UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE ...COVENIN 338-79, Método para la elaboración, curado y ensayo...
Transcript of UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE ...COVENIN 338-79, Método para la elaboración, curado y ensayo...
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO
PERMEABLE PARA PAVIMENTOS
BARBULA, NOVIEMBRE DE 2016.
AUTORES:
MÉNDEZ Z. NATHASHA G.
MOSQUEDA V. MARÍA C.
ii
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO
PERMEABLE PARA PAVIMENTOS
BARBULA, NOVIEMBRE DE 2016.
AUTORES:
MÉNDEZ Z. NATHASHA G.
MOSQUEDA V. MARÍA C.
TUTOR:
ING. AQUILINO RODRIGUEZ
iii
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO
PERMEABLE PARA PAVIMENTOS
Trabajo presentado a la Universidad de Carabobo para optar al título de
Ingeniero Civil.
BARBULA, NOVIEMBRE DE 2016.
AUTORES:
MÉNDEZ Z. NATHASHA G.
MOSQUEDA V. MARÍA C.
iv
v
DEDICATORIA
A mis padres Carmen Zerpa y Ramón Méndez por ser los mejores padres
del mundo y las personas que más amo, admiro y respeto. A ellos por apoyarme
siempre en todo lo que me propongo, por haberme educado como lo hicieron, por
ser mi mayor motivo para salir adelante y ser mejor cada día, por haberme
enseñado que no hay metas imposibles y que con amor, constancia y humildad
todo se puede lograr.
A mi hermana menor Rosi Méndez por ser mi compañera de vida, de
lágrimas y experiencias, por darme su cariño y buenos consejos. Y a mi hermana
mayor Érica Méndez, por todo su amor brindado y por ser un excelente ejemplo
para mí a seguir.
Nathasha Gabriela Méndez Zerpa
vi
AGRADECIMIENTOS
A mis padres nuevamente Carmen Zerpa y Ramón Méndez, por hacer lo
posible y lo imposible para mi bienestar, por todo el sacrificio que han hecho para
que tenga éxito en todas mis metas, por impulsarme cada día a superarme y ser
mejor persona. Este logro es gracias a ellos.
A dios por cuidarme y guiarme siempre por el buen camino y por haber
puesto en mi vida a personas tan especiales que han sido un gran sustento para mí.
A mis hermanas Rosi Méndez y Érica Méndez, por ser las mejores
hermanas del mundo y por brindarme todo su apoyo y cariño.
A mi novio Daniel Vegas, por brindarme su amor incondicional y
enseñarme que el amor verdadero si existe, por estar siempre pendiente de mí,
acompañándome y apoyándome en todo lo que me propongo.
A mi compañero y gran amigo Jesús Conejeros, por las infinitas ayudas
académicas, por preocuparse por mis calificaciones y por brindarme su apoyo
incondicional.
A mi compañera de tesis María Carlota Mosqueda por sumarse conmigo a
emprender este gran proyecto, y a mis compañeros Perla Montoya, Abril
Rodríguez, Francisco Rodríguez, Maryangel Palma, Carlos Hernández, Ricardo
Cabrera, Carlos Landaeta, Héctor Rivas, Rafael Mendoza, Viviana Rodríguez,
por ser más que amigos unos hermanos que recordare con mucho cariño, por
todos los buenos momentos que juntos compartimos.
A nuestro tutor el Ing. Aquilino Rodríguez, por impulsarnos a indagar en
este maravilloso tema y por ser tan atento con nuestras necesidades.
Nathasha Gabriela Méndez Zerpa
vii
DEDICATORIA
A Dios y a la santísima virgen de Coromoto, porque cada día de mi vida
siento su presencia dándome su amor, esperanza, sabiduría e inteligencia para
poder desarrollarme como persona y alcanzar los objetivos y metas que me he
trazado. Mi fe y amor cada día aumenta. Lo logramos diosito y mi virgencita.
A Pedro Mosqueda, mi padre, mi ejemplo y mi fuente de inspiración por
esta bella profesión, por la confianza que desde el principio puso en mí, eres mi
gran ejemplo de trabajo, honestidad y lucha constante. A Migdalia Viso, por su
amor, comprensión, por darme aliento ante las adversidades, porque cuando creía
que no podía más estabas ahí para darme tu apoyo y palabras que me
reconfortaban. Papi y Mami son mi gran amor, mi todo, mi mayor fuente de
inspiración y ganas de seguir adelante, juntos para toda la vida, los amo.
A mis hermanas, Dariana Mosqueda y Nazareth Mosqueda por confiar en
mí siempre, por darme su apoyo incondicional y ser un gran ejemplo para mí. A
mis sobrinos, Dayeni Fernández Mosqueda y Andrés Fernández Mosqueda, por
ser ese amor y dulzura que me llenan de ánimo porque al solo escuchar su voz me
daban fuerzas para seguir.
María Carlota Mosqueda Viso
viii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco nuevamente a Dios y a la virgen de Coromoto porque a lo largo
de mi vida he librado grandes batallas y siempre han estado a mi lado dándome
esa fuerza y amor que al solo orar me conforta, gracias Padre Dios y Mami María.
A mis padres, Pedro Mosqueda y Migdalia Viso mis grandes amores, mi
mayor tesoro y mi mayor bendición, gracias a la confianza y a esa motivación
constante aquí estoy cumpliendo una de mis metas, este triunfo es para ustedes.
A mis hermanas, Dariana Mosqueda y Nazareth Mosqueda por ser parte de
la gran bendición que tengo como Familia y por darme apoyo constante. A mis
sobrinos, Dayeni Fernández Mosqueda y Andrés Fernández Mosqueda, gracias
por su amor mis nenes amados, son la gran alegría de nuestro hogar.
A mis tíos, Wencesla Mosqueda y Nahúm Mosqueda por ser un gran
apoyo a lo largo de mi carrera, por su amor y confianza, soy muy afortunada de
tenerlos.
A Steffany De Abreu, mi mejor amiga, mi confidente, mi compañera de
alegrías y tristezas, desde que llegaste a mi vida has sido una gran bendición, eres
mi hermana y gracias a esa amistad encontré una familia que me llena de mucho
amor y cariño, gracias Rosa De Abreu y Gabriel De Abreu por abrirme las puertas
de su hogar, a Dios le doy gracias por haberlos puesto en mi camino.
A mi amiga y compañera de tesis Nathasha Méndez por ser un gran apoyo
a lo largo de todo este recorrido universitario y juntas emprender este camino
además de ser parte de mi grupo de amigos que se han convertido en hermanos,
Gracias Maryangel Palma, Abril Rodríguez, Francisco Rodríguez, Carlos
Landaeta, Jesús Conejeros, Carlos Hernández, Héctor Rivas, Ricardo Cabrera,
Daniel Vegas, Rafael Mendoza y Viviana Rodríguez, sin ustedes a mi lado no lo
hubiera logrado, tantas desveladas han dado fruto, les agradezco a todos ustedes
con toda mi alma el haber llegado a mi vida para compartir alegrias y tristezas,
son todos esos momentos los que hacen crecer y valorar a las personas que nos
rodean, a donde me lleve Dios siempre tendran un lugar en mi corazon, los quiero.
A la Universidad de Carabobo y profesores de la facultad de ingeniería por
ser parte de mi formación y seguir impartiendo las mejores enseñanzas. Gracias.
Por ultimo, y de la forma mas especial quiero agradecer a nuestro tutor el
Ing Aquilino Rodriguez, por ese espiritu de enseñaza que posee, por toda su
dedicacion, paciencia y apoyo para llevar a buen termino este trabajo de
investigacion. Gracias.
Maria Carlota Mosqueda Viso
ix
INDICE
LISTA DE FIGURAS ....................................................................................... XII
LISTA DE TABLAS ........................................................................................ XIII
RESUMEN ........................................................................................................ XIV
INTRODUCCION ................................................................................................ 1
CAPITULO I ......................................................................................................... 3
1.1 EL PROBLEMA ............................................................................................. 3
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................... 5
1.3 OBJETIVOS .................................................................................................... 5
1.3.1 OBJETIVO GENERAL: ............................................................................ 5
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: .................................................................... 5
1.4 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................... 6
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES ................................................................. 7
CAPITULO II ....................................................................................................... 8
MARCO LEGAL .................................................................................................. 8
2.1 ANTECEDENTES .......................................................................................... 8
2.2 NORMATIVA ............................................................................................... 10
1. ASTM C 33, Especificación normalizada de agregados para el concreto. 10
2. ASTM C 150, Especificación normalizada para cemento portland. ........ 10
3. ACI 301, Calidad del agua para el concreto. ............................................ 11
4. COVENIN 269 o ASTM C127, Método de ensayo para determinar el peso
específico y la absorción del agregado grueso. ................................................. 11
5. COVENIN 338-79, Método para la elaboración, curado y ensayo a
compresión de probetas cilíndricas de concreto............................................... 11
6. COVENIN 340-79, Método para la elaboración y curado en el laboratorio
de probetas de concreto para ensayos de flexión. ............................................. 11
7. COVENIN 343-79, Método de ensayo para determinar la resistencia a la
tracción por flexión del concreto, en vigas simplemente apoyadas, con carga en
el centro del tramo. ............................................................................................ 11
x
8. ACI 522R-06, Propiedades mecánicas del hormigón permeable.............. 12
9. ACI 211.3R-02, Guía para la selección de proporciones para el concreto
permeable. ......................................................................................................... 12
2.3 DEFINICION DE TERMINOS ................................................................... 12
2.3.1 Concreto permeable ................................................................................. 12
2.3.2 Asentamiento............................................................................................ 13
2.3.3 Peso unitario ............................................................................................. 13
2.3.5 Porosidad .................................................................................................. 13
2.3.6 Permeabilidad ........................................................................................... 13
2.3.7 Escorrentía superficial .............................................................................. 14
2.3.8 Aguas subterráneas................................................................................... 14
2.3.9 Acuíferos .................................................................................................. 14
CAPITULO III .................................................................................................... 15
MARCO METODOLOGICO ........................................................................... 15
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ...................................................................... 15
3.2DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................... 15
3.3FASES DE LA INVESTIGACIÓN .............................................................. 17
3.3.1 Recolección de datos ................................................................................ 17
3.3.2 Procesamiento de datos ............................................................................ 17
3.3.2.1 Materiales para el diseño de mezcla.................................................. 18
Cemento ............................................................................................ 18
Agua .................................................................................................. 18
Agregados ......................................................................................... 18
Aditivos ............................................................................................. 18
3.3.2.2 Criterios de diseño de mezclas .......................................................... 19
Relación agua/cemento (a/c) ............................................................. 19
Volumen de pasta .............................................................................. 19
Relación agregado/cemento .............................................................. 20
Contenido de agregado grueso .......................................................... 20
Peso específico del agregado grueso ................................................. 21
Absorción del agregado grueso ......................................................... 21
3.3.2.3 Diseño de mezcla .............................................................................. 21
3.3.2.4 Propiedades físico-mecánicas del concreto permeable ..................... 24
Permeabilidad .................................................................................... 24
Resistencia a la flexión...................................................................... 24
Peso especifico .................................................................................. 25
Revenimiento .................................................................................... 25
xi
Porcentaje de vacíos .......................................................................... 25
Propiedades típicas del concreto permeable. ............................................ 26
CAPITULO IV .................................................................................................... 27
PRESENTACION DE LOS RESULTADOS ................................................... 27
4.1 MATERIALES .............................................................................................. 27
4.1.1 Agregados ................................................................................................ 27
4.1.2 Cemento ................................................................................................... 28
4.1.3 Agua ......................................................................................................... 29
4.2 CARACTERISTICAS DE LOS AGREGADOS ........................................ 29
4.2.1 Peso específico y porcentaje de absorción del agregado grueso .............. 29
4.2.1.1 Porcentaje de Absorción ................................................................... 30
4.2.1.2 Peso específico ................................................................................. 31
4.2.1.3 Gravedad específica ......................................................................... 31
4.3 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA SIN FINOS ...................................... 31
4.4 DOSIFICACION DE LA MEZCLA CON FINOS .................................... 42
4.5 PORCENTAJE DE VACIOS EN EL CONCRETO PERMEABLE ....... 50
4.6 RESISTENCIA A LA FLEXION DEL CONCRETO PERMEABLE .... 53
4.6.1 Datos del ensayo a flexión ....................................................................... 55
4.6.2 Resultados del ensayo a flexión ............................................................... 57
4.7 PERMEABILIDAD DEL CONCRETO PERMEABLE ........................... 59
4.7.1 Datos del ensayo de permeabilidad .......................................................... 61
4.7.2 Resultados del ensayo de permeabilidad.................................................. 62
4.7.3 Intensidad de lluvia .................................................................................. 63
CAPITULO V ...................................................................................................... 65
CONCLUSIONES ............................................................................................... 65
RECOMENDACIONES ..................................................................................... 67
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .............................................................. 68
ANEXO ................................................................................................................ 70
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Relación entre el contenido de vacíos y el contenido de pasta para
agregado No. 8 (3/8”) .................................................................................... 19
Figura 2. Valores efectivos de b/bo .................................................................... 20
Figura 3. Permeámetro de carga constante. ........................................................ 24
Figura 4. Propiedades típicas del concreto permeable. ...................................... 26
Figura 5. Agregado Grueso 3/8 a #4”. ................................................................ 28
Figura 6. Agregado fino. ..................................................................................... 28
Figura 7. Encofrado para Cilindro. .................................................................... 35
Figura 8. Encofrado para Vigueta. ...................................................................... 36
Figura 9. Mezcla del concreto permeable, diseño de mezcla sin finos. .............. 38
Figura 10. Cilindro 1, primer diseño de mezcla sin finos. .................................. 38
Figura 11. Viguetas 1, 2, y 3, primer diseño de mezcla sin finos. ..................... 39
Figura 12. Cilindro 3, segundo diseño de mezcla sin finos. ............................... 41
Figura 13. Vigueta 4, segundo diseño de mezcla sin finos. ................................ 42
Figura 14. Mezcla del concreto permeable con finos. ........................................ 48
Figura 15. Viguetas 5, 6, 7 y 8, diseño de mezcla con finos. ............................. 49
Figura 16. Cilindros 4,5, y 6, diseño de mezcla con finos. ................................. 49
Figura 17. Equipos para la realización del ensayo de peso específico y absorción.
