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UNIVERSIDAD CONTINENTAL DE CIENCIAS E INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INGENIERIA CIVIL

TITULO:

“USO DE PAVIMENTOS PERMEABLES PARA LA REDUCCION DEL ESCURRIMIENTO PLUVIAL EN EL DISTRITO DE HUANCAYO, EN EL AÑO 2015”

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO CIVIL PRESENTADO POR:

 PERCY HECTOR, ORELLANA CARBAJAL

HUANCAYO­PERÚ MAYO­2015

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CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1

Determinación del problema

Los   pavimentos   son   algo   muy   común   en   nuestra   vida   diaria,   particularmente   en   áreas urbanas, ya que estos ayudan a mejorar la comunicación con otras ciudades, fomentado así el   desarrollo   de   nuestro   país.   Sin   embargo   uno   de   los   principales   problemas   de   los pavimentos es que no permiten el paso del agua de lluvia al subsuelo, debido a que la mayoría   de   ellos   son   impermeables,   con   lo   cual   se   modifica   el   ciclo   natural   del   agua, fomentando el caos vehicular así como cambios climáticos drásticos. Del total de las lluvias que caen a la superficie, gran parte de ella cae en los pavimentos los cuales son transportados por el sistema de drenaje de estos, pudiendo ser aprovechados para aumentar los mantos acuíferos en zonas urbanas. Debido a esto, la hidrología natural y el medio ambiente se ven afectados. Las inundaciones que producen los escurrimientos superficiales   se   hacen   cada   vez   más   frecuentes,   con   sus   aspectos   negativos   como   el entorpecimiento del tráfico y el acarreo de contaminantes disueltos o lavados. Una forma adecuada de infiltración de las aguas pluviales hacia el subsuelo es la utilización de un pavimento hecho a base de concreto permeable que permita que el agua captada en la   superficie   del   concreto,   así   como   los   escurrimientos   superficiales   y   sus   cargas   de

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contaminantes que se originen a su alrededor, sean dirigidos, a través del pavimento, y se infiltren directamente al subsuelo natural. Es   en   el   sistema   de   pavimentos   permeables   a   base   de   concreto   permeable   donde centraremos nuestro trabajo de investigación, ya que éste concreto presenta propiedades de infiltración  de  aguas   pluviales   que  permiten  la   reducción   de  escurrimientos   superficiales, disminuyendo de ésta manera problemas de inundaciones, acumulación de contaminantes. Esto   hace   al   concreto   permeable,   un   material   muy   adecuado   para   revolucionar   la administración de aguas pluviales.

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Formulación del problema 1 Problema general ¿De   qué   forma   contribuye   el   pavimento   permeable   en   la   reducción   del escurrimiento pluvial en el distrito de Huancayo? 2

Problemas Secundarios  ¿Cómo elaborar una adecuada dosificación de materiales que genera una mayor infiltración del escurrimiento pluvial en pavimentos en el distrito de Huancayo? 

¿Cómo   elaborar   y   colocar   un   concreto   permeable   para   mejorar   el sistema de drenaje un pavimento?

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Objetivos 1

Objetivos Generales Conocer los beneficios del uso de pavimento de concreto permeable en la reducción del escurrimiento pluvial en el distrito de Huancayo.

2

Objetivos Secundarios 

Elaborar   una   adecuada   dosificación   de   materiales   que   genere   la



mayor infiltración de las aguas pluviales. Conocer  los procedimientos para la elaboración y colocación de un concreto permeable en el distrito de Huancayo.

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Justificación 35

La implementación de los sistemas urbanos de drenaje sostenible ayuda a contrarrestar los efectos negativos de la urbanización en el ciclo hidrológico. Por medio de estos se mejora la calidad del agua lluvia en el sitio donde se produce, se puede obtener beneficio gracias al almacenamiento, no solo para el aprovechamiento del agua en las actividades diarias, sino en el control de inundaciones que con el cambio climático y la impermeabilidad de las zonas urbanizadas día a día se hace más presente.  Por   lo   tanto,   los   pavimentos   permeables   pueden   llegar   a  ser   parte  de   la   solución   a   los problemas de inundaciones, debido a que el 70 por ciento de las zonas urbanizadas están constituidas   por   vías   (Ferguson,   2005).   Esta   es   la   razón   de   ser   de   este   trabajo   de investigación, por una parte encontrar y unificar métodos actuales de diseño que se adapten a   las   características   propias   de   nuestro   país,   pero   también,   impulsar   la   investigación   e implementación de este sistema, con el fin de contrarrestar los problemas en la calidad de vida y salud pública que los desbordamientos de ríos y las inundaciones traen a la población de nuestra ciudad.

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1 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Antecedentes del problema

Se ha encontrado los siguientes trabajos relacionados al tema

Juan Roberto Flores Prieto (2010); en su tesis titulada “Caracterización del concreto permeable   usando   el   módulo   de   ruptura   y   el   porcentaje   de   desgaste”;  buscó determinar el módulo de rotura y el porcentaje de desgaste obtenido por el método Cántabro del   concreto   permeable   considerando   parámetros   mecanicistas.   Hizo   una   revisión exhaustiva   de   la   bibliografía   existente   sobre   concreto   permeable   a   nivel   publicado   a   la fecha. Concluyendo que ya es una realidad, el interés en el concreto permeable como una solución a urbanizaciones sustentables sin olvidar la economía. En los ensayos realizados utilizo   las   normas   de   la   American   Society   for   Testing   Materials   que   se   refieren   a   la fabricación y prueba de vigas para obtener el Módulo de Ruptura ASTM C 42–03 y ASTM C 78–02,   utilizó   agregados   triturados   andesita   (3/4”   a   No.   4).   Concluyendo   que   el   tamaño máximo del agregado deberá ser de  3/4”, por lo que recomienda revisar cuanto varía el Módulo de  Ruptura considerando “d”  (espesor  del pavimento) en diseños específicos de pavimentos y conservando 6 cm como “b”.

Cibrián Fernández Irving. (2009); en su tesis titulada “Reducción de escurrimientos Pluviales mediante la utilización de Pavimentos de concreto permeable”;  recaudo y analizó información disponible de fuentes primarias y secundarias, sobre la utilización de concreto permeable, para así tener un conocimiento más amplio en el diseño y construcción

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de   elementos   de   infiltración   que   permitan   el   control   de   escurrimientos   superficiales.   Así también   proporciono   una   guía   básica   de   las   características   y   propiedades   del   concreto permeable, como las granulometrías con las que debe de contar el agregado grueso usado en el concreto, según él estos deben de estar, de entre ¾ y 3/8 de pulgada, redondeado o triturado   satisfaciendo   los   requisitos   de   ASTM   D448   y   C33.   Además   también   concluyo afirmando que un alto porcentaje de falla en las superficies de pavimentos se da con este tipo   de   concreto.   La   mayoría   de   las   veces   se   atribuye   a   un   inadecuado   diseño,   uso   o construcción.   Este   estudio   puso   mayor   énfasis   en   los   estudios   preliminares   adecuados sobre hidrología y geotecnia; en una adecuada elección del lugar para alojar pavimentos permeables;   una   correcta   elaboración,   colocación   y   cuidados   pertinentes,   así   como   un mantenimiento ideal para que el sistema permeable cumpla con su función de infiltración y reducción de escurrimientos superficiales.

JORGE   RODRÍGUEZ   HERNÁNDEZ.  (2008);  En   su   tesis  titulada   “Estudio,   análisis   y diseño de secciones permeables de firmes para vías urbanas con un comportamiento adecuado frente a la colmatación y con la capacidad portante necesaria para soportar tráficos ligeros”;  La principal finalidad de este proyecto era el diseño de estructuras de firmes filtrantes capaces de captar y tratar el agua procedente de la escorrentía superficial urbana.   Esta   tesis   se   ocupó   del   desarrollo   de   nuevas   estructuras   de   firmes   filtrantes biodegradantes   de   hidrocarburos   mediante   el   estudio,   análisis   y   diseño   de   secciones permeables   de   firmes   para   vías   urbanas   con   un   comportamiento   adecuado   frente   a   la colmatación   y   con   la   capacidad   portante   necesaria   para   soportar   tráficos   ligeros.   Los pavimentos de mezcla bituminosa porosa combinados con  áridos reciclados ofrecen una mayor laminación que el resto de secciones ensayadas. Con todo, el diseño de los firmes permeables debe realizarse acorde a su ubicación, ejecutándose con el mayor control de calidad posible y llevándose a cabo un mantenimiento adecuado para maximizar su vida útil. Mario Leandro Castro Espinosa. (2011); En su tesis titulada “Pavimentos permeables como alternativa de drenaje urbano”; a través de su trabajo busco conocer el estado del arte a cerca de los pavimentos permeables como alternativas de drenaje. Lo anterior se realizó a partir de una buena cantidad de referencias y recomendaciones norteamericanas,

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europeas y latinoamericanas cada una de estas con diseños hidráulicos diferentes, en su mayoría asociados a la hidrología de sus países, pero todas compartiendo la forma en el diseño estructural. El documento cuenta con todo lo necesario para llevar a cabo un sistema de pavimentos permeables, a diferencia de las principales guías de diseño, en este escrito se   encuentra,   el   tipo   de   materiales,   la   granulometría   de   los   agregados   pétreos,   las especificaciones   y   normativas,   y   el   sistema  constructivo.   Por   medio   de   estos  resultados obtenidos   se   observa   que   los   pavimentos   permeables   son   una   alternativa   viable   cuya aplicación de manera masiva mejoraría sustancialmente el control de inundaciones en las zonas lluvias en cualquier parte del mundo. Luis Ángel Sañudo Fontaneda. (2014). En su tesis titulada “Análisis de la infiltración de agua de lluvia en firmes permeables con superficies de adoquines y aglomerados porosos para el control en origen de inundaciones”; Como objetivo de su investigación se planteó el estudio detallado de la infiltración del agua de lluvia a través de los firmes permeables, considerados como sistemas de captación del agua de lluvia para el control en origen de  la escorrentía urbana, con el fin  último de ayudar  a evitar inundaciones en el entorno urbano de una forma sostenible. Fruto de la discusión de los resultados, se obtuvo modelos de regresión que permiten entender el comportamiento de un pavimento permeable en condiciones extremas de colmatación en función de la pendiente de la superficie; se ha demostrado la gran eficacia de la capa de OASIS en la atenuación de grandes volúmenes de agua pluvial, retardando y reduciendo los picos de ésta que se producen debido a lluvias extremas; y se ha validado una metodología para el diagnóstico en campo de la capacidad de infiltración de los firmes permeables con superficies porosas

Marlon   Ebiezer   Vigil   Sánchez   (2012).   En   su   tesis   titulada   “Diseño,   proceso constructivo   y   evaluación   post   construcción   de   un   pavimento   rígido   de   concreto permeable”;  Elabora   una   propuesta   de   diseño   para   un   Pavimento   Rígido   de   Concreto Permeable,   considerando   el   proceso   constructivo   en   general;   desde   la   elaboración   del concreto,   transporte,   colocación   y   control   de   calidad   del   mismo.   El   diseño   de   mezclas obtenido   en   el   trabajo   reúne   las   características   indispensables   y   primordiales   para   un concreto   permeable,   donde   las   propiedades   mecánicas   e   hidráulicas   son   las   siguientes: permeabilidad de 15.92 mm/s, porcentaje de vacíos del 21.97%, resistencia a la flexión de

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24 kg/cm2, módulo de elasticidad estático de 2.2 x105 kg/cm2, desgaste por abrasión e impacto (sin esferas) en la máquina de los ángeles de un 30%. Para el trabajo realizado utilizo la metodología de la National Ready Mixed Concrete Association. Además concluyo sosteniendo que los pavimentos de Concreto Permeable están concebidos para ser aplicado en estacionamientos vehiculares, calles de poco a mediano tráfico. También en aplicaciones tales como: aceras, senderos, fuentes, orillas de piscinas. No para tráficos vehiculares altos, a no ser que sirvan como sub bases drenantes en los que ayudaría en buena medida a evitar la migración de finos evitando así en futuro el fenómeno de bombeo.

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Bases teóricas Concreto Permeable

Los   pavimentos   permeables   nacen   como   una   forma   alternativa   de   mitigación   de   la escorrentía superficial y los caudales pico (generadores de inundaciones), en las zonas urbanizadas en las cuales la cuenca ha perdido su permeabilidad, como se muestra en la imagen 18. El objetivo de estos sistemas es generar zonas donde el agua se infiltre o se almacene amortiguando la cantidad de agua lluvia precipitada y aumentando los tiempos de concentración de la misma. Se recomienda su uso en zonas de baja pendiente, con poco tráfico tales como estacionamientos, vías con tráfico ligero u ocasional, y andenes, entre otros, en los que su nivel freático se encuentre muy por debajo del fondo de la zona de almacenamiento para que este no interfiera ni disminuya el volumen de acopio (Legret et al., 1999; EPA, 1999).

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La estructura de los pavimentos permeables consiste generalmente de tres capas: (i) una capa de rodadura que permite la entrada del agua, que puede ser en diferentes materiales como asfalto, concreto (pavimentos porosos), arcilla, grava, pasto (pavimentos permeables)   (ii)   una   capa   de   material   granular   fino,   la   cual   permite   una   instalación adecuada de la capa de rodadura y (iii) una capa compuesta por una matriz de material granular   de   gran   tamaño,   o   por   módulos   o   geo­células   plásticas   donde   el   agua   se almacena (Sub­base). La sub­base se puede utilizar para infiltrar y retener el agua parcial o completamente como se muestra en las imágenes 19, 20 y 21. En el caso de la infiltración, el suelo natural (subrasante) debe tener la capacidad para recibir estas aguas (recarga de acuíferos) y en el caso de retención se utiliza cuando el suelo tiende a ser impermeable o cuando se quiere   hacer   uso   de   esta   agua   (aprovechamiento   de   agua   lluvia)   (Watanabe,   1995; Interpave, 2008).

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Estructura del pavimento permeable de total infiltración. (Adaptado de: Interpave, 2008).

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 Estructura del pavimento permeable de infiltración parcial. (Adaptado de: Interpave, 2008).

Estructura del pavimento permeable de infiltración 0. (Adaptado de: Interpave, 2008).

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Ventajas y desventajas:

Las ventajas y desventajas dependerán de cómo el sistema cumple con un funcionamiento hidráulico y estructural adecuado dentro del tiempo de vida útil para el cual fue diseñado (Tennis et al, 2004; CIRIA, 2007). Ventajas: 

Remoción

eficiente

contaminantes

de

de

partículas

la

escorrentía 

superficial tales como metales pesados, aceites y sedimentos. 

Reducción significativa del volumen y de la velocidad de la escorrentía  superficial.



Uso adecuado en zonas densamente pobladas y desarrolladas.



Alta capacidad de adaptación al entorno.



Uso más eficiente de la tierra (Doble uso del espacio).



Bajo costo en el mantenimiento.



Elimina la necesidad de cunetas, tuberías de alcantarillado y pozos de  inspección.



Elimina el encharcamiento en la superficie de rodadura.



Buena aceptación de la comunidad, no interfiere en la movilidad o en el  urbanismo.

Desventajas:



No se puede usar en zonas con alta carga de sedimentos.



Se usa únicamente en vías con bajo volumen de tráfico.



La velocidad máxima de tránsito es de 48 km/h.



Presenta alto riesgo de colmatación y proliferación de vegetación si no  tiene un mantenimiento adecuado.



No se usa en zonas con nivel freático alto.

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2

Tipos de pavimentos permeables:

Existen diferentes tipos de pavimentos permeables, los cuales se pueden clasificar de  acuerdo al material de su capa de rodadura. Estos se clasifican en tres grupos: (i) Pavimentos de asfalto poroso, (ii) pavimentos de concreto poroso, y (iii) pavimentos de adoquín y modulares (Brattebo y Booth, 2003; Ferguson, 2005). A continuación se presentará la descripción de los tipos de pavimentos permeables, y las diferencias que existen entre estos.

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Pavimentos   permeables   en   asfalto poroso:

Es el tipo de pavimento poroso más antiguo, data de los años 70‟s (Ferguson, 2005) y consta de una capa de rodadura, conformada por una mezcla bituminosa de asfalto en pequeñas cantidades y agregados de tamaño grueso uniformemente gradados     (Azzout et   al.,   1994),   reforzado   con   fibras   de   polímeros   para contrarrestar la perdida de resistencia por el aumento del porcentaje de vacíos (entre 15% y 20%). (Reyes y Torres, 2002). El   aumento   del   porcentaje   de   vacíos   permite   tener   una   superficie   más   permeable   por donde el agua se puede infiltrar a la zona de almacenamiento o amortiguamiento,  lo  que mejora  la  tracción,  la  visibilidad,  y  disminuye  la escorrentía superficial cuando ocurren los eventos lluviosos en la zona o vía en donde se es implementado (Ferguson, 2005). Una   segunda   capa   de   arena   filtrante   que   separa,   la   capa   de   rodadura   de   la   capa   de almacenamiento y llena los vacíos superficiales de esta última. Para evitar la colmatación del sistema en ocasiones esta se separa de la capa de rodadura por medio de un geotextil (Cahill et al, 2003; Ferguson, 2005).

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2

Pavimentos   permeables   en   concreto poroso:

La capa de rodadura de este pavimento consiste en una mezcla de agregados gruesos uniformemente gradados, y cemento y agua. La mezcla se desarrolla con una relación agua cemento baja para aumentar la resistencia, que al igual que en

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El primer caso la perdida de resistencia es ocasionada por el aumento del porcentaje de vacíos.  Esta mezcla ocasiona una estructura porosa de célula abierta por donde el agua puede fluir (Ferguson, 2005). 3

Pavimentos   permeables   de   adoquín   y modulares:

Los pavimentos permeables de adoquín permiten la infiltración del agua por medio de las juntas creadas entre los adoquines, estas son llenada o emboquillada con grava fina o arena de rio. Este tipo de pavimento permeable suele ser utilizado con mayor frecuencia en andenes y jardines debido a su baja resistencia (Smith, 2006; Interpave, 2008). La capa de rodadura de los sistemas modulares pueden estar conformadas por rejillas de plástico de alta resistencia o por módulos en concreto, estos se rellenan de grava o tierra para sembrar pasto (Ferguson, 2005).

3

Elementos constructivos:

Los materiales empleados para cada tipo de capa rodadura de los pavimentos permeables y los materiales que componen la estructura del pavimento como tal (capa de transición, sub­base permeable, geotextil, membrana impermeable, tubería de drenaje), se describen a continuación. 1

Concreto poroso:

El   concreto   hidráulico   poroso   usa   los   mismos   materiales   que   el   concreto   hidráulico convencional, la única diferencia es que se eliminan los agregados más finos. Lo anterior se  realiza  para    aumentar  la  cantidad  de  vacíos  y  proporcionar  la

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capacidad  filtrante  de  la  estructura  (Tennis  et  al,  2004;  Ferguson,  2005).  La imagen  22 muestra un ejemplo de este.

Concreto poroso (Fuente: perviouspavement.org)

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C e m en to :

Al igual que el concreto convencional se usa cemento portland regido bajo la norma ASTM C   150   (ANEXO   1),   en  esta  se   especifica   la   composición   química,   la   resistencia   y  los tiempos de fraguado (Tennis et al, 2004, Ferguson, 2005). 3

Agr ega dos:

Los agregados son la mayor parte del volumen del concreto poroso y los responsables de resistir las cargas aplicadas. La granulometría de los agregados cambia con respecto a la del   concreto   convencional,   respecto   a   la   eliminación   de   las   partículas   más   finas.   Los límites permisibles de abrasión están especificados en la norma ASTM C33, los ejemplos de granulometría para concreto poroso están especificadas en la norma ASTM C 33 No. 67 “Distribución granulométrica entre el rango de 19.0 mm hasta 4.75 mm”, o ASTM C 33 No. 8 “Distribución granulométrica entre el rango de 9.5 mm hasta

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2.36 mm”, o ASTM C 33 No. 89 “Distribución granulométrica entre el rango de

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9.5 mm hasta 1.18 mm”. Como se muestra en la tabla 1 (Tennis et al, 2004; Ferguson, 2005; ASTM, 2011).

 Granulometría concreto hidráulico poroso (adaptado de: ASTM, 2011).

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 Agua:

Una relación agua cemento dentro del rango de 0.27 a 0.34 es común para la fabricación de concreto poroso. El control de la relación agua­cemento en las mezclas para concreto poroso no garantiza del todo un concreto más resistente como en el caso de los concretos convencionales. Un diseño de mezcla común sin aditivos ni refuerzo se muestra en la tabla 2 (Tennis et al, 2004).

 Diseño de mezcla usado para la fabricación de concreto poroso. (Adaptado de: Tennis et al, 2004)

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R

40

ef ue rz o: De ser posible es recomendable reforzar el concreto con fibras de polímero de entre 2.5 y 5cm de largo, lo que mejora significativamente su resistencia a la tracción y disminuye la deformación, en la norma ASTM C1116 (ANEXO 2) se especifica el tipo de fibra que debe ser usado. La incorporación de las fibras al concreto hidráulico poroso, se hace como si estas fueran un volumen de agregado (generalmente dicho volumen corresponde a no más del 0.1 por ciento), y se mesclan en conjunto con todos los demás componentes (Ferguson, 2005).

6

A d it i v o s :

Se recomienda el uso de aditivos retardantes que aumenten los tiempos de colocación y fraguado, y los reductores de agua que aporten mayor manejabilidad, ambos a su vez mejoraran   los   resultados   en   cuanto   a   la   resistencia.   Los   aditivos   son   incluidos   en   la mezcla húmeda como volumen de agua y de acuerdo a las especificaciones del fabricante (Tennis   et   al,   2004),   estos   son   regidos   bajo   la   norma   ASTM   C   494   (ANEXO   3),   que muestra el tipo de aditivos retardantes, reductores de agua y los beneficios que provee al concreto hidráulico (Ferguson, 2005). 7

Asfalto poroso:

Para la mezcla del asfalto poroso se recomienda que el porcentaje de vacíos se encuentre entre el 16% y el 22% para promover la infiltración y el flujo vertical (NAPA, 2004). Al igual que con el concreto hidráulico se eliminan los agregados más finos con el fin de aumentar el contenido de vacíos (Cahill et al, 2005), la imagen 23 muestra un ejemplo de asfalto

41

poroso.

42

Asfalto poroso (fuente: motor.terra.es/galerias­coches/html/la­seguridad­vial­del­ futuro­en­trafic­2009­2.htm) 4

Materiales de

empleados

en

la

capa

transición,

sub­base permeable, 

geotextil, membrana impermeable: 1

Capa   de transición :

La granulometría de la capa de transición debe permitir el flujo vertical del agua y a  la vez  garantizar  la  estabilidad  del  pavimento,  debe  buscarse  un  material granular fino que este dentro del rango de 2mm a 6mm y que cumpla con la norma BS EN 13242:2002. ‘Aggregates for unbound and hydraulically bound materials for use in civil engineering works and road construction’, como se muestra en la tabla 6 (Ferguson, 2005; Interpave, 2008).

Granulometría capa de transición. (Adaptado de Interpave, 2008).

43

2

Sub­base permeable:

La granulometría de la sub­base debe garantizar la estabilidad del pavimento mediante la trabazón de agregados, tanto en estado seco como condición de humedad total, se recomiendan   los   agregados   triturados   con   formas   angulares   e   irregulares,   no   los redondeados. Debido a que este material también será usado para el almacenamiento, este   debe   ser   resistente   ante   la   presencia   de   agentes   químicos   que   puedan   venir disueltos en el agua y así evitar su meteorización y la pérdida de cohesión al interior de los   pavimentos.     Se   recomienda   el   uso     de   granito,   basalto   o   gabro   (CIRIA,   2007), además   debe   cumplir   con   la   especificación   BS   EN   13242:2002     „Aggregates   for unbound and hydraulically bound materials for use in civil engineering work and road

construction.‟  y con la granulometría que se muestra en la tabla 7. (Ferguson, 2005; Interpave, 2008).

 Granulometría sub­base permeable. (Adaptado de Interpave, 2008). En caso de no usar geotextil se debe evitar la migración de finos de la capa de  transición a la sub­base permeable, garantizando el cumplimiento de la siguiente ecuación:

Ecuación 1. Ecuación que garantiza la no migración de finos en caso de no tener  geotextil superior. (Adaptado de Interpave, 2008).

44

Cuando la carga excede la capacidad portante de los agregados en la sub­base, esta se   podrá   reforzar   con   cemento   cumpliendo   con   la   norma   BS   EN   14227­   1:2004. „Hydraulically   bound   mixtures   –Specifications   –   Part   1:   Cement   bound   granular mixtures‟   y  garantizando  una  permeabilidad  de  más de  20.000  mm/hora  (Interpave, 2008). Actualmente también se puede remplazar la matriz de agregados por los sistemas geo­ celulares (ver numeral 5.2.5), que proporcionan una relación de vacios del 94%, buena estabilidad y resistencia a altas cargas aplicadas y ante agentes químicos disueltos en el agua, almacenando un volumen igual con una excavación significativamente menor a la necesaria para la sub­base de agregados (CIRIA, 2007). En Colombia las geo­celdas “modular   box”   están   siendo   distribuidas   por   PAVCO   bajo   el   nombre   de   “aquacell” (PAVCO, 2011). 3

Membrana impermeable:

En   el   caso   de   retención   completa,   para   aprovechamiento   de   agua   lluvia,   en   la subrasante (Imagen 21), se debe instalar una membrana impermeable de polietileno que   detenga   el   agua   dentro   de   la   zona   de   almacenamiento,   el   calibre   debe   ser calculado   de   acuerdo   a   la   carga   aplicada   y   a   la   resistencia   al   punzonamiento,   el fabricante deberá proveer esta información (Interpave, 2008).

