concreto permeable una solución sostenible en el manejo de aguas de lluvias
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“Concreto Permeable una Solución Sostenible
en el Manejo de Aguas de Lluvias”
Juan Charca Chura, Yaneth Calderón Colca,
Carlos Aire Untiveros
Universidad Nacional San Agustín Universidad
Nacional Autónoma de México – Arequipa. Perú
X SEMINARIO DE INGENIERÍA CIVIL
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FILIAL AREQUIPA
• La Construcción Sostenible se define como aquella que tiene especial
respeto y compromiso con el medio ambiente, implica el uso eficiente de
la energía, del agua, los recursos y materiales no perjudiciales para el
medioambiente, resulta más saludable y se dirige hacia una reducción de
los impactos ambientales, (Ramírez, 2005).
¿Ustedes creen que en el Perú existen construcciones sustentables?
• Las técnicas de drenaje sostenible describe la principales técnicas para
realizar una gestión eficiente del agua de lluvia (un recurso muy importante
en estas épocas de sequía producidas por el calentamiento global)
• Los pavimentos permeables se pueden definir como secciones compuestas
de varias capas de materiales de construcción que permiten el paso del agua
a través suyo, desde la superficie hasta la explanada, y en conjunto ofrecen
la capacidad portante necesaria para resistir un tráfico determinado.
Sin Finos
Elevada Porosidad
Permite el paso
del agua
Económico
- Reducción de costos en el
tratamiento de aguas
Social
- Seguridad y confort de las
vías
Ecológico
- Uso eficiente del agua de lluvia
SUSTENTABLE
ÉSTUDIO EXPERIMENTAL
Laboratorio de concreto permeable Universidad Nacional
de San Agustín Arequipa
• Cemento Portland ordinario (Tipo IP)
• Árido grueso natural y reciclado
• Agua
Árido 9,5 mm Árido 19,0 mm
Material/Serie H-15-T-8 H-20-T-8 H-25-T-8 H-15-T-6 H-20-T-6 H-25-T-6
Cemento 360 316 267 360 316 267
Agua 144 126 107 144 126 107
Árido grueso 1 589 1 543 1 507 1 589 1 543 1 507
Árido/cemento 4,4:1 4,9:1 5,6:1 4,4:1 4,9:1 5,6:1
Material/Serie H-15-M-8 H-20-M-8 H-25-M-8 H-15-M-6 H-20-M-6 H-25-M-6
Árido grueso 1 415 1 374 1 342 1 415 1 374 1 342
Árido/cemento 3,9: 1 4,3: 1 5,0: 1 3,9: 1 4,3: 1 5,0: 1
Material/Serie H-15-R-8 H-20-R-8 H-25-R-8 H-15-R-6 H-20-R-6 H-25-R-6
Árido grueso 1 346 1 306 1 276 1 346 1 306 1 276
Árido/cemento 3,7: 1 4,1: 1 4,8: 1 3,7: 1 4,1: 1 4,8: 1
Tabla 2 Proporcionamiento de materiales (kg/m3)
Árido 9,5 mm Árido 19,0 mmSerie H-15-T-8 H-20-T-8 H-25-T-8 H-15-T-6 H-20-T-6 H-25-T-6% Vacíos 23 27 29 25 28 30
P. U. Fresco(T/m³) 1,900 1,849 1,768 1,868 1,789 1,760
P. U. Endurecido(T/m³) 1,875 1,825 1,790 1,854 1,803 1,785Serie H-15-M-8 H-20-M-8 H-25-M-8 H-15-M-6 H-20-M-6 H-25-M-6% Vacíos 17 20 25 20 25 28P. U. Fresco(T/m³) 1,884 1,822 1,721 1,826 1,726 1,663P. U. Endurecido(T/m³) 1,827 1,782 1,707 1,784 1,711 1,664Serie H-15-R-8 H-20-R-8 H-25-R-8 H-15-R-6 H-20-R-6 H-25-R-6% Vacíos 22 26 29 22 25 28P. U. Fresco(T/m³) 1,714 1,638 1,575 1,714 1,666 1,598P. U. Endurecido(T/m³) 1,728 1,655 1,594 1,730 1,682 1,617
Tabla 3 Peso unitario y contenido de vacíos
Tabla 4 Propiedades mecánicas y de drenabilidad a 28 días
Árido 9,5 mm Árido 19,0 mm
Serie H-15-T-8 H-20-T-8 H-25-T-8 H-15-T-6 H-20-T-6 H-25-T-6
Fc, MPa 10,1 8,4 7.4 10,3 7,9 6,2
Ft, MPa 1,4 1,3 1.1 1,6 1,3 1,1
Ff, MPa - - - 2,2 1,7 1,4
E, MPa 1.19E+04 1.22E+04 1.43E+04 1.05E+04 1.03E+04 9.00E+03
K, (cm/s) 0,67 0,92 2.12 0,78 1,04 1,15
Serie H-15-M-8 H-20-M-8 H-25-M-8 H-15-M-6 H-20-M-6 H-25-M-6
Fc, MPa 12,8 10,8 8.6 13,2 9,6 7,3
Ft, MPa 1,5 1,4 1.1 1,4 1,3 0,9
Ff, MPa 2,1 1,7 1.5 2,1 1,6 1,4
E, MPa 1.90E+04 1.27E+04 1.01E+04 1.39E+04 1.01E+04 8.93E+03
K, (cm/s) 0,07 0,12 1.2 0,12 1.2 0,27
Serie H-15-R-8 H-20-R-8 H-25-R-8 H-15-R-6 H-20-R-6 H-25-R-6
Fc, MPa 8,1 6,4 4.1 8,7 8,0 4,9
Ft, MPa 1,1 0,9 0.7 1,3 1,1 0,8
Ff, MPa - - - 1,7 1,5 1,3
E, MPa 1.01E+04 1.10E+04 1.15E+04 1.26E+04 1.02E+04 9.95E+03
K, (cm/s) 0,15 0,22 1.29 0,15 0,19 0,26
• Colmatación:La colmatación es la acumulación de sedimentos o material fino que reduce
notablemente la drenabilidad original del concreto poroso.
• Infiltrómetro Fijo Cántabro (IFC):El IFC es un equipo que permite la simulación de lluvia
directa sobre la superficie de ensayo. Cuenta con un simulador de escorrentía superficial y
un simulador de lluvia directa.
En general, las variables de estudio fueron:
Inclinación de la superficie: pendientes 0, 2, 4, 6 y 10%
Escorrentía recibida
Cantidad de lluvia directa
Tamiz Diámetro Peso Reten. Peso Reten. Reten. Acum.
Pasante
# mm gr % % %
3/8 pulg 9,525 0,00 0,00 100,0No. 4 4,750 97,80 9,81 9,81 90,2No. 8 2,360 158,30 15,87 25.68 74,3No. 16 1,180 146,00 14,64 40,31 59,7No. 30 0,599 122,80 1 231 52,63 47,4No. 50 0,295 128,80 12,91 65.54 34,5No. 100 0,152 150,50 15,09 80.63 19,4No. 200 0,076 117,50 11,78 92.41 7,6Fondo 75,70 7,59 100.00
Tabla 7 Granulometría promedio del material contaminante
Condición de la superficie de la muestra Sedimento (kg/m2) Pendientes (%)Recién colocada 0 0, 2, 4, 6, 10Semicolmatada 2 0, 2, 4, 6, 10Colmatada 4 0, 2, 4, 6, 10Colmatada al máximo 6 0, 2, 4, 6, 10Colmatada al máximo conmantenimiento
Barrido y Presión de agua 0, 2, 4, 6, 10
Tabla 8 Distribución de ensayos de colmatación en el ICF
Árido Pendiente Recién Semi Colmatado Colmatado Colmat. MaxForma Origen Colocado colmatado Al máximo con mantenim
0 % 100.0 99.9 95.0 68.9 100.0
Angular 2 % 99.9 99.4 92.1 66.2 99.6
T y R 4 % 99.6 98.3 85.6 56.8 99.2
6 % 99.1 96.3 83.2 53.6 97.9
10 % 96.2 93.1 77.3 50.8 93.0
0 % 100.0 99.0 84.2 54.7 99.7
2 % 99.7 98.4 76.2 52.3 99.2
Redondo M 4 % 99.5 97.1 73.8 51.5 98.3
6 % 98.5 93.7 69.1 47.6 96.3
10 % 95.3 89.9 65.0 45.6 91.1
Tabla 9 Porcentaje de infiltración de agua respecto a la pendiente y cantidad de sedimento
• En estado plástico, las mezclas presentaron adecuada manejabilidad y consistencia, medidas mediante el ensayo de cono invertido.
