Behaviour study to silting in pervious concrete made with natural and recycled aggregates.

Estudio del comportamiento frente a la colmatación

en hormigón poroso fabricado con áridos naturales y reciclados.

Carlos Aire Untiveros, Yaneth Calderón Colca, Juan Charca Chura, Calixtro Yanqui Murillo

Universidad Nacional Autónoma de México – Universidad Nacional San Agustín, Arequipa. Perú

SANTIAGONoviembre 2013

HORMIGÓN POROSO

Sin Finos

Elevada Porosidad

Permite el paso

del agua

¿Por que es sustentable?

Económico- Reducción de costos en

el tratamiento

de aguas

Social

- Seguridad y confort

de las vías

Ecológico

- Uso eficiente del

agua de lluvia

SUSTENTABLE

Aplicaciones

Proceso Constructivo

Tema de Estudio

Uno de los principales inconvenientes de un pavimento de hormigón poroso es la colmatación, porque pone en peligro la funcionalidad del hormigón poroso. Para evaluar el efecto dela colmatación del hormigón poroso, se realizó el ensayo de resistencia a la colmatación usando el infiltrómetro Cántabro en placas de pavimentos de hormigón poroso fabricadas con áridos naturales y reciclados.

Este artículo presenta los resultados de un estudio experimental para evaluar la resistencia a la colmatación de pavimentos permeables de hormigón poroso empleando áridos de 9,5 y 19,0 mm de tamaño.

Materiales-Tipos de Áridos

Cemento Portland ordinario (Tipo IP) Árido grueso natural y reciclado Agua

Forma y textura de los áridos

Proporcionamiento

  Árido 9,5 mm Árido 19,0 mm

Material/Serie H-15-T-8 H-20-T-8 H-25-T-8 H-15-T-6 H-20-T-6 H-25-T-6

Cemento 360 316 267 360 316 267

Agua 144 126 107 144 126 107

Árido grueso 1 589 1 543 1 507 1 589 1 543 1 507

Árido/cemento 4,4:1 4,9:1 5,6:1 4,4:1 4,9:1 5,6:1

Material/Serie H-15-M-8 H-20-M-8 H-25-M-8 H-15-M-6 H-20-M-6 H-25-M-6

Árido grueso 1 415 1 374 1 342 1 415 1 374 1 342

Árido/cemento 3,9: 1 4,3: 1 5,0: 1 3,9: 1 4,3: 1 5,0: 1

Material/Serie H-15-R-8 H-20-R-8 H-25-R-8 H-15-R-6 H-20-R-6 H-25-R-6

Árido grueso 1 346 1 306 1 276 1 346 1 306 1 276

Árido/cemento 3,7: 1 4,1: 1 4,8: 1 3,7: 1 4,1: 1 4,8: 1

Proporcionamiento, kg/m3

Ensayos en Estado Fresco

Cono Invertido

Peso unitario

Moldeado de Especímenes

Compactación

Análisis de Resultados – Estado Fresco

Árido 9,5 mm Árido 19,0 mmSerie H-15-T-8 H-20-T-8 H-25-T-8 H-15-T-6 H-20-T-6 H-25-T-6% Vacíos 23 27 29 25 28 30P. U. Fresco(T/m³) 1,900 1,849 1,768 1,868 1,789 1,760P. U. Endurecido(T/m³) 1,875 1,825 1,790 1,854 1,803 1,785Serie H-15-M-8 H-20-M-8 H-25-M-8 H-15-M-6 H-20-M-6 H-25-M-6% Vacíos 17 20 25 20 25 28P. U. Fresco(T/m³) 1,884 1,822 1,721 1,826 1,726 1,663P. U. Endurecido(T/m³) 1,827 1,782 1,707 1,784 1,711 1,664Serie H-15-R-8 H-20-R-8 H-25-R-8 H-15-R-6 H-20-R-6 H-25-R-6% Vacíos 22 26 29 22 25 28P. U. Fresco(T/m³) 1,714 1,638 1,575 1,714 1,666 1,598P. U. Endurecido(T/m³) 1,728 1,655 1,594 1,730 1,682 1,617

Peso unitario y contenido de vacíos

Ensayos en estado endurecido

CompresiónCompresióndiametral Drenabilidad Colmatación

Análisis de resultados – E. Endurecido

Árido 9,5 mm Árido 19,0 mmSerie H-15-T-8 H-20-T-8 H-25-T-8 H-15-T-6 H-20-T-6 H-25-T-6Fc,  MPa 10,1 8,4 7.4 10,3 7,9 6,2Ft,  MPa 1,4 1,3 1.1 1,6 1,3 1,1Ff,  MPa - - - 2,2 1,7 1,4E,  MPa 1.19E+04 1.22E+04 1.43E+04 1.05E+04 1.03E+04 9.00E+03K, (cm/s)  0,67 0,92 2.12 0,78 1,04 1,15Serie H-15-M-8 H-20-M-8 H-25-M-8 H-15-M-6 H-20-M-6 H-25-M-6Fc,  MPa 12,8 10,8 8.6 13,2 9,6 7,3Ft,  MPa 1,5 1,4 1.1 1,4 1,3 0,9Ff,  MPa 2,1 1,7 1.5 2,1 1,6 1,4E,  MPa 1.90E+04 1.27E+04 1.01E+04 1.39E+04 1.01E+04 8.93E+03K, (cm/s) 0,07 0,12 1.2 0,12 1.2 0,27Serie H-15-R-8 H-20-R-8 H-25-R-8 H-15-R-6 H-20-R-6 H-25-R-6Fc,  MPa 8,1 6,4 4.1 8,7 8,0 4,9Ft,  MPa 1,1 0,9 0.7 1,3 1,1 0,8Ff,  MPa - - - 1,7 1,5 1,3E,  MPa 1.01E+04 1.10E+04 1.15E+04 1.26E+04 1.02E+04 9.95E+03K, (cm/s)  0,15 0,22 1.29 0,15 0,19 0,26

Propiedades mecánicas y de drenabilidad a 28 días

Estudio de Colmatación de Finos

Colmatación:La colmatación es la acumulación de sedimentos o material fino que reduce notablemente la drenabilidad original del hormigón poroso.

Infiltrómetro Fijo Cántabro (IFC):El IFC es un equipo que permite la simulación de lluvia directa sobre la superficie de ensayo. Cuenta con un simulador de escorrentía superficial y un simulador de lluvia directa.

En general, las variables de estudio fueron:  Inclinación de la superficie: pendientes 0, 2, 4, 6 y 10% Escorrentía recibida Cantidad de lluvia directa

Infiltrómetro Fijo Cántabro (Rodriguez,2008)

Preparación de Muestras

Descripción del Contaminante

Tamiz Diámetro Peso Reten. Peso Reten. Reten. Acumulado

Pasante

# mm gr % % %3/8 in 9,525 0,00 0,00 100,0No. 4 4,750 97,80 9,81 9,81 90,2No. 8 2,360 158,30 15,87 25.68 74,3No. 16 1,180 146,00 14,64 40,31 59,7No. 30 0,599 122,80 1 231 52,63 47,4No. 50 0,295 128,80 12,91 65.54 34,5No. 100 0,152 150,50 15,09 80.63 19,4No. 200 0,076 117,50 11,78 92.41 7,6Fondo 75,70 7,59 100.00  

Granulometría del material contaminante

Cantidad de Contaminantes

Condición de la superficie de la muestra Sedimento (kg/cm2) Pendientes (%)Recién colocada 0 0, 2, 4, 6, 10Semicolmatada 2 0, 2, 4, 6, 10Colmatada 4 0, 2, 4, 6, 10Colmatada al máximo 6 0, 2, 4, 6, 10Colmatada  al  máximo  con mantenimiento

Barrido y Presión de agua 0, 2, 4, 6, 10

Distribución de ensayos de colmatación

Escenariosde colmatación

Porcentaje de escorrentía superficial – Porcentaje de agua infiltrada

Porcentaje de escorrentía residual de los diferentes escenarios estudiados

Árido Pendiente Recién Semi Colmatado Colmatado Colmat. MaxForma Origen   Colocado colmatado   Al máximo con Mantenimiento.

 

Angular

0 % 100.0 99.9 95.0 68.9 100.0 2 % 99.9 99.4 92.1 66.2 99.6

T y R 4 % 99.6 98.3 85.6 56.8 99.2 6 % 99.1 96.3 83.2 53.6 97.9 10 % 96.2 93.1 77.3 50.8 93.0

  0 % 100.0 99.0 84.2 54.7 99.7  2 % 99.7 98.4 76.2 52.3 99.2Redondo M 4 % 99.5 97.1 73.8 51.5 98.3  6 % 98.5 93.7 69.1 47.6 96.3  10 % 95.3 89.9 65.0 45.6 91.1

Porcentaje de infiltración de agua con respecto a la pendiente y cantidad de sedimento

Gráfica de eficiencia en cada pendiente de los áridos de forma angular y redondeado

Conclusiones

En estado plástico, las mezclas presentaron adecuada manejabilidad y consistencia, medidas mediante el ensayo de cono invertido.

  El peso unitario en estado fresco estuvo en el rango de 1 617 y 1 900 kg/m3. Como era de esperarse, a

mayor contenido de vacíos menor el peso unitario.

No hubo variación entre los valores calculados de peso unitario en estado fresco y endurecido.

La resistencia a compresión varío de 4,9 a 13,2 MPa. Este rango de resistencias puede emplearse en aplicaciones como áreas de estacionamiento de tránsito vehicular ligero.

La relación entre la resistencia a compresión a 7 y 28 días fue de 0,69, ligeramente mayor al valor tradicional 0,65 que generalmente se espera en los hormigones convencionales. Es decir, la evolución de la resistencia a compresión es mayor para el hormigón poroso, para las condiciones del presente estudio.

La resistencia a flexión varió de 1,3 a 2,2 MPa, el cual se encuentra en el rango de valores esperados para hormigón poroso.

  La relación entre la resistencia a flexión con respecto a su resistencia a compresión fue de 15% a 25%,

valores ligeramente mayores a los esperados para el hormigón convencional que oscila entre 10% y 20%. La resistencia a tensión indirecta por compresión diametral varía de 0,7 y 1,6 MPa. 

Conclusiones

La relación entre la resistencia a tensión por compresión diametral con respecto a su resistencia a compresión varia de 10 a 18%, valores ligeramente superiores a los que se espera en los hormigones convencionales que es de 8% a 12%.

Los valores de coeficiente de drenabilidad varían de 0,2 a 1,0 cm/s para 15 y 30 % de vacíos respectivamente. Teniendo en cuenta que para que un hormigón sea considerado como poroso debe tener una drenabilidad en el rango de 0,20 a 0,54 cm/s, se puede afirmar que las mezclas propuestas en este estudio cumplen satisfactoriamente con esta condición, por lo que pueden ser consideradas como hormigones porosos.

  Los resultados obtenidos indican que las muestras de hormigón poroso con

agregado angular tienen mejor resistencia a la colmatación de finos que cuando se emplea agregado de forma agregado angular, para un mismo porcentaje de vacíos.

La eficiencia de la muestra recién colocada y la muestra colmatada al máximo con mantenimiento se reduce de 100% a 96.8% con agregado angular y de 99.7% a 95.8% con agregado redondeado.

Se obtiene que en las pendientes de 0% y 2%, la variación de porcentaje de infiltración son mínimas a comparación de las que tienen pendientes mayores a 4%.

Conclusiones

De los ensayos de colmatación de finos se concluye que el pavimento con mayor porcentaje de filtración de agua es el agregado angular para un mismo porcentaje de vacíos.

  El ensayo de Colmatación de finos es una condición extrema a la que puede llegar el

hormigón permeable, lo recomendable es no llegar a obtener la colmatación al máximo y realizar el mantenimiento cuando esta se encuentre en estado Semicolmatada

Para las condiciones del presente estudio, se ha comprobado el buen desempeño de los hormigones para ser considerados como hormigones porosos. De acuerdo con sus propiedades mecánicas, principalmente las de resistencia a compresión, pueden utilizarse en aplicaciones de tránsito ligero.

Es necesario continuar con mayor investigación experimental y de campo en esta área de los hormigones porosos, para consolidar el uso de este tipo de hormigón e incrementar su uso a otras aplicaciones de tipo estructural.