2.2.4.4. Geotextiles El geotextil es el filtro que evita la migración de finos a las capas de agregados gruesos (sub­base y subrasante) y contribuye a la estabilidad del pavimento. Este puede ser tejido o no tejido, capaz de resistir tanto a agentes químicos como bacterianos y cumplir con las normas ISO 10319. En su instalación se recomienda traslapar 30 cm por lo menos (Interpave, 2008). 5

Principios   de diseño:

A diferencia de los pavimentos convencionales en donde el diseño depende únicamente 45

de   la   resistencia   a   la   carga   aplicada   o   propiedades   mecánicas,   a   los   pavimentos permeables se les agregan factores hidráulicos tales como permeabilidad y relación de vacíos (Tennis et al, 2004). Es necesario llegar a un balance entre el diseño estructural y el hidráulico para de esta manera   obtener   un   sistema   óptimo   que   presente   buen   comportamiento   en   ambos aspectos (CIRIA, 2007), los dos diseños darán diferentes espesores el que sea mayor será escogido como el espesor de diseño (Interpave, 2008), a continuación la imagen 27   muestra   un   diseño   general   de   pavimentos   permeables   que   incluye   aspectos hidráulicos y estructurales. 6 Instalación del pavimento permeable La instalación del pavimento permeable difiere del pavimento de concreto convencional. Usualmente  el  concreto  se  coloca  sobre  una  base  de  grava  gruesa  o roca  triturada limpia discontinua (tamaño máximo de 25 mm) que actúa como reservorio para retener el agua hasta que pueda filtrase en el suelo debajo. Se puede colocar un revestimiento geo sintético debajo del reservorio de piedra para prevenir rutas de flujo preferencial y para mantener un fondo plano. Los diseños también pueden incorporar algún método para  trasportar  grandes volúmenes  de fuga de agua de lluvia al  sistema de drenaje pluvial, tales como la inclusión de tuberías de drenaje debajo del pavimento, desviando el   flujo   de   agua   de   lluvia   a   áreas   de   recolección   suplementaria   para   su   potencial reutilización. Es importante no compactar demasiado el suelo de la base, puesto que el rasgo de diseño clave de un sistema de pavimento permeable es su permeabilidad.  El   tiempo   de   trabajo   del   concreto   típicamente   se   reduce   para   mezclas   del   concreto permeable, usualmente, se recomienda una hora entre el mezclado y la colocación. La destreza más complicada de adquirir para el contratista del concreto permeable es juzgar la cantidad adecuada de agua de mezcla en el concreto fresco sin finos. Este material es sensible a cambios menores en el contenido de agua, así que casi siempre es necesario hacer ajustes en lugar de trabajo a la mezcla fresca. Tener la cantidad de agua adecuada es importante porque demasiada agua causa que los poros colapsen, y muy   poca   agua   previene   el   curado   adecuado   del   concreto   lo   que   lleva   al desmoronamiento prematuro de la superficie.

2.3 Definiciones de términos básicos 46

A continuación se definen los conceptos básicos necesarios, que serán utilizados para el mejor entendimiento del presente trabajo de investigación: 

Permeabilidad;  es  la propiedad  de un material que permite el paso del agua a través   de   sus   vacíos,   bajo   la   acción   de   una   carga   hidrostática.   El   grado   de permeabilidad se mide por su coeficiente de permeabilidad, el cual se basa en la ley propuesta por Darcy en el siglo xx. 

Aditivos; la norma ASTM C125 define a un aditivo como un material distinto al agua, los agregados, los cementos hidráulicos e el refuerzo de fibra, utilizado como   un   ingrediente   del   concreto   o   mortero   y   que   se   agrega   a   la   mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado. Los aditivos varían ampliamente en su composición y muchos de ellos realizan más de una función.



Relación   agua/cemento;  es   la   masa   de   agua   dividida   por   la   masa   del material cementante. La razón entre la relación agua7cementoi y la resistencia del   concreto,   puede   explicarse   como   la   consecuencia   natural   de   un debilitamiento   progresivo   de   la   matriz,   causada   por   el   incremento   de   la porosidad   al   incrementarse   la   relación   agua/cemento.   La   relación agua/cemento elegida para un diseño debe de ser menor valor necesario para resistir   a   las   condiciones   de   exposición,   estos   deben   de   basarse   en   los requisitos a la resistencia a la comprensión.

47

1. 2. 3.

4. CAPÍTULO III: HIPÓTESIS Y VARIABLES

3.1. Hipótesis 3.1.1. Hipótesis general

El concreto permeable reduce el escurrimiento pluvial en un 80% en el distrito de Huancayo. 3.1.2. Hipótesis específica  La mayor infiltración de un pavimento permeable está  condicionado por los materiales que lo constituyen.  

La adecuada elaboración y colocación del pavimento permeable  influye en la resistencia y durabilidad de esta

3.2. Variables, operacionalización 3.2.1. Variables Se toma en cuenta dos variables:  Variable independiente es:  pavimentos permeables  variable dependiente es: escurrimiento pluvial 48

3.2.2. Operacionalización  VARIABLE

DEFINICION

DEFINICIÓN OPERACIONAL

Son

PAVIMENTOS PERMEABLES 

 

pavimentos

 Facilidad de uso continuos   o   modulares,  Estándares de calidad que dejan pasar el agua  Costos a   través   de   ella,  Utilización  Desempeño permitiendo que el agua  Elaboración  se infiltre o sea captada  Duración  y   retenida   en   capas  Resistencia  subsuperficiales   para   su posterior   reutilización   o evacuación. Son  láminas de agua que

ESCURRIMIENTO PLUVIAL

 Precipitaciones  circula sobre la superficie,  Permeabilidad de suelos se   forma   cuando   las precipitaciones superan la capacidad   de   infiltración del suelo.

49

5. 6.

7. CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA 4.1.

Métodos y alcance de la investigación  50

Método general: Método experimental

El   trabajo   consistirá   en   diseñar   y   elaborar   mezclas   de   concreto,   para   poder determinar   cuál   de   ellos   es   el   más   óptimo   en   la   reducción   de   la   escorrentía superficial. Alcance: Correlacional   El  presente  trabajo  será de  alcance  del  tipo  correlacional,   ya  que  el  proyecto tiene   por   objetivo   principal   evaluar   cómo   se   relacionan   las   dosis   de   los componentes del concreto con las propiedades de concreto en el estado fresco y endurecido.

4.2.

Diseño de la investigación El   diseño   de   investigación   para   el   presente   proyecto   de   investigación,   es   el diseño experimental con pos prueba únicamente y grupo de control, este diseño incluye dos grupos: uno recibe el tratamiento experimental y el otro no (grupo de control)

4.3.

Población y muestra

4.3.1. Población El universo poblacional está constituido por los diseños de mezcla con diferentes dosis empleados para la producción del concreto permeable. 4.3.2. Muestra La técnica de muestreo será el no probabilístico e intencional, para lo cual se tomara 15 diseños de mezclas.

4.4.

Técnicas e instrumentos de recolección de datos

4.4.1. Técnica

51

La técnica a utilizar será la observación 4.4.2. Instrumento El instrumento a utilizar será una guía de observación 

4.5.

Técnicas de análisis de Datos Se   procesará   los   datos   mediante   tablas   y   cuadros   estadísticos utilizando el programa Excel para ayudarnos en el procesamiento de datos.

CAPÍTULO IV: ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

5.1.

Presupuesto

52

5.1.1. Personal  CANT 01 03

DETALLE profesional

Personal técnico

COSTO UNIT 1000.00 700.00 Sub total

COSTO TOTAL 1000.00 1400.00 2400.00

FUENTE Auto Financiado Auto Financiado Auto Financiado

5.1.2. Bienes CANT 01 05 01 01 5 1

DETALLE

Material de Escritorio

COSTO UNIT

COSTO TOTAL

40.00

40.00

25.00

100.00

35.00

35.00

Millares de Papel Bond

15.00

15.00

cemento

21.50

107.50

agregados

70.00

70.00

Sub total

367.50

Material bibliográfico del Objeto  de Estudio Material bibliográfico de  Investigación

FUENTE Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado

5.1.3. Servicios CANT 1 1 1 1 1

DETALLE

COSTO UNIT

COSTO TOTAL

Fotocopias

20.00

20.00

Movilidad

30.00

30.00

Impresión

30.00

30.00

Gastos Universidad

50.00

50.00

53200.00

200.00

Alquiler de laboratorios

FUENTE Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado Auto 

Financiado Sub total

330.00

Imprevistos (20%)

66

Total de Gastos

396.00

COSTO TOTAL DEL PROYECTO COSTO TOTAL

DETALLE Personal 

2400.00

Bienes

367.50

Servicio

396.00 Total

3163.50

54

Auto  Financiado Auto  Financiado Auto  Financiado

5.1.

Cronograma 5.2. MESES 5.3. (por semanas y ciclo académico)

5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.57. 1 5.79. 2 5.101. 3 5.123. 4 5.145. 5 5.167. 6 5.189. 7 5.211. 8 5.233. 9

ACTIVIDADES 5.58.

Planificación

5.80.

Información básica

5.102. Investigación Bibliográfica 5.124. Elaboración del Marco Teórico 5.146. Ampliación de Marco Teórico 5.168. Elaboración de los instrumentos de recolección de datos 5.190. Análisis de Fiabilidad 5.212. Diseño y Validación y Aplicación de Instrumentos 5.234. Ejecución Trabajo de Datos

5.255. 5.256. Organización y 10 Tabulación de datos 5.277. 11

5.278. Análisis e Interpretación de datos

5.8.

2015

5.10.

MA 5.11. AB 5.12. MA 5.13. JUN 5.14. JUL RZ RIL YO IO IO O 5.16.5.17.5.18.5.19.5.20.5.21.5.22.5.23.5.24.5.25.5.26.5.27.5.28.5.29.5.30.5.31.5.32.5.33. 5.34. 5.35. 4 5.37.5.38.5.39.5.40.5.41.5.42.5.43.5.44.5.45.5.46.5.47.5.48.5.49.5.50.5.51.5.52.5.53.5.54. 5.55. 5.56. 4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 5.59.5.60.5.61.5.62.5.63.5.64.5.65.5.66.5.67.5.68.5.69.5.70.5.71.5.72.5.73.5.74.5.75.5.76.5.77. 5.78. X X 5.81.5.82.5.83.5.84.5.85.5.86.5.87.5.88.5.89.5.90.5.91.5.92.5.93.5.94.5.95.5.96.5.97.5.98.5.99. 5.100. X X 5.103. 5.104. 5.105. 5.106. 5.107. 5.108. 5.109. 5.110. 5.111. 5.112. 5.113. 5.114. 5.115. 5.116. 5.117. 5.118. 5.119. 5.120. 5.121.5.122. X X X 5.125. 5.126. 5.127. 5.128. 5.129. 5.130. 5.131. 5.132. 5.133. 5.134. 5.135. 5.136. 5.137. 5.138. 5.139. 5.140. 5.141. 5.142. 5.143.5.144. X X X 5.147. 5.148. 5.149. 5.150. 5.151. 5.152. 5.153. 5.154. 5.155. 5.156. 5.157. 5.158. 5.159. 5.160. 5.161. 5.162. 5.163. 5.164. 5.165.5.166. X X 5.169. 5.170. 5.171. 5.172. 5.173. 5.174. 5.175. 5.176. 5.177. 5.178. 5.179. 5.180. 5.181. 5.182. 5.183. 5.184. 5.185. 5.186. 5.187.5.188. X X