....................................................................................................................... 50
Figura 18. Balanza hidrostática para la realización del ensayo de peso específico
y absorción. ................................................................................................... 51
Figura 19. Maquina Universal de Tracción y Compresión para ensayo a flexión
del concreto. .................................................................................................. 54
Figura 20. Viguetas del diseño de mezcla sin finos, a ensayar para la obtención
del módulo de rotura. .................................................................................... 56
Figura 21. Viguetas del diseño de mezcla con finos, a ensayar para la obtención
del módulo de rotura. .................................................................................... 56
Figura 22. Modo de falla en viguetas del diseño de mezcla con finos. .............. 58
Figura 23. Modo de falla en viguetas del diseño de mezcla sin finos. ................ 58
Figura 24. Equipo completo, Permeámetro de carga constante, tanque para
depósito de agua y piezómetro, para la medición de alturas piezometricas y
caudal. ........................................................................................................... 60
Figura 25. Piezómetro para determinar la diferencia de presión en el
permeámetro. ................................................................................................. 60
Figura 26. Permeámetro de carga constante. ...................................................... 61
xiii
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Datos obtenidos del ensayo para la determinación del peso específico y
la absorción del agregado grueso. ................................................................. 30
Tabla 2. Volúmenes y pesos totales por metro cubico de materiales, diseño de
mezcla sin finos. ............................................................................................ 34
Tabla 3. Cantidades reales para el diseño de mezcla 1 sin finos. ......................... 37
Tabla 4. Cantidades reales para el diseño de mezcla 2 sin finos. ......................... 41
Tabla 5. Volúmenes y pesos totales por metro cubico de materiales, diseño de
mezcla con finos. ........................................................................................... 45
Tabla 6. Cantidades reales para el diseño de mezcla con finos............................ 48
Tabla 7. Datos para el calculo del peso especifico de la muestra con agregado
fino. ............................................................................................................... 51
Tabla 8. Datos para el calculo del peso especifico de la muestra sin agregado
fino. ............................................................................................................... 52
Tabla 9. Resultados del peso específico, peso unitario y el % de vacíos. ............ 52
Tabla 10. Características de las viguetas del diseño de mezcla sin finos, para
ensayo a flexión............................................................................................. 55
Tabla 11 . Características de las viguetas del diseño de mezcla con finos, para
ensayo a flexión............................................................................................. 55
Tabla 12. Resultados del ensayo a flexión, módulo de rotura.............................. 57
Tabla 13. Datos del ensayo de permeabilidad. ..................................................... 61
Tabla 14. Resultados del ensayo de permeabilidad para las muestras sin agregado
fino. ............................................................................................................... 62
Tabla 15. Resultados del ensayo de permeabilidad para las muestras con agregado
fino. ............................................................................................................... 62
Tabla 16. Intensidades de lluvia esperadas. ......................................................... 63
xiv
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO PERMEABLE PARA
PAVIMENTOS.
RESUMEN
La presente investigación se basa fundamentalmente en medir la resistencia del
concreto permeable para pavimentos, sabiendo que el mismo permite el paso del
agua proveniente de precipitación u otras fuentes a través de él, reduciendo la
escorrentía superficial de un sitio y recargando los niveles de agua subterránea o
acuíferos. El concreto permeable permite mejorar las condiciones de circulación
de vehículos y peatones. Para llevar a cabo los objetivos propuestos se empleó una
metodología de tipo descriptiva, la cual consistió en elaborar dos mezclas de
concreto permeable, con y sin agregados finos, para medir su resistencia a flexión
y permeabilidad, con el fin de comprobar su capacidad permeable y verificar su
resistencia para que así se pueda utilizar en obras de construcción para
infraestructura vial. La resistencia a la flexión se determinó a través de la norma
COVENIN 343-79, mientras que la permeabilidad se calculó mediante la ley de
Darcy construyendo un permeámetro de carga constante. Se utilizaron rangos
establecidos por normas y además por investigaciones realizadas. Finalmente se
discuten los resultados de las muestras de concreto permeable ensayadas tanto con
finos como sin finos, dando como resultado que el módulo de rotura se encuentra
entre los valores normativos para el concreto permeable, en cuanto a
permeabilidad se obtienen valores elevados que satisfacen los objetivos
propuestos.
Descriptores: concreto permeable, mezclas de concreto permeable, resistencia a
la flexión, permeabilidad.
Nombres: Méndez Z, Nathasha G.
Mosqueda V, María C.
Tutor: Ing. Aquilino Rodríguez.
1
INTRODUCCION
Desde tiempos antiguos, el concreto ha sido el principal material al
momento de ejecutar una construcción de obra civil a esto se le suma que una de
las principales directrices de los seres humanos es la de radicar en lugares
densamente poblados y así las ciudades crecen territorialmente cada año donde
requieren de nueva infraestructura que pueda satisfacer las necesidades de la
población nueva, esto deriva a que en la actualidad los conceptos de ecología y
medio ambiente hayan tomado gran relevancia a nivel mundial debido a los
cambios que produce la industria de la construcción por los materiales que se
requieran utilizar en las obras civiles y de esa forma haya consecuencias
perjudiciales e irreversibles para el medio ambiente y todo esto se intensifica si la
ciudad sigue creciendo sin preocuparse del impacto que ella misma genere.
En la actualidad cuando se habla de pavimentar lo primero que puede venir
a la mente es el asfalto o el concreto hidráulico y esta situación acarrean que
existan menos áreas permeables, impidiendo el paso libre del agua que permita la
alimentación de los acuíferos. Este escenario desde el punto de vista de la
Ingeniería Civil no representa un mejoramiento sustancial de esas áreas debido a
que no se puede prestar un mejor servicio y prevenir que precipitaciones futuras
formen una acumulación de agua y detengan la movilidad de esos espacios.
En vista del impacto ambiental que el planeta está atravesando se lleva a
cabo esta investigación, con el objeto de estudiar la resistencia del concreto
permeable para pavimentos. Gracias a una búsqueda preliminar, se ha podido
inferir que existen muy pocos proyectos de infraestructura vial realizados del
mismo y las investigaciones acerca de este tipo de concreto son relativamente
nuevas, ya que no lleva muchos años el estudio del concreto permeable a nivel
mundial, pero en los últimos años el concepto del concreto permeable ha
despertado gran atención debido a su capacidad de ahorrar el recurso hídrico y
proporcionar una superficie apta para el tránsito vehicular y circulación peatonal;
sin embargo en Venezuela es un tema poco conocido y por tanto no ha sido
aplicado.
El concreto permeable contiene una alta porosidad, permitiendo que el
agua pase directamente a través de este, reduciendo así la escorrentía superficial
que generalmente evita la recarga de acuíferos. Está constituido por cemento,
agregado grueso, poco o nada de agregado fino y agua, en algunos casos se utiliza
aditivos. Para este tipo de concreto se debe usar una baja relación agua/cemento
con el fin de no bajar su resistencia y que no sea fluido. Con la utilización de
pavimentos de concreto permeable se consigue recargar el acuífero, preservar los
2
recursos hídricos, reducir el escurrimiento del agua pluvial o eliminarlo y remover
algunos contaminantes, mejorando la calidad del agua.
La presente investigación presenta dos propuesta para desarrollar el diseño
de mezcla y así evaluar la tecnología y aplicación del concreto poroso para
pavimentos, un diseño de mezcla donde no se considera la inclusión del agregado
fino y otra en el cual si está presente, en ambos casos teniendo como objetivos
alcanzar la permeabilidad adecuada sin que esta comprometa su resistencia y de
esa forma proporcionar mayor seguridad y serviciabilidad al usuario, además de
establecer opciones en el diseño de pavimentos donde el concreto permeable sea
tomado como alternativa oportuna, eficaz y eficiente.
La presente investigación se ha estructurado en cuatro capítulos, en el
primero de ellos se plantea la problemática que ha motivado la realización de la
misma, así como también la justificación, delimitación y objetivos que se desean
alcanzar, el segundo capítulo engloba el marco teórico en el cual se presentan los
antecedentes que contribuyeron en la orientación de la investigación, además las
bases teóricas que la fundamentan y el marco normativo legal; en el tercer
capítulo se incorporan las orientaciones metodológicas así como la descripción de
las actividades que se desarrollaron para alcanzar los objetivos planteados que
incluyen los ensayos normativos aplicados al concreto permeable, por último en el
capítulo cuatro se exponen los resultados obtenidos una vez culminada la
investigación, sobre los cuales se caracterizan los materiales utilizados así como el
concreto permeable elaborado con los mismos.
Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones en atención a
los resultados de la investigación y de acuerdo como se enuncia en los objetivos
de la investigación.
3
CAPITULO I
1.1 EL PROBLEMA
Las superficies de pavimentos reciben grandes volúmenes de aguas de lluvias
que interrumpen el ciclo del agua debido al aumento de las áreas duras, el agua en
los pavimentos influye en el deterioro progresivo sobre la estructura de los
mismos, debilitando las capas del pavimento, causando degradación de los
materiales como desprendimiento y erosión de mezclas asfálticas, erosión de otros
materiales del pavimento, escalonamiento y agrietamiento en pavimentos rígidos,
y perdida de adherencia entre capas. De la misma forma al caer ese volumen de
agua en el pavimento trae consigo problemas de inundación y contaminación de
las aguas superficiales y subterráneas, además de una serie de factores que afectan
el manejo en pavimento de autos y que trae consigo accidentes viales de gran
importancia ocasionando graves consecuencias. En resumen, una vez que el agua
logra penetrar la capa de rodamiento y no hay un buen uso de la misma genera
severos daños, como son: agrietamientos, baches y otros factores de riesgo vial.
La lluvia provoca que el pavimento se torne resbaladizo y en el caso de los
autos que necesitan tracción para acelerar, girar o detenerse, las ruedas desarrollan
dicha tracción cuando el pavimento está limpio y seco, pero en el caso que se
encuentre mojado el agarre del auto disminuye, entonces, el agua de lluvia
sumada a la impermeabilización de superficies provoca un incremento del caudal
de agua que debe irse por el alcantarillado y una disminución importante del agua
que alimenta las capas freáticas.
Los accidentes viales a nivel mundial tienen una relevancia importante, se
estima que 1,3 millones de personas en el mundo fallecen cada año a
consecuencia de accidentes de tránsito y en Venezuela desde hace medio siglo,
los accidentes viales son un problema de salud pública. Se estima que anualmente
mueren entre 8500 y 9000 personas en las vías, según datos suministrados por
la Fundación Seguros Caracas, con base en estadísticas del Instituto Nacional de
Tránsito (INTT), ocupando la quinta posición en América Latina debido a este
problema. Factores como el mal estado de la vía están muy presentes, ya que el
descuido de las vías por falta de mantenimiento es impresionante en el ámbito
nacional y un 30% de los accidentes de tránsito ocurre por malas condiciones de
las vías.
La duración y el desempeño de los pavimentos, están relacionados en parte
con el mantenimiento general que se haga a las carreteras, por lo mismo surge la
necesidad de tener procesos y procedimientos que garanticen la operatividad vial
debido a que los mantenimientos requeridos para garantizar las mejores
4
condiciones de las vías, se deben hacer de manera sistemática y organizada, esta
situación repercute en altos costos de inversión en las vías a cargo de la nación,
además, de los problemas que se derivan para el usuario, por mayores tiempos de
desplazamiento y mayores costos de operación por el mal estado de las vías.
Estimar los costos de mantenimiento de una vía no es fácil, debido a que existen
diferentes tipos de mantenimiento además de la diversidad de daños que pueden
existir y que elevan el costo total. El problema del alcantarillado debido a la
contaminación de las aguas por no hacer un buen uso de la que se dispone en la
carretera llega a traer consigo enfermedades de la piel, daño a la vegetación y un
desgaste del concreto.
Problemas de inundaciones y contaminación de las aguas superficiales y
subterráneas han obligado a muchos países a nivel mundial a tomar medidas de
conservación del agua e implementar sistemas sostenibles en las ciudades.
Se tiene registro que los primeros estudios en concreto permeable como
alternativa para mitigar el impacto ambiental y aliviar la contaminación del
sistema sanitario por las aguas de lluvia se llevaron a cabo en la época de los años
70 en Estados Unidos. En Europa países como Francia, Reino Unido, y Alemania
también hicieron estudios para la mejora de la calidad del almacenamiento de
agua y la reducción de la escorrentía superficial en la misma fecha.
La tendencia hacia un desarrollo sustentable se justifica en el hecho de que los
recursos naturales no renovables son limitados al mismo tiempo que la población
mantiene un acelerado ritmo de crecimiento. Estos hechos, unidos a una creciente
actividad económica sin más criterio que lo económico, tanto a escala local como
global, producen graves problemas ambientales que pueden llegar a ser
irreversibles. Además en vista del impacto ambiental que atraviesa el planeta y
sumado a la escasez porcentual de agua que se tiene resulta provechoso la
utilización de concretos permeables para pavimentos garantizando así la
alimentación de acuíferos y disminuyendo la construcción de costosos sistemas de
drenajes así como también la reducción de accidentes en pavimentos mojados
disminuiría.
Los pavimentos permeables son una alternativa muy buena que las ciudades
están implementando. China es uno de los principales exponentes del uso de este
tipo de concreto, pero otros países en América como Estados Unidos, México y
Panamá han presentado grandes avances y se destacan por ser líderes en la
implementación del concreto permeable.
Los pavimentos de concreto permeable tienen un costo de ciclo de vida más
bajo que las alternativas como el asfalto, es decir, que generalmente el asfalto
corriente requiere de numerosas reparaciones a lo largo de su vida útil.
5
Este concreto se usa principalmente como pavimento en aplicaciones de
vialidades de bajo tráfico, áreas de estacionamientos, senderos y caminos para
peatones o ciclistas. Se quiere estudiar la resistencia del concreto permeable para
ser aplicado en todo tipo de vialidades tanto de tráfico pesado como de tráfico
liviano por su gran aporte económico y ecológico.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1) ¿Qué características debe poseer el diseño de mezcla para la preparación del
concreto permeable?
2) ¿Será posible la fabricación de un concreto con propiedades de resistencia y
permeabilidad adecuadas para la construcción de pavimentos, que garanticen
mejores niveles de seguridad y más bajos niveles de contaminación
ambiental?
3) ¿Cumple el concreto permeable con las características adecuadas de
resistencia para ser aplicado en pavimentos de tráfico liviano y pesado?
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL:
Evaluar la resistencia del concreto permeable en el laboratorio de materiales,
escuela de ingeniería civil, Universidad de Carabobo.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Describir las características y elaborar el diseño de la mezcla de un
concreto permeable.
Determinar la resistencia a la flexión del concreto permeable y su peso
específico.
Determinar la permeabilidad y porcentaje de vacíos del concreto
permeable.
Evaluar la resistencia a la flexión del concreto permeable y comparar con
los concretos ordinarios.
Evaluar la permeabilidad del concreto permeable y comparar con las tablas
de intensidad-duración-frecuencia de las lluvias en Venezuela.
6
1.4 JUSTIFICACIÓN
Actualmente nuestro planeta atraviesa por una crisis a nivel ambiental y
cada día se buscan soluciones en este ámbito para aminorar los efectos que el ser
humano causa en el ambiente, ya sea utilizando fuentes de energía renovable o
innovando en otros campos que proporcionen cierta importancia ecológica.
El concreto permeable es un material de construcción novedoso que ofrece
múltiples ventajas medio ambientales y económicas. La principal virtud del
concreto permeable es el adecuado manejo del agua de lluvia, ya que al ser
permeable como su nombre lo indica permite la absorción de toda el agua que
recae sobre la superficie, la misma cualidad reconocida positivamente por
organismos internacionales como la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por
sus siglas en inglés); gracias a esta positiva virtud el concreto permeable permite
el abastecimiento de las aguas subterráneas y disminuye las escorrentías
superficiales, además funciona como un filtro para el agua disminuyendo la
contaminación al ser transportada a los acuíferos.
“Debido a las regulaciones que limitan la escorrentía superficial del agua
de lluvia cada vez resulta más costoso para los propietarios desarrollar
proyectos de bienes raíces debido al tamaño y el gasto que implican los
sistemas de drenaje, el concreto permeable reduce la escorrentía
superficial en áreas pavimentadas disminuyendo así la necesidad de
lagunas separadas de retención de aguas de lluvia y permite el uso de
alcantarillados de menor capacidad. El concreto permeable puede de
igual manera reducir el impacto del desarrollo en los árboles, ya que
permite la transferencia de agua y aire a los sistemas de raíces dejando
que los árboles se fortalezcan incluso en las áreas altamente
desarrolladas”. (“CIP-38 Concreto permeable”, 2011, p.1).
El concreto permeable representa una alternativa novedosa y ecológica
para la sociedad actual que propone una disminución de accidentes viales y
contaminación ambiental; así como una diminución de inundaciones,
conservación del ciclo del agua y la vegetación mediante el abastecimiento de
acuíferos naturales.
En el mercado venezolano el concreto permeable no se encuentra
disponible por ser un producto nuevo a nivel nacional. En el país no existen
investigaciones relacionadas con el concreto permeable, por lo tanto es importante
innovar en la utilización de nuevos productos que sean beneficiosos y aporten
características favorables en un determinado contexto, como lo es dar a conocer
el concreto permeable para que pueda ser investigado en diversas casas de estudio
a nivel nacional y que forme parte de una línea de investigación que beneficie en
7
la asignatura de materiales y ensayos de la Universidad de Carabobo, así como
también que pueda ser aplicado en futuras vialidades del país por sus grandes
beneficios económicos y ambientales.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
El estudio se limita a la determinación de la resistencia del concreto
permeable para poder verificar si puede llegar a desarrollar una resistencia igual o
incluso mejor que la del concreto ordinario y así evaluar si puede ser aplicado
para todo tipo de vías incluyendo tanto vías de tráfico liviano como pesado, y no
solo para estacionamientos, plazas, camineras etc., como se está acostumbrado a
implementar; aumentando así el aporte ecológico, económico y disminuyendo la
implementación de numerosos sistemas de alcantarillado que poseen un alto
costo.
Además se establece un diseño de mezcla adecuado para el concreto
permeable donde se garantiza su permeabilidad y buena resistencia a la flexión,
establecido por la ACI 211-3R donde se proporciona la dosificación adecuada de
agregado fino, agregado grueso y relación agua/cemento.
En cuanto a la dosificación, una baja cantidad de finos puede reducir o
repercutir en la resistencia del concreto ordinario pero en el caso del concreto
permeable es necesario una baja cantidad de finos para de esta manera asegurar
que se mantenga su principal cualidad que es la permeabilidad, predominando el
agregado grueso, esto puede presentar una limitación en cuanto al desarrollo de la
resistencia que pueda tener o desarrollar el concreto permeable por su baja
cantidad de finos.
La posibilidad de conseguir ciertos materiales con las características
demandadas, como los aditivos adecuados y agregados para un buen diseño de
mezcla del concreto permeable podría resultar un poco difícil en el mercado
venezolano. Además por ser un tema bastante nuevo a nivel nacional, la falta de
normativas o información relacionada con este tipo de concreto es limitada.
En cuanto al ensayo de permeabilidad el laboratorio de materiales y
ensayos de la Universidad de Carabobo cuenta con un equipo para medir la
permeabilidad en concreto convencionales mas no para concretos permeables.
8
CAPITULO II
MARCO LEGAL
2.1 ANTECEDENTES
Moujir S, Y. Castañeda U, L. (2014). “Diseño y aplicación de concreto
poroso para pavimentos”.
Se revisa la adecuada aplicación del concreto poroso para pavimentos.
Donde se realizan una serie de pruebas para dos tipos de mezcla de concreto
permeable con y sin agregado fino, para medir su resistencia a compresión y a
flexión, permeabilidad, módulo de elasticidad, módulo de rotura, porcentaje de
vacíos, entre otros, con el fin de verificar las características del concreto
permeable que se debe utilizar en obras de construcción para infraestructura vial.
Según los resultados obtenidos se tiene un porcentaje de vacíos sin finos de
18.27% y con finos 15.42%, módulo de rotura sin finos de 35.9 Kg/cm2 y con
finos de 37,09 Kg/cm2, Permeabilidad con finos 14.46 mm/s y sin finos de 25,72
mm/s. La principal contribución de esta investigación al trabajo se basa en la
metodología de ensayos utilizada para la caracterización del concreto permeable.
Vigil Sánchez, Marlon Ebiezer (2012). Diseño, proceso constructivo y
evaluación post construcción de un pavimento rígido de concreto
permeable.
Elaboración del diseño de mezcla, proceso constructivo y la evaluación
post construcción de un pavimento rígido de concreto permeable. El diseño de
mezcla se basó en la experiencia de la NRMCA. Dentro del proceso constructivo
entra lo que es la subrasante, formaletas, transporte, colocación, juntas y curado.
En la evaluación post construcción, se tiene una evaluación cualitativa que
implica observaciones del pavimento en su aspecto físico, y cuantitativa
realización de ensayos para comprobación de valores de diseño. Según los
resultados las propiedades mecánicas e hidráulicas son: permeabilidad: 15.92
mm/s, porcentaje de vacíos: 21.97%, resistencia a la flexión: 24 kg/cm2, módulo
de elasticidad estático: 2.2 x105 kg/cm2, desgaste por abrasión e impacto (sin
esferas) en la máquina de los ángeles: 30%. El aporte de este trabajo a la
investigación fue el procedimiento de análisis de resultados.
9
Aguiluz, B, Etal. (2013). Comportamiento del concreto permeable
utilizando agregado grueso de las canteras, el Carmen, Aramuaca y la
Pedrera, de la zona oriental de el salvador.
Para la presente investigación se estudia el comportamiento del concreto
permeable utilizando agregado grueso de las canteras, El Carmen, Aramuaca y la
Pedrera, de la zona oriental de el Salvador. El objetivo de la investigación fue
conocer el comportamiento del concreto permeable con cada uno de los agregados
extraídos de las canteras siguientes: Aramuaca, La Pedrera, El Carmen. Los
resultados obtenidos indican que el uso del concreto permeable con el agregado
grueso de tamaño nominal de 3/8” de las canteras el Carmen, Aramuaca y la
Pedrera y según las pruebas de ASTM C-132 Y ASTM C-72 su resistencia es
ideal para superficies de baja intensidad de carga. Según la Norma ACI 522R el
rango resistencia a compresión del concreto permeable es de 28.55 kg/cm2 a
285.51 kg/cm2, donde la resistencia promedio obtenida de los tres lugares fue de
97,811 kg/ . El aporte de esta investigación a la tesis fue la de guía para la
realización del diseño de mezcla.
Cabello, S., Etal. (2015). Concreto poroso: Constitución, Variables
influyentes y Protocolos para su caracterización.
El propósito es la evaluación del uso potencial del concreto poroso en
construcciones del Cantón Machala, donde el nivel de escorrentía superficial lo
justifique. La revisión comprende la definición del concreto poroso en términos de
sus componentes principales: cemento, agregado grueso, agua, aditivos y arena,
en poca o ninguna cantidad, para provocar la generación de un importante
contenido de vacíos interconectados que posibiliten el rápido drenaje pluvial.
Dados los reportes de variables de alta incidencia en el comportamiento mecánico
del concreto poroso (relación resistencia/permeabilidad) se justifica una
indagación, para sintetizar los efectos de las variables en la preparación de la
mezcla: proporción agua/cemento, granulometría y morfología de los agregados,
presión de compactación, técnicas de curado, entre otros. Recomiendan las
siguientes dosis para el diseño de mezcla: granulometría Tmax=10mm,
cemento=350-400 kg/m3, Relación agua/cemento=0,3 a 0,6, Contenido de
vacíos=15%. La contribución a este trabajo fue la de comparar cantidades de
dosificación para el diseño de mezcla.
10
2.2 NORMATIVA
Normas utilizadas para el diseño del concreto permeable:
1. ASTM C 33, Especificación normalizada de agregados para el concreto.
Esta especificación define los requisitos para granulometría y calidad de
agregado fino y grueso (distinto de agregado liviano o pesado) para utilizar en
concreto.
La granulometría del agregado utilizado en el concreto permeable debe de ser
de tamaño uniforme, se específica que sólo pueden ser utilizados agregados de ¾”
a ⅜”.
2. ASTM C 150, Especificación normalizada para cemento portland.
El cemento portland como material cementante se usa como aglomerante
principal. Esta especificación trata sobre los siguientes tipos de cemento portland:
Tipo I: Para usar cuando no se requieran las propiedades especiales
especificadas para cualquier otro tipo.
Tipo IA: Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo
I, donde se desea incorporación de aire.
Tipo II: Para uso general, más específicamente cuando se desea
resistencia moderada a los sulfatos o calor de hidratación moderado.
Tipo IIA: Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el Tipo
II, donde se desea incorporación de aire.
Tipo III: Para usar cuando se desea alta resistencia inicial o temprana.
Tipo IIIA: Cemento incorporador de aire para los mismos usos que el
Tipo III, donde se desea incorporación de aire.
Tipo IV: Para usar cuando se desea bajo calor de hidratación.
Tipo V: Para usar cuando se desea alta resistencia a los sulfatos.
11
3. ACI 301, Calidad del agua para el concreto.
La calidad de agua para el concreto permeable está normada por los mismos
requisitos que para el concreto convencional.
4. COVENIN 269 o ASTM C127, Método de ensayo para determinar el
peso específico y la absorción del agregado grueso.
Esta norma contempla el método de ensayo para determinar la densidad
aparente, la densidad aparente con muestra saturada y de superficie seca, densidad
nominal y la determinación de absorción.
5. COVENIN 338-79, Método para la elaboración, curado y ensayo a
compresión de probetas cilíndricas de concreto.
La norma contempla las especificaciones de los instrumentos y moldes a
utilizar así como las medidas correspondientes para la elaboración y curado de
probetas cilíndricas de concreto.
6. COVENIN 340-79, Método para la elaboración y curado en el
laboratorio de probetas de concreto para ensayos de flexión.
La norma contempla el procedimiento para la elaboración y curado en el
laboratorio de probetas de concreto para ensayos a flexión. Además se especifica
el tipo de molde a utilizar con las correspondientes medidas, así como las técnicas
de vibrado que dependen del asentamiento del concreto.
7. COVENIN 343-79, Método de ensayo para determinar la resistencia a la
tracción por flexión del concreto, en vigas simplemente apoyadas, con
carga en el centro del tramo.
Contempla el método de ensayo para determinar la resistencia a la tracción
por flexión del concreto, en vigas simplemente apoyadas con carga en el centro
del tramo. La norma se refiere con detalle a la geometría del espécimen a ser
12
probado para determinar su resistencia a flexión, además de información acerca de
la velocidad de prueba e interpretación de datos.
8. ACI 522R-06, Propiedades mecánicas del hormigón permeable.
El reporte del comité ACI 522R-06 provee de información técnica sobre la
aplicación, métodos de diseño, materiales, propiedades, dosificación, métodos
constructivos, pruebas, e inspecciones del concreto permeable (ACI-522/06,
2006). Los requisitos presentados en ASTM C1157, se refieren a los componentes
y los parámetros permitidos para ser considerados como cemento hidráulico.
9. ACI 211.3R-02, Guía para la selección de proporciones para el concreto
permeable.
Contiene la información necesaria referente a las proporciones o
dosificación para la realización del diseño de mezcla del concreto permeable.
Presenta gráficos y tablas de los parámetros claves para el diseño como el
volumen de pasta, proporción del agregado fino con respecto al agregado grueso y
tamaño del agregado grueso requerido.
2.3 DEFINICION DE TERMINOS
2.3.1 Concreto permeable
El concreto permeable es un material de construcción novedoso que ofrece
múltiples ventajas medioambientales y económicas.
“De acuerdo con el ACI-522R, el concreto permeable es un material
de estructura abierta con revenimiento cero, compuesto por cemento
Portland, agregado grueso, poco o nada de finos, aditivos de ser
necesario y agua. La combinación de estos ingredientes produce un
material endurecido con poros interconectados, cuyo tamaño varía de
2 a 8 mm lo que permite el paso de agua. El contenido de vacíos
puede variar de un 18 a un 35 por ciento, con resistencias a
compresión típicas de 2.8 a 28 MPa. Su velocidad de drenaje depende
del tamaño del agregado y de la densidad de la mezcla, pero
13
generalmente varía en el rango de 81 a 730 L/min/m2”.
(YMCYC.2008).
2.3.2 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.
2.3.3 Peso unitario
El peso unitario depende de la gravedad específica del agregado, de la
cantidad de aire de la mezcla, de las proporciones de esta, y de las propiedades del
agregado que determinan los requerimientos de agua.
El peso unitario del concreto permeable es del orden del 70% del concreto
convencional.
2.3.5 Porosidad
“La porosidad es una medida de los espacios vacíos entre los agregados.
La condición para que un concreto sea permeable es que el contenido de vacíos
sea mayor al 15%”. (YMCYC.2008)
Es equivalente al porcentaje de vacío o fracción de huecos dentro de la
estructura del concreto, según investigaciones anteriores se establece que dicho
porcentaje debe estar en el rango del 15% al 25% para denominar la estructura
porosa.
2.3.6 Permeabilidad
Es la capacidad que tiene el concreto permeable de permitir el flujo de
agua atravesar su interior con la característica de no alterar su estructura.
“La permeabilidad al igual que la porosidad depende de las propiedades de
los materiales, la proporción de la mezcla y de los métodos de colocación y
14
compactación. Una excesiva compactación reducirá la permeabilidad al sellar los
poros necesarios para la filtración del agua”. (YMCYC.2008).
2.3.7 Escorrentía superficial
Es el agua procedente de la lluvia que circula por la superficie y se
concentra en los cauces. La escorrentía superficial es función de las características
topográficas, geológicas, climáticas y de vegetación de la cuenca y está
íntimamente ligada a la relación entre aguas superficiales y subterráneas de la
cuenca.
2.3.8 Aguas subterráneas
Son las aguas procedentes de las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo,
etc.) y del deshielo de las nieve que se infiltra en el terreno a través de las rocas
permeables (rocas que dejan pasar líquidos) y que forman la superficie terrestre.
Esta agua infiltrada se desplaza por el interior de la tierra lentamente por gravedad
(atracción de la tierra) hasta que se encuentra una roca impermeable (que no deja
pasar el líquido) y no puede seguir su descenso acumulándose y formando lo que
se conoce con el nombre de acuífero.
2.3.9 Acuíferos
Un acuífero es un volumen subterráneo de roca y arena que contiene agua.
El agua subterránea que se halla almacenada en los acuíferos es una parte
importante del ciclo hidrológico. Se han realizado estudios que permiten calcular
que aproximadamente el 30 por ciento del caudal de superficie proviene de
fuentes de agua subterránea.
15
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
La metodología incluye un conjunto de actividades y procedimientos que
configuren su intención metodológica, se van a desarrollar distintas técnicas,
métodos y procedimientos muy importantes para alcanzar los objetivos de la
investigación y se enmarca en la siguiente estructura sistematizando: tipo de
investigación, diseño de investigación, enfoque de la investigación, técnica e
instrumentación para la recolección de la información y la validez y confiabilidad
de la recolección de datos.
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
La presente investigación está enmarcada en un tipo de estudio
descriptivo, al permitir realizar un diagnóstico del concreto permeable, basado en
determinar, observar y analizar ampliamente las diferentes propiedades del
mismo, fundamentado en mejoras de las condiciones del concreto permeable para
pavimentos, cabe destacar que con este tipo de investigación, se trabaja sobre la
realidad y caracteriza una interpretación correcta de los parámetros a analizar.
“Los estudios descriptivos se refieren a aquellas investigaciones
cuyo propósito es describir un evento que ocurre o se observa en
un momento único del presente, utilizando para la recolección
de los datos fuentes vivas y observando el evento en su contexto
natural, sin introducir ningún tipo de modificaciones.” (Hurtado
J. 2000).
“La investigación descriptiva busca especificar propiedades,
características y rasgos importantes de cualquier fenómeno que
se analice.” (Hernández Sampieri. 2010).
3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El diseño de una investigación según Balestrini (2002) se define como el
“plan global de la investigación que integra de un modo coherente y
adecuadamente correcta técnicas de recolección de datos a utilizar, análisis
previsto y objetivos”. El diseño de una investigación intenta dar de una manera
clara y no ambigua respuestas a las preguntas planteadas a las mismas.
16
En el presente caso, la investigación planteada, se adecuo a los propósitos
de la investigación no experimental debido a que las variables independientes
presentes en el diseño de mezclas y ensayos correspondientes no fueron
manipuladas. En función de los objetivos definidos en el presente estudio, donde
se planteó la realización de dos tipos de diseño de mezcla de un concreto poroso
obteniendo diversos resultados para ser evaluados, mejorados y comparados con
el concreto convencional.
“Los diseños experimentales se utilizan cuando el investigador
pretende establecer el posible efecto de una causa que se
manipula” (Hernández Sampieri 2010).
“Experimento, situación de control en la cual se manipulan, de
manera intencional, una o más variables independientes (causas)
para analizar las consecuencias de tal manipulación sobre una o
más variables dependientes (efectos)” (Hernández Sampieri
2010).
En este orden de ideas, un diseño bien pensado dependerá de las
características propias de la investigación, en donde la información jugara un
papel importante al momento de escoger la estrategia o diseño elegido para el
concreto final.
3.3 POBLACION Y MUESTRA
Según (Hurtado y Toro, 2001) “La población se compone de todos los
elementos que van a ser estudiados y a quienes podrán ser generalizados los
resultados de la investigación, una vez concluida ésta, para lo que es necesario que
la muestra con la cual se trabaje sea representativa de la población”.
Según Bavaresco (2006) encontró que: “La muestra no es más que un
subconjunto de la población en la que se va a trabajar”.
En este caso la población será igual a la muestra y es considerada de tipo
no probabilística de carácter intencional, ya que el estudio se llevara a cabo sobre
6 probetas cilíndricas de concreto permeable donde 3 son sin agregado fino y 3
con la inclusión de agregado fino, además de 8 viguetas donde 4 son sin agregado
fino y 4 con la inclusión de agregado fino. Las muestras serán ensayadas para
determinar su resistencia a flexión y permeabilidad.
17
3.4 FASES DE LA INVESTIGACIÓN
3.4.1 Recolección de datos
Un proceso investigativo no tiene validez sin la aplicación de sistemáticas
técnicas de recolección de datos, ya que ellas conducen a la constatación del
problema planteado.
“El método de recolección de datos da información pertinente
sobre las variables involucradas en la investigación” (Hernández
Sampieri 2010).
Lo que el autor trata de explicar es que la técnica no es más que la manera
como se van a recaudar y a recoger los datos directamente que en nuestro caso se
producirán de observaciones directas.
“Este método de recolección de datos consiste en el registro
sistemático, valido y confiable de comportamientos y
situaciones observables” (Hernández Sampieri 2010).
Es así como además por la naturaleza del estudio también se requiere la
recopilación documental, que se trata del acopio de los antecedentes relacionados
con la investigación para así complementar la recolección de datos, así como de la
medición mediante una máquina de la resistencia a flexión y permeabilidad del
concreto permeable para ser comparada con la del concreto convencional.
3.4.2 Procesamiento de datos
Ante la inexistencia a nivel nacional de un método normalizado para el diseño
de mezclas de concretos permeables, se tomó como texto de referencia el
documento titulado “control de calidad y colocación de concretos permeables”,
división de ingeniería civil y geomántica, Facultad de ingeniería Universidad
Nacional Autónoma de México (UNAM), para definición de términos. Y para
realizar el diseño de mezcla, se tomó el procedimiento propuesto por la norma de
concreto permeable ACI 211.3R-02, Apéndice 6. Y la tesis titulada “Estudio
experimental de concretos permeables con agregados andesiticos” del programa
de maestría y doctorado en ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de
México (UNAM).
Principalmente se realiza un diseño de mezcla cumpliendo con la normativa
planteada. Para esto se debe especificar el tipo de los materiales a utilizar.
18
3.4.2.1 Materiales para el diseño de mezcla
Cemento
El material cementante utilizado para la elaboración del concreto permeable,
es el cemento Portland el cual debe satisfacer las normas ASTM C 150, ASTM C
595, o ASTM C 1157, y tiene como función principal aglomerar las partículas
gruesas.
Agua
Debe ser un insumo limpio, libre de aceite, ácidos, álcalis, sales y en general
de cualquier material que pueda ser perjudicial, según su utilidad. Por lo que la
calidad del agua debe cumplir con la norma ACI 301.
Agregados
Los agregados son elementos minerales que provienen de la naturaleza,
procesados o artificiales, que se mezclan con un cementante o aglutinante
hidráulico para fabricar morteros o concretos. Se clasifican en agregados gruesos
y agregados finos, cabe mencionar que para la elaboración del concreto permeable
el agregado fino no es un requisito fundamental, pueden existir mezclas de
concretos permeables con un bajo porcentaje de agregado fino o simplemente
ninguna proporción del mismo. Se utiliza agregado grueso conocido comúnmente
como grava, el cual puede ser natural o el obtenido de la trituración de roca o una
combinación de ambas.
Aditivos
Los aditivos se utilizan en el concreto permeable para los siguientes fines:
- Reductores de agua: reducir la cantidad de agua en el concreto
modificando la velocidad de fraguado, así como su consistencia. Al utilizar estos
aditivos se podrá reducir el contenido de cemento en proporción a la reducción del
obtenido de agua, conservando así la misma relación agua/cemento, además de
19
incrementar la resistencia debido a la eficiencia de hidratación de la reacción entre
cemento y agua.
- Aditivos retardantes: como su nombre lo indica retardan el fraguado del
concreto, evitando agrietamiento por contracciones térmicas o por planeación en
ciudades cuando se prevé tránsito pesado. Los aditivos retardadores se usan para
estabilizar y controlar la hidratación del cemento, sobre todo en mezclas rígidas,
como son las del concreto permeable especialmente, en clima cálido. Además
actúan como lubricantes durante la descarga del concreto de la mezcladora,
mejoran el manejo y desempeño en el lugar.
3.4.2.2 Criterios de diseño de mezclas
Relación agua/cemento (a/c)
En el concreto permeable, la relación a/c para obtener la trabajabilidad
necesaria usualmente varía en el rango de 0.35 a 0.45. Para efectos del diseño de
mezcla de la presente investigación se tomara un valor de 0.38, el cual está
comprendido en el rango antes mencionado.
Volumen de pasta
El volumen de pasta necesario para mantener unidas las partículas de
agregado, mientras se mantiene la estructura de vacíos necesaria, se obtiene
mediante la figura 1 de la Relación entre el contenido de vacíos y el contenido de
pasta para agregado No. 8 (3/8”) según la norma ACI 211.3R, 1998.
Figura 1. Relación entre el contenido de vacíos y el contenido de pasta para
agregado No. 8 (3/8”)
Fuente: ACI 211.3R. (1998).
20
Relación agregado/cemento
La relación agregado-cemento típica varía entre 4:1 a 4.5:1, pero ésta depende
fundamentalmente del tipo de agregado.
Contenido de agregado grueso
Las pruebas de peso unitario seco-compactado de agregado grueso (b/bo)
hecho por la National Agregates Association – National Ready Mixed Concrete
Association (NAA – NRMCA) muestra que el peso unitario seco-compactado del
agregado grueso determinado de acuerdo con la norma ASTM C29 puede usarse
en el proporcionamiento del concreto permeable.
Dónde: b/bo = volumen seco compactado de agregado grueso por unidad de
volumen de concreto.
b = volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto.
bo = volumen de agregado grueso por unidad de volumen de agregado grueso.
El rango de valores de tamaño máximo nominal de agregados normalmente
usados para el concreto permeable varía entre 3/8” a 3/4".
La norma ACI 211.3R, 1998 muestra una tabla de valores efectivos de b/bo
para diferentes porcentajes de agregado fino.
Porcentaje de
Agregado fino (%)
b/bo
No. 8 (3/8”) No. 67 (3/4”)
0
20
0,99
0,93
0,85
0,99
0,93
0,86
10
Figura 2. Valores efectivos de b/bo
Fuente: ACI 211.3R. (1998).
21
Peso específico del agregado grueso
El peso específico es el peso que tendría el material si se pudiese llenar un
recipiente completamente, sin dejar espacios de vacío. Se expresa analíticamente
como peso por unidad de volumen.
Para la determinación del peso específico se tomara en cuenta el
procedimiento expuesto en el “Manual para la realización de prácticas de
laboratorio en la asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil
en la Universidad de Carabobo”.
Absorción del agregado grueso
La absorción se define como la cantidad de agua que entra por capilaridad
al agregado seco, incrementando su masa. Se expresa como un porcentaje de la
masa seca.
Para la determinación de la absorción del agregado grueso, se tomara en
cuenta el procedimiento expuesto en el “Manual para la realización de prácticas
de laboratorio en la asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería
civil en la Universidad de Carabobo”.
