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1 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

INDICE AGRADECIMIENTO ................................................................................................................ 2 PRESENTACIÓN ....................................................................................................................... 3 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 4 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA ........................... 6 1.

NOMBRE DEL PROYECTO ............................................................................................. 6

2.

ANTECEDENTES DEL PROYECTO ............................................................................... 6

3.

PROBLEMÁTICA ............................................................................................................ 12

4.

HIPÓTESIS ....................................................................................................................... 13

5.

OBJETIVOS...................................................................................................................... 13

5.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 13 5.2. OBJETIVO ESPECIFICO ................................................................................................ 14 6.

BASES TEORICAS .......................................................................................................... 14

6.1. CONCRETO ..................................................................................................................... 14 6.2. CONCRETO PERMEABLE ............................................................................................. 14 6.3. MATERIALES .................................................................................................................. 15 6.3.1.AGREGADOS ................................................................................................................. 15 6.3.2.MATERIAL CEMENTANTE ......................................................................................... 15 6.3.3.AGUA .............................................................................................................................. 16 6.3.4.PROPIEDADES DEL CONCRETO PERMEABLE ....................................................... 16 7.

METODOLOGÍA ............................................................................................................. 17

7.1.1.TIPO DE INVESTIGACIÓN .......................................................................................... 17 7.1.2.PROCEDIMIENTO ......................................................................................................... 18 7.1.3.DETERMINACION DEL LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL CONCRETO PERMEABLE ........................................................................................................................... 19 7.1.4.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO PERMEABLE ............................. 21 7.1.5.TRATAMIENTO Y ANALISIS ...................................................................................... 24 7.1.6.DISEÑO METODOLÓGICO .......................................................................................... 24 8.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .............................................................................. 27

9.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ............................................................................ 30

10. PANEL FOTOGRAFICO ................................................................................................. 30

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AGRADECIMIENTO El presente trabajo de Investigación lo dedicamos a Dios que es nuestro Padre Creador, y a nuestras familias por la orientación y los concejos que nos han dado, los cuales nos ayudan a formarnos como personas y buenos profesionales. También quiero dedicar esta investigación a nuestro profesor Ing. Julio José Chambilla Colque, por la orientación que nos brindó durante el proceso de la Investigación, asimismo la paciencia y tolerancia las cuales nos generaron entusiasmo para continuar con el objetivo de nuestro proyecto.

Gracias.

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PRESENTACIÓN

En el presente documento se dará a conocer las diferentes características de Concreto Permeable para Pavimentos. Para lograrlo, hemos realizado diferentes pruebas para tres tipos de agregado de ¼”, ½” y ¾”, para medir su resistencia de compresión y permeabilidad, con el fin de verificar las características del Concreto Permeable que se debe utilizar en obras de construcción específicamente en pavimentos permeables de bajo tránsito. Para desarrollar el presente proyecto de Investigación, se tomará en cuenta tres fases: Primera, de recopilación de información, que brindaran la posibilidad de respaldar la metodología. Segunda, se detallará la metodología utilizada para el diseño de la mezcla, según la relación agua-cemento, y como se llegó a los valores adecuados de resistencia. Tercero, se debaten los resultados de las pruebas realizadas, con los cuales se analizarán las características de permeabilidad y resistencia de las diferentes muestras.

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INTRODUCCIÓN

Las superficies de pavimento reciben grandes volúmenes de aguas de lluvia que interrumpen el ciclo del agua, que termina desperdiciándose al dirigirla directamente a los alcantarillados tratándola como agua residual. En vista del Impacto Ambiental que el planeta está atravesando y sumado a los escases de agua que se tiene para el consumo humano, se retoman técnicas que en el pasado tal vez no fueron transcendentales para la ingeniería, pero que con el presente proyecto de Investigación podrán ser determinantes para rescatar el recurso hídrico. En los años setenta se vio nacer el concepto de CONCRETO PERMEABLE O CONCRETO POROSO en los Estados Unidos, el cual inicialmente fue aplicado a superficies de centros de estacionamiento y vías de bajo tránsito, mientras que, a finales de la misma década, países de Europa como Francia, Inglaterra y Alemania, vincularon la nueva tecnología a sistemas de ahorro de agua, haciendo uso del concepto en sus vías principales, convirtiendo sus ciudades en sistemas sostenibles. (Calderón Colca & Charca Chura, 2013). Durante los últimos 10 años el concepto de Concreto Permeable o Concreto Poroso, ha despertado gran atención debido a su capacidad de ahorrar el recurso hídrico, al tiempo que representa una superficie apta para el tránsito vehicular, sin embargo, en nuestro país es un tema poco explorado y por ende poco aplicado. El Perú no es ajeno al fenómeno de impermeabilización de suelos, podemos observarlo durante épocas de lluvias en la ciudad de Moquegua específicamente, donde no existe una aplicación de la tecnología del Concreto Permeable, teniendo en cuenta que nuestra ciudad cuenta con agregados para elaborar concreto, es necesario saber si utilizando diferentes

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diámetros de agregado se puede elaborar Concreto Permeable que tenga características ecológicas.

Es por esta razón que se propuso realizar la presente investigación que estudia la tecnología y aplicación del Concreto Permeable, que de manera informativa y gracias a la bibliografía disponible, se ha podido notar que existen pocos proyectos donde se aplica este tipo de concreto, y los existentes en el extranjero los utilizan de forma parcial, por eso uno de los objetivos del presente trabajo de Investigación es establecer criterios para la utilización de nuevas tecnologías en el diseño de pavimentos, donde el Concreto Poroso sea tomado como una opción oportuna, eficaz y eficiente. Para una mejor aplicación del Concreto Permeable, hemos trabajado tres ensayos: El primero fue realizado con agregado ¼”, cemento y agua. El segundo se realizó la mezcla con agregado ½”, cemento y agua. El Tercero con agregado ¾”, cemento y agua, por lo que se elaboró un cuadro comparativo para la obtención de conclusiones.

Dosificación con 20% de vacíos, A/c = 0.40 , area = 0.00038877m3 PESO Kg VOLUMEN % AGUA 0.221 4.45 CEMENTO 0.542 11.12 AGREGADO 4.125 84.43 4.888 100

Para todas las muestras se mantuvo esa dosificación para obtener el 20% de vacios

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PROYECTO DE INVESTIGACIÓN DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA

1. NOMBRE DEL PROYECTO “CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTOS CON 20% DE VACIOS” 2. ANTECEDENTES DEL PROYECTO En cuanto a trabajos que han profundizado en el tema de Concreto Poroso o Permeable, la información de carácter bibliográfica ha permitido encontrar documentos de investigación, tesis y/o trabajos de grado, artículos de revistas, y otros que serán utilizados como referencias para realizar el presente trabajo de Investigación: 

Resistencia mecánica y condiciones de obra del concreto poroso en los pavimentos, según el tipo de granulometría (Meneses Ospina & Bravo Erazo, 2007). Los autores Catalina Meneses y Cesar Bravo, graduados de la Universidad de

Medellín, presentan este trabajo de grado, el cual contiene los resultados del estudio de la resistencia mecánica del concreto poroso, utilizando materiales propios de la región de Antioquia. En el diseño utilizado dentro de la mezcla, se empleó un agregado con ausencia casi total de finos, confirmando que su presencia reduce la permeabilidad en la mezcla. El agregado fino utilizado debió tener un tamaño uniforme de 5mm y el agregado grueso de 5 a 25mm con lo cual se lograría obtener un porcentaje de vacíos en el orden de 13 al 25%. Dentro de los diferentes ensayos realizados, se aplicaron los análisis granulométricos de los agregados, peso unitario y porcentaje de vacíos, resistencia al desgaste, sanidad de los agregados, pesos específicos y absorción de agregados finos y gruesos, porcentaje de caras fracturadas, índice de aplanamiento y de alargamiento y equivalente de arena. Todos los ensayos fueron practicados según las recomendaciones y normas del Instituto Nacional de Vías.

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Al concluir la investigación, se pudo afirmar que los materiales producidos en la región de Antioquia son aptos para elaborar este tipo de concreto poroso desde el punto de vista calidad, cumpliendo a su vez con las exigencias normativas del Estado. Al finalizar el trabajo se pudo también concluir que la relación óptima de a/c es de 0.7, confirmando lo que se sugiere en estudios referenciados anteriormente en su trabajo. Además, se pudo observar que en cuanto a la manejabilidad del material se hace propenso a la segregación de la pasta, por tanto, se sugiere controlar muy bien el proceso y curar lo suficiente la muestra pasadas 24 horas de acuerdo con lo que indica la norma. 

Caracterización del concreto permeable, usando el módulo de rotura y el porcentaje de desgaste (Flores Prieto, 2010) El Ingeniero Juan Roberto Flores Prieto, buscó la caracterización del concreto

permeable considerando los requerimientos de los métodos de diseño de espesores de pavimentos más usados a nivel mundial, el de la American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) y el de la Pórtland Ordinary (OPC) Cement Association (PCA), donde una de las variables importantes que intervienen es el Módulo de rotura, y dado que el desgaste surge como un aspecto discutido en la tecnología y aplicación de los concretos permeables, se permitió caracterizar las muestras usando el Módulo de Rotura y el ensayo Cantabro (Flores Prieto, 2010). Dentro de su trabajo de grado, consideró dos objetivos, el primero, obtener el porcentaje de desgaste mediante el ensayo cántabro, y el segundo, obtener el módulo de rotura según normas ASTM C 42–03 y ASTM C 78 02. El presente trabajo de grado citado es un antecedente importante para el proceso de investigación, ya que en la metodología que se siguió, inicio por caracterizar los agregados, materiales pétreos, cemento, agua, relación agua / cemento y aditivos incluidos en las pruebas. Posteriormente se definieron las mezclas a emplear en los ensayos, lo cual cumple

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con una estructura sistémica, que permite orientar la investigación que se quiere realizar en esta investigación. En cuanto a las conclusiones de la permeabilidad referidas al trabajo en mención, se pudo observar que cada mezcla ensayada varía de mayor a menor. Sin embargo, la mezcla con sólo cemento tiene una mayor permeabilidad, aunque los demás resultados que utilizaron finos están dentro de los parámetros esperados. En cuanto a la compresión, la mezcla con sólo cemento y sin aditivos obtuvo resultados cercanos a los 10 MPa, (100 Kg/cm2), es decir la resistencia de un concreto pobre que sólo se puede usar en plantillas, mas no en elementos estructurales de los pavimentos. Los resultados del módulo de rotura permitieron identificar que se presenta entre 0.54 y 2.69 MPa (5.40 a 26.90 Kg/cm2), lo que indica que las probetas que resistieron más carga son menos frágiles, también las áreas bajo la curva mayores son menos frágiles, ya que permiten más deformación antes de fallar totalmente. La prueba desgaste, realizada mediante el ensayo Cántabro, permitió reconocer cuales probetas se desgastan más que otras y cual mezcla seria la apropiada para satisfacer los estándares. Finalmente, el ejercicio anterior es un antecedente valido, para ayudar a cumplir los objetivos de la presente investigación. Su contenido teórico y metodológico será considerado en la elaboración del presente documento. 

