta de caudal
constante, comenzando a bajar antes de alcanzar ese caudal constante. Para la
cuenca de la figura 3 se generarían los hidrogramas indicados a trazos (Figura 4)
Figura 4
En una cuenca real, cuando se producen precipitaciones, si se trata de una gran
cuenca es normal que el caudal previo a las precipitaciones no sea nulo, aunque va
agotándose lentamente. Un hidrograma de crecida tendría esquemáticamente la
forma que se presenta en la Figura 5.
En el hietograma se distinguen las precipitaciones que se infiltran respecto de las
que producen escorrentía directa, denominada precipitación neta o efectiva. La
separación entre ambas varía con el tiempo. Se observa que también se cumple la
relación: tbase= tprecip + tconc, que habíamos visto en la Figura 2 y Figura 3.
Q
tiempo
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El punto marcado como X indica el momento en que toda la escorrentía directa
provocada por esas precipitaciones ya ha pasado. El agua aforada desde ese
momento es escorrentía básica, que, si se trata de una cuenca sin almacenamientosuperficial, corresponde a escorrentía subterránea. En un hidrograma real las
precipitaciones son intermitentes en el tiempo y dispersas e irregulares en el espacio
de la cuenca receptora que está siendo aforada, por lo que el hidrograma aparecerá
con un trazado irregular.
Figura 5
IV.- DESARROLLO EXPERIMENTAL
IV.1.- Tormenta de diseño adoptada
Se utilizó como tormenta de diseño la producida en la Ciudad de Buenos Aires en
noviembre del 2003, valores obtenidos de la Facultad de Ciencias Astronómicas y
Geofísicas, Departamento de Sismología e Información Meteorológica, de la UNLP.
Con los valores de lluvia (precipitación e intensidad) y la dirección del viento para
dicha tormenta, y a partir de los datos obtenidos, representados en la Figura 6, se
tcrecida
tbase
tconc
tPrec
Q
tiempo
P
tiempo
P neta
P que noproduce
escorrentía
Punta
Curva decrecida
Curva de
descenso
Z
X Curva deagotamiento
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10
Curvas IDR para Capital Federal
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
D [min]
I [ m m / h ] R = 2 años
R = 5 añosR = 10 añosR = 25 añosR = 50 añosR = 100 años
utilizó una recurrencia de 2 años para el diseño de los modelos, verificándose para
una recurrencia de 5 años para estar del lado de la seguridad.
Figura 6
Trabajando con los primeros 15 minutos, para una recurrencia de 2 años, presenta
una intensidad de 95 mm/h y con 30 minutos para una recurrencia de 2 años, la
intensidad es de 55.7 mm/h, adoptándose aproximadamente éstos valores para la
aplicación del modelo físico y matemático.
IV.2.- Montaje y ejecución de los modelos empleados
Se describen a continuación las tareas llevadas a cabo en el montaje y ejecución de
cada uno de los modelos en particular.
IV.2.1.- Modelo físico
El modelo físico se pensó como una porción de una hipotética vía rápida, en escala
horizontal; y respetando los valores reales a escala vertical, tanto espesores de
capas como pendientes transversal y longitudinal.
Se elaboraron tres módulos de 0.64 m x 0.33 m y 0.05 m de espesor cada uno,
correspondientes a una mezcla asfáltica densa, una mezcla drenante de tamaño
máximo de agregado pétreo de 12 mm y una mezcla drenante de tamaño máximo
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de agregado pétreo de 20 mm. El material pétreo ensayado se obtuvo directamente
de los acopios y se fraccionó por cuarteos sucesivos hasta obtener una muestra
representativa para la ejecución de los modelos. Algunos valores de ensayosobtenidos son los que se ofrecen en la Tabla 1.
Tabla 1
P.E.A.Sat. AbsorciónÍndice deLajosidad
Polvo Adherido
DesgasteLos Ángeles
Equivalentede ArenaMUESTRA
g/cm³ [%] [%] [%] [%] [%]
M 6-20 2.720 0.21 14.02 0.9 14.02 - -M 6-12 2.719 0.4 21.8 1.1 20.0 - -
M 0-6 2.711 0.3 - - - - - - 77
M 0-3 2.706 0.2 - - - - - - 79
Antes de la elaboración de los módulos se realizaron probetas Marshall y se
determino la densidad Rice para la verificación de los porcentajes de vacíos.
Se utilizaron agregados de buena calidad de canteras cercanas al lugar de estudio y
asfalto modificado con EVA para la elaboración de las mezclas drenantes.La caracterización del asfalto modificado arrojó los siguientes resultados (Tabla 2):
Tabla 2
ENSAYO RESULTADOSPROMEDIOS NORMA
Penetración a 25ºC (100 g, 5 seg) [0.1 mm] 66 NLT 124/84
Punto de Ablandamiento [ºC] 91 NLT 125/84
Viscosidad Dinámica Brookfield RDV III [Poises]
135 ºC a 20.0 rpm Vel. Fluir: 6.8 Torque: 33.6 Rotor SC4-27 42.00
150 ºC a 40.0 rpm Vel. Fluir: 13.6 Torque: 21.0 Rotor SC4-27 13.13
170 ºC a 80.0 rpm Vel. Fluir: 27.2 Torque: 12.5 Rotor SC4-27 3.91
190 ºC a 160.0 rpm Vel. Fluir: 54.5 Torque: 11.8 Rotor SC4-27 1.84
IRAM 6837
Retorno Elástico Torsional [%] 72 NLT 329/91
Las dosificaciones correspondientes se muestran en la Tabla 3.
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12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tamices
% P a s
a
drenante Tmáx 12
drenante Tmáx 20
mezcla densa
Nº200 Nº100 Nº50 Nº30 Nº8 Nº4 3/8"1/2"3/4"
Tabla 3
P-12 P-20 Densa
A 6-20 - - 70.0 % 35.1 %
A 6-12 86.5 % 14.5 % 9.5 %
A 0-3 7.0 % 9.0 % - -
A 0-6 - - - - 49.3 %
Cal 2.0 % 2.0 % 2.0 %
Asfalto 4.5 % 4.5 % 5.1 %
El porcentaje de vacíos de la mezcla drenante con tamaño máximo 12 mm (P 12)
fue de 28.7 %, en tanto que para la P 20 fue de 29.5 %. Las gráficas granulométricas
respectivas se resumen en la Figura 7.
Figura 7
La construcción de los módulos se realizó de manera tradicional, similar a la muestra
que se emplea para el Wheel Tracking Test, logrando de esta manera conseguir las
características y propiedades de las mezclas empleadas en el estudio.
A cada uno de los módulos y a la doble capa de mezcla drenante se le realizó el
ensayo del Permeámetro LCS (Figura 8, norma NLT-327/88), arrojando los
siguientes valores:
K P 20: 180 cm/seg x 10-2
K P 12: 70 cm/seg x 10-2
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Además el ensayo para la mezcla densa verificó su impermeabilidad (K = 0).
Ingresando en el gráfico incluido en la norma “K vs. % Vacíos” se puede estimar el
porcentaje de vacíos relacionados con la permeabilidad de las mezclas, las cualesserían: Vi P 20: 33 %; Vi P 12: 27 %
Figura 8 Figura 9
Los 3 módulos empleados (capa drenante de tamaño máximo 12 mm, capa drenante
de tamaño máximo 20 mm y capa densa) se pueden apreciar en la Figura 9.
El paso siguiente consistió en la elaboración de un molde de madera para la
posterior colocación de los módulos en su interior, esta especie de “mesa” tiene un
pequeño orificio en el vértice más bajo para la recolección del agua, toda la mesa
tiene una inclinación transversal, para cumplir con una pendiente del 2 % y una
inclinación longitudinal del 1 %. Este molde se colocó en un bastidor para poder
elevarlo y colocar debajo una probeta graduada para la recolección del agua.
La etapa posterior se basó en la simulación de la lluvia, utilizando un simuladorformado por un bastidor con aspersores.