3.4.2.3 Diseño de mezcla
El diseño de mezcla del concreto permeable es similar a la del concreto
convencional, con la diferencia de que debe tener una relación agua-cemento que
cumpla con los rangos óptimos y que se elimina parcialmente o completamente el
agregado fino.
En la presente investigación, nos basaremos en el método de
proporcionamiento según la norma ACI 211.3R, 1998 para la obtención de las
dosificaciones. Se realizaran dos diseños de mezcla, uno con la exclusión del
agregado fino y el otro con un porcentaje de agregado fino. Tomando en cuenta
que el concreto permeable es proporcionado con una relación de agua-cemento
relativamente baja de 0.35 a 0.45, ya que una cantidad excesiva de agua conducirá
a drenar la pasta y al atascamiento del sistema de poros, teniendo en cuenta que
La relación agua –cemento (a/c) es una consideración muy importante para el
desarrollo de la resistencia y la estructura de vacíos del concreto.
22
La dosificación para el diseño de mezcla del concreto permeable se basa
en la determinación del volumen de pasta, la cual se obtiene mediante la Figura 1,
teniendo el porcentaje de vacíos, que para el concreto permeable oscila entre un
15% y 20%.
La cantidad de agregado grueso depende del peso específico y de los
valores de b/bo seleccionados de la figura 2.
Para el cálculo del volumen de agregado grueso es necesaria la gravedad
específica.
Una vez que se determina el volumen de pasta de la figura 1, se selecciona
la relación agua-cemento (a/c), y se determinan los pesos del agua y el cemento
por metro cúbico de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
Donde:
Ma: Masa del agregado.
b/bo: Volumen seco compactado de agregado grueso por unidad de volumen de
concreto.
Ra/c: Relación agua/cemento.
a: Cantidad de agua.
c: Cantidad de cemento
Vp: Volumen de pasta.
Vg: Volumen de agregado grueso.
Gs: Gravedad especifica.
23
Con (V) se obtiene la cantidad de agua necesaria.
Sustituyendo (V) en (III), se tiene:
Para el cálculo del Volumen de cemento (Vc):
Con (V) se obtiene la cantidad de agua necesaria.
Para el cálculo del volumen de agua (Va):
Cuando se utiliza agregado fino, el volumen de la pasta debe ser reducido
en las siguientes proporciones:
- 2% por cada 10% de agregado fino del total de agregado, para concretos
bien compactados.
- 1% por cada 10% de agregado fino del total de agregado, para concretos
poco compactados.
Estas reducciones son necesarias para mantener la misma relación de vacíos por
volumen.
24
3.4.2.4 Propiedades físico-mecánicas del concreto permeable
Permeabilidad
La capacidad de filtración del concreto permeable está relacionada
directamente con el contenido de huecos de aire. Estudios y pruebas han
demostrado que se requiere un contenido mínimo de huecos de aire de
aproximadamente 15% para lograr una filtración significativa.
La permeabilidad del concreto poroso, se puede medir a través de
permeámetros de caudal constante, el procedimiento más común consiste en
obtener la permeabilidad por medio de permeámetros, donde las características del
movimiento del agua se expresan con la ley de Darcy.
Figura 3. Permeámetro de carga constante.
Fuente: Yáñez Otero, Lucero (2012). “Ley de Darcy”.
Resistencia a la flexión
La medida de resistencia a la tracción del concreto, se define como
resistencia a la flexión del concreto en donde su función principal radica en medir
la resistencia de la falla en una viga o losa de concreto no reforzada y se expresa
como el módulo de rotura en kg/cm2.
La resistencia a la flexión es una de las características técnicas más
importantes que presenta el concreto permeable, debido a que su resistencia a la
25
flexión es mejor que la del concreto hidráulico ordinario, comúnmente es 30% de
la resistencia a la compresión, relativamente más alta que en el concreto ordinario.
El ensayo de módulo de rotura se realizara siguiendo el procedimiento
propuesto en el “Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la
asignatura de materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil en la
Universidad de Carabobo”.
Peso especifico
El peso específico, es el peso que tendría el material, si se pudiese llenar un
recipiente completamente, sin dejar espacios de vacíos. Se expresa analíticamente
como peso por unidad de volumen. Se utiliza para establecer la condición de
volumen en algunos métodos de diseño de mezcla.
El peso específico se determinara siguiendo el procedimiento propuesto en
el “Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la asignatura
materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil en la Universidad de
Carabobo”.
Revenimiento
Se usa para medir la consistencia del concreto. Para el concreto permeable se
encuentra en un valor entre 0 y 1 cm.
Porcentaje de vacíos
Depende de la granulometría del agregado, contenido de material cementante,
relación agua/cemento y energía de compactación. Mientras mayor sea la
porosidad menor será la resistencia del concreto. Para concretos permeables el
porcentaje de vacíos debe estar en el rango de 15% a 25%.
El contenido de vacíos se determinara siguiendo el procedimiento
propuesto en el “Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la
asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil en la Universidad
de Carabobo”, haciendo ajustes debido a que se le va aplicar al concreto
endurecido pero siguiendo el procedimiento expuesto para agregados.
26
15-25
0,20-0,54
3,5-28
1-3,8
Porosidad, %(en volumen)
Permeabilidad, cm/seg
Resistencia a comprension, Mpa
Resistencia a flexion, Mpa
PROPIEDAD RANGO
Asentamiento, mm
Peso unitario, kg/m3
Tiempo de fraguado, hora
20
1600-2000
1
Propiedades típicas del concreto permeable.
Figura 4. Propiedades típicas del concreto permeable
Fuente: YMCYC. (2008). “Concreto permeable: alternativas
sustentables”.
27
CAPITULO IV
PRESENTACION DE LOS RESULTADOS
Para llevar a cabo de manera exitosa y cumplir con todos los objetivos de
dicha línea de investigación, debieron hacerse algunos ensayos correspondientes
al agregado grueso y los resultados obtenidos se van a presentar en el capítulo
actual y de esa misma forma lo obtenido del diseño de mezcla la cual fue
sometida a pruebas de resistencia a flexión para las viguetas y permeabilidad para
las probetas cilíndricas.
Los procedimientos para el diseño de mezcla y los ensayos
correspondientes se llevaron a cabo en el laboratorio de materiales de la escuela
de Ingeniería Civil de la Universidad de Carabobo; es importante destacar que
dichos procedimientos siguieron los parámetros expuesto en el “Manual para la
realización de prácticas de laboratorio en la asignatura materiales y ensayos de la
carrera de ingeniería civil en la Universidad de Carabobo”.
4.1 MATERIALES
Para la elaboración de los dos tipos de mezclas se utilizaron los materiales
correspondientes, tales como:
4.1.1 Agregados
Los agregados utilizados para llevar a cabo la preparación del diseño de mezcla
son piedra y arena lavada. En el caso de la piedra picada debido a que el concreto
permeable tiene una granulometría no uniforme se cumplió con lo establecido en
la norma ACI 211.3R, 1998 con una cantidad alta de agregado grueso con tamaño
del tamiz de 9.5 a 2.36 mm (agregado 3/8” a agregado #4).
El agregado grueso en particular que se utilizó en las dos mezclas
propuestas proviene de Tinaquillo, estos son agregados provenientes de zonas
aledañas y que en donde el material es extraído, triturado y tamizado.
El agregado fino utilizado en el diseño de mezcla con finos fue arena
lavada que se obtuvo mediante la compra en una distribuidora ubicada en
28
Valencia estado Carabobo que tiene como nombre: Distribuidora de Michelle,
C.A; lo que quiere decir que es un agregado industrializado y controlado.
Figura 5. Agregado Grueso 3/8 a #4”.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Figura 6. Agregado fino
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
4.1.2 Cemento
El cemento utilizado para la preparación de los dos diseños de mezcla fue
Portland tipo I el cual fue adquirido en Distribuidora de Michelle, C.A, ubicada en
Valencia estado Carabobo; el mismo tiene propiedades de adhesión y cohesión, el
29
cemento a utilizar tiene como función principal aglomerar las partículas gruesas y
finas según sea el caso del diseño de mezcla.
4.1.3 Agua
El agua utilizada para llevar a cabo los dos diseños de mezclas
correspondientes en esta investigación, fue agua natural tomada del Laboratorio
de materiales de ingeniería civil de la Universidad de Carabobo.
4.2 CARACTERISTICAS DE LOS AGREGADOS
4.2.1 Peso específico y porcentaje de absorción del agregado grueso
Para conseguir realizar los objetivos de la presente investigación, se
realizaron varios ensayos para caracterizar el agregado grueso, los cuales se
definen a continuación:
El peso específico del agregado grueso forma parte de uno de los
parámetros fundamentales que dominan el diseño de mezcla de un concreto
permeable, aparte del volumen de pasta que es el principal.
El peso específico junto con la absorción son primordiales para la
determinación de la cantidad de agregado grueso por metro cubico que se
proporcionara a la mezcla.
Para la determinación de la absorción y peso específico se utilizó el
procedimiento expuesto en el “Manual para la realización de prácticas de
laboratorio en la asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil
en la Universidad de Carabobo”. De donde se obtuvieron los siguientes datos:
30
PESO DEL AGREGADO EN AGUA 4,02 Kg – 0.95Kg = 3.09 Kg
VOLUMEN DE AGUA
DESALOJADO POR EL
AGREGADO
1940 ml
PESO DE LA MUESTRA SECA 4,956 Kg
PESO INICIAL DE LA MUESTRA
(SATURADA CON SUPERFICIE
SECA)
4,995 Kg
PESO DE LA BALANZA
HIDROSTATICA CALIBRADA0.95 Kg
PESO DE LA MUESTRA EN LA
BALANZA HIDROSTATICA 4,02 Kg
Tabla 1. Datos obtenidos del ensayo para la determinación del peso específico
y la absorción del agregado grueso.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
4.2.1.1 Porcentaje de Absorción
Donde:
%A Porcentaje de absorción del agregado grueso.
W1 Peso de la muestra seca.
W2 Peso del agregado saturado con superficie seca.
31
4.2.1.2 Peso específico
Donde:
G Peso específico del agregado.
W1 Peso de la muestra seca.
W2 Peso del agregado saturado con superficie seca.
W3 Peso en agua.
4.2.1.3 Gravedad específica
4.3 DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA SIN FINOS
Agregado grueso: Grava de 3/8” a #4.
Absorción de agregado grueso: 0,79%.
Agregado Fino: La mezcla no contendrá agregado fino.
Relación agua/cemento (a/c): Para la relación agua/cemento se tomara un
valor de 0,38, tomando como criterio que la misma debe estar en los
rangos comprendidos entre (0.35-0,45), los cuales son los valores
aceptados por el concreto permeable.
32
Relación de vacíos: La mezcla debe tener una relación de vacíos que se
encuentre entre un 15% a 25%. Para este caso se tomara en cuenta una
relación de vacíos de 20%.
Peso específico del cemento: 3,15 kg/cm3.
Gravedad Específica del agregado grueso (peso específico saturado
con superficie seca): 2,62.
Peso específico de la grava: 1340 Kg/m3.
Inicialmente se procede a determinar la masa del agregado por metro cubico
de mezcla, para lo cual es necesario el valor de b/bo que es el Volumen seco de
agregado grueso por unidad de volumen de concreto, el cual se obtiene de la
Figura 2. Valores efectivos de b/bo (ACI 211.3R, 1998), que para un tamaño de
agregado de 3/8” y un 0% de agregado fino b/bo vale 0.99.
Para el cálculo de la cantidad de cemento, se necesita conocer el volumen de
pasta el cual se obtiene de la Figura1. Relación entre el contenido de vacíos y el
contenido de pasta para agregado No. 8 (3/8”). Entrando con un valor de 20%
de vacíos se obtiene un volumen de pasta (Vp) de 16,5%.
Haciendo uso de la ecuación (III) para la determinación del volumen de pasta,
expuesta en la sección de diseño de mezcla del capítulo III:
33
Se sabe que la relación agua/cemento (Ra/c) es igual a:
Sustituyendo (V) en (III), se tiene:
De (VI) se despeja el valor de C para obtener el peso del cemento en kilogramos:
Volumen de cemento:
34
Determinación del contenido de agua con (V):
Volumen de agua (Va):
Tabla 2. Volúmenes y pesos totales por metro cubico de materiales, diseño de
mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Determinando cantidades reales necesarias:
El diseño de mezcla realizado se utilizara para el ensayo del concreto
permeable a flexión y para el ensayo de permeabilidad.
CementoAgregado
GruesoAgua Cemento
Agregado
GruesoAgua
V4, C3 0,075 0,510 0,090 237 1337 90
V1, V2, V3,
C1, 1/2 C20,075 0,510 0,090 237 1337 90
1er Diseño
DISEÑO DE MEZCLA (SIN FINOS)
2do Diseño
VOLUMENES TOTALES POR M3
(m3)
PESOS TOTALES POR M3
(Kg/m3)Probeta
35
Primer diseño: Se calculó para una cantidad de 2 cilindros de 15cm de
diámetro y 30cm de alto, para el ensayo de permeabilidad, y para el
ensayo a flexión 4 viguetas de 30,5cm de largo, 10cm de ancho y 8cm de
alto.
Calculo del volumen del cilindro:
Donde:
Vcl: Volumen del cilindro.
VTc: Volumen total de cilindros.
Figura 7. Encofrado para Cilindro.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Calculo del volumen de la vigueta (Vv):
36
Donde:
Vv: Volumen de la vigueta.
VTv: Volumen total de viguetas.
