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CONCRETO POROSO: Complemento de un sistema de drenaje para pavimentos

FOTOGRAFÍAS: EDICIÓN:

JAMSHID ARMAGHANI, PHD, PE. COMITÉ DE PAVIMENTOS DE ASOCRETO ING. CARLOS ALBERTO MUÑOZ C., MIC - SUBDIRECTOR DE TECNOLOGÍA DE ASOCRETO

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Losa de concreto poroso permitiendo el paso rápido del agua.

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l concreto poroso para pavimentos ha ganado mucha popularidad como alternativa eficiente y práctica en el mejoramiento de los sistemas de drenaje en muchos lugares del mundo. Es una nueva opción como material para recolectar y absorber el agua libre proveniente de la lluvia u otras fuentes, que permite conducirla eficientemente a los sistemas de drenaje sin necesidad de esperar un largo viaje de escorrentía por la superficie, como sucede en los pavimentos convencionales. Está conformado por una estructura porosa que permite al agua pasar directamente a través de él y dentro de las capas subyacentes (cuando estas son permeables, naturalmente), logrando conducir el agua hasta un sitio de evacuación. El concreto poroso es una combinación de agregados, materiales cementantes, aditivos y agua. Debido a la poca dosificación de arena en la mezcla, constituye un medio drenante que, utilizado correctamente, permite la circulación del agua por los vacíos que se encuentran entre los agregados. Características como la baja densidad del material, originada por el alto contenido de vacíos (15 - 25% de volumen) y los colores claros y reflectivos de algunos sistemas de pavimento poroso, permiten reducir la temperatura de la masa de concreto por difusión y la capacidad de absorber calor. A través del artículo, se presentará la aplicación del concreto poroso como complemento para la construcción de sistemas de drenaje en los pavimentos de concreto. Para ello, se tratará sobre la resistencia del material a la erosión por bombeo, cómo debe ser el control de calidad, sus aplicaciones y usos, las pautas para el diseño de la mezcla y las recomendaciones para el proceso constructivo y el mantenimiento.

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Superficie de concreto Junta de contracción Base concreto poroso Sub-base compactada Drenaje de absorción

Base concreto poroso Superficie de concreto

Estructura de pavimento compuesta por una sub base compactada, drenajes de absorción, concreto poroso y las losas de concreto.

CONCRETO POROSO COMO BASE DRENANTE: Buena resistencia a la erosión por bombeo Gracias a su capacidad drenante, el concreto poroso tiene gran resistencia a la erosión por bombeo. Es importante tener en cuenta que la erosión por bombeo en pavimentos rígidos es originada en gran parte por la deficiencia o ausencia de drenajes que ocasionan la acumulación de agua en la interface entre la capa de base y la capa de rodadura. Cuando se presenta el paso de un vehículo pesado que le aplica una carga a la estructura de pavimento, el agua por su propiedad de incompresibilidad busca salir por alguna parte, arrastrando el material más débil de la estructura de pavimento que la rodea, produciendo socavamientos. En el caso en que la acumulación de agua se hace mas crítica convirtiéndose en estancamiento (caso en el que hay mayor daño por erosión), una estructura de pavimento en la que se utilice concreto poroso como base drenante, evita que se presente una situación de estancamiento ya que por su alto contenido de vacíos, el agua siempre va a drenar en forma eficiente y no se van a presentar altas presiones en las interfaces de los materiales que constituyen una estructura de pavimento causantes del fenómeno de bombeo en pavimentos rígidos. Las estructuras de pavimentos en las que se utiliza el concreto poroso como base drenante, dentro de un sistema adecuado de drenaje, serán menos vulnerables a que se presenten socavamientos, razón por la cual, las losas de concreto de la capa de rodadura estarán menos propensas a tener problemas de asentamientos y de rotura por efecto voladizo. Como el agua drena fácilmente y no se acumula generando presiones por el efecto de las cargas vehiculares, los sellos de junta estarán menos expuestos a sufrir daños ya que no van a estar sometidos a las presiones del agua

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que asciende por las juntas en los casos de pavimentos que sufren de erosión por bombeo. En el caso en que equivocadamente se diseñe una estructura de pavimento con capa de base drenante en concreto poroso omitiendo un sistema de drenaje, el concreto poroso no va a tener para donde direccionar y evacuar el agua que capta y se van a saturar sus vacíos, presentándose altas presiones y socavamientos debidos a la erosión causada por el efecto del agua.

APLICACIONES El concreto poroso ha sido ampliamente utilizado en lotes de parqueo, filtros de evacuación de agua, aceras, bases de pavimentos, calles y otras vías, incluso de alto tráfico. La dosificación de los componentes del concreto poroso crea una estructura abierta que permite el paso libre del agua y el aire. Ciertos tipos de pavimento con concreto poroso permiten drenar hasta 15 litros por seg/m2, mayor que las lluvias más fuertes, lo cual genera una ventaja en la evacuación rápida del agua. La resistencia mecánica y la durabilidad del concreto poroso utilizado en pavimentos son similares a las de otros materiales elaborados con concreto hidráulico convencional. Existen experiencias de uso del material como capa de rodadura y material de base en varios países del mundo, por lo que su desempeño ha sido ampliamente verificado.