• El peso unitario en estado fresco estuvo en el rango de 1 617 y 1 900 kg/m3. Como era de esperarse, a mayor contenido de vacíos menor el peso unitario.
• No hubo variación entre los valores calculados de peso unitario en estado fresco y endurecido.
• La resistencia a compresión varío de 4,9 a 13,2 MPa. Este rango de resistencias puede emplearse en aplicaciones como áreas de estacionamiento de tránsito vehicular ligero.
• La relación entre la resistencia a compresión a 7 y 28 días fue de 0,69, ligeramente mayor al valor tradicional 0,65 que generalmente se espera en losconcretos convencionales. Es decir, la evolución de la resistencia a compresión es mayor para el concreto poroso, para las condiciones del presente estudio.
• La resistencia a flexión varió de 1,3 a 2,2 MPa, el cual se encuentra en el rango de valores esperados para concreto poroso.
• La relación entre la resistencia a flexión con respecto a su resistencia a compresión fue de 15% a 25%, valores ligeramente mayores a los esperados para el hormigón convencional que oscila entre 10% y 20%.
• La resistencia a tensión indirecta por compresión diametral varía de 0,7 y 1,6 MPa.
• La relación entre la resistencia a tensión por compresión diametral con respecto a su resistencia a
compresión varia de 10 a 18%, valores ligeramente superiores a los que se espera en los concretos
convencionales que es de 8% a 12%.
• Los valores de coeficiente de drenabilidad varían de 0,2 a 1,0 cm/s para 15 y 30 % de vacíos
respectivamente. Teniendo en cuenta que para que un hormigón sea considerado como poroso debe tener
una drenabilidad en el rango de 0,20 a 0,54 cm/s, se puede afirmar que las mezclas propuestas en este
estudio cumplen satisfactoriamente con esta condición, por lo que pueden ser consideradas como
hormigones porosos.
• Los resultados obtenidos indican que las muestras de concreto poroso con agregado angular tienen mejor
resistencia a la colmatación de finos que cuando se emplea agregado de forma agregado redondeado,
para un mismo porcentaje de vacíos.
• La eficiencia de la muestra recién colocada y la muestra colmatada al máximo con mantenimiento se
reduce de 100% a 96.8% con agregado angular y de 99.7% a 95.8% con agregado redondeado.
• Se obtiene que en las pendientes de 0% y 2%, la variación de porcentaje de infiltración son mínimas a
comparación de las que tienen pendientes mayores a 4%.
• De los ensayos de colmatación de finos se concluye que el pavimento con mayor porcentaje de
filtración de agua es el agregado angular para un mismo porcentaje de vacíos.
• El ensayo de Colmatación de finos es una condición extrema a la que puede llegar el concreto
permeable, lo recomendable es no llegar a obtener la colmatación al máximo y realizar el
mantenimiento cuando esta se encuentre en estado semicolmatada
• Para las condiciones del presente estudio, se ha comprobado el buen desempeño de los concretos
para ser considerados como hormigones porosos. De acuerdo con sus propiedades mecánicas,
principalmente las de resistencia a compresión, pueden utilizarse en aplicaciones de tránsito ligero.
• Es necesario continuar con mayor investigación experimental y de campo en esta área de los
concretos porosos, para consolidar el uso de este tipo de hormigón e incrementar su uso a otras
aplicaciones de tipo estructural.