Figura 8. Encofrado para Vigueta
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Calculo del volumen total de viguetas y cilindros (VT):
Las cantidades totales para la dosificación de la mezcla se encuentran por
m3. Calculando cantidades reales necesarias con el volumen total obtenido, se
tiene:
37
Cemento (Kg)Agregado Grueso
(Kg)Agua (L)
DISEÑO DE MEZCLA (SIN FINOS)
V1, V2, V3,
C1, 1/2 C24,74 26,74 1,8
CANTIDADES REALES
Probeta
1er Diseño
Las cantidades utilizadas en el primer diseño de mezcla fueron:
Tabla 3. Cantidades reales para el diseño de mezcla 1 sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
38
Figura 9. Mezcla del concreto permeable, diseño de mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
En el primer diseño de mezcla se obtuvieron 3 viguetas y 1 cilindro.
Figura 10. Cilindro 1, primer diseño de mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
39
Figura 11. Viguetas 1, 2, y 3, primer diseño de mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Segundo diseño: En vista de que la dosificación utilizada en el primer
diseño no alcanzo la cantidad de muestras necesarias (2 cilindros y 4
viguetas), se decidió elaborar otro diseño basado en las mismas premisas
para completar la cantidad de muestras restantes. Dicho diseño se calculó
para una cantidad de 2 cilindros de 15cm de diámetro y 30cm de alto, para
el ensayo de permeabilidad, y para el ensayo a flexión 2 viguetas de
30,5cm de largo, 10cm de ancho y 8cm de alto.
Calculo del volumen del cilindro:
Calculo del volumen de la vigueta (Vv):
40
Calculo del volumen total (VT):
Las cantidades totales para la dosificación de la mezcla se encuentran por
m3. Calculando cantidades reales necesarias con el volumen total obtenido, se
tiene:
41
Cemento (Kg)Agregado Grueso
(Kg)Agua (L)
Probeta
CANTIDADES REALES
DISEÑO DE MEZCLA (SIN FINOS)
1,35
2do Diseño
V4, C3 3,55 20,055
Las cantidades utilizadas en el segundo diseño de mezcla fueron:
Tabla 4. Cantidades reales para el diseño de mezcla 2 sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
De donde se obtuvo 1 vigueta y 1 cilindro, completando así la cantidad de
muestras esperadas.
Figura 12. Cilindro 3, segundo diseño de mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
42
Figura 13. Vigueta 4, segundo diseño de mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
4.4 DOSIFICACION DE LA MEZCLA CON FINOS
Agregado grueso: Grava de 3/8” a #4.
Agregado Fino: Se utilizara un 20% de agregado fino con respecto al
agregado grueso. Y haciéndose una reducción del volumen de pasta en un
4%.
Absorción de agregado grueso: 0,79%.
Relación agua/cemento (a/c): Para la relación agua/cemento se tomara un
valor de 0,38, tomando como criterio que la misma debe estar en los
rangos comprendidos entre (0,35-0,45), los cuales son los valores
aceptados por el concreto permeable.
Relación de vacíos: La mezcla debe tener una relación de vacíos que se
encuentre entre un 15% a 25%. Para este caso se tomara en cuenta una
relación de vacíos de 20%.
Peso específico del cemento: 3,15 kg/cm3.
Gravedad Específica del agregado grueso (peso específico saturado
con superficie seca): 2,62.
Peso específico de la grava: 1340 Kg/m3.
43
Inicialmente se procede a determinar la masa del agregado por metro cubico
de mezcla, para lo cual es necesario el valor de b/bo que es el Volumen seco de
agregado grueso por unidad de volumen de concreto, el cual se obtiene de la
Figura 2. Valores efectivos de b/bo (ACI 211.3R, 1998), que para un tamaño de
agregado de 3/8” y un 20% de agregado fino b/bo vale 0.85.
Para el cálculo de la cantidad de agregado fino (A) se tomara en cuenta un
20% con respecto a la cantidad de agregado grueso.
Para el cálculo de la cantidad de cemento, se necesita conocer el volumen de
pasta el cual se obtiene de la Figura1. “Relación entre el contenido de vacíos y
el contenido de pasta para agregado No. 8 (3/8”)” (ACI 211.3R, 1998).
Entrando con un valor de 20% de vacíos se obtiene un volumen de pasta (Vp) de
16,5% o 0.165. Pero esta debe ser reducida en un 4% debido a que la mezcla
contendrá un 20% de agregado fino con respecto al agregado grueso, teniendo
como resultado un volumen de pasta de 0,158.
44
Haciendo uso de la ecuación (III) para la determinación del volumen de pasta,
expuesta en la sección de diseño de mezcla:
Se sabe que la relación agua/cemento (Ra/c) es igual a:
Sustituyendo (V) en (III), se tiene:
De (VI) se despeja el valor de C para obtener el peso del cemento en kilogramos:
Volumen de cemento:
45
Determinación del contenido de agua con (V):
Volumen de agua (Va):
Tabla 5.Volúmenes y pesos totales por metro cubico de materiales, diseño de
mezcla con finos.
Fuente: Mosqueda, M, Mendez, N. (2016).
CementoAgregado
Grueso
Agregado
fino Agua Cemento
Agregado
Grueso
Agregado
fino Agua
229,6 860,087
DISEÑO DE MEZCLA (CON FINOS)
Probeta
VOLUMENES TOTALES POR M3 (m3) PESOS TOTALES POR M3 (Kg/m3)
V5, V6, V7,
V8, C4, C5,
C6
0,072 0,438 0,086 227 1148
46
Determinando cantidades reales necesarias:
El diseño de mezcla realizado se utilizara para el ensayo del concreto
permeable a flexión y para el ensayo de permeabilidad.
Se calculó para una cantidad de 4 cilindros de 15cm de diámetro y 30cm
de alto, para el ensayo de permeabilidad, y para el ensayo a flexión 6 viguetas de
30,5cm de largo, 10cm de ancho y 8cm de alto.
Calculo del volumen del cilindro:
Calculo del volumen de la vigueta (Vv):
Calculo del volumen total (VT):
47
Las cantidades totales para la dosificación de la mezcla se encuentran por
m3. Calculando cantidades reales necesarias con el volumen total obtenido, se
tiene:
48
Cemento
(Kg)
Agregado
Grueso
(Kg)
Agregado
fino (Kg)
Agua
(L)
DISEÑO DE MEZCLA (CON FINOS)
Probeta
CANTIDADES REALES
V5, V6, V7,
V8, C4, C5,
C6
8,172 41,33 3,0968,26
Las cantidades utilizadas en el diseño de mezcla fueron:
Tabla 6. Cantidades reales para el diseño de mezcla con finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Figura 14. Mezcla del concreto permeable con finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
49
De donde se obtuvieron 4 viguetas y 3 cilindros.
Figura 15. Viguetas 5, 6, 7 y 8, diseño de mezcla con finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Figura 16.Cilindros 4,5, y 6, diseño de mezcla con finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
50
4.5 PORCENTAJE DE VACIOS EN EL CONCRETO
PERMEABLE
El porcentaje de vacíos en el concreto permeable es aquella medida
expresada que indica los espacios entre las partículas de agregados y es una
característica importante del concreto permeable por su influencia en las otras
propiedades, como la permeabilidad, una de las propiedades significativa del
concreto permeable.
Para la determinación del porcentaje de vacíos se utilizó el procedimiento
expuesto en el “Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la
asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil en la Universidad
de Carabobo”. En este caso los datos obtenidos fueron mediante el ensayo para
determinar los vacíos en agregados para concreto pero esta vez propuesto al
concreto permeable endurecido tanto para las muestras que contiene agregado fino
como para las que no lo incluyen. La siguiente ecuación expresa el porcentaje de
vacíos:
Donde:
P: porcentaje de vacíos. : Peso unitario del agua.
G: peso específico de la muestra.
W4: peso unitario de la muestra suelto o compacta
Figura 17. Equipos para la realización del ensayo de peso específico y
absorción.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
51
Peso balanza
equilibrada
(gr)
Peso saturado con
superficie seca (gr)
Peso balanza con
muestra (gr)
Peso de la
muestra en agua
(gr)
Vol. De agua
desalojada
(ml)
Peso de la
muestra en
aire (gr)
950 4680 3700 2750 1920 4515
MUESTRA CON AGREGADO FINO (C1)
Figura 18. Balanza hidrostática para la realización del ensayo de peso
específico y absorción.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Antes de obtener el resultado es necesario conocer parámetros tal como el
peso específico de la muestra que se obtuvo mediante el ensayo de peso específico
para agregados del “Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la
asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil en la Universidad
de Carabobo”. Los datos obtenidos fueron los siguientes:
Tabla 7. Datos para el calculo del peso especifico de la muestra con agregado
fino.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
52
Peso balanza
equilibrada
(gr)
Peso saturado con
superficie seca (gr)
Peso balanza con
muestra (gr)
Peso de la
muestra en agua
(gr)
Vol. De agua
desalojada
(ml)
Peso de la
muestra en
aire (gr)
950 5355 3850 2900 2240 5160
MUESTRA SIN AGREGADO FINO (C5)
Muestra Peso especifico (G)Peso unitario de la
muestra (gr/cm3)
Porcentaje de
vacios (%)
C1 2.34 1.703 27.20
C5 2.10 1.946 7.39
Volumen del cilindro (cm3) 2651
Tabla 8. Datos para el calculo del peso especifico de la muestra sin agregado
fino.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
PESO ESPECÍFICO DE LA MUESTRA
Donde:
G: Peso específico de la muestra
W1: Peso de la muestra en aire
W2: Peso de la muestra saturada con superficie seca.
W3: Peso de la muestra en agua.
PORCENTAJE DE VACIOS
Peso unitario de la muestra
Tabla 9. Resultados del peso específico, peso unitario y el % de vacíos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
53
El porcentaje de vacíos de la muestra C1 sin finos es aproximadamente un
73% mayor en relación a la muestra con finos C5, esto se debe a la proporción de
agregado fino utilizado en cada muestra. Según la norma ACI-522R el rango de
contenido de vacíos oscila alrededor de 18% a 35%, Por lo tanto la muestra C1
cumple con los valores normativos expuestos en la ACI-522R, mientras que la
muestra C5 no cumple con dichos valores, sin embargo no se descarta debido a
que la ACI-522R se enfoca mayormente a concretos permeables con solo
agregado grueso.
Según la figura 4 expuesta en el capítulo III que expone los valores del
porcentaje de vacíos típicos en concreto permeable, la muestra C1 se encuentra en
los rangos establecidos.
4.6 RESISTENCIA A LA FLEXION DEL CONCRETO
PERMEABLE
La resistencia a la flexión es una de las características técnicas más
importantes que presenta el concreto permeable, debido a que su resistencia a la
flexión es mayor que la del concreto hidráulico ordinario. Es una medida de la
resistencia a la falla por momento de una viga o losa de concreto no reforzada.
Este parámetro es aplicado en estructuras tales como pavimentos rígidos,
debido a que los esfuerzos de compresión que resultan en la superficie de contacto
entre las llantas de un vehículo y el pavimento son aproximadamente iguales a la
presión de inflado de las mismas. Esto indica que la resistencia a la compresión no
es el factor determinante de la calidad del concreto para pavimentos sino la
resistencia a la flexión.
Para la determinación de la resistencia a la flexión del concreto permeable
se tomara en consideración el procedimiento descrito en la sección practica nº 5,
Método para la elaboración y curado en el laboratorio de probetas de concreto
para ensayos de flexión (Norma COVENIN 340-79), y el Método de ensayo para
determinar la resistencia a la tracción por flexión del concreto, en vigas
simplemente apoyadas, con carga en el centro del tramo (COVENIN 343-79),del
“Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la asignatura Materiales
y Ensayos de la carrera ingeniería civil en la Universidad de Carabobo”. (Abril
2013), Ing. Sandra Lugo.
Se calcula el módulo de rotura con la siguiente fórmula:
54
Donde:
Mr: Modulo de rotura.
P: Carga máxima aplicada, indicada en la máquina del ensayo (kg).
L: Luz (cm).
b: Ancho promedio de la probeta (cm).
h: Altura promedio de la probeta (cm).
Figura 19. Maquina Universal de Tracción y Compresión para ensayo a
flexión del concreto.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
55
Vigueta Edad (dias ) Peso (Kg) Longitud (cm) Altura (cm) Ancho (cm)
1 54 4.200 29.800 9.700 7.800
2 54 4.235 30.500 10.000 7.800
3 54 4.240 30.300 9.700 7.600
4 51 4.330 30.000 10.000 7.800
CARACTERISTICAS DE LAS VIGUETAS SIN FINOS
1er Diseño
2do Diseño
Vigueta Edad (dias ) Peso (Kg) Longitud (cm) Altura (cm) Ancho (cm)
5 51 4.660 30.100 10.000 7.700
6 51 4.655 30.500 10.000 7.800
7 51 4.990 30.000 10.400 8.000
8 51 4.775 30.000 9.700 7.600
CARACTERISTICAS DE LAS VIGUETAS CON FINOS
4.6.1 Datos del ensayo a flexión
Para la realización del ensayo de flexión, se ensayaron 8 viguetas, de las
cuales 4 contienen solo agregado grueso en el diseño de mezcla, y las otras 4 con
la inclusión del agregado fino en el diseño de mezcla.
De las 4 viguetas pertenecientes al diseño de mezcla que contiene solo agregado
grueso 3 se ensayaron a los 54 días, las cuales forman parte del primer diseño de
mezcla, la cuarta vigueta se ensayó a los 51 días. Las 4 viguetas pertenecientes al
diseño de mezcla que incluye al agregado fino se ensayaron a los 51 días.