Evaluation and optimization of pervious concrete with respect to permeability and clogging (Min Joung, 2008). En el año 2008 se desarrolló un trabajo de grado por parte del estudiante Young Min

para la Universidad de Texas, que buscaba analizar la permeabilidad de cara a la fuerza, durabilidad y mantenimiento del concreto permeable, con el fin de revelar la capacidad de su utilización en áreas urbanas.

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En las conclusiones del estudio, se pudo revelar que, al reducir la permeabilidad del concreto, se aumenta la fuerza, sin embargo, el riesgo de obstrucción también se aumenta, por tanto, se puede asegurar que la obstrucción tiende a reducir la permeabilidad de materiales con una proporción de huecos de menos del 33%. Este estudio propone que en investigaciones futuras se investigue acerca de materiales de concreto poroso, que tengan una relación de vacío a menos de 3%. 2.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS EN ESTRUCTURAS DE VIVIENDAS O EDIFICIOS Dentro de la historia de la Ingeniería Civil es muy conocido el uso de concreto convencional en las obras, sin embargo, el concreto permeable también se ha utilizado, aunque no con tanta relevancia como el concreto no permeable debido a la falta de estudios donde se investigue las posibilidades de usos y métodos de aplicación. En el año 1852 se conoce el primer caso en el que se utiliza el concreto permeable, se utilizó en la construcción de casas en el Reino Unido. Los materiales con los que se realizó el concreto consistían en grava y cemento. Posterior a esto en 1923 se llevó a cabo la construcción de 50 casas en Edimburgo, Escocia. Después de la segunda guerra mundial Europa termina con una necesidad que consistía en rehabilitar sus países en la parte de infraestructura y vivienda, sin embargo por el déficit en su economía se vieron obligados a investigar sobre nuevos productos y tecnologías que les permitieran realizar este tipo de obras de una forma más económica, entre estas opciones se manejó el concreto permeable, en el cual se utiliza menos cantidad de cemento por unidad volumen de concreto poroso, lo que hacía atractivo para los constructores ante el problema económico que se vivía y fue tomado como una opción viable en algunos casos.

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El concreto permeable se utilizó en cantidades considerables para la construcción de viviendas en países como: Reino Unido, Alemania, Holanda, Francia, Bélgica, Escocia, España, Hungría, Venezuela, África Occidental, Oriente Medio, Australia y Rusia. Alemania tras la segunda guerra mundial realizó investigaciones sobre las propiedades del concreto permeable al ver que la eliminación de grandes cantidades de escombros de ladrillos se convirtió en un problema, mientras que en otros países además del problema de la eliminación de escombros de ladrillos, la falta de producción de estos (ladrillos), tuvo como consecuencia la adopción de concreto permeable como material de construcción. Algunos de estos casos fueron documentados en la literatura en países como: Escocia entre 1945 y 1956, Australia en 1946, entre otros (ACI Committee 522, 2006). Aunque el concreto permeable ya es conocido por sus apariciones en el continente europeo, en los otros continentes no es tan conocido, algunas de las razones son que no han visto la necesidad de usarlo porque no han sido gravemente afectados por las diferentes guerras o no han tenido escasez de materiales. Algunas de las primeras estructuras conocidas dentro de la historia del continente de América que se realizaron con concreto permeable son:  La construcción de algunas casas en Toronto (ACI Committee 522, 2006).  La utilización del concreto permeable como base estructural para un edificio en Ottawa (ACI Committee 522, 2006).  En 1946 este también es utilizado para la construcción de elementos de soporte de cargas en edificios con una altura hasta de 10 pisos. (ACI Committee 522, 2006). Como se menciona en los casos anteriores el concreto permeable no ha sido para casos exclusivos de construcción de muros y losas de viviendas. 2.2. ANTECEDENTES HISTÓRICOS EN ESTRUCTURAS DE TRÁNSITO VIAL

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Dentro de las estructuras de transito vial también se pueden destacar casos conocidos en los cuales se utilizó el concreto permeable como opción para la solución de problemas. Los grandes pioneros en estos sistemas constructivos han sido los españoles, quienes comenzaron sus estudios en las décadas de los 80 y 90, destacándose por sus investigaciones en temas de pavimentos rígidos, lo cual ha llevado a que expertos resalten el uso del concreto permeable en la estructura de pavimentos rígidos con el fin de obtener un mejor desempeño. También en Francia se conocen casos donde el concreto permeable ha sido utilizado como base drenante. Algunos ejemplos de estructuras en las cuales se ha implementado el concreto permeable como alternativa son:  Villamayor - Salamanca – tramo de 300 metros ejecutado en noviembre de 1994 y por el que ha pasado un tráfico superior a dos millones de vehículos pesados de 13 toneladas en promedio (Pato, 1998).  Acceso a Zamarramala – Segovia – tramo de 1800 metros finalizado en mayo de 1997 – la carretera tenía un tráfico superior a 300 camiones/día, antes de la restauración y que correspondería a un t2 de normativa española (Pato, 1998). 2.3. ANTECEDENTES NACIONALES En el Perú encontramos información en un Boletín Informativo de la Asociación de Productores de Cemento ASOCEM referido a la investigación del Concreto Poroso o Permeable en Arequipa por Calderón Colca, YM; Charca Chura, J.A. Alumnos de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa, en esta investigación se aborda el estudio del concreto permeable para su aplicación en la construcción y la influencia de parámetros como la forma de los agregados, granulometría de los agregados, porcentaje de vacíos y la permeabilidad. Para el diseño de sus mezclas siguen las recomendaciones de la norma

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ACI.211.3R,2000 eligiendo tres diseños de mezclas con diferentes contenidos de vacíos y manteniendo constante la relación agua-cemento, además se utilizaron tres diferentes tipos de agregado grueso redondeado, angular y reciclado. Sus resultados fueron que las mezclas elaboradas con agregado angular presentan mayor permeabilidad para un mismo porcentaje de vacíos, pero que necesita de más pasta y por ello también muestra mayor resistencia. (Calderón et al. 2013) 2.4. 3. PROBLEMÁTICA En la actualidad el uso de Pavimentos Impermeables trae consigo, sobre todo en áreas de un importante desarrollo urbano, considerables problemas en la evacuación de las aguas lluvias y en las condiciones de escurrimiento aguas abajo. El uso indiscriminado de estas estructuras en áreas urbanas disminuye notoriamente la capacidad de recarga natural de agua en los terrenos, e incrementa de forma considerable el volumen y el caudal del escurrimiento superficial, aumentando el riesgo de provocar inundaciones en los sectores más bajos de las urbanizaciones (Castro, 2004). Además, cuando el agua de las lluvias escurre, arrastra consigo materiales sólidos y varios contaminantes depositados en calles y estacionamientos, contaminándola (Smith, 2001).

Para disminuir los efectos relacionados a las dos situaciones mencionadas, en los últimos años se ha desarrollado a nivel mundial un modo alternativo de diseñar pavimentos, construyendo estructuras que permitan el paso del agua a través de la capa superficial hacia el interior de la estructura (EPA, 1999), evitando así la acumulación de agua en su superficie.

En el caso de los pavimentos de carreteras o vías muy transitadas, la configuración de la estructura de diseñará considerando un pavimento tradicional, al que se le adicionará en su parte superior una capa permeable. El agua infiltrada llegará hasta la capa impermeable y será conducida lateralmente fuera de la estructura. Con esto se logra evacuar rápidamente

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el agua superficial disminuyendo el riesgo en los eventos de lluvias. Los pavimentos permeables son estructuras construidas con materiales impermeables, generalmente prefabricados, en las que su diseño geométrico permite infiltrar el agua superficial hacia las capas inferiores, ya sea a través de orificios en los bloques o de espacios entre las juntas.

Los pavimentos porosos en cambio son estructuras de hormigón o asfalto, fabricados con granulometrías sin finos, y que son en sí mismas permeables, escurriendo el agua a través de vacíos interconectados que generalmente alcanzan un valor entre 15 y 25% (Meininger, 1988; Debo & Reese, 1995; Ghafoori & Dutta, 1995). Al ser estructuras construidas con materiales distintos a los utilizados comúnmente en pavimentos, el diseño de las mezclas de estos pavimentos requiere de un estudio más acabado. Es esta configuración, con capas inferiores permeables, la que se considera en esta investigación.

4. HIPÓTESIS El comportamiento del Concreto Permeable en pavimentos rígidos para bajo tránsito, va a tener características diferentes al utilizar tamaños de agregados de distintos tamaños, provocando que su resistencia sea diferente una de otra. 5. OBJETIVOS 5.1. OBJETIVO GENERAL 

Diseñar un concreto permeable para pavimento con 20% de vacios, comparando el uso de diferentes tamaños de agregados de ¼”, ½” y ¾”. Que cumplan con las normas del Instituto Americano del Concreto, y que además nos permita logran resistencia y permeabilidad requerida.

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5.2. OBJETIVO ESPECIFICO 

Identificar la resistencia optima , para diseñar un concreto poroso utilizando diferentes tamaños de agregados ¼”, ½” y ¾”.



Conocer cuáles son las características de los diferentes tamaños de agregados, para su utilización en concretos porosos o permeables.



Conocer la relación lineal de Resistencia vs porosidad.



Determinar la viabilidad económica de la aplicación de Concreto Poroso.

6. BASES TEORICAS 6.1. CONCRETO El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregado y pasta. La pasta está compuesta de Cemento y agua, une a los agregados (arena y piedra triturada), para formar una masa semejante a una roca ya que la pasta endurece debido a la reacción química entre el cemento y el agua. (Polanco 2012) 6.2. CONCRETO PERMEABLE Es un material de estructura abierta con revenimiento cero, compuesto por cemento, agregado grueso y agua en algunos casos se utilizan un poco o nada de agregado fino además de aditivos. La combinación de estos ingredientes produce un material endurecido con poros interconectados, cuyos tamaños varían de 2 a 8 mm lo que permite el paso del agua. El contenido de vacíos puede variar de 18% a 35% con resistencia a la compresión típica de 2.8 a 28 MPa. Su capacidad de drenaje depende del tamaño del agregado y de la densidad de la mezcla. Por lo tanto, podemos decir que las mezclas permeables deben tener como mínimo un 15% de vacíos.

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6.3. MATERIALES 6.3.1. AGREGADOS Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos 

AGREGADOS GRUESOS El agregado grueso es aquel material proveniente de la desintegración natural

o mecánica de la roca y queda retenido en el tamiz N° 4 (4.76 mm). (Lezana 1996). Los agregados gruesos deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril optimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y de otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia de pasta de la pasta de cemento. 

AGREGADO FINOS Provienen de la desintegración natural o artificial de las rocas, estos

agregados deben pasar por el tamiz 3/8” y quedar retenidos en la malla N° 200 (Lezana 1996). El agregado fino comúnmente consiste en arena natural o piedra triturada siendo la mayoría de sus partículas menores que 5 mm. Los agregados finos deben cumplir ciertas reglas para darles un uso ingenieril óptimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y de otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia de pasta de la pasta de cemento. 6.3.2. MATERIAL CEMENTANTE El cemento, es un producto comercial de fácil adquisición el cual se mezcla con agua, ya sea sólo o en combinación con arena, piedra u otros materiales similares,

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tiene la propiedad de combinarse lentamente con el agua hasta formar una masa endurecida. Escencialmente, es un Clinker finamente pulverizado, producido por la cocción a elevadas temperaturas, de mezclas que contiene cal, alúmina, fierro y sílice en proporciones previamente establecidas, para lograr las propiedades deseadas (Polanco 2012). El cemento Portland, satisface las normas ASTM C150, C595, o C1157, se usa como el aglomerante principal. También puede usarse materiales suplementarios como la ceniza volante, el cemento de escoria, y el humo de sílice. Una mayor dosis de cemento generará un concreto más resistente, pero demasiado cemento disminuirá el porcentaje de vacíos interconectados en el concreto, perdiendo este su capacidad de infiltración (De Solminihac et al, citado por Pérez 2009). 6.3.3. AGUA El agua es importante y debe ser cualquier agua natural que sea potable y que no tenga sabor u olor pronunciado. La impureza excesiva en el agua no solo puede afectar el tiempo de fraguado y la resistencia del concreto, sino también causar eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y una menor durabilidad. 6.3.4. PROPIEDADES DEL CONCRETO PERMEABLE Son permeables, permiten el paso de humedad Son de resistencia baja. Mantienen seco la superficie. Son de trabajabilidad media.

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7. METODOLOGÍA 7.1.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN Investigación Aplicada, cuantitativa y experimental. 

Calcular la dosificación a partir de la formula de pesos: con coieficiente de relación de agua cemento del 0.40 y un 3.15 de absorción de agua en 2.34 milesimas de segundos

La presente investigación busca conocer si con el volumen de pasta que da la consistencia adecuada al concreto permeable elaborado con agregados de diferente tamaño, logra obtener una resistencia a la compresión y permeabilidad que estén dentro del rango que da la norma ACI 522R10 citada por Pérez 2009. Se utilizo Cemento Portland tipo I de la marca Yura, por ser más comercial, para el procedimiento de proporcionamiento de los materiales hemos utilizado el método de diseño de mezcla basado en el volumen de pasta necesario para mantener unidas las partículas del agregado, mientras se mantiene la estructura de vacíos necesaria para que tenga una buena permeabilidad. Variables: Agua: con 0.40 de relación de agua cemento, haciendo n 0.215 ml de agua Cemento: con 0.512kg por ensayo En cuanto al porcentaje de vacíos hemos elegido el valor de 20% esto debido a que según investigaciones un contenido de vacíos entre 15% y 20% permiten obtener mezclas con una adecuada resistencia y permeabilidad (Meininger, citado por Pérez 2009). Para la relación agua-cemento usamos el promedio del rango típico cuyos valores están comprendidos entre 0.26 a 0.45 por lo que el valor usado es 0.40.

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Esto debido a que estamos investigando si con diferentes tamaños de agregado que hemos propuesto se puede fabricar concreto permeable cuya resistencia y permeabilidad estén dentro de un rango aceptable. En el laboratorio se han seleccionado los diferentes tamaños de agregado, por ejemplo:  Agregado ¼”

4.10 kg.

 Agregado ½”

4.10 Kg

 Agregado ¾”

4.1 kg

Una vez seleccionado los agregados, se ha realizado el pesado del agregado y posterior lavado para limpiarlo de impurezas. 7.1.2. PROCEDIMIENTO 

MATERIALES A UTILIZAR     



Piedra chancada de ¼” Piedra chancada de ½” Piedra chancada de ¾” Cemento Portland tipo I Agua Potable

EQUIPOS A UTILIZAR • • • •

Tamices: ¼”, ½” y ¾” Balanza Moldes Martillo

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7.1.3. DETERMINACION DEL LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL CONCRETO PERMEABLE ASENTAMIENTO: El asentamiento es una propiedad que no define la calidad del concreto permeable a diferencia del concreto convencional, sin embargo, sirve para adquirir conocimiento acerca de la manejabilidad de la mezcla. Los valores que se usaron en la investigación estaban dentro de los rangos convencionales. PESO UNITARIO: El peso unitario del concreto permeable es del orden del 70% del concreto convencional. Su determinación se hace de acuerdo con lo especificado en la ASTM C1688 (Imcyc, 2008). TIEMPO DE FRAGUADO: Debido a la consistencia de la mezcla del concreto poroso el tiempo de fraguado se reduce, por lo que se debe de tener en cuenta la inclusión de aditivos que permitan la adecuada colocación. POROSIDAD: Es equivalente al porcentaje de vacíos o fracción de huecos dentro de la estructura de concreto, según investigaciones anteriores se establece que dicho porcentaje debe estar en el rango del 15% al 25% para denominar la estructura porosa. PERMEABILIDAD: Es la capacidad que tiene el concreto poroso de permitir el flujo de agua atravesar su interior con la característica de no alterar su estructura. Esta propiedad se puede alterar si no se tienen en cuenta los métodos de colocación para el concreto poroso, ya que al compactarse demasiado se pueden sellar los poros, haciendo que

