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DISEÑO DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUAS LLUVIA A PARTIR DE PAVIMENTOS PERMEABLES EN ESTACIONES DE BOMBEROS EN EL DEPARTAMENTO DE BOYACÁ

PRESENTADO POR: MARIANA SAHALI MARTINEZ ROSAS YESICA NATALIA PRIETO BELTRÁN ELIANA VELANDIA AGUILERA

ASIGNATURA: INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA E INNOVACIÓN AMBIENTAL

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ D.C. 2018-2

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DISEÑO DE UN SISTEMA DE CAPTACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE AGUAS LLUVIA A PARTIR DE PAVIMENTOS PERMEABLES EN ESTACIONES DE BOMBEROS EN EL DEPARTAMENTO DE BOYACÁ

PRESENTADO POR: MARIANA SAHALI MARTINEZ ROSAS YESICA NATALIA PRIETO BELTRÁN ELIANA VELANDIA AGUILERA

PRESENTADO A: DOCENTE. PAOLA ANDREA ACEVEDO PABÓN INGENIERA QUÍMICA Ph.D. EN INGENIERÍA QUÍMICA

ASIGNATURA: INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA E INNOVACIÓN AMBIENTAL

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ D.C. 2018-2

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TABLA DE CONTENIDO 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................... 5 2. JUSTIFICACIÓN .............................................................................. 8 3. OBJETIVOS ........................................................................................ 9 3.1. GENERAL ....................................................................................... 9 3.2. ESPECÍFICOS ............................................................................... 9 4. HIPÓTESIS ...................................................................................... 9 5. MARCO REFERENCIAL .................................................................. 9 5.1. MARCO TEÓRICO ........................................................................ 9 5.2. MARCO CONCEPTUAL .............................................................. 14 5.2.1 Concreto hidráulico convencional: ................................................ 14 5.2.2 Permeabilidad: .............................................................................. 14 5.2.3 Pavimento permeable: .................................................................. 14 5.2.4 Geotextil no tejido: ........................................................................ 14 5.2.5 Isla de calor: ................................................................................. 14 5.2.6 Agregados: ................................................................................... 14 5.2.7 Asfalto poroso: .............................................................................. 15 5.2.8 Concreto permeable: .................................................................... 15 5.2.9 Infiltración: .................................................................................... 15 5.3. ESTADO DEL ARTE ...................................................................... 15 5.3.1. Tipos de pavimentos permeables ................................................ 16 5.3.2 Hormigón permeable .................................................................... 19 5.3.3 Adoquines..................................................................................... 20 5.3.4. Pavimentos porosos .................................................................... 20 5.3. MARCO LEGAL ........................................................................... 21 6. MARCO METODOLÓGICO ............................................................... 22 6.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................................. 22 6.2. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ..................................................... 23 6.3. HERRAMIENTAS PARA LA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN. 24 6. CRONOGRAMA ............................................................................. 25 8. PRESUPUESTO ............................................................................... 26 9. REFERENCIAS ................................................................................ 27

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TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Municipios con alerta roja de incendio de cada departamento ............... 5 Ilustración 2. Sistema de captación de agua lluvia a partir de canaletas en los techos 7 Ilustración 3. Tipos de pavimentos permeables......................................................... 10 Ilustración 4. Estructura de pavimento permeable en adoquín .................................. 12 Ilustración 5. Esquema de diseño ............................................................................. 13 Ilustración 6. Pavimentos implementados en parques............................................... 18 Ilustración 7. Pavimentos permeables implementados en parqueaderos .................. 19 Ilustración 8. Diagrama de Gantt para el proyecto ................................................... 25 Ilustración 9. Gráfica Diagrama de Gantt para el proyecto ........................................ 26

TABLAS Tabla 1. Parámetros de diseño de diferentes tipos de Pavimentos Permeables, elaborada con base a los estudios de la ASTM (Association of Chartered Treasury Managers) y las experiencias de los trabajos de Jackson y Smith en Estados Unidos 16 Tabla 2. Metodología llevada a cabo en el proyecto ................................................... 23 Tabla 3. Presupuesto de la investigación del proyecto ............................................... 26

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Boyacá es un departamento caracterizado por alta presencia de precipitación, este departamento generalmente recibe los vientos alisios del sureste que provienen de la región de Amazonía con carga de humedad, provocando precipitaciones de hasta 125 mm en meses como octubre, sin embargo, en meses como enero se presentan graves incendios por las altas radiaciones solares, una de las causas son los brutales cambios del tiempo con heladas en la madrugada que llegan a tomar valores por debajo de 0° C y luego las altas temperaturas en el día [1], [2].

Por otro lado, las prácticas incorrectas por parte de los residentes de la región en cuanto a la disposición final de los residuos también han contribuido en gran medida la generación de incendios, ya sea por la quema de estos residuos o porque los dejan expuestos en zonas abiertas. El IDEAM y la UNGRD calculan que el 90% de los incendios forestales son causados por los humanos [7]. Por lo tanto, estos incendios hacen que el departamento sea uno de los que más presenta municipios con alerta roja (Ilustración 1), posterior a Santander por lo que las Estaciones de Bomberos deben asistir constantemente con sus equipos de trabajo y eliminar cada uno de los incendios por medio de carro bombas llenos de agua potable, agua que muchas veces hace falta a otras personas. Ilustración 1. Municipios con alerta roja de incendio de cada departamento

Fuente: IDEAM

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En Colombia no hay una ley como tal que establezca qué tipo de agua se puede utilizar para apagar incendios por lo que normalmente las estaciones de bomberos usan agua potable ya que le genera más rapidez y facilidad. Sin embargo, muchas veces se presentan casos de municipios que se quedan sin agua a consecuencia de las sequías, por ejemplo en 2016 en Tibasosa Boyacá, los habitantes estuvieron varios días sin agua debido a que los ríos y quebradas se estaban secando impidiendo que este llegarán hasta el tanque de abastecimiento [3]. Dependiendo de la proporción del incendio puede gastar cerca de 6000 galones (22,7 m3) de agua potable, este es un gasto desmesurado y más teniendo en cuenta que es casi la misma cantidad que consumen 3 familias de aproximadamente 3-4 integrantes en un mes [4].

Por lo tanto, algunas estaciones de bomberos ha venido implementando sistemas de recolección de aguas lluvia a través de canaletas (Ilustración 2) y así utilizarla para apagar incendios, lavar vehículos, patios y darle otros, es el caso del Cuerpo de Bomberos Voluntarios de Chinchiná (Caldas) [5], sin embargo, este proyecto tiene como fin el diseño de un método que permita complementar este sistema, con pavimentos permeables, la cual es una alternativa creada para mitigar la escorrentía superficial [6] que en esta oportunidad se implementará en zonas peatonales del departamento, patios, parqueaderos y/o aceras de las estaciones de bomberos de Boyacá con el fin de recolectar una mayor cantidad de aguas lluvia que se lleguen directamente a los hidrantes de incendios para hacer uso de los mismo en el momento que lo requiera o para el caso de la recolección en las estaciones de bomberos hacer un proceso de filtrado, almacenarla en un tanque de reserva y utilizarla cuando se presente una emergencia lo requiera teniendo en cuenta no solo que allí es donde más incendios se presentan sino también que hay meses en los que llueve bastante.

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Ilustración 2. Sistema de captación de agua lluvia a partir de canaletas en los techos

Fuente: Agencia de noticias UN

La cantidad de agua recolectada también puede ser aprovechada para lavar los vehículos y como reserva en caso de un agotamiento en el agua potable. Es importante tener en cuenta que el tipo de pavimento permeable usado será determinante a la hora de alcanzar el desarrollo del proyecto y sobre todo para evitar en lo posible malgastar el agua potable que puede ser implementado en zonas en donde hay poco abastecimiento de agua, también es importante tener en cuenta que se deben estudiar las características del lugar de implementación, en este caso de Boyacá, que es uno de los departamentos que presenta más problemas de incendios y carencia de agua potable en el país.

PREGUNTA PROBLEMA:

¿Qué tipo de pavimento es más efectivo en la recolección de aguas lluvia para un posterior aprovechamiento en Estaciones de Bomberos para la extinción de incendios u otros usos?

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2. JUSTIFICACIÓN La presente investigación tiene como objetivo el diseño de un sistema de captación y aprovechamiento de aguas lluvias, mediante la implementación de pavimentos permeables, los cuales traen consigo beneficios como la reducción de contaminación y escorrentía de aguas pluviales, evitan inundaciones y tienen una eficiente recolección de aguas lluvias y aguas grises, que pueden ser tratadas para cumplir con los objetivos de calidad del agua y luego ser distribuida para su consumo [8]. El aprovechamiento de aguas lluvias a partir de pavimentos permeables es una muy buena alternativa de recolección de aguas, “ya que estos pavimentos tienen la capacidad de disminuir la contaminación de metales pesados, aceites, sólidos totales (36-95%), sustancias consumidoras de oxígeno (DQO,54-89%)” [9], agua que es apta para ser utilizada en la disipación de incendios.

De acuerdo con un análisis de costos por parte de la Pontificia Universidad Católica del Perú, los pavimentos de concreto permeables son viablemente económicos en comparación con los concretos convencionales, la diferencia se encuentra en el proceso de la mezcla con respecto al metro cúbico y al tratamiento de la sub-base. Al compararse con el pavimento asfáltico en las fases de mantenimiento y operación es más económico el pavimento concreto permeables [10].

Debido a la gran cantidad de incendios que se ha ido presentando en los últimos años en el departamento de Boyacá, posicionado en alerta roja y a las sequías que también se han presentado en algunos municipios de este departamento, se ha pensado en una alternativa de contribuir y aprovechar los recursos naturales que se presentan en gran medida en esta zona, contribuyendo así a generar beneficios para la comunidad al llevar a cabo la implementación de pavimentos permeables en las estaciones de bomberos. Con la implementación de este sistema se minimizaría la demanda de agua potable, que es utilizada para disipar la cantidad de incendios que se presentan con frecuencia en diferentes zonas del departamento. Además el agua recolectada en estaciones de bomberos también puede ser una reserva de agua para uso de lavado o para la descarga de cisternas en caso de falta de abastecimiento de agua en los hogares.

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3. OBJETIVOS 3.1. GENERAL Diseñar un sistema de captación y aprovechamiento de aguas pluviales a partir de pavimentos permeables en las zonas peatonales, parqueaderos y estaciones de bomberos para recarga de hidrantes en el departamento de Boyacá, en función de suplir las necesidades de los incendios y otras actividades que no requieran de agua tratada.

3.2. ESPECÍFICOS -

Estimar la eficiencia de los pavimentos permeables en la recolección de aguas lluvia en el departamento de Boyacá.

-

Seleccionar y diseñar el método más adecuado para un sistema de captación, almacenamiento y aprovechamiento de aguas a partir de pavimentos permeables.

-

Contrarrestar los costos de agua lluvia captada por el sistema diseñado vs los costos generados al utilizar agua potable para apagar incendios y otros usos.

4. HIPÓTESIS El pavimento de Hormigón presenta una mejor eficiencia para la recolección de aguas lluvia y viable, por lo que se pretende este tipo de pavimento el adecuado para su aplicación en el departamento de Boyacá, para así captar y aprovechar las aguas lluvia de la región. 5. MARCO REFERENCIAL 5.1.

MARCO TEÓRICO

Los primero estudios sobre pavimentos permeables datan del año 1999 en Reino Unido donde se obtuvo información detallada del comportamiento hidrológico a lo largo de 18 meses en donde el 55% de una tormenta de 15 mm de precipitación por una hora, fue retenida por una estructura inicialmente seca, reteniéndola en sus capas inferiores [11]. Se realizan estudios de disminución de caudales, remoción de contaminantes, metal y degradación de hidrocarburos para evaluar la eficiencia de los pavimentos permeables [12].

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Los pavimentos permeables pueden contribuir de manera importante a un manejo efectivo de las aguas pluviales, estos dan la oportunidad de transformar una fuente tradicional de escorrentía de aguas lluvia en un medio de captación y así hacer un uso múltiple de las mismas. Los pavimentos permeables consisten en un tipo de concreto permeable, asfalto poroso, pavimentos de hormigón o sistemas de rejillas sobre una base de base como se puede ver en la Ilustración 1, estos son sistemas que infiltran el agua de lluvias, reducen los caudales máximos, filtran y limpian los contaminantes. Se debe tener en cuenta en el diseño de pavimentos permeables la capacidad estructural para acomodar las cargas de los vehículos [11].

Ilustración 3. Tipos de pavimentos permeables

Fuente: Permeable Pavement Design and Construction Case Studies in North America

Estos pavimentos son una nueva tecnología y han ganado gran popularidad en América del Norte ya que estos diseños han mejorado la gestión de aguas pluviales. Por ello es importante el diseño de un pavimento permeable exitoso y para esto se debe tener en cuenta tanto el diseño estructural, es decir, considerar la resistencia del pavimento requeridas para la zona, sabiendo que se deben acomodar las cargas de vehículos y el diseño hidrológico que considera la capacidad de infiltración, almacenamiento y liberación o aprovechamiento de aguas pluviales. [13]

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Todo esto debido a que desde hace unas décadas ha habido un continuo y rápido crecimiento

de

las

ciudades

que

conlleva

así

mismo

a

una

progresiva

impermeabilización del suelo dejando como consecuencias la alteración del ciclo hidrológico natural del agua causando en zonas urbanas por los sistemas de drenajes como los ya mencionados se han convertido en un gran problema por ende ha surgido la necesidad de afrontar esta situación con un perspectiva diferente a la convencional como lo es un sistema de drenaje sostenible. [14]

En el diseño de pavimentos permeables se utilizan varias materiales que son similares a los que son implementados en pavimentos convencionales, como el concreto permeable y asfalto poroso, con la excepción de que los materiales agregados a estos últimos son más finos para hacer de ellos materiales permeables.

Los pavimentos permeables son una gama de materiales y técnicas para pavimentos que llevan una base y sub-base que permite la circulación de las aguas pluviales a través de la superficie en este caso sostenible. También el sistema debe tener trampas que retengan los sólidos en suspensión y filtros de contaminantes del agua. Estos se han podido adecuar fácilmente en carreteras, caminos, jardines y lotes que están sujetos a tráfico vehicular ligero como lo son las zonas de aparcamiento de autos, ciclo-rutas, carriles de acceso entre otros como aceras residenciales etc., sin embargo se debe tener en cuenta que el material empleado debe ser lo más resistente [14].

Como se ha mencionado anteriormente, existen varias alternativas de pavimentos permeables, unos es el de hormigón que consiste en una mezcla del mismo de alta porosidad y una sub-base que requiere una granulometría especial que la hace permeable, este pavimento tiene una resistencia estructural suficiente para muchas aplicaciones como lo son para estacionamientos. Para la instalación de este pavimento se debe hacer una compactación y se debe prevenir el deterioro de la permeabilidad del suelo natural durante la construcción [11].

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Este en particular tiene una capacidad de infiltración superior a la de cualquier suelo, es decir la suficiente para absorber toda la lluvia que cae sobre él, además se pueden aplicar en cualquier tipo de suelo incluso que en los que tienen baja permeabilidad, también permite almacenar el agua captado en la sub-base para luego ser conducido a otro lugar.

Por otro lado se tiene el uso de adoquines para un sistema de pavimento permeable, se caracteriza básicamente por su geometría ya que deja intersticios entre adoquines que son rellenados con gravilla fina y dan permeabilidad, mantienen la rigidez y la fricción necesaria para su estabilidad. Bajo los adoquines hay una cama de arena gruesa o gravilla fina, esto para asegurar la infiltración y el almacenamiento junto con la subbase que es de granulometría gruesa y homogénea [14]. Ilustración 4. Estructura de pavimento permeable en adoquín

Fuente: Diseño de un campo de prueba piloto de pavimentos permeables en la ciudad de Cartagena

Algunas veces se ha presentado que la capacidad de infiltración del pavimento ha disminuido con el tiempo debido a la colmatación sin embargo su recuperación es relativamente sencilla.

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Para el diseño de los pavimentos permeables es necesario medir diferentes procesos con precisión adecuada por ello se tienen en cuenta el monitoreo de algunos procesos como la intercepción, recolección o captura de la lluvia por la cuenca, la infiltración a través del pavimento permeable, la capacidad de almacenamiento del agua infiltrada, entre otros.

Para esto es importante tener en cuenta que se debe estimar la intensidad de la lluvia, esto mediante la Curva de intensidad-duración-frecuencia a partir de datos meteorológicas tomadas de estaciones cerca del lugar donde se pretenden disponer los pavimentos. [15]

Ilustración 5. Esquema de diseño

Fuente: Diseño de un campo de prueba piloto de pavimentos permeables en la ciudad de Cartagena

Actualmente en Colombia el tema de los pavimentos permeables para tratar los drenajes de agua lluvia es casi nulo, además de que carece de normas o reglamentos que regulen el uso de estos, sin embargo el país cuenta con una empresa Ingecontrol S.A., la cual tiene diseños basados en sistemas de drenaje sostenible [15].

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5.2.

MARCO CONCEPTUAL

Dentro del marco referencial del presente proyecto se tiene en cuenta el aspecto conceptual de los términos ó palabras claves más sobresalientes del tema, descrito a continuación.

5.2.1 Concreto hidráulico convencional: Material impermeable que no permite el flujo libre a través de la estructura de pavimento, sino que mediante el bombeo desde el eje de la vía se direcciona el agua hacia los sistemas de drenaje que principalmente son sumideros que conectan con los sistemas de alcantarillado de la ciudad. [16]

5.2.2 Permeabilidad: Es la capacidad que tiene un material para que lo atraviesen fluidos, aire o luz, sin perder su estructura interna. Estos materiales por lo general son porosos [15].

5.2.3 Pavimento permeable: Es un pavimento innovador que permite el paso de las aguas pluviales a través de la superficie, a la sub-base y se filtren en el suelo o lleguen a un sistema de drenaje [17].

5.2.4 Geotextil no tejido: Son geotextiles fabricados con pequeñas fibras juntas en forma de hoja o tela que son unidas por procesos mecánicos, químicos y / o solventes. Por lo general, se agrupan en tres categorías: punzonado con agujas, pegado químico o pegado con calor [18].

5.2.5 Isla de calor: Materiales como el asfalto y concreto tradicional contribuyen a generar la isla de calor, que se genera dentro del área urbana. Este efecto es un factor de reflectancia solar y es el porcentaje de energía solar reflejada por una superficie. [19]

5.2.6 Agregados: Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes, mediante su mezcla con materiales 14

aglomerantes de activación hidráulica (cementos, cales, etc.) o con ligante asfálticos [20].

5.2.7 Asfalto poroso: Consiste en asfalto de mezcla caliente convencional (WMA) o asfalto de mezcla caliente (HMA) con finos muy reducidos que dan como resultado una mezcla abierta que permite que el agua pase a través de un espacio vacío interconectado. El espacio vacío de la superficie de asfalto poroso varía típicamente entre 18% y 25%. En comparación, los vacíos para asfalto estándar suelen ser del 2% al 3% y no están interconectados asfálticos [21].

5.2.8 Concreto permeable: Consiste en un sistema hidráulico de unión de cemento combinado con un agregado de graduación abierta para producir un pavimento rígido y duradero. Este pavimento generalmente tiene un espacio vacío interconectado del 15% al 25% que permite una rápida infiltración de las aguas pluviales en el suelo subyacente y / o la capa de almacenamiento de agregados [21].

5.2.9 Infiltración: Migración descendente de la escorrentía a través del pavimento permeable y la base granular.[15]

5.3. ESTADO DEL ARTE Los pavimentos permeables han sido utilizados desde los años 1970 y 1990 en diferentes países de Europa, en Colombia es muy poca la utilización de este recurso, tan solo se han llevado a cabo unos cuantos proyectos en parques y senderos peatonales, proyectos que han tenido muy buena acogida. Sin embargo, no se ha generado ningún proyecto en Colombia para instalar este tipo de pavimentos en las estaciones de bomberos. Es por esto que en este proyecto se quiere diseñar un sistema de captación y aprovechamiento de aguas lluvias para así contribuir al ahorro de agua potable, la cual puede servir para abastecer a más familias en el departamento de Boyacá. [14].

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5.3.1. Tipos de pavimentos permeables La elección de qué tipo de pavimento permeable se debe usar está influenciada por el diseño específico del sitio y el uso futuro previsto de la superficie permeable. Una comparación general de las propiedades de ingeniería de los tres principales tipos de pavimentos permeables se presentan en la siguiente tabla

Tabla 1. Parámetros de diseño de diferentes tipos de Pavimentos Permeables, elaborada con base a los estudios de la ASTM (Association of Chartered Treasury Managers) y las experiencias de los trabajos de Jackson y Smith en Estados Unidos FACTOR DE

HORMIGÓN POROSO

ASFALTO POROSO

ADOQUINES

Escala de

De pequeñas a gran

De pequeñas a gran

Micro, pequeñas y

Aplicación

escala

escala

gran escala

Espesor de

12.70 a 20.32 cm

7.62 a 10.16 cm

7.62 cm

Ninguno

5.08 cm triturado No.

5.08 cm triturado No. 8

DISEÑO

Pavimento Capa de Asiento

57 Capa de depósito

Piedra No. 57

Piedra No. 2

Piedra No. 2 10.16 cm de piedra No. 57

Propiedades de

Moldeado en lugar de

Moldeado en lugar de

No hay periodo de

construcción

disposición, a los 7 días

disposición, a las 24

curación. Manual o de

debe ser curado y

horas se debe curar.

instalación mecánica.

33.048 m/d

1.83 m/d

0.6096 m/d

$ 43.500 a $141.300 /m2

$10.870 a $21.740 / m2

$108.700 a 217.400 /

cubierto. Diseño de Permeabilidad Costo de

m2

Construcción Tamaño mínimo

540m2

de lote

16

NA

Durabilidad

20 a 30 años.

15 a 20 años

20 a 30 años.

Rebose

Caída de borde de

Gota de Entrada o

Superficie de entrada o

entrada o

desbordamiento de

desagüe.

desbordamiento.

borde.

Reducción de

Enfriamiento en capa de

Enfriamiento en capa

Enfriamiento en la

Temperatura

depósito.

de depósito.

superficie de pavimento y en capa de depósito.

Colores/Texturas

Gama limitada de colores

De color negro o gris

Amplia gama de

de textura.

oscuro.

colores, texturas y patrones.

Cargas de Tráfico

Puede manejar todas las cargas de tráfico, con un diseño apropiado capa de asiento.

Otras

Evitar revestimiento de

consideraciones

sellado.

Referencias de

(ASTM, 2003)

(Jackson, 2007)

Daños por quitanieves.

(Smith, 2006)

Diseño

Fuente: PDF parámetros de diseño [14].

La implementación de pavimentos permeables es un sistema muy bueno para la recolección de aguas lluvias ya que trae consigo muy buenas ventajas, en Colombia se han realizado proyectos implementado estos pavimentos, uno de estos se realizó en el parque del barrio Villa Luz en la ciudad de Bogotá, “Son 100 m2 de ecopavimento o pavimento permeable que permiten que el agua lluvia filtre al Sistema Rejilla Ecopavimento Ecotelhado Material reciclado, 1 mt2 Peso, beneficios ambientales, H2O subsuelo, sin quitarle permeabilidad al parque. Además, el pavimento permeable es un aporte muy importante al contexto urbano, ya que permite la reducción del efecto isla de calor y la recarga de los acuíferos subterráneos.” [22].

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Ilustración 6. Pavimentos implementados en parques.

Fuente: PAVIMENTO-PERMEABLE-ADOQUIN-ECOLOGICO

Con este proyecto se pudo rectificar que “estos pavimentos permeables mejoran la calidad de las aguas de escorrentías urbanas, favoreciendo los procesos naturales de depuración y retienen los excesos de nutrientes debido al crecimiento incontrolado de la vegetación que genera disminución de oxígeno en ríos y lagos. Integran el tratamiento de las aguas lluvia con el paisaje y permiten aprovechar el agua captada para otros usos reduciendo el consumo de agua.” [22].

Por otra parte, en la Universidad de NEW HAMPSHIRE (Estados Unidos) se colocaron 15.24 M2 de adoquín, un tipo de pavimento permeable constituido de rejillas alveolares de plástico reciclado que se caracteriza por permitir el paso del agua y el aire. El proyecto contó con una gran acogida ya que tiene un impacto ambiental positivo al ayudar en la prevención de inundaciones, reducción en el efecto isla de calor, recarga de acuíferos subterráneos, mantenimiento del flujo del curso de las aguas en épocas de sequía y control de contaminantes en ríos. Este tipo de pavimento permeable soporta el peso del tráfico mediano, evitando la compactación de la base, permite el paso del agua y en caso de usarse con capa vegetal evita la muerte del sistema radicular de la grama.

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Puede instalarse en varias presentaciones usando materiales pétreos, materiales reciclados y/o capa vegetal como plantas rastreras o gramíneas [22]. Ilustración 7. Pavimentos permeables implementados en parqueaderos

Fuente: Pavimento permeable – gimnasio al aire libre

5.3.2 Hormigón permeable El Hormigón permeable es utilizado en estacionamientos, zonas peatonales y áreas de poco tráfico, Además se caracteriza porque permite el drenaje de agua hacia capas inferiores. Es una mezcla de altos volúmenes de vacíos. Su porosidad varía entre el 15 al 20%, Resistencia la compresión de 150 a 210 Kg/cm2, densidad promedio de 1600 Kg/m3 y permeabilidad de 120 a 700 L/m2/min.

En la Universidad Católica de Chile, año 2003, se realizó un estudio llamado “instalación piloto de pavimentos permeables para la gestión de aguas Lluvias” por Pedro Rivera; José Montt y Bonifacio Fernández, en el cual Se diseñó y construyó una instalación piloto de hormigón permeable para evaluar su comportamiento como solución de aguas lluvias. La instalación se ubicó en el Campus San Joaquín de la Universidad, y correspondió a 4 sitios de estacionamientos, dotados de un sistema de monitoreo de lluvias y caudales. Siendo este el estudio pionero en todo el país. Se presentaron los primeros resultados obtenidos en tres lluvias ocurridas durante Julio del 2003. Las lluvias fueron de magnitud entre 9 y 25 mm, y de intensidad máxima en 5

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min entre 7 y 19 mm/h. No se observó escurrimiento superficial en el pavimento permeable para ninguna de estas lluvias. Además, se verificó una importante capacidad de almacenamiento de la sub-base, amortiguando la lluvia desde un 72% a un 40% del máximo registrado.

5.3.3 Adoquines Una vez instalado el adoquín, deja intersticios entre ellos que son rellenados con gravilla fina y por donde percolará el agua de lluvia, sin perder la trabazón, la rigidez y la fricción necesaria para la estabilidad del pavimento. Los intersticios entre adoquines, que son los que proveen de permeabilidad al pavimento, son rellenados con grava fina. Bajo los adoquines se instala una cama de gravilla fina o arena gruesa de algunos centímetros de espesor (de 3 cm a 7 cm), de modo que permita la infiltración y el almacenamiento y provean de una superficie lisa de apoyo. La subbase es de granulometría gruesa y homogénea, para que también permita la infiltración y el almacenamiento. Una instalación típica de pavimentos permeables de adoquines, tiene un porcentaje de intersticios del 10% del área total. Esto es suficiente para que el pavimento en su conjunto no produzca escurrimiento durante las lluvias [23].

5.3.4. Pavimentos porosos Son un tipo especial de pavimento, que permiten la penetración del agua a través de su superficie y el almacenamiento temporal de esta en la sub-base; para su posterior infiltración en el terreno. Son utilizados principalmente en estacionamientos y calles de bajo tránsito, con el objeto de disminuir el escurrimiento superficial proveniente del agua de lluvia y la incidencia de ésta, aguas abajo. La principal ventaja que presentan los PP es que reducen el flujo superficial proveniente de lluvias torrenciales mediante la infiltración, al evitar que la zona pavimentada sea totalmente impermeable. Además, pueden remover elementos contaminantes del agua, tales como: metales, aceites, grasas y sólidos suspendidos; al filtrarlos a través de las capas de arena y grava, ubicadas bajo la carpeta de rodamiento. La resistencia y permeabilidad obtenidas con un PP están determinadas por la mezcla que se va a utilizar. Las variables que afectan su comportamiento son: granulometría, cantidad de cemento, relación agua-cemento y contenido de vacíos. La granulometría utilizada resulta fundamental en las propiedades que tendrá el concreto poroso [24]. 20

En Brasil para el 2011 investigadores de la universidad de Sao Pablo desarrollaron un asfalto poroso como alternativa de solución a raíz de los problemas de inundación al que se ve sometida la ciudad debido a la creciente precipitación año tras año. Afonso Luis Virgillis, ingeniero hidráulico, fue el director de la investigación que se llevó a cabo en los parqueaderos de la universidad. Cuyo propósito fue aumentar los tiempos de almacenamiento en las capas granulares adyacentes a la carpeta asfáltica para conducirla lentamente al sistema de alcantarillado. Algunas de las limitaciones para implementar 46 este pavimento son el costo superior al pavimento convencional y la capacidad inferior para soportar tráfico vehicular pesado. Los beneficios detectados en el campo de prueba piloto fueron la disminución de ruido, disminución de escorrentías entre otros. El estudio continúa enfocado a desarrollar pavimentos para soportar tráfico pesado. El gobierno de Sao Pablo planeó iniciar las pruebas en áreas de tráfico liviano a finales de año [15].

5.3. ●

MARCO LEGAL Ley 1575 de 2012. Artículo 32. Adquisición de equipos. Los cuerpos de bomberos oficiales, voluntarios y aeronáuticos y los demás órganos operativos del sistema para la prevención y atención de desastres estarán exentos del pago de impuestos, tasas o contribuciones, aranceles y nacionalización en la adquisición por compra o donación de vehículos, equipos o elementos nuevos o usados.

●

Decreto 302 de 2000. Por el cual se reglamenta la Ley 142 de 1994, en materia de prestación de los servicios públicos domiciliarios de acueducto y alcantarillado.

●

Decreto 3930 de 2010. Por el cual se reglamenta parcialmente el Título I de la Ley 9ª de 1979, así como el Capítulo II del Título VI -Parte III-Libro II del Decreto-ley 2811 de 1974 en cuanto a usos del agua y residuos líquidos y se dictan otras disposiciones.

●

RAS-2000 Norma que rige a los sistemas de recolección y evacuación de aguas residuales y pluviales y diseño de un sistema de recolección y evacuación de aguas pluviales sección D.4.

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●

AASHTO Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos (1998) Esta guía suministra una herramienta adecuada para el diseño de estructuras nuevas y rehabilitadas de pavimentos, basada en principios mecánico-empíricos, la cual define varios niveles de complejidad en función del tránsito e importancia de la obra a realizar. 6. MARCO METODOLÓGICO

6.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN El tipo de investigación correspondiente al presente proyecto, se puede reflejar principalmente en dos tipos: En primer lugar se trata de una investigación de tipo documental, ya que es necesario hacer una revisión bibliográfica exhaustiva acerca de los pavimentos permeables que se han implementado en los diferentes proyectos en determinados lugares nacionales e internacionales presentados en tesis, informes, artículos entre otros y así mismo conocer las características de cada uno y los métodos usados para tal fin, con el propósito de estimar la eficiencia de la recolección de aguas lluvia con el método más apropiado y así disminuir no solo la cantidad de agua potable demandada para apagar incendios sino también hacer menos costoso el proceso. En segundo lugar, se trata de una investigación de tipo descriptiva, ya que a través del documento se estarán tratando paso por paso las actividades y métodos que se implementarán para el desarrollo del proyecto, además de dar a conocer con más exactitud los procesos que conlleva y que son indispensables en un proyecto de investigación.

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6.2. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN Tabla 2. Metodología llevada a cabo en el proyecto

Objetivos Específicos

Actividad

Estimar la eficiencia de los pavimentos 1. Llevar a cabo una revisión exhaustiva de los documentos en cuanto a los pavimentos permeables en la recolección de aguas permeables que se han implementado y su eficiencia de recolección. lluvia en el departamento de Boyacá. 2. Hacer una comparación a partir de las eficiencias estimadas de los diferentes pavimentos permeables. 3. Seleccionar el pavimento permeable más eficiente en la recolección de aguas lluvia para el departamento de Boyacá.

Seleccionar y diseñar el método más 4. Hacer una revisión de los métodos de recolección, almacenamiento y adecuado para un sistema de captación, aprovechamiento anteriormente utilizados a almacenamiento y aprovechamiento de partir de pavimentos permeables. aguas

a

partir

de

pavimentos

permeables.

5. Determinar el sistema de captación, almacenamiento y aprovechamiento de aguas lluvia más adecuado para el departamento de Boyacá 6. Elaborar un esquema que permita visualizar las fases del sistema de captación, almacenamiento y aprovechamiento para el departamento de Boyacá.

Comparar los costos de agua lluvia 7. Hacer una revisión de los costos que requiere la implementación de agua potable captada por el sistema diseñado vs los en las estaciones de bomberos para apagar costos generados al utilizar agua incendios. potable para apagar incendios y otros usos.

8. Hacer una estimación de los costos que requería una estación de bomberos en la implementación de un sistema de captación, almacenamiento y aprovechamiento de aguas lluvia.

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9. Determinar si es más o menos costoso utilizar agua lluvia para la actividad de apagado de incendios en el departamento de Boyacá. Fuente. Los autores

6.3. HERRAMIENTAS PARA LA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Las estrategias implementadas para la recolección de información sobre este proyecto de investigación fueron:

Análisis de Contenido: Se indagó y comparó los diversos estudios de caso realizados en otros países para sentar una línea de base de información útil para este proyecto.

Estudios de caso: Se consultan estudios de implementación de pavimentos permeables en Colombia y en países como Estados Unidos, ya que según un análisis bibliométrico de scopus este país es el que presenta mayor número de publicaciones respecto a este tema.

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7. CRONOGRAMA El cronograma de actividades planteado para este proyecto se define a continuación. Se estima una fecha probable de inicio para el 12 de febrero del 2019. Ilustración 8. Diagrama de Gantt para el proyecto

Fuente: Los Autores

Además, a continuación, se relaciona el respectivo diagrama:

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Ilustración 9. Gráfica Diagrama de Gantt para el proyecto

Fuente: Los Autores

8. PRESUPUESTO El presupuesto para el proyecto se describe a continuación: Tabla 3. Presupuesto de la investigación del proyecto

RUBLO Bibliografía Personal

666.666 Estudiantes (3) Director

Otros

ENTIDAD FINANCIADORA ($) ESTUDIANTES ($) 0 1'281.240 654.540

Computador

700.000

Papelería

15.000

Tonner

100.000

TOTAL

1’321.206

26

4’658.720

5’979.926

TOTAL GENERAL

Fuente: Los Autores

9. REFERENCIAS [1]

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