Tabla 10. Características de las viguetas del diseño de mezcla sin finos, para
ensayo a flexión.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Tabla 11 . Características de las viguetas del diseño de mezcla con finos, para
ensayo a flexión.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
56
Figura 20. Viguetas del diseño de mezcla sin finos, a ensayar para la
obtención del módulo de rotura.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Figura 21. Viguetas del diseño de mezcla con finos, a ensayar para la
obtención del módulo de rotura.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
57
Vigueta Edad (dias ) Carga (Kg) Luz (cm) Altura (cm) Ancho (cm) Mr ( kg/cm2)
1 54 300.000 27.000 9.700 7.800 16.555
2 54 180.000 27.000 10.000 7.800 9.346
3 54 200.000 27.000 9.700 7.600 11.327
4 51 220.000 27.000 10.000 7.800 11.423
Promedio 12.163
5 51 400.000 27.000 10.000 7.700 21.039
6 51 320.000 27.000 8.000 7.800 25.962
7 51 660.000 27.000 10.400 8.000 30.892
8 51 200.000 27.000 9.700 7.600 11.327
Promedio 25.964
Con Finos
Sin Finos
MODULO DE ROTURA
4.6.2 Resultados del ensayo a flexión
Se puso en funcionamiento la Maquina Universal de tracción y
compresión, aplicando una carga constante en el centro de cada vigueta las cuales
se encontraban apoyadas en los extremos con una luz de 27 cm, para luego
proceder a leer la carga aplicada al momento de la falla.
Tabla 12. Resultados del ensayo a flexión, módulo de rotura.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Las muestras obtenidas fueron ensayadas a una edad mayor de 28 días, sin
embargo no es un parámetro que influye en los resultados del ensayo debido a que
a la edad recomendada las muestras desarrollan su resistencia completa.
La muestra Nº 8 se descarta debido a que fue una muestra alterada, estuvo
fuera del proceso de curado en un periodo de tiempo menor que el de las demás
muestras y presenta una desviación con respecto a las otras que poseen agregado
fino, ya que la misma debería presentar un módulo de rotura similar.
Analizando los valores de módulo de rotura para las muestras ensayadas se
encontraron diferencias considerables entre las muestras que contienen agregado
fino las cuales desarrollan aproximadamente el doble de la resistencia de las que
excluyen el agregado fino. Esto se debe a la cantidad de poros que presenta cada
muestra, la cual es inversamente proporcional a la resistencia.
58
Según una investigación publicada por la YMCY (2008), la resistencia a
flexión del concreto permeable se encuentra alrededor de 10 Kg/cm2 a 38
Kg/cm2, los valores obtenidos se encuentran en el rango antes mencionado. En
otra investigación realizada sobre el concreto permeable (VIGIL SÁNCHEZ,
MARLON EBIEZER. 2012), se presentan valores similares a los obtenidos.
Según el método AASHTO 93 para el diseño de pavimentos rígidos los
valores del módulo de rotura en el concreto convencional varían entre 28.55
Kg/cm2 y 48,95 Kg/cm2, los valores obtenidos no se encuentran dentro del rango
establecido.
Figura 22. Modo de falla en viguetas del diseño de mezcla con finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Figura 23. Modo de falla en viguetas del diseño de mezcla sin finos.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
59
4.7 PERMEABILIDAD DEL CONCRETO PERMEABLE
La permeabilidad del concreto permeable es una de las características que
predomina en el mismo, debido a que se refiere a la cantidad de migración de
agua u otras sustancias liquidas por los poros del material en un determinado
tiempo. Para la realización del ensayo fue necesaria la construcción de un
dispositivo que simulara un permeámetro de carga constante acoplándose al
piezómetro y al tanque de agua dispuestos en el laboratorio de hidráulica de la
universidad de Carabobo.
Las características de un medio poroso se determinan según la ley de Darcy donde
su expresión matemática es:
Donde:
Q = gasto, descarga o caudal (m3/s)
L = longitud de la muestra (m)
k = coeficiente de permeabilidad de Darcy, variable en función del material de la
muestra (m/s)
A = área de la sección transversal de la muestra (m2)
h3 = altura sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a
la entrada de la capa filtrante
h4 = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a
la salida de la capa filtrante
i = gradiente hidráulico
60
Figura 24. Equipo completo, Permeámetro de carga constante, tanque para
depósito de agua y piezómetro, para la medición de alturas piezometricas y
caudal.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Figura 25. Piezómetro para determinar la diferencia de presión en el
permeámetro.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
61
Figura 26. Permeámetro de carga constante.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Las expresiones anteriores se refieren a la figura 24, permeámetro donde un
caudal de agua entra al concreto poroso, se deposita por algún tiempo en la
estructura y migra a través de los poros, para demostrar la permeabilidad del
concreto.
4.7.1 Datos del ensayo de permeabilidad
Tabla 13. Datos del ensayo de permeabilidad
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Volumen del
recipiente
(m3)
0.0096 L (m) 0.15 0.0096 A (m2) 0.02
62
Muestra Posicion ∆h i t (s) Q (m3/s) K (mm/s)
Arriba 0.05 0.3333333 43 0.000223256 33.488372
Abajo 0.06 0.4 45 0.000213333 26.666667
Arriba 0.035 0.2333333 107 8.97196E-05 19.225634
Abajo 0.09 0.6 45 0.000213333 17.777778
Arriba 0.05 0.3333333 72 0.000133333 20
Abajo 0.1 0.6666667 43 0.000223256 16.744186
Promedio
Arriba 24.2380021
Promedio
Abajo 20.3962102
C6
Con agregado fino
C4
C5
Muestra Posicion ∆h i t (s) Q (m3/s) K (mm/s)
Arriba 0.038 0.2533333 100 0.000096 18.947368
Abajo 0.055 0.3666667 42 0.000228571 31.168831
C2 Abajo 0.055 0.3666667 42 0.000228571 31.168831
Arriba 0.08 0.5333333 57 0.000168421 15.789474
Abajo 0.05 0.3333333 44 0.000218182 32.727273
Promedio
Arriba 17.3684211
Promedio
Abajo 31.6883117
C3
Sin agregado fino
C1
4.7.2 Resultados del ensayo de permeabilidad
Tabla 14. Resultados del ensayo de permeabilidad para las muestras sin
agregado fino.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
Tabla 15. Resultados del ensayo de permeabilidad para las muestras con
agregado fino.
Fuente: Mosqueda, M, Méndez, N. (2016).
La posición de abajo de la muestra de cilindro antes mencionada
corresponde al fondo del mismo donde se asienta la mayor parte de la pasta de
63
cemento, y en cuanto a la posición de arriba se refiere al extremo superior del
cilindro, teniendo en cuenta que el mismo es dividido a la mitad para ser
ensayado.
Los resultados arrojados por las muestras que no contienen agregado fino
presentan una dispersión en los valores para la constante de permeabilidad que
son bastante elevados.
Según los resultados obtenidos en la tabla 15, la posición de abajo en las
muestras que contienen agregado fino presenta una permeabilidad menor a la de
arriba, esto se debe a que la posición de abajo por encontrarse en el fondo del
cilindro al momento del vaciado y vibrado tiende a asentarse o acumularse la
pasta de cemento disminuyendo así los poros en el concreto.
La norma ACI-522R establece valores de permeabilidad comprendidos en
el rango de 1,4 mm/s a 12,1 mm/s. los resultados obtenidos demuestran que no se
encuentran entre los valores antes mencionados sin embargo dicha norma
establece que se pueden presentar variaciones en los mismos que dependen del
tamaño y la densidad de la mezcla de agregados.
En la investigación realizada por MOUJIR S, Y. CASTAÑEDA U, L.
(2014), reflejan resultados de permeabilidad entre 14 y 25 mm/s, similares a los
valores obtenidos en esta investigación. Además en la investigación de VIGIL
SÁNCHEZ, MARLON EBIEZER (2012), obtienen un valor de permeabilidad de
15.92 mm/s.
4.7.3 Intensidad de lluvia
Para conocer la capacidad de permeabilidad para una determinada
intensidad de lluvia en Venezuela se han tomado los datos proporcionados por la
Gaceta Nº 4044:
Tabla 16. Intensidades de lluvia esperadas.
Fuente: Gaceta Nº 4044.
50 75 100 125 150 200INTENSIDAD DE LLUVIA
(mm/hora)
64
Considerando la máxima intensidad de lluvia esperada según la tabla Nº
16, que es de 200mm/h, se calculó la cantidad de agua de lluvia que se depositara
en 1 m2 de área, obteniendo como resultado 0,056mm/s. Comparando este
resultado con la capacidad de absorción que poseen las muestras de concreto
permeable, las cuales fueron, para la muestra sin finos en promedio de 24,52
mm/s y para las muestras que contienen finos de 22,31mm/s, ambas tienen la
capacidad de absorber de manera satisfactoria dicha intensidad de lluvia.
65
CAPITULO V
CONCLUSIONES
A continuación se presentan las conclusiones a las que se ha llegado, de
acuerdo a cada uno de los objetivos específicos planteados al inicio de la
investigación:
A pesar del total desconocimiento de este tipo de concreto en el país, se
pudo recabar información internacional suficiente para conocer y realizar
diseños de mezcla con presencia y ausencia de agregado fino para elaborar
un concreto permeable o poroso, así como para realizar los ensayos de
permeabilidad respectivos.
Los resultados de resistencia promedio a la flexión obtenidos de 25,964
Kg/cm2 y 12,163 Kg/cm2, con y sin finos, se encuentran dentro de los
valores esperados como estándar internacional, lo que asegura el buen
comportamiento de los agregados nacionales para la elaboración de estos
concretos.
En cuanto al peso específico de las muestras estudiadas de concreto
permeable se obtuvo un valor de 1703,77 Kg/m3 para la muestra que
contiene solo agregado grueso, mientras que para la muestra que incluye el
agregado fino se obtuvo un valor de 1947 Kg/m3.
Los resultados de permeabilidad de 22,317mm/s y 24,53mm/s con y sin
finos, arrojan valores muy altos, aunque al compararlos con algunos
estudios precedentes se encuentran dentro de los parámetros esperados. En
este caso la permeabilidad del concreto sin finos es un 9% mayor que el
concreto que contiene agregado fino. Según los resultados obtenidos en el
ensayo de porcentaje de vacíos para el concreto permeable endurecido, la
muestra con finos arrojo un valor de 7,39% y la muestra sin finos un valor
de 27,20%, lo que quiere decir que dicha muestra es más porosa,
característica que la hace favorable en cuanto a permeabilidad pero no en
resistencia.
En el caso de la presente investigación los dos tipos de concreto permeable
ensayados tanto sin finos como con finos presentan valores que no se
encuentran entre los valores normativos de módulo de rotura establecidos
por la Guía para el diseño de pavimentos rígidos AASTHO 93, sin
embargo se puede estudiar la posibilidad de que al implementar aditivos o
66
fibra de algún material pudiera desarrollar una resistencia apta para ser
usado en pavimentos de bajo tráfico, aun así el concreto permeable con la
inclusión de finos es apto para ser utilizado para una estructura de concreto
como capa de rodadura en tráfico ligero, como en estacionamientos,
caminerías, entre otras.
La alta permeabilidad encontrada posibilita la elaboración de mezclas de
este tipo de concreto con mayor contenido de finos y de cemento,
conservando coeficientes de permeabilidad superiores a las mayores
intensidades de lluvias existentes en el país, pero incrementando a la vez,
su módulo de rotura, posiblemente, hasta alcanzar niveles comparables al
del concreto ordinario, comúnmente utilizado en obras de vialidad de alto
tráfico.
67
RECOMENDACIONES
Realizar estudios con diseños de mezclas que puedan desarrollar una
mayor resistencia a la flexión, incrementando la dosis de finos y de
cemento. Esto con la finalidad de llevar el uso de este tipo de concreto a
un nivel más general, no solo a su empleo en caminerías parques y
estacionamientos, sino, a las vías de alto tráfico vehicular. De esta manera
no solo sería un material ecológico, sino, que también contribuiría
enormemente con la seguridad vial en todo el mundo.
Elaborar una normativa nacional relacionada con la elaboración de
concreto permeable.
Realizar estudios, con la adición de aditivos para el concreto, que permitan
incrementar el módulo de rotura, sin menoscabo de la importante
propiedad de permeabilidad de estos concretos. Como los aditivos
reductores de agua, que modifican la velocidad de fraguado. Al utilizar
estos aditivos se podrá incrementar la resistencia debido a la eficiencia de
hidratación de la reacción entre cemento y agua. Es recomendable utilizar
este aditivo, porque el concreto permeable está en contacto constante con
el agua.
Realizar estudios minuciosos relacionados con el diseño de la sub-rasante
de tierra y bases de rodamiento, para soportar pavimentos rígidos de
concreto permeable, considerando que la penetración del agua en el
terreno afecta seriamente su capacidad de soporte.
Como se observó anteriormente es mucho más recomendable realizar
diseños de mezcla que contengan en su dosificación un porcentaje de
agregados finos y no solo agregado grueso, ya que esto influye de manera
positiva en el aumento de la resistencia. Sin embargo se debe cuidar la
cantidad proporcionada de agregado fino, solo adicionar lo calculado ya
que un exceso del mismo ocasionaría cerramientos en los poros
interconectados.
Al elaborar la mezcla de concreto permeable es favorable solo
implementar un tamaño agregado grueso de 3/8”, ya que la uniformidad en
el tamaño del agregado favorece los espacios de vacíos y la permeabilidad.
68
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
AASHTO. (1993). Guía para el diseño de pavimentos. American Association of
State Highway and Transportation Officials.
ACI Committee 522. (2006). ACI 522R-06. American Concrete Institute.
ACI 211.3R.(2002). Guide for selecting Proportions for No-Slump Concrete.
American Concrete Institute.
AGUILUZ, B, ETAL. (2013). “Comportamiento del concreto permeable
utilizando agregado grueso de las canteras, el Carmen, Aramuaca y la Pedrera,
de la zona oriental de el salvador”.[Versión completa en línea].Tesis.
Universidad de El Salvador. Departamento de ingeniería y arquitectura.
Disponible: http://ri.ues.edu.sv/6259/1/50107992.pdf
BALESTRIN, M. (2002). “Como se elabora el proyecto de investigación”. 6ta
Edición. Editorial BL. Consultores asociados, Caracas Venezuela.
BARRIOS YASALLI, M. (2003). “Manual de trabajos de grado de
especialización y maestría y tesis doctorales”. 3era Edición. Editorial FEDUPEL.