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la fluidez de un líquido con la cual atraviesa su estructura se pierda. EN CUANTO A PROPIEDADES MECÁNICAS: La resistencia típica a compresión es aproximadamente de 17 MPa, sin embargo, en algunas investigaciones se han logrado hasta 28 MPa. La resistencia a la compresión depende directamente de los materiales de la mezcla, del porcentaje de vacíos y del esfuerzo de compactación (Imcyc, 2008). En cuanto al valor de la resistencia a la flexión oscila entre 1 – 3.8 MPa, como es una variable sujeta a gran variabilidad, se calcula a partir de la resistencia a la compresión por medio de relaciones empíricas. Por su parte, aun que la contracción por secado se produce en menor tiempo en estos concretos, es casi la mitad del orden de lo regular en un concreto convencional. Como la contracción por fraguado es menor esto permite disminuir el número de juntas colocándolas más espaciadas o eliminándolas según sea el tipo de pavimento (Imcyc, 2008). CUADRO 1. TÍPICAS DEL CONCRETO PERMEABLE Propiedad Asentamiento, mm Peso unitario, kg/m3 Tiempo de Fraguado, hora Porosidad, % (en volumen) Permeabilidad, cm/seg Resistencia a compresión, MPa Resistencia a flexión, MPa

Rango 20 1600-2000 1 15-25 0,20-0,54 3,5-28 1-3,8

Fuente: Imcyc. (2008). Construccion y tecnologia en Concreto. http://www.imcyc.com/revistacyt/jun11/arttecnologia.htm

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7.1.4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO PERMEABLE Durante el estudio de las propiedades y aplicaciones del concreto poroso se encontró que existen algunas ventajas y desventajas del concreto poroso frente al concreto convencional. VENTAJAS El concreto permeable disminuye la necesidad de hacer obras con la finalidad de retener agua, y esto se debe a su capacidad de reducir la escorrentía superficial al dejar que esta atraviese su estructura porosa. Además, es compatible con alcantarillados de pequeña capacidad, lo que se refleja como una ventaja desde un punto de vista económico ya que se desarrolla en áreas más grandes con un menor costo. El concreto permeable puede usarse como una alternativa en áreas de aparcamientos, también reduce la necesidad de construir pozos de retención para almacenar el agua pluvial, ya que puede actuar como área de retención, esto reducirá el costo de la construcción de pozos de retención, la instalación de bombas, los tubos de drenaje, y su mantenimiento, permitiendo también construir sistemas de alcantarillado de menor tamaño (Imcyc, 2008). También reduce el efecto de hidroplaneo el cual se da por los espejos de agua (charcos) que se forman por las precipitaciones o lluvias, lo que hace que el contacto del neumático con el pavimento no exista y por el contrario se forme una especie de cuña que genera una fuerza que empuja de manera ascendente el carro, y el contacto se da entre el agua y el neumático. La textura porosa del concreto permeable proporciona la tracción suficiente para los vehículos y reduce el hidroplaneo, aún con lluvia, brindando seguridad a los conductores y a los peatones. El concreto permeable es durable y resistente al tiempo, pudiendo durar muchos años (20 a 30 años) con el mantenimiento adecuado.

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Adicionalmente con el uso del concreto poroso se presenta una reducción de accidentalidad vehicular ya que por el gran porcentaje de infiltración de agua se reducen los charcos lo que produce una disminución en la distancia de frenado, de igual forma hay una reducción en la reflexión de la luz lo que impide el deslumbramiento. Una de las grandes dificultades en la movilidad vehicular dentro de las ciudades que están en países tropicales es el estancamiento de los carros cuando se presentan lluvias. Este problema se debe al gran porcentaje de accidentes que como se nombra en ventajas anteriores es un factor que disminuye con la utilización de concreto permeable, lo que permitiría a la ciudad tener flujo vehicular con mayor eficiencia. Se puede asociar al uso del concreto permeable la capacidad de permitir la filtración de los contaminantes de los automóviles, lo que impide la afectación de áreas adyacentes, como sucede con las superficies impermeables. Además, cuando se usa en combinación con zonas verdes, la estructura porosa permite el ingreso de agua y oxígeno, necesario para el crecimiento de las plantas que dan sombra y calidad al aire (Imcyc, 2008). En construcción el efecto de isla de calor es una situación urbana que se presenta por las moles de concreto, este fenómeno disminuye por la mayor difusión del concreto permeable, dado que su estructura de poros permite la circulación de aire y por lo tanto menor retención de calor. Asimismo, la luz que refleja el concreto permeable hace que disminuya la temperatura ambiental, especialmente en las zonas urbanas. (Imcyc, 2008).

