Con el aumento de la urbanización en las ciudades, se produce una impermeabilización paulatina del suelo, lo que reduce significativamente el volumen de agua que se infiltra en él, aumentando el caudal de escorrentía y el riesgo de inundaciones en las zonas bajas de las ciudades.
En los últimos años, el estudio del hormigón poroso y su aplicación en pavimentos permeables se ha desarrollado como una alternativa para reducir la escorrentía superficial, ya que permite la infiltración de agua a través de su superficie para su posterior disposición en el suelo.
Debido a las ventajas del uso de este material, este artículo analiza las dosificaciones de concreto poroso elaborado con materiales de construcción disponibles en la zona de Encarnación y, a su vez, determina si la resistencia y permeabilidad están de acuerdo con los requisitos establecidos por ACI 522-R10.
Se analizaron un total de 16 ensayos y se realizaron ensayos simples de compresión y permeabilidad en 96 especímenes. Se obtuvieron hormigones de resistencias bajas a moderadas (3,5 a 9,5 MPa) y altos índices de permeabilidad (200 a 2.000 L/min/m²), todo ello dentro de los valores establecidos por la citada norma.
Con el aumento de la urbanización, hay una impermeabilización gradual del suelo, debido a la construcción de edificios con caminos impermeables, interconectados por calles y caminos pavimentados. El crecimiento urbano y la demanda de vías pavimentadas y planas están provocando que gran parte de la superficie de las ciudades sea ocupada por materiales impermeables como el hormigón asfáltico y el hormigón de cemento Portland.
El uso imprudente de estas obras en áreas urbanas reduce en gran medida la capacidad de recarga natural de agua del territorio, y aumenta considerablemente el volumen y caudal de escorrentía superficial, aumentando el riesgo de provocar inundaciones en los sectores bajos de las ciudades.
Según Tenis et al. (2004), los pavimentos de hormigón poroso son estructuras de hormigón, realizadas con granulometría de grano fino, y que son permeables, drenan el agua a través de vacíos interconectados que generalmente alcanzan valores entre 15 y 25 %, lo que permite el paso de 120 a 230 litros de agua. agua por metro cuadrado, con un caudal típico de 3,4 mm/s (200 L/m²/min) o más. Esto podría ofrecer una mejor solución al problema actual de las inundaciones urbanas que afectan a las ciudades, causando pérdidas de vidas debido a los torrentes, daños masivos a la propiedad, calles y avenidas colapsadas, interrupción de las actividades laborales y sociales regulares, preocupación y miedo generalizados.
Dadas estas ventajas, parece que el interés por los pavimentos permeables en general, y por el hormigón poroso en particular, se está extendiendo fuera de los Estados Unidos, donde se registran los más importantes avances y estandarización del material (Mulligan, 2005). Según Polastre y Santos (2006), ya existe evidencia de experiencias recientes en varios países, como Brasil (Holtz, 2011), Japón y Chile (Castro, 2004), donde se han estudiado métodos de diseño de mezclas y análisis de poros. realizado de hormigón.
Teniendo en cuenta las ventajas del uso de este material, el trabajo tiene como objetivo analizar las dosificaciones de concreto poroso elaborado con materiales de construcción disponibles en la región de Encarnación y determinar si las características de resistencia y permeabilidad que presentan cumplen con los requisitos establecidos por la recomendación 522R. -10 “Report on Pervious Concrete” publicado por el American Concrete Institute (ACI, 2010).
Materiales y métodos
materiales
Para el desarrollo de esta investigación se utilizaron materiales de construcción típicos de la ciudad de Encarnación.
Cemento
Como aglutinante se utilizó cemento Portland compuesto tipo II (CPII–Z32), producido por la Industria Nacional del Cemento (INC).
agregado grueso
Como agregado grueso se utilizó piedra triturada de origen basáltico, fracción que representa el mayor volumen de hormigón poroso. En este caso, los ensayos se realizaron con grava IV con = 19 mm, de la cantera San Juan del Paraná.
Variables experimentales y ensayos
Considerando que el concreto poroso es un material nuevo y poco conocido en el área, se decidió trabajar con dos variables fundamentales y necesarias para orientar las dosificaciones del concreto: la relación agua/cemento (a/c) y el contenido de agregados (m). . Para definir el campo inicial de investigación de estas variables se tomó como referencia la recomendación ACI 522R-06.
Menciona que el rango adecuado de relación agua/cemento (a/c) para la generación de concreto poroso varía entre 0.26 y 0.45. Se decidió que el rango de estudio estaría entre estos valores y se establecieron cuatro niveles que serían adoptados para la variable relación a/c: nivel mínimo (0,30); máximo (0,38) y dos niveles intermedios (0,32 y 0,35).