Caracas, Venezuela.
CABELLO, S., ETAL. (2015). “Concreto poroso: Constitución, Variables
influyentes y Protocolos para su caracterización”. CUMBRES [Revista
Científica], 1 (1) 64 – 69.
Disponible:http://investigacion.utmachala.edu.ec/cumbres/index.php/Cumbres/arti
cle/view/4/5
COVENIN 269. (1998). “Método de ensayo para determinar el peso específico y
la absorción del agregado grueso”. Comisión venezolana de normas industriales.
Caracas, Venezuela.
COVENIN 338. (1979). “Método para la elaboración, curado y ensayo a
compresión de probetas cilíndricas de concreto”. Comisión venezolana de normas
industriales. Caracas, Venezuela.
COVENIN 340. (1979). “Método para la elaboración y curado en el laboratorio
de probetas de concreto para ensayos de flexión”. Comisión venezolana de
normas industriales. Caracas, Venezuela.
COVENIN 343. (1979). “Método de ensayo para determinar la resistencia a la
tracción por flexión del concreto, en vigas simplemente apoyadas, con carga en el
centro del tramo”. Comisión venezolana de normas industriales. Caracas,
Venezuela.
69
HERNANDEZ, R. (2010). “Metodología de la investigación”. 5ta Edición.
Editorial McGraw Hill. México.
HURTADO, J. (2000). “Metodología de investigación holística”. 3era Edición.
Editorial SYPAL. Caracas, Venezuela.
JATIVA VALVERDE, F.W. “Desarrollo de Hormigones Permeables enfocado
al diseño de mezclas, construcción de obras y a la protección ambiental, basado
en las normas ACI, ASTM e INEN”. Tesis de grado. Universidad San Francisco de
Quito. Colegio de ciencias e ingeniería.
LUGO, S. (2013). “Manual para la realización de prácticas de laboratorio en la
asignatura materiales y ensayos de la carrera de ingeniería civil en la
universidad de Carabobo”. Universidad de Carabobo, departamento de ingeniería
estructural.
MOUJIR S, Y. CASTAÑEDA U, L. (2014). “Diseño y aplicación de concreto
poroso para pavimentos”.[Versión completa en línea]. Tesis de Ingeniería,
Pontificia Universidad Javeriana, Santiago de Cali - Colombia.
Disponible:http://vitela.javerianacali.edu.co/bitstream/handle/11522/3082/Dise%
C3%B1o_aplicacion_concreto.pdf?sequence=1&isAllowed=y
NATIONAL READY MIXED CONCRETE ASSOCIATION. (2011). “CIP-38
Concreto Permeable”.[Articulo]. Canadá: NRMCA. Disponible:
http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/38p.pdf
PEREZ RAMOS, D. (2009). “Estudio experimental de concretos permeables con
agregados andesiticos”. Tesis de maestría. Universidad Nacional Autónoma de
México. Programa de maestría y doctorado en ingeniería.
VELEZ, L. (2010). “Permeabilidad y porosidad del concreto”. Tecno lógicas
[Revista en línea], 169-187. Disponible:
https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/5062984.pdf
VIGIL SÁNCHEZ, MARLON EBIEZER (2012). “Diseño, proceso constructivo y
evaluación post construcción de un pavimento rígido de concreto permeable”.
[Versión completa en línea]. Tesis de Ingeniería, Universidad de El Salvador.
Disponible: http://ri.ues.edu.sv/3929/
YMCYC. (2008). “Concreto permeable: alternativas sustentables”. [Articulo].
Construcción y tecnología en concreto. Disponible:
http://www.imcyc.com/revistacyt/jun11/arttecnologia.htm
70
ANEXO
NORMA ACI 211.3R-02
APENDICE 6- DISEÑO DE MEZLCA DE CONCRETOS PERMEABLES.-
A6.1 – GENERALIDADES.-
Esta guía indica un método para el cálculo de las proporciones para mezclas de
concretos permeables sin asentamientos, los cuales son usados para pavimentos y
otras obras donde la percolación y el drenaje son necesarias.
El concreto permeable es un material de granulometría abierta, amalgamada por
una pasta de cemento. La composición del material permite el paso del agua e
igualmente proporciona una moderada capacidad estructural. Debido a la elevada
relación de vacíos, el concreto permeable ha sido usado igualmente como material
aislante.
A6.2 – MATERIALES.-
El concreto permeable está constituido por cemento, o una combinación de
cemento y puzolana (cenizas volcánicas silíceas), agregado grueso y agua.
Ocasionalmente, una pequeña cantidad de Agregado Fino es añadida a la mezcla
para aumentar la resistencia a compresión y para reducir la percolación a través
del concreto.
La granulometría comúnmente usada en los concretos permeables, cumple con lo
estipulado en la Norma ASTM C33 con tamaño del tamiz de 9.5 a 2.36 mm
(tamaño numero 8), de 12.5 a 4.75 mm (tamaño número 7) y de 19.0 a 4.75 mm
(tamaño numero 6). El cemento Portland debe cumplir con lo establecido en la
Norma ASTM C50 o una combinación de materiales cementicios puede ser
utilizada, la cual se adapte a su respectiva especificación de la Norma ASTM.
Figura A.6.1.- Mínima relación de vacíos para percolación de acuerdo a las
pruebas
y métodos de la NAA-NRMCA*
71
*National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA) y National Aggregates
Association (NAA)
Figura A6.2.- Correlación entre la relación de vacíos y Rcc a los 28 días para
tamaño de agregado Nro. 6, 7 y 8.
Figura A6.3.- Correlación entre la pasta de cemento y la relación de vacíos
para tamaño de agregado Nro. 8.
A6.3 – RELACIÓN AGUA – CEMENTO.-
La relación Agua/ Cemento (w/cm) es un parámetro importante para garantizar la
resistencia y la relación de vacíos del concreto. Una elevada w/cm reduce la
adherencia de la pasta con el agregado y ocasiona que la misma fluya y ocupe los
vacíos, aún en condiciones de poca compactación. Una baja relación w/cm
causará que la pasta se apelmace en la mezcladora y genere una distribución no
72
uniforme de los materiales. Experiencias previas, muestran que una relación desde
0.35 a 0.45 proporcionará la mejor impregnación de los agregados y estabilidad a
la pasta.
Valores mayores a los indicados de relación w/cm, solo deben ser usados si el
concreto se encuentra ligeramente compactado.
La correlación entre la relación w/cm y la Resistencia a compresión, que se usa
normalmente en el concreto convencional, no aplica para concretos permeables.
A6.4 – DURABILIDAD.-
Las pruebas de Congelamiento y Descongelamiento en los concretos permeables,
muestran una baja durabilidad si la estructura de la relación de vacíos está llena
con agua. Las pruebas han demostrado que la durabilidad mejora cuando la
estructura de vacíos es drenada y la pasta de cemento ha sido aireada (con
burbujas de aires introducidas durante su preparación). No se han llevado a cabo
investigaciones en la resistencia de concretos permeables bajo la influencia de
aguas con agentes acidificantes que puedan percolar a través del concreto. Por lo
tanto, se debe tener cuidado en aplicaciones donde puedan existir este tipo de
agentes.
A6.5 – PORCENTAJE DE VACÍOS.-
Resistencia a la Compresión vs Percolación.- Para garantizar que el agua
percolará a través del concreto permeable, el porcentaje de la Relación de Vacíos,
calculado por el Método Gravimétrico (ASTM C138), debe ser mayor o igual a
15% de acuerdo a lo mostrado en la Figura A6.1
Para esta Relación de Vacíos (15%), la Resistencia a Compresión a los 28 días
(Figura A6.2) será de aproximadamente 24 MPa (3.500 PSI, 244 Kg/cm2).
A mayor porcentaje de relación de vacíos, mayor será la tasa de percolación y
menor la Resistencia a Compresión. A menor porcentaje de relación de vacíos,
menor será la percolación y mayor la Resistencia a Compresión. Igualmente, la
Resistencia a Compresión aumenta a medida que el tamaño máximo nominal del
agregado disminuye.
A6.6 – CANTIDAD DE AGREGADOGRUESO.-
Las pruebas de densidad seca del agregado grueso (b/bo), realizadas por el NAA-
NRMCA, han mostrado que la misma, así como lo obtenido por la ASTM C29/
C29M; puede ser usada en la determinación de la mezcla de concretos
permeables, en lo cual:
b/bo = Volumen seco de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
73
b = Volumen sólido de agregado grueso por unidad de volumen de concreto
bo = Volumen sólido de agregado grueso por unidad de volumen de agregado
grueso
Los valores de b/bo automáticamente compensan los efectos a consecuencia de
distintas formas de partículas del agregado, granulometría y gravedad específica.
Aún más, los valores de b/bo para un rango de tamaño máximo nominal
normalmente usado en concretos permeables, 10 mm a 20 mm (3/8” a 3/4”) son
muy similares.
La tabla A6.1.- proporciona valores de b/bo para tamaños de agregado grueso Nro.
8 y Nro. 6,7 para un contenido de agregado fino de 0, 10 y 20% del total de
agregado de la mezcla.
Tabla A6.1 – Valores de b/bo efectivos.
% de Agregado
Fino
b/bo
ASTM C33
Tamaño Nro. 8
ASTM C33
Tamaño Nro. 6, 7
0 0.99 0.99
10 0.93 0.93
20 0.85 0.86
A6.7 – PROCEDIMIENTO DE DISEÑO.-
El procedimiento para determinar las proporciones en el diseño de mezcla de los
concretos permeables, se basa en el volumen de la pasta necesaria para amalgamar
las partículas de agregado juntas y al mismo tiempo mantener la adecuada
relación de vacíos, tal y como se muestra en la Figura A6.3.-
La cantidad de agregado depende en la densidad seca y los valores de b/bo
seleccionado de la Tabla A6.1.- Una vez obtenido el volumen de la pasta de la
Figura A6.3.- así como la relación w/cm, la cantidad de cemento y agua puede
calcularse de la siguiente ecuación:
Volumen de la Pasta (VP) = Volumen de Cemento + Volumen de Agua o;
VP= c/3150 + w/1000 en (m3)
VP= c/(3.15*62.4) + w/ (62.4) en (ft3)
Donde “c” es la masa de cemento y “w”. Si la relación agua – cemento (w/cm),
entonces:
w = (w/cm) c; y VP = c/3150 + [(w/cm) c/1000] (m3)
74
In inch-pound units
VP = c/ (3.15 * 62.4) + [(w/c)c/62.4] (ft3)
Por lo tanto, una vez que el volumen de la pasta es determinado a partir de la
Figura A6.3, y (w/cm) es seleccionada, la masa de cemento puede ser calculada.
Cuando se utiliza agregado fino, el volumen de la pasta debe ser reducido en las
siguientes proporciones:
- 2% por cada 10% de agregado fino del total de agregado, para concretos
bien compactados.
- 1% por cada 10% de agregado fino del total de agregado, para concretos
poco compactados.
Estas reducciones son necesarias para mantener la misma relación de vacíos por
volumen.
EJEMPLO.-
Diseñar la mezcla de un Concreto Permeable bien compactado con tamaño de
agregado grueso Nro. 8 (ASTM C33), el cual presenta una densidad seca de 1742
kg/m3 (108.7 lb/ft
3),gravedad específica (Superficie Saturada Seca) de 2.75, y una
absorción de 1.2%.
La mezcla debe tener al menos una relación de vacíos de 20% y una resistencia
Rcc28 de 14 MPa (2000 PSI o 144 Kg/cm2).
El concreto será diseñado para una relación w/cm= 0.38, la cual ha sido
seleccionada como una mezcla estable para el presente ejemplo.
No se añadirá agregado fino a la mezcla.
Masa del agregado (Ma) por cada m3 de mezcla:
Ma = Peso específico * relación b/bo * (1+% absorción)
Ma = 1.742 * 0.99 = 1725 kg (seco)
Ma = 1.725 * 1.012= 1746 kg (SSS)
Volumen solido del agregado por m3;
Va = Ma (SSS) / Gs = 1.746 /2.750 = 0.635 m3
75
De la Figura A6.3, el porcentaje de mezcla por volumen es 16.5 cuando la
relación de vacíos es igual a 20% y el material está bien compactado.
La Figura A6.1 muestra una tasa de percolación de aproximadamente 125
mm/min y la Figura A6.2 indica una Rcc de aproximadamente 17 Mpa (173
Kg/cm2)
Volumen sólido de mezcla por m3 (VP)
VP = 16.5/100 = 0.165 m3, y
0.165 = c/3150 + ((0.38) c/1000), entonces;
c = 237 kg/m3
w = 237(0.38) = 90 kg/m3
VC = 237/3150 = 0.075 m3
VW = 90/1000 = 0.090 m3
Las cantidades del diseño de mezcla por m3, son las siguientes:
Cemento = 237 kg/m3
Agua = 90 kg/m3
Agregado No. 8 = 1745 kg/m3 (SSS)
Masa Total = 2072 kg/m3
Densidad = 2072 kg/m3
Chequeo del Volumen sólido por m3:
Cemento = 0.075 m3
Agua = 0.090 m3
Agregado No. 8 = 0.635 m3
Total = 0.800 m3
Volúmenes vacíos = 1.000 – 0.800 = 0.200 m3
Las proporciones de la mezcla calculada deben ser chequeadas en el laboratorio al
ensayar la mezcla y ajustar de acuerdo a lo requerido. Adicionalmente, se
recomienda que las muestras ensayadas contengan dos mezclas adicionales con 30
kg/ m3 mas de cemento y 30 kg/ m
3 menos de cemento. Estas mezclas también
deben incluir los ajustes correspondientes en:
1.- Agua requerida para la relación w/cm
2.- Cantidad de agregado para mantener a relación de vacíos
Generalmente, lograr la adecuada relación de vacíos y la tasa de percolación con
una mezcla estable, son más importantes que la resistencia a compresión de la
mezcla.
76