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DESVENTAJAS El uso de concreto poroso en pendientes pronunciadas hace que el agua escurra en la capa inferior, lo que hace que se generen sub-presiones que pueden dañar las estructuras subyacentes de la capa de rodadura, cuando la pendiente es mayor al 1%. La aplicación del concreto poroso debe de hacerse con maquinaria que no sea muy pesada ya que esto podría causar una sobre compactación lo que haría que la estructura de los vacíos se altere, lo cual se refleja en su permeabilidad o capacidad de infiltración, o que se produzca una colmatación en su estructura porosa, el cual es uno de los principales problemas potenciales de los concretos porosos, sobre todo en capa de rodadura (Meneses Ospina & Bravo Erazo, 2007). Precisamente en cuanto a la colmatación, se debe mencionar que por esta característica ligada a la porosidad, el uso de estos pavimentos está contraindicado en zonas o terrenos con suelos impermeables, regiones climáticas con permanentes ciclos hielo-deshielo, regiones áridas o con un alto grado de erosión eólica, zonas de alto tráfico, o donde exista alta posibilidad de colmatación, según como lo menciona el documento titulado “Pavimentos porosos de hormigón: Una opción para mitigar los efectos de las aguas lluvias” (De Solminihac & Castro S, 2012). En conclusión, se debe decir que para utilizar pavimentos porosos de hormigón como solución para problemas de aguas lluvias, el esfuerzo debe enfocarse en tres aspectos fundamentales:  Un correcto dimensionamiento de la estructura para satisfacer requerimientos estructurales e hidráulicos y que incluya un adecuado diseño de la mezcla.  Un correcto proceso constructivo.

24 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

 Un buen plan de mantención que evite la colmatación y que comience desde el momento de la construcción. En conclusión el concreto permeable facilitaría el paso del agua en zonas de intensas lluvias, haciendo una red de alcantarillado mas eficiente en el ámbito de posibles áreas inundadas, 7.1.5. TRATAMIENTO Y ANALISIS AGREGADO

CUADRO 2 CLASIFICACIÓN GENERAL DEL AGREGADO SEGÚN SU TAMAÑO Tamaño de las partículas en mm (Pulg)

Denominación más corriente

Inferior a 0,002

Arcilla

Entre 0,002 - 0,074 (No. 200)

Limo

Entre 0,074 - 4,76 (No. 200) (No. 4)

Arena

Entre 4,76 - 19,1 (No. 4) - (3/4")

Gravilla

Entre 19,1 - 50.8 (3/4") - (2")

Clasificación

Clasificación como agregado para concreto

Fracción muy fina

No recomendable

Agregado fino

Material apto para producir concreto

Grava Agregado Grueso

Entre 50,8 - 152,4 (2") - (6")

Piedra

Superior a 152,4 (6")

Rajon, Piedra bola

Fuente: Construcción propia / Sanchez De Guzman, D. (2001). Tecnologia del concreto y del mortero. Santafe de Bogota: Bhandar editores LTDA.

7.1.6. DISEÑO METODOLÓGICO Ante la inexistencia de un método normalizado para el diseño de mezclas de concretos porosos, fue necesario obtener una metodología de diseño que permita conocer cuál sería la mejor dosificación que utilizar en función de la razón agua-

25 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

cemento. Densidad Material

Tamaño

Masa

Masa

del

unitaria

unitaria

Absorción

Humedad

Agregado

Suelta

Compacta

%

%

[pulg]

[Kg/m3]

[Kg/m3]

Aparente [Kg/m3]

Arena (AF)

2606.28

----

1497.80

1767.40

1.60

4.83

Grava (Ag)

2649.44

1/2"

1463.00

1623.93

1.55

1.34

De tal forma, que se tomó como texto de referencia para esta investigación el documento titulado “Laboratory study of mixture proportioning for pervious concrete pavement” (Castro, de Solminihac, Videla, & Fernandez, 2009). Este trabajo desarrolla una metodología de dosificación, a partir de la deducción de una ecuación que analiza el comportamiento de 18 mezclas de concreto poroso, con diferentes relaciones agua/cemento entre 0,29 y 0,41 y su relación existente entre el contenido de vacíos.

CALCULO DEL AGREGADO Después de realizar los ensayos de caracterización de los agregados en el laboratorio y de comprobar que cumplen los parámetros para ser utilizados en mezclas de concreto, se obtuvieron los siguientes resultados:

Cemento Densidad Aparente [Kg/m3] Tipo Masa unitaria Suelta [Kg/m3] Argos

4.321

II

4.100

26 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

Agua

Densidad [Kg/m3]

Potable

0.215

Porcentaje de vacíos de Diseño %

Relación

Relación

[agua/cemento]

[arena/cemento]

0.4

1:2

20

Para el desarrollo de este diseño, se decidió trabajar con un porcentaje de vacíos del 20 % y una relación de agua/cemento de 0.5. Se decidió utilizar estos valores, puesto que el porcentaje de vacíos permite tener un margen de confiabilidad sin que sea muy bajo para que el concreto no tenga la suficiente permeabilidad y que no sea muy alto para que las resistencias de compresión o flexo-tracción sean muy bajas. En cuanto a la relación agua/cemento, a pesar de que está por encima de lo sugerido en la investigación de referencia, se decidió aumentar esta relación para obtener una mayor hidratación del cemento y lograr mejores resistencias, pues a diferencia del concreto convencional, el concreto poroso aumenta su resistencia con relaciones agua/cemento más altas. 