Concreto convencional

Concreto poroso como base drenante

Sub base Concreto drenante utilizado como material de base en un pavimento rígido. El concreto poroso no necesita tratamiento especial cuando es utilizado como capa de base en lugares donde no hay posibilidad de colmatación por arrastre de finos. Sub-bases impermeables, tales como arcilla, deben tener una capa permeable de al menos 0,15 m instaladas entre ella y el pavimento, para recolectar el agua y evacuarla lateralmente al sistema de drenaje previsto.

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Un motivo de preocupación en el uso del material en capas de pavimentos, cuando existen riesgos de colmatación por arrastre de finos, es la necesidad de realizar el mantenimiento si los niveles de materiales finos llegan a ocupar los vacíos, por lo cual es necesario, durante la etapa de diseño del proyecto, tener en cuenta los dispositivos necesarios para el mantenimiento. Los lavados con agua a presión permiten restablecer las condiciones de permeabilidad del pavimento. Utilizado como capa de rodadura, el concreto poroso es un filtro que evita el hidroplaneo o deslizamiento sobre la superficie del pavimento por presencia de agua.

El uso de un nuevo material para las condiciones de cada proyecto específico requiere analizar las condiciones a las cuales se encontrará sometido con el fin de prever el comportamiento del mismo, mediante modelaciones en laboratorio. El material se compone de una mezcla áspera de concreto sin finos que, una vez endurecido, tiene una estructura tal que permite el drenaje de 5 a 15 litros por seg/m2. Este flujo a través del material ha inspirado a algunos usuarios a denominarlo «el pavimento que bebe agua.»

Usos del concreto poroso - Capas de rodadura. - Bases y sub-bases para pavimentos. - Pavimentos de parqueaderos de poco tráfico, cuando se necesita que sea drenante. - Pavimentos de plazoletas y parques. - Canchas deportivas. - Andenes. - Filtros y drenajes. - Bases en zanjas de ductos para tuberías. - Muros de contención y edificaciones. - Protección de taludes y gaviones. - Prefabricados.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS EN EL USO DE CONCRETO POROSO: - Desde principios de siglo, en construcción de viviendas en Canadá y Europa - Como base de pavimentos, como carpeta de rodadura y como amortiguador de ruido en las décadas de los 80 y 90, en España. - En Francia, como base drenante.

DISEÑO DE MEZCLA El método de diseño de mezclas para concreto poroso está determinado fundamentalmente por la resistencia mecánica a 18

la compresión y la permeabilidad. Pueden realizarse diseños especiales dependiendo del requerimiento de la obra y del medio al cual se encuentre expuesto el material. a. Las principales variables de comportamiento a las cuales deberá dirigirse este material corresponden a: resistencia a la compresión, resistencia a la tensión y/o a la flexión, permeabilidad, colmatación, desgaste y abrasión. b. La relación agua/material cementante deberá estar entre 0,25 y 0,35. c. El contenido de vacíos deberá tener mínimo de 15 a 25%. d. Se deberán caracterizar variables adicionales de comportamiento del material final, como módulo de elasticidad, comportamiento a la fatiga y resistencia a la erosión. e. El concreto poroso deberá caracterizarse con su peso unitario compactado, ya que esta variable será clave para el control in situ de este material.

CONTROL DE CALIDAD A continuación se presentan los ensayos más comunes que se hacen tanto al concreto convencional como al concreto poroso drenante. ENSAYOS CONCRETO DE ACEPTACIÓN CONVENCIONAL Asentamiento X Resistencia a la compresión X Resistencia a la flexión X Masa unitaria Permeabilidad Módulo de elasticidad estático X Módulo de elasticidad dinámico X

CONCRETO POROSO DRENANTE X X X X X X

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO Por su característica drenante y su característica particular, el concreto poroso presenta dificultad para la compactación con vibradores de aguja, los cuales no se deben utilizar porque pueden segregar la mezcla.

MANTENIMIENTO Para realizar las operaciones de limpieza se utilizan diversos modelos de máquinas, centrándose la mayor parte en máquinas autopropulsadas con equipo de lavado-succión trasero con agua, de alta potencia y anchura de 2,5 m. En un gran porcentaje, el agua es recuperada y filtrada para seguir utilizándola en el proceso. La presión de trabajo, la velocidad de circulación de la

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máquina y el número de pasadas adecuan la intensidad de la limpieza a la necesidad del pavimento. Respecto a la periodicidad con que debe realizarse la limpieza, parece razonable hacerlo una vez al año y después de lluvias prolongadas que hayan podido ablandar al máximo la suciedad depositada, para alcanzar así los mejores resultados con el menor esfuerzo. En todo caso, la evolución de la permeabilidad debe marcar la pauta.

Equipos y procedimientos • Como base drenante para pavimentos:

Textura abierta de una base construida en concreto poroso.

Colocación del concreto poroso

Equipo manual para la compactación del concreto poroso.

Colocación y compactación del material

Puede ser colocado con una terminadora o con pavimentadora conservando la geometría de la vía; con la utilización de fomaletas podría usarse un rodillo vibratorio.