5.191. 5.192. 5.193. 5.194. 5.195. 5.196. 5.197. 5.198. 5.199. 5.200. 5.201. 5.202. 5.203. 5.204. 5.205. 5.206. 5.207. 5.208. 5.209.5.210. X X 5.213. 5.214. 5.215. 5.216. 5.217. 5.218. 5.219. 5.220. 5.221. 5.222. 5.223. 5.224. 5.225. 5.226. 5.227. 5.228. 5.229. 5.230. 5.231.5.232. X X 5.235. 5.236. 5.237. 5.238. 5.239. 5.240. 5.241. 5.242. 5.243. 5.244. 5.245. 5.246. 5.247. 5.248. 5.249. 5.250. 5.251. 5.252. 5.253.5.254. X 5.257. 5.258. 5.259. 5.260. 5.261. 5.262. 5.263. 5.264. 5.265. 5.266. 5.267. 5.268. 5.269. 5.270. 5.271. 5.272. 5.273. 5.274. 5.275.5.276. X X 5.279. 5.280. 5.281. 5.282. 5.283. 5.284. 5.285. 5.286. 5.287. 5.288. 5.289. 5.290. 5.291. 5.292. 5.293. 5.294. 5.295. 5.296. 5.297.5.298. X X

5.299. 5.300. Preparación de 12 Informe 5.322. Redacción de 5.321. Borrados del 13 Informe de Investigación 5.344. Revisión del 5.343. Borrados del 14 Informe de Inv. 5.366. Aprobación del 5.365. Informe de 15 Investigación 5.387. 5.388. Tipiado Final y 16 Anillado 5.410. Presentación del 5.409. Informe de 17 Investigación 5.432. Sustentación del 5.431. Informe de 18 Investigación

5.453. 5.454. 5.455. 5.456. 5.457. 5.458. 5.459. 5.460. 5.461. 5.462. 5.463. 5.464. 5.465.

5.301. 5.302. 5.303. 5.304. 5.305. 5.306. 5.307. 5.308. 5.309. 5.310. 5.311. 5.312. 5.313. 5.314. 5.315. 5.316. 5.317. 5.318. 5.319.5.320. X X 5.323. 5.324. 5.325. 5.326. 5.327. 5.328. 5.329. 5.330. 5.331. 5.332. 5.333. 5.334. 5.335. 5.336. 5.337. 5.338. 5.339. 5.340. 5.341.5.342. X

5.345. 5.346. 5.347. 5.348. 5.349. 5.350. 5.351. 5.352. 5.353. 5.354. 5.355. 5.356. 5.357. 5.358. 5.359. 5.360. 5.361. 5.362. 5.363.5.364. X 5.367. 5.368. 5.369. 5.370. 5.371. 5.372. 5.373. 5.374. 5.375. 5.376. 5.377. 5.378. 5.379. 5.380. 5.381. 5.382. 5.383. 5.384. 5.385.5.386. X 5.389. 5.390. 5.391. 5.392. 5.393. 5.394. 5.395. 5.396. 5.397. 5.398. 5.399. 5.400. 5.401. 5.402. 5.403. 5.404. 5.405. 5.406. 5.407.5.408. X 5.411. 5.412. 5.413. 5.414. 5.415. 5.416. 5.417. 5.418. 5.419. 5.420. 5.421. 5.422. 5.423. 5.424. 5.425. 5.426. 5.427. 5.428. 5.429.5.430. X 5.433. 5.434. 5.435. 5.436. 5.437. 5.438. 5.439. 5.440. 5.441. 5.442. 5.443. 5.444. 5.445. 5.446. 5.447. 5.448. 5.449. 5.450. 5.451.5.452. X

3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  5.466. 

Juan Roberto Flores Prieto (2010). Caracterización del concreto permeable usando el módulo de ruptura y el porcentaje de

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desgaste (tesis de maestría). Universidad Michoacana De San Nicolás De Hidalgo, Morelia, México. Cibrián Fernández Irving. (2009). Reducción de escurrimientos Pluviales mediante la utilización de Pavimentos de concreto



permeable. (Tesis de maestría). Universidad Nacional Autónoma de México, México.  Mario   Leandro   Castro  Espinosa.   (2011).  Pavimentos  permeables   como  alternativa   de  drenaje   urbano.   (Tesis   de  grado).



Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia. Luis Ángel Sañudo Fontaneda. (2014). Análisis de la infiltración de agua de lluvia en firmes permeables con superficies de adoquines   y   aglomerados   porosos   para   el   control   en   origen   de   inundaciones.   (Tesis   doctoral).  Universidad   Cantabria,

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Santander, España. Jorge Rodríguez Hernández (2008). Estudio, análisis y diseño de secciones permeables de firmes para vías urbanas con un comportamiento adecuado frente a la colmatación y con la capacidad portante necesaria para soportar tráficos ligeros (tesis



doctoral). Universidad Cantabria, Santander, España. Marlon Ebiezer Vigil Sánchez (2012). Diseño, proceso constructivo y evaluación post construcción de un pavimento rígido de concreto permeable (tesis de grado). Universidad De El Salvador, El Salvador. 5.467.