CALCULO DEL CONTENIDO DE AGUA (A) Para el cálculo del contenido de agua se multiplica la relación arena/cemento por la cantidad de cemento. Relación a/c

Cantidad de cemento (c) [Kg/m3]

0.40

219.38

Cantidad de agua ( a ) [lt/m3] 109.69

27 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

Volumen material por m3 de concreto Cemento

Agua

Vacíos

Arena

Grava (AG)

0.07

0.1097

0.20

0.08

0.54

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS  ACI 211.3R. (2002). Guide for Selecting Proportions for No-Slump Concrete.  ACI Committee 522. (2006). ACI 522R-06. American Concrete Institute.  Aguado, A., & Pindado, M. (1997). Caracterización experimental y numérica de hormigones porosos modificados con polímeros. Instituto Español del Cemento y sus aplicaciones (IEca). Barcelona: Universidad Politécnica de Cataluña.  ASTM C31 / C31M. (2012). Practica normalizada para preparación y curado de especímenes de Ensayo de Concreto en la Obra. ASTM.  ASTM. (2014). Cilindros de prueba de concreto, ASTM C-31. Recuperado el 21 de febrero

de

2014.

http://www.

Taringa.net/posts/ciencia-

educación/10900267/cilindros de pruebas de concreto ASTM C-31  ASTM D 2166. (2006). Ensayo de Compresión Simple. Recuperado el 21 de febrero de 2014

http://www.noticias.espe.edu.ec/hfbonifaz/files/2012/09/ENSAYO DE

COMPRESION  Azañedo Medina, W., Chávez Juanito, H., & Muñoz Valdivia, R. (2008). Diseño de mezcla de concreto poroso con agregados de la cantera la Victoria. Cajamarca: Universidad Nacional de Cajamarca.

28 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

 Calderón Colca, Y. V., & Charca Chura, J. A. (2013). Investigación en concreto poroso. Lima: Instituto de construcción y gerencia.  Castro, J., de Solminihac, H., Videla, C., & Fernández, B. (2009). Laboratory study of mixture proportioning for pervious concrete pavement. Revista Ingenieria de Construccion.  Concreto, A. C. (2005). Determinación del módulo de elasticidad del concreto.  Noticreto: la revista de la tecnica y la construccion.  De Solminihac, H., & Castro S, J. (2012). Pavimentos porosos de hormigón: Una opción para mitigar los efectos de las aguas lluvias. Bit , 35-38.  Flores Prieto, J. R. (2010). Caracterización del concreto permeable, usando el módulo de ruptura y el porcentaje de desgaste. Morelia: Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.  Franco García, D. (22 de noviembre de 2012). Colombia se raja en infraestructura vial. http://www.elespectador.com/noticias/economia/articulo-388669-colombia-seraja infraestructura vial.  Gallardo, J. F. (2013). Estudio exploratorio de los factores de producción y logística que inciden en el estado de asfalto en el punto de consumo en obras de pavimentos. Santiago de Cali: Universidad del Valle.  González G, J. F. (2012). Ante los retos del concreto permeable. Construcción y tecnología en concreto, 62-65.  Grupo CECATA Universidad Javeriana. (2002). Concreto poroso: Tecnología e investigación para su uso en pavimentos.  Imcyc. (2008). Construcción y tecnología en Concreto. Recuperado el 21 de febrero de 2014, de http://www.imcyc.com/revistacyt/jun11/arttecnologia.htm.

29 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

 Instituto Nacional de Vías. (2008). Manual de diseño para concreto. Medellin: Instituto Colombiano de Productores de Cemento.  López Orozco, J. O. (2004). Porosidad del concreto. Guatemala: Universidad San Carlos de Guatemala.  Meneses Ospina, C. M., & Bravo Erazo, C. H. (2007). Resistencia mecánica y condiciones de obra del concreto poroso en los pavimentos según el tipo de granulometría. Medellín: Universidad de Medellín.  Minaya González, S. (2002). Seminario taller de mecánica de suelos y exploración Geotécnica. Lima: Universidad Nacional de Ingeniería.  National Ready Mixed Concrete Association. (2011). Pervious Concrete Contractor Certification. Canada: NRMCA.

 Navas Carro, A., & Fernández, R. (2011). Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad. Infraestructura vial, 40- 49.  Nrmca. (2006). El concreto en la práctica. Recuperado el 21 de febrero de 2014, de http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/CIP16es.pdf.  Pato, M. B. (1998). Pavimentos de concreto poroso de altas prestaciones como capa de rodadura para tráfico pesado. ICPC Boletín, 10-16.  Sánchez De Guzmán, D. (2001). Tecnología del concreto y del mortero. Santafé de Bogotá: Bhandar editores LTDA.  Sika, M. d. (2012). Aditivos y adiciones para concreto. Santafé de Bogotá.  Standardization News. (abril de 2008). Se propone una norma para controlar el colmatado http://www..astm.org/SNEWS/SPANISH/SPMA08/permeability_spma08.html

30 CONCRETO PERMEABLE PARA PAVIMENTO RIGIDO

 Subramanian, N. (Julio de 2009). Concreto permeable - un material ecológico que contribuye al ahorro de los recursos hídricos, frente a la escases de agua. Recuperado el 20 de febrero de 2014, http://www.asosem. Org.pe.  Tesis. Son. (2007). Aditivos para concreto. Recuperado el 2 de Febrero de 2014, de http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/8650/Capitulo4.pdf  Vélez, L. (2010). Permeabilidad y porosidad en concreto. Revista tecnologías lógicas, 169-187.

9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 10. PANEL FOTOGRAFICO

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