En este simulador se puede regular la altura y la inclinación de la estructura, como
así también la inclinación de los picos (Figura 10). El equipo permitió controlar los
valores de presión de agua y de esta manera regular la intensidad de la lluvia. En
función de la altura modelo–simulador, se consiguió que la energía cinética
cumpliera con los valores reales para la lluvia de las características buscadas. Para
determinar la intensidad se debió aforar la lluvia caída para cada simulación.
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Para una intensidad de 90 mm/h se practicaron tres simulaciones: 1) mezcla densa;
2) capa única de mezcla drenante P 12 sobre base impermeable; 3) doble capa de
mezcla drenante (superior P12 e inferior P20, sobre base impermeable). Figura 11.
Figura 10 Figura 11
Posteriormente se adecuó la intensidad a 55 mm/h, realizándose dos simulaciones:
para la mezcla densa y para la doble capa de mezcla drenante.
En cada simulación, en primera instancia se verificó que la intensidad fuese la
esperada; luego se iniciaron las precipitaciones sobre cada modelo, recogiéndose el
agua en una probeta graduada, tomándose los valores de tiempo para los aforos
cada 50 o 100 ml (según el caso) de manera acumulativa.
Cuando se cumplía un tiempo predeterminado, suficiente en principio para alcanzar
un caudal constante en los hidrogramas, se cortaba la lluvia y se seguía aforando y
se continuaba registrando el tiempo hasta el cese completo de la salida de agua.
A partir de estas consideraciones se obtuvieron los distintos hidrogramas de salida.
La Figura 12 muestra los resultados para una intensidad de 90 mm/h: la curva de
color azul corresponde a la mezcla densa, la de color verde a la mezcla drenante de
tamaño máximo 12 mm y la de color marrón a la doble capa de mezcla drenante,
con sus correspondientes líneas de tendencia. En los hidrogramas correspondientes
a la intensidad de 55 mm/h, Figura 13, la curva azul corresponde a la mezcla densa
y la marrón a la doble capa drenante, al igual que en el gráfico anterior con sus
correspondientes líneas de tendencia.
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Figura 12
Figura 13
IV.2.2.- Modelo matemático
IV.2.2.1.- Generalidades
Sobre la base de la definición del modelo conceptual del sistema en estudio, se
señalan a continuación las tareas llevadas a cabo para el planteo y ejecución del
modelo matemático: establecimiento de escala, variables y parámetros a utilizar
como "input", revisión de programas disponibles, selección de un programa
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6
Tiempo [minutos]
C a u d a l ( m l / m i n u t o )
Mezcla densa
Mezcla drenante
simple
Mezcla drenante
doble
I = 90 mm/h
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tiempo [minutos]
C a u d a l [ m l / m i n u
t o ]
Mezcla densaMezcla drenante
doble
I = 55 mm/h
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adecuado a la realidad del modelo conceptual, entrenamiento en el manejo del
software seleccionado y primeras tareas para el montaje del modelo analítico.
De acuerdo a una serie de programas o softwares de computación específicosrelacionados con la modelación matemática de escurrimiento superficial y de flujo
subterráneo, se analizaron las características más relevantes de cada uno de ellos.
El software HMS (Hydrologic Model Sistem) se consideró el más apropiado por
reunir los inputs, variables y salidas necesarias en la investigación.
El HMS simula la escorrentía superficial que resulta de una precipitación, mediante
la representación del sistema en estudio con la definición de tres elementos
principales: Modelo Esquemático o de Cuenca, Modelo de Precipitación yEspecificaciones de Control.
El Modelo Esquemático permite la materialización de la cuenca o sub-cuenca a
través de la definición de elementos como el área afectada, profundidad, parámetros
hidráulicos, contenido de humedad, pérdidas iniciales, porcentaje de
impermeabilización, tiempo de retardo, existencia de flujo subterráneo o caudal de
base, salidas o sumideros.
El Modelo de Precipitación define la duración, intensidad y lugar de aforo, utilizando
los datos de la tormenta de diseño disponible.