• Curado: Los procedimientos de curado deben empezar a la mayor brevedad posible dentro de mínimo 20 minutos después del final de las operaciones de colocación. La superficie del pavimento será cubierta con la hoja de polietileno u otra película apropiada para cubrir. Antes de realizar el cubrimiento de la capa se puede utilizar una niebla ligera de un retardante de evaporación para evitar la pérdida excesiva de agua en la superficie por la presencia del viento, altas temperaturas o baja humedad relativa. La cubierta debe evitar la pérdida de agua necesaria para la hidratación del cemento, por tanto debe asegurarse la cubierta de tal manera que no se levante con el viento. Cuando existen otras capas sobre el material poroso, las capas superiores deben evitar la perdida de agua del concreto poroso.

• Juntas de Contracción: Deben construirse juntas transversales de contracción e intervalo máximo de 6 metros de longitud. Ellas deben ser construidas hasta 1/4 del espesor de la capa de concreto poroso.

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Juntas de control de contracción longitudinal se deben construir cuando los anchos del carril o capa colocada sean mayores de 4.5 m. Si el concreto poroso se utiliza como base, las juntas deberán coincidir con las del concreto de rodadura. Las juntas de contracción pueden ser construidas cuando el concreto se encuentra en estado plástico o pueden ser realizadas en estado endurecido con cortadoras de disco. Si se utilizan cortadoras de disco, el procedimiento debe ser realizado tan pronto el concreto poroso se encuentre en estado endurecido sin que la actividad genere el desprendimiento de agregados en el borde de la junta evitando fisuración. Siempre que la colocación del concreto sea suspendida en un lapso de tiempo largo tal que el concreto inicia su endurecimiento, se deberán realizar juntas de contracción transversalmente. El enlace entre los agregados en las juntas de construcción, puede realizarse utilizando un agente de vinculo conveniente entre el concreto fresco y el endurecido existente. Las juntas de aislamiento(expansión) no serán utilizadas a menos que el pavimento este colindando con las losas u otras estructuras de otras vías.

Colocación de la tubería de drenaje dentro de la excavación.

•Como carpeta de rodadura puede ser manejado de la misma manera que una base.

• Cuando se trate de reparaciones se deberá adaptar a cada caso el tipo de equipo a utilizar; en este caso, lo importante es que el equipo escogido pueda ser operado y garantice la homogeneidad en toda el área.

Sistema constructivo con tolva que impide desperdicios y la segregación del concreto poroso, durante su colocación sobre el filtro de drenaje

• En construcción de filtros:

Colocación del geotextil en la excavación del filtro de drenaje. 20

Colocación del concreto, nivelando con las cotas de la vía.

RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS En el uso del concreto poroso drenante, que tiene un particular comportamiento en estado plástico -dadas sus condiciones de ausencia de agregados finos y de su movilidad y pérdida de manejabilidad menores que en los concretos convencionalesse requiere que su colocación vaya asociada a una logística bien planificada y a una evaluación de los rendimientos que la garanticen. En el caso específico en que una de las funciones de la estructura fundida sea aprovechar la característica drenante, la estructura se debe proteger de la colmatación con un material aislante (geotextil o cualquier otro material que pueda cumplir esta función) y debe formar parte de un diseño integral de drenaje. Cuando el concreto poroso forme parte de una carpeta de rodadura, cobra gran importancia la adherencia que debe desarrollar con otras capas para que el conjunto sea resistente a las acciones externas y a la abrasión. Cuando el concreto poroso se coloca en capas delgadas sobre pavimentos existentes, se requiere que éste desarrolle importantes puentes de adherencia como concreto de segunda fase, razón por la cual se debe utilizar un producto que desarrolle acompañe este puente con una textura superficial de la capa de primera fase, lo cual debe garantizar que las dos placas trabajen como una placa adherida. Además, se debe conservar las juntas que posee la placa de primera fase y tener un programa de limpieza como requisito del mantenimiento, para que la placa de concreto poroso que actúa como rodadura cumpla con la función de mitigar el sonido y drenar el agua superficial garantizando un mejor agarre de la llanta, durante la frenada.

Como conclusión general, es importante resaltar que la base drenante de un pavimento construida en concreto poroso, a nivel individual no puede suplir la función de drenaje que requiere la estructura; sus propiedades de permeabilidad son una alternativa para la construcción de todo un sistema drenante completo, que contemple filtros y cunetas apropiados, entre otros aspectos, que en conjunto garantizarán el direccionamiento del agua captada por la base, hacia el exterior. FUENTES Y BIBLIOGRAFÍA: - Especificaciones Técnicas de Concreto Poroso. Ing. Álvaro Gómez. Comité de Pavimentos de Asocreto. - Jamshid Armaghani, PhD, PE: Investigation of Premature Distress on Autopista Norte. Junio de 2002. - Carlos Alberto Muñoz C., MIC. Contribución al Estudio del Fenómeno de Bombeo en Pavimentos Rígidos. Tesis de Magister, Universidad de Los Andes, 2003. - www.perviouspavementintroduction.htm.georgiaconcrete&productsasociation

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