Para la variable cantidad de agregados (m), se optó por un estudio con 4 niveles (m=4, m=5, m=7 y m=9), equivalentes a un menor consumo de cemento. Así, el objetivo era intentar valorar si existía una prenda económica, resistente y suficientemente permeable. Al combinar las dos variables de estudio (mya/c), en sus diferentes niveles, se generaron 16 dosificaciones (Tabla 1), todas compatibles con la información contenida en el Apéndice 6 (Dosificación de mezcla de concreto perdida) de la Recomendación ACI 211.3 R-02, Guía para la Selección de Proporciones para el Deshundimiento del Concreto.
preparación de la muestra
De acuerdo con la experiencia internacional (ACI, 2010), las mezclas de concreto poroso deben compactarse con un rodillo pesado más ancho que la losa a verter. Por lo tanto, se diseñó un rodillo de 150 mm de diámetro, 500 mm de ancho y 25 kg de peso, que proporciona presiones similares (0,08 MPa) a las que se utilizan en campo. Mediante moldes metálicos se fabricaron muestras de 150 mm de espesor, 400 mm de ancho y 550 mm de largo, que por su tamaño se denominaron tejas, compactadas con el rollo fabricado.
Las tejas se desmoldaron a las 72 horas y se cubrieron con plástico durante 21 días. Luego, de cada teja se extrajeron 6 especímenes de control de 90 mm de diámetro y 150 mm de altura (Fig. 1). Para reducir los posibles efectos de las paredes del molde, los especímenes se extrajeron de la sección central.
Pruebas desarrolladas
Se desarrollaron dos pruebas diferentes sobre las muestras extraídas: resistencia a la compresión (3 muestras) y prueba de índice de permeabilidad (3 muestras).
Para realizar la prueba del índice de permeabilidad, método basado en una propuesta presentada originalmente en el trabajo de Neithalath et al. (2003), que se basa en un concepto equivalente a un permeámetro con carga variable (caída de carga).
Como se muestra en la figura. 2, El método de ensayo diseñado consiste en colocar una muestra de hormigón poroso, de 150 mm de altura, dentro del permeámetro y controlar el tiempo
Este procedimiento debe repetirse tres veces, tomando el tiempo medio t_med como el valor del tiempo t para calcular el valor del coeficiente de permeabilidad (k) determinado por la ley de Darcy:
Como el hormigón poroso es un hormigón muy permeable, es necesario verificar la resistencia mecánica de este material para determinar su uso. Para ello se realizaron ensayos sencillos de resistencia a la compresión, técnica tradicional utilizada en el control tecnológico del hormigón.
Los ensayos se realizaron sobre las probetas 28 días después del hormigonado de las losas. Para ello se utilizó una prensa electrohidráulica con una capacidad de 150 toneladas. Todos los especímenes se cubrieron con mortero para estandarizar las superficies superior e inferior de los especímenes.
Para la realización del ensayo de compresión se tomaron como base las pautas establecidas en la norma UNE 83-304-84 “Ensayo del hormigón: Fallo por compresión”.
Resultados y Discusión
fuerza compresiva
La figura 3 muestra la evolución de la resistencia a la compresión para cada una de las dosificaciones, en función de la variación mya/c.
Así mismo, en la Fig. 3, se observa que las dos cementaciones con mayor relación a/c desarrollaron mayores valores de resistencia, contrario a lo que se esperaría del hormigón convencional. Esto se debe a que a mayor relación a/c, la mezcla gana trabajabilidad y la pasta es capaz de lubricar mejor la mezcla, permitiendo un mejor manejo de los agregados mejor cubiertos por la pasta.
Los mayores valores de resistencia a la compresión se obtuvieron con las dosificaciones con menor cantidad de agregados y mayor contenido de pasta de cemento (1:4), sin embargo las resistencias promedio no superaron el valor de 10 MPa (3.5 a 9.5 MPa). A pesar de ello, todos los valores obtenidos se encuentran dentro del rango mencionado por el ACI (2010) para la resistencia del hormigón. poroso, que varía entre 2,8 y 28 MPa. 3.2
Permeabilidad
Higo. La figura 4 muestra la evolución de la permeabilidad para cada una de las dosificaciones, en función de la variación mya/c.
Contrariamente a lo observado en la resistencia a compresión, la permeabilidad tiende a disminuir cuando aumenta la relación a/c, esto se debe al mayor taponamiento de la red de poros debido a la penetración de la pasta de cemento a través de los agregados.
Se observaron mayores valores del coeficiente de permeabilidad para ensayos con mayor cantidad de agregados y menor contenido de pasta de cemento; las dosificaciones con 1:7 y 1:9 presentaron los mayores valores de caudal, superando incluso los 2000 L/min/m².
Para todas las dosificaciones observamos valores muy satisfactorios en relación al caudal de agua, ya que el valor de referencia utilizado para representar la permeabilidad de un hormigón poroso es del orden de 200 L/min/m² (AIT, 2010).
conclusión
Con base en el análisis de los resultados de las pruebas, se pueden presentar las siguientes conclusiones, derivadas del programa experimental expuesto en los siguientes trabajos.
- Las tasas de infiltración de todas las dosificaciones de hormigón poroso fabricadas fueron altas y superiores al valor de referencia de 200 L/min/m² estipulado por la ACI (2010), incluyendo valores de 2000 L/min/m².
- Para el rango de dosificación estudiado, las resistencias a la compresión aumentan con el aumento de la relación a/c, con la reducción de la cantidad de agregados y con el aumento del contenido de pasta de cemento; Si bien las resistencