M. Sc. Rolando Mora Chinchilla, rmorach@gmail.com, Tel.: 2511-8218Escuela Centroamericana de Geología, Universidad de Costa Rica_____________________________________________________________________________________________________________________________

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Reducción de la escorrentía superficial con el uso depavimentos porosos y capas de recarga.

M. Sc. Rolando Mora Chinchilla, Director

Escuela Centroamericana de Geología

Universidad de Costa Rica

¿Será posible concebir una práctica de manejo de aguas deescorrentía que reduzca el tamaño de las áreasimpermeables, que sirva para recargar las aguassubterráneas, que mejore la calidad del agua y que eliminela necesidad de lagunas de detención? Esta expectativaparece ser muy ambiciosa, sin embargo, con el uso depavimentos asfálticos porosos sobre capas de recarga seha podido lograr.

El pavimento asfáltico poroso fue desarrollado en 1970 enel Instituto Franklin de Filadelfia, Estados Unidos y estácompuesto de asfalto bituminoso estándar, en el que losagregados finos (partículas de tamaño inferior a 0.6 mm)se han tamizado y reducido, permitiendo al agua atravesarel asfalto. Bajo el pavimento se coloca una capa deagregado de tamaño uniforme y exento de finos, con unespacio de vacíos del 40%. Las aguas de escorrentía drenana través del asfalto, se almacenan en la capa de agregado yse infiltran lentamente en el suelo subyacente.Adicionalmente, se coloca una tela filtrante geosintéticapara separar la capa de agregado del suelo subyacente, lacual previene el movimiento de finos hacia la capa (Fig. 1).

El pavimento poroso es especialmente apropiado paraáreas de parqueo. En estados Unidos se conocen casos deinstalaciones exitosas de pavimento poroso de más de 20anos de funcionamiento, los cuales se mantienenfuncionando apropiadamente como áreas de parqueo ysistemas de manejo de aguas de escorrentía al mismotiempo. De hecho, muchos de estos sistemas hansobrepasado a los pavimentos convencionales en lo querespecta a su durabilidad y capacidad de manejo de aguasde escorrentía.

¿Cómo funciona?

La mezcla de asfalto poroso tiene una menorconcentración de finos que el asfalto tradicional (Cuadro1), la cual se obtiene directamente por tamizaje. En todoslos otros aspectos de manufactura, el asfalto poroso es

idéntico al asfalto convencional y puede ser mezclado enuna planta de asfalto estándar.

Fig. 1 Sección transversal esquemática del asfalto poroso,donde se muestra la capa de recarga bajo el mismo.

Con un contenido menor de finos, el asfalto es poroso ypermite que el agua drene a través de los virtualmenteimperceptibles poros (para el ojo no entrenado, elpavimento poroso, apropiadamente preparado, es difícilde distinguir del pavimento tradicional). Existen algunasvariaciones de la mezcla, que incluyen gradaciones quepueden ser usadas para reducir el ruido y los patinazos.Para el caso del manejo de aguas de escorrentía la mezclamás recomendada es la indicada en el cuadro 1.

Cuadro 1: Mezcla estándar de asfalto porosoTamaño de malla Porcentaje pasando

1/2 pulg. 1003/8 pulg. 95

#4 35#8 15

#16 10#30 2

Porcentaje bituminoso: 5.75-6.0% por peso

La capa de recarga subyacente está compuesta de unamezcla de piedra limpia, uniformemente gradada, de 1,5 a2,5 pulgadas. En función de la disponibilidad local deagregado, se pueden utilizar piedras de tamaños grandes y

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pequeños, el requerimiento importante es que la piedrasea uniformemente gradada (para maximizar el espacio devacíos) y lavada. El espacio vacío entre las piedrasproporciona el volumen de almacenamiento crítico.Piedras impregnadas de polvo o suciedad pueden atascarla capa de infiltración, por lo tanto deben ser evitadas. Lacapa de piedra es 45 a 90 cm de espesor, en función de losrequerimientos de almacenamiento y la gradación del sitio.Este espesor proporciona una base estructural significativapara el pavimento, como resultado, el pavimento porosoexhibe muy poco de los problemas de fracturamiento yformación de baches encontrados en el pavimentoconvencional.

La base de la capa de recarga se excava dejándola niveladay no se compacta, esto permite que el agua se distribuya einfiltre uniformemente sobre toda la base. Lacompactación de los suelos impediría la infiltración, demanera que se torna importante prevenirla durante laexcavación. La base de la capa no debe colocarse sobrematerial de relleno, a menos que el material de relleno seapiedra. Una capa de geotextil no tejido en la base de lacapa permite la filtración del agua en el suelo, mientraspreviene que las partículas del suelo se desplacen hacia lacapa de piedra.

Es común que la capa de roca proporcione la posibilidad demanejo de las aguas de escorrentía de áreas impermeablesadyacentes, como techos y accesos. Para lograr esto, sedeben hacer converger las aguas de escorrentíadirectamente en la capa de roca, mediante el uso detubería perforada para que el agua se distribuyauniformemente (Fig.2).

