DOI – https://doi.org/10.46793/Vodoprivreda57.3-4.139S
Ključne reči – porozni asfalt, infiltracija, drenaža, Richards-ova jednačina, Difuzioni talas
REZIME
Sa stanovišta bezbednosti saobraćaja, zadržavanje vode na kolovozu je kritično zbog pojave efekta akvaplaninga, koji je najizraženiji u infleksionim zonama gde su podužni i poprečni nagibi jako mali. Efikasno dreniranje ovih zona može se postići ugradnjom poroznog asfalta koji u odsustvu nagiba omogućava infiltraciju površinskog sloja vode. Da bi se adekvatno istražio ovaj način dreniranja kolovoza, neophodno je sprovesti detaljna eksperimentalna i numerička ispitivanja hidrauličkih svojstava poroznog asfalta. To predstavlja jedan od glavnih ciljeva RESAFE (“Road and Environmental Safety related to water – pavement interactions”) projekta čiji su preliminarni rezultati prikazani u ovom radu. Rezultati obuhvataju i) razvoj numeričkog modela koji spaja površinsko i podpovršinsko tečenje u vertikalnoj ravni duž podužnog nagiba, i ii) eksperimentalne rezultate prikupljene u svrhu kalibracije parametara modela. Numerički model neiterativnim postupkom spregnuto rešava Richards-ovu jednačinu kojom se opisuje podpovršinsko tečenje, i jednačinu Difuzionog talasa kojom se opisuje površinsko tečenje u zasićenim zonama. Za validaciju ovog modela sprovedena su tri laboratorijska testa na Građevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu koji podrazumevaju merenje kumulativne zapremine dreniranog oticaja i debljine nadsloja vode na nizvodnoj strani kanala ispunjenog poroznim asfaltom. Testovi obuhvataju slučaj gde usled slabijeg dotoka na uzvodnoj strani kanala ne dolazi do formiranja površinskog toka pri nagibima dna kanala od 15% i 5% (prva dva testa), kao i slučaj gde se usled značajnijeg dotoka formira nadsloja vode od 7 cm na nizvodnom kraju (treći test). Model pokazuje zadovoljavajuće slaganje sa svim prikupljenim eksperimentalnim podacima, a optimalne (kalibrisane) vrednosti parametara iskorišćene su za određivanje analitičke krive vlažnosti i krive vodoprovodljivosti poroznog asfalta. Prema očekivanjima, rezultati ukazuju da je reč o materijalu koji slabo zadržava i brzo oslobađa vodu iz svojih pora, što je u skladu sa njegovom primarnom funkcijom efikasnog dreniranja kolovoza.
Autori: Filip STANIĆ, Petar PRAŠTALO, Jovana ANĐELKOVIĆ, Nenad JAĆIMOVIĆ, Anja RANĐELOVIĆ
LITERATURA
[1] J.Á. Aranda, C. Beneyto, M. Sánchez-Juny, E. Bladé, “Efficient Design of Road Drainage Systems“, Water, 13, 1661, 2021 https://doi.org/10.3390/w13121661
[2] R. H. Brooks & A. T. Corey, “Hydraulic properties of porous media“, Hydrology papers (Colorado State University, Fort Collins), no. 3, 1964.
[3] W. Durner & S. C. Iden, „Extended multistep outflow method for the accurate determination of soil hydraulic properties near water saturation“, Water Resources Research, 47, 2011. https://doi.org/10.1029/2011WR010632
[4] S. O. Eching, J. W. Hopmans, O. Wendroth, „Unsaturated hydraulic conductivity from transient multistep outflow and soil water pressure data“, Soil Science Society of America Journal, 58, 687–695, 1994
[5] B.J. Eck, R.J. Charbeneau, M.E. Barrett, „DRAINAGE HYDRAULICS OF POROUS PAVEMENT: COUPLING SURFACE AND SUBSURFACE FLOW“, CRWR Online Report 10-02, 2010. http://www.crwr.utexas.edu/online.shtml
[6] B.J. Eck, M.E. Barrett and R.J. Charbeneau, „Coupled surface-subsurface model for simulating drainage from permeable friction course highways“, Journal of Hydraulic. Engineering, 138 (1), 13–22, 2012
[7] B.M. Gallaway, J.G. Rose, R.E. Schiller Jr., „The relative effects of several factors affecting rainwater depths on pavement surfaces“, Highway Research Record, 396, Washington, DC, National Research Council, 1972.
[8] C.F. Izzard, „The surface-profile of overland flow. Transactions“, 25, 959–968, 1944
[9] U. Kalender, „Abfluss des Regenwassers von ideal-ebenen Fahrbahnoberflächen“. Technische Universität Berlin., Berlin, 1972
[10] V. Ranieri, „Runoff control in porous pavements. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board“, 1789, 46–55, 2002
[11] W. Ressel, A. Wolff, S. Alber & I. Rucker, „Modelling and simulation of pavement drainage“, International Journal of Pavement Engineering, 2017. DOI:10.1080/10298436.2017.1347437
[12] L. A. Richards, “Capillary conduction of liquids through porous media“, Physics, vol. 1, no. 5, pp. 318–333. 1931. https://doi.org/10.1063/1.1745010
[13] N.F. Ross & K. Russam, „The depth of rain water on road surfaces“, Berkshire, Road Research Library, RRL Report LR 236, Ministry of Transport, 1968.
[14] P. J. Ross, “Modeling Soil Water and Solute Transport – Fast, Simplified Numerical Solutions,” Agron. J., vol. 95, no. 6, pp. 1352–1361, 2003, doi:10.2134/agronj2003.1352
[15] G. Sposito, „General criteria for the validity of the Buckingham equation“, Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 1159–1168, 1980
[16] F. Stanić, N. Jaćimović, , Ž. Vasilić, A. Ranđelović, „A novel semi-numerical infiltration model combining conceptual and physically based approaches“, Journal of Hydrology, 652, 132664, 2025. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.132664
[17] A. Wayllace, & N. Lu, „A transient water release and imbibitions method for rapidly measuring wetting and drying soil water retention and hydraulic conductivity functions“. Geotechnical Testing Journal, 35(1), 1–15, 2011.
[18] A. Wolff, „Simulation of pavement surface runoff using the depth-averaged shallow water equations“, Dissertation. Stuttgart: Veröffentlichungen aus dem Institut für Straßen- und Verkehrswesen, Heft 45, 2013.
[19] D. Woo & E. Brater, „Spatially varied flow from controlled rainfall“, Journal of the Hydraulics Division, HY Proceedings of the American Society of Civil Engineers (HY 6), 88 (6), 31–56, 1962.
