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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.