Consideraciones de diseño.

Si en el futuro el pavimento poroso se recarpetea o seatasca, el agua de escorrentía debe seguir alcanzando lacapa de recarga. Para estos casos se deja un borde depiedra sin pavimentar o cunetas que descargan hacia lostubos perforados instalados en la capa de recarga.

Adicionalmente, en caso de que la capa de recarga secolmate (lo cual es muy difícil), el sistema se diseña con unrebalse. Durante una tormenta, conforme el agua asciendede nivel en la capa de recarga, no se permite la saturacióndel pavimento mediante el uso de tragantes con salidasmás altas que las entradas para proporcionar una descarga

positiva. En este caso la capa de recarga también actúacomo una laguna de detención subterránea, eliminando lanecesidad de una laguna por separado.

Fig. 2 Los bajantes de las canoas se pueden conectardirectamente a la capa de recarga.

Como regla de diseño, si la capa de recarga puedeproporcionar un volumen de almacenamiento igual alvolumen del incremento de escorrentía durante un eventocon período de recurrencia de dos años (es decir ladiferencia en el volumen de escorrentía antes deldesarrollo y después del desarrollo), esta proporcionarásuficiente almacenamiento para mitigar la descarga picode escorrentía durante eventos mayores (25 a 100 años deperíodo de retorno). Esencialmente, la capa de recargaactúa como una laguna de detención subterránea eneventos extremos, a la ves que reduce volumen. Unatormenta puede ser “enrutada” a través de la capa derecarga, usando los mismos cálculos empleados paralagunas de detención, esto para confirmar la mitigación delas descargas pico.

Como una consideración final de diseño, los sistemas deinfiltración funcionan de la mejor manera cuando al aguase le permite infiltrar en una gran área. Como regla básica,se diseña con una relación de 5:1 de área impermeable aárea de infiltración, es decir, la escorrentía de 50 m2 desuperficie impermeable requerirá de 10 m2 de capa deinfiltración. Debido a que los parqueos consumen muchadel área de los desarrollos, alcanzar esta relación no es ungran problema.

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Condiciones del subsuelo.

Se requieren condiciones del suelo apropiadas para lainfiltración, por lo que el diseñador debe evaluar una seriede factores, entre los que se incluyen: tipo de suelo,permeabilidad, profundidad de la roca y ubicación del nivelfreático. Algunas guías de diseño se muestran en el cuadro2. El factor más importante es que la ubicación del sistemade infiltración con pavimento poroso sea considerada conantelación en el proceso de diseño. Tradicionalmente, lossistemas de aguas de escorrentía se diseñan pararecolectar y hacer converger la escorrentía en la parte másbaja, al hacer esto solamente se logra convertir este sitioen el sitio más húmedo, cercano a una corriente superficialo a un humedal, o con suelos de mala calidad. Los sistemasde infiltración se desempeñan mejor en suelos en laspartes altas, por lo que los diseños deben integrar unacombinación de sistemas de infiltración pequeños ygrandes a lo largo del sitio para evitar la convergencia de laescorrentía en un lugar en particular.

Antes de diseñar el sistema de infiltración, se debe realizarla investigación del suelo, la cual consiste en:

- Realizar una excavación con la ayuda de unaretroexcavadora de 1.8 a 2.4 m de profundidadpara observar las condiciones del suelo. Algunosdiseñadores prefieren utilizar perforaciones, sinembargo, es más conveniente observar y describirlos horizontes de suelo directamente.

- Realizar los ensayos de campo de conductividadhidráulica saturada (permeabilidad) a laprofundidad aproximada de la capa de recarga. Sepueden realizar ensayos de percolación opermeámetros de campo. Las permeabilidadesbajas no se deben descartar, más bien, estosignifica que la infiltración ocurrirá lentamentedurante un período de 2 a 3 días, lo cual es idealdesde la perspectiva del mejoramiento de lacalidad del agua.

Costo.

El pavimento poroso no cuesta más que el pavimentoconvencional. La capa de roca subyacente esusualmente más costosa que una base compactadaconvencional, pero la diferencia de costo por lo

general es compensada por una reducción significativaen tubería de alcantarillado pluvial y tragantes.

Cuadro 2 Guía de diseño para infiltraciónsubterránea.Evite entubar el agua por largas distancias. Busqueoportunidades para infiltrar dentro del área inmediatadel proyectoConsidere el uso pasado del sitio y la conveniencia dediseñar la capa de recarga y el pavimento porosoConsidere las fuentes de escorrentía. Incorporetécnicas de reducción de sedimentos apropiadasEjecute ensayos de campo para determinar la posicióndel nivel freático, profundidad de la roca y condicionesdel suelo, incluyendo permeabilidad de los materiales.Diseñe de acuerdo con los resultados: mantenga 1.0 mcomo mínimo sobre el nivel del agua subterránea y 60cm sobre la roca.Evite movimientos excesivos de tierras (corte y relleno)Diseñe con los contornos del sitioMantenga un espesor de suelo suficiente por encimade la rocaNo infiltre en relleno compactadoEvite compactar el suelo durante la construcciónMantenga medidas de control de erosión y sedimentoshasta que el sitio sea estabilizado. La sedimentacióndurante la construcción puede causar la falla delsistema de infiltraciónExtienda la infiltración sobre la mayor área disponible.Evite concentrar mucha escorrentía en un área, utilicela regla básica 5:1La base del área de infiltración debe estar niveladapara permitir una distribución uniformeLa pendiente del pavimento poroso no debe exceder el5%, Use pavimento convencional en áreas dependiente fuerte con tráfico vehicular.Inspeccione frecuentemente la obra

Adicionalmente, debido a que el pavimento poroso sediseña para insertarse en la topografía del sitio, losmovimientos de tierras son menores y no se requierenexcavaciones profundas. Cuando los ahorrosproporcionados por la eliminación de las lagunas dedetención son considerados, el pavimento poroso siemprees una opción económicamente atractiva. Cuando secomparan los costos unitarios, el pavimento porososiempre es la opción menos costosa. El costo promedio esde $2000 a $2500 por área de parqueo.

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Construcción.

Indudablemente, cuando una práctica de manejo falla, espor causa de dificultades y errores en el diseño yconstrucción, esto es cierto para el pavimento porosotambién. Compactación del suelo de la subrasante, controlpobre de la erosión y materiales de baja calidad, todos soncausas de fallas. Por esta razón, se deben proporcionarespecificaciones sobre la protección del sitio, la proteccióndel suelo y la instalación del sistema. Se debe conversarcon el contratista antes de la construcción y discutiraspectos de como prevenir que el equipo pesadocompacte el suelo, la necesidad de prevenir que aguascargadas de sedimentos descarguen en el pavimento y lanecesidad de contar con piedra limpia. Se debe revisarverbalmente el proceso de instalación con el capataz delproyecto. Durante la construcción, se debe contar con lavisita rutinaria y el asesoramiento de parte del diseñador,una instalación exitosa es un proceso que requiere unaparticipación activa de parte del diseñador. La mayoría delos problemas son el resultado de problemasconstructivos, por lo general, la falla no tiene que ver conel contratista o con los suelos de mala calidad, más bien sedeben a la falta de guía en los procedimientosconstructivos.

Debido a que los sitios de construcción inherentementeson complicados, lo mejor es instalar el pavimento porosohacia el final del período constructivo, de manera que sereduzca la posibilidad de crear problemas. En el proyectose puede excavar el área de la capa de piedra hasta 15 cmde su nivel final y usarse para el almacenamiento temporalde materiales. Se debe tener cuidado de no compactar elsuelo con el equipo pesado, pero sedimentos u otrosmateriales se pueden acumular. En etapas posteriores delproyecto, los sedimentos se remueven, la capa se excavahasta su nivel final y se instala el sistema de pavimentoporoso, esto evita la necesidad de construir un cuenco desedimentos por separado durante la construcción.

Mantenimiento.

Se recomienda que la superficie del pavimento poroso seabarrida y aspirada con equipo industrial,desafortunadamente, como muchos de los requerimientosde mantenimiento, esta sugerencia por lo general no estomada en cuenta o se olvida. Afortunadamente, aún sin

mantenimiento regular, el sistema se mantienefuncionando.

Cuando la escorrentía converge de áreas adyacentes haciala capa de recarga, usualmente se instala un tragante uotra estructura para reducir la cantidad de detrito ysedimento. Esta estructura también requiere de laremoción periódica del sedimento y detrito.

¿Dónde no funciona?

Debido a que el asfalto poroso es reducido en finos, estecuenta con resistencia al corte inferior y por lo tanto no serecomienda para situaciones como tránsito aeroportuarioo pendientes superiores al 6%. En Estados Unidos no seutiliza en carreteras, sin embargo, en Europa se hautilizado más extensivamente. También, hay lugares dondela amenaza de derrames y contaminación del aguasubterránea es muy importante, en esas situaciones(parqueos de camiones y áreas de industria pesada), serecomienda tratar el agua antes de propiciar la infiltración.La posibilidad de contener derrames debe ser consideradae insertada dentro del sistema.

Variaciones sobre el tema: aceras y lugares de juegoporosos, concreto poroso.

Recientemente, el asfalto poroso se ha utilizado en acerasy lugares de juego, los cuales no forman parte de la capade recarga, más bien son un intento por reducir lacobertura impermeable. Estos esfuerzos mejoran la calidady la cantidad del agua de los ríos y conducen hacia unobjetivo ambiental por el cual debemos esforzarnos: aguaspotables, “nadables”, pescables y accesibles.