Las Especificaciones de Control incluyen la fecha, hora de inicio y fin de la tormenta,
además del paso de tiempo para la salida gráfica.
Una vez satisfechos los requerimientos de los tres elementos señalados, se
configura una corrida del modelo para obtener un hidrograma de salida.
IV.2.2.2.- Aplicación
En la presente investigación fue posible realizar las corridas para cada mezcla,expuestas a un Modelo de Precipitación de 95 mm/h de intensidad en los primeros
15 minutos, con una duración de 3 horas, para una recurrencia de 2 años.
En cuanto a la definición del Modelo Esquemático, el área modelada fue de
0.002 km² , seleccionando el método de tasas de pérdidas de Green & Ampt para las
mezclas drenantes P 12 y Doble Capa. Este método de pérdidas combina la función
de infiltración de Green & Ampt con la pérdida inicial, cálculo que se satisface antes
de producirse el escurrimiento superficial. En general la pérdida inicial representa los
procesos de intercepción vegetal, detención superficial, infiltración y
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evapotranspiración; en particular, aquí solo se representará la infiltración, de
acuerdo al modelo conceptual ya definido. Para la mezcla densa no se aplica este
método dado que se asume un 100 % de impermeabilización, sin pérdidas iniciales(toda la precipitación se transforma en escurrimiento superficial).
Los parámetros hidráulicos necesarios para capas simple y doble de mezclas
drenantes fueron la conductividad hidráulica y el contenido de humedad, utilizando el
máximo y el mínimo permitido por el método, respectivamente. El espesor de las
mismas fue establecido en 50 mm y 100 mm.
El método de transformación de lluvia a caudal empleado para las tres mezclas fue
el SCS Transform, el cual requiere la definición del tiempo de retardo o lag comoúnico parámetro en la definición del hidrograma unitario adimensional. El lag es el
tiempo en horas o minutos comprendido entre el centro de masa del exceso de
precipitación y el pico del hidrograma unitario SCS. Para este insumo se consideró el
tiempo registrado en la simulación del modelo físico, recalculando para el área
considerada en el modelo matemático.
Para el elemento Especificaciones de Control, se utilizó la información relacionada
con la tormenta del 23-11-2003 en la ciudad de Buenos Aires, definiendo la duración
de 3 horas y el paso de tiempo de salida gráfica de 1 minuto.
En la Tabla 4 se muestra el resumen de datos que se obtiene del software
correspondiente al hidrograma de salida de la doble capa de mezcla drenante.
En la Figura 14 se observa la gráfica del mismo hidrograma junto con el hietograma
de la precipitación obtenido de la tormenta de diseño.
Tabla 4
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18
Hidrogramas de salida
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
Tiempo [minutos]
C a u d a l [ m ³ / s e g ]
. Mezcla Densa
Mezcla Drenante P12
Drenante Doble Capa
Figura 14
En la Tabla 5 y en la Figura 15 se resumen los tres hidrogramas, resultantes de las
corridas pertenecientes a cada mezcla. De la comparación, se reconocen las
diferencias entre los picos calculados, existiendo una disminución o atenuación de
los correspondientes a las mezclas drenantes respecto al de la mezcla densa, del
orden de 33 % para la capa simple y de 37 % para la doble.
Tabla 5
Tiempo
lagPrecipitación Pico
Tiempo
del Pico
Atenuación
HidrogramaMEZCLA[minutos] [mm] [m³/seg] [horas] [%]
Densa 29.3 90.9 0.033226 2.02 0
Drenante P12 34.4 90.9 0.022231 2.07 33
Drenante DC 39.4 90.9 0.021050 2.13 37
Figura 15
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V.- RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Observando las gráficas es posible efectuar una serie de consideraciones:
• Se obtuvieron las respuestas esperadas en los hidrogramas correspondientes
a cada una de las mezclas, lográndose los objetivos establecidos con
anterioridad.
• En el caso del Modelo Físico y considerando la escala superficial reducida del
mismo, se observa que la diferencia en el tiempo en que se producen los Puntos
Máximos de los Hidrogramas en cada una de las curvas representaría un valor
apreciable, lo que implica que las capas de mezclas drenantes actúan como un
reservorio aumentando el tiempo de alcance del caudal pico al sumidero,
disminuyendo la capacidad de colmatación del mismo. Calculando las áreas bajo
la curva de cada uno de los hidrogramas, que representan los volúmenes de
agua de cada simulación, siempre para la misma intensidad, se concluye que las
mismas disminuyen levemente desde la mezcla densa a la doble capa de mezcla
drenante, debido a que queda agua retenida en los poros de las mezclas
drenantes, por lo que el volumen de agua que llega al sumidero es ligeramente
menor.
• Contrariamente, en la Modelación Matemática preliminar se visualiza que las
curvas de los hidrogramas correspondientes a la simple y doble capa de mezcla
drenante son similares. Esto se atribuiría a la diferencia de tamaño entre las áreas
del modelo matemático con respecto al físico, pues se asume que los espesores
de las capas drenantes resultan poco significativos en el tiempo de evacuación
del agua para el modelo matemático, pero importantes para el modelo físico. A
este hecho se sumaría que el alto porcentaje de vacíos de la capa drenanteinferior ofrece poca resistencia al paso del agua. En atención a estas
observaciones, en etapas posteriores de la investigación debería considerarse
una disminución de vacíos en la capa drenante inferior para tratar de aumentar el
tiempo de escurrimiento y consecuentemente atenuar aún más el pico del
hidrograma; y además, en particular para el modelo matemático, la utilización de
nuevos elementos y métodos que permitan una mejor representación del sistema
en estudio.
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BIBLIOGRAFIA
Del Ben Dias da Silva, C.: Estudio de la permeabilidad de mezclas asfálticas de
graduación abierta. Universidad Estatal de Campinas, Facultad de Ingeniería Civil, Arquitectura y Urbanismo, año 2005.
Agnusdei, J. ;Iosco, O. y Jair, R.: Análisis y seguimiento del comportamiento en
servicio, de mezcla drenante en la ruta provincial Nº 2. 31º Reunión del Asfalto,
Argentina, año 2000, Tomo II, pp. 575-584.
Orsolini,H.; Zimmermann, E. y Basile, P.: Hidrología, procesos y métodos. UNR
Editora ISBN Nº 950-673-254-4, año 2000.
García García, A.: La evacuación del agua en los pavimentos porosos urbanos:
un nuevo dren. 10º Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto, año 1999 (Sevilla
– España), Tomo I, pp. 731-738.
Cazorla Sanchez, J. y Álvarez Loranca, R.: Evaluación de la permeabilidad en los
firmes drenantes. 10º Congreso Ibero-Latinoamericano del Asfalto, año 1999
(Sevilla–España), Tomo II, pp. 971-980.
Roulleau, J.: La utilización de los recubrimientos drenantes: reducción de los
impactos en el medio ambiente. 9º Congreso Ibero–Americano del Asfalto, año
1997 (Asunción-Paraguay), Tomo II, pp. 1059-1072.
Colwill Douglas M.: Hydraulic conductivity of porous asphalt. Congreso Europeo
de Mezclas Drenantes, año 1997 (Madrid-España), Tomo I, pp. 563-584.
Pariat, J. C. : Permeabilité hydraulique des enrobes drainants. Mesures,
evolution, entratien. Congreso Europeo de Mezclas Drenantes, año 1997 (Madrid-
España), Tomo I, pp. 649-660.
Ven Te Chow; Maidment, Mays; Mc. Graw-Hill: Hidrología aplicada. Editorial Mc.
Graw–Hill Interamericana S.A., año 1994.
Custodio, E. y Llamas, M.: Hidrología subterránea, Tomos I y II. Editorial Omega
(Barcelona- España), año 1983.
Miró Recasens, R.: Nuevas mezclas para capas de rodadura y su influencia en
el confort (ruido) y la seguridad , año 2006, www. catedramln.unizar.es
Mahboub, K.: Evaluation and analysis of highway pavement drainage, año 2007,www.ktc.uky.edu
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