Capa Mezclas Drenantes

7/17/2019 Capa Mezclas Drenantes

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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



8

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



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




IRAM 6837

Retorno Elástico Torsional [%] 72 NLT 329/91

Las dosificaciones correspondientes se muestran en la Tabla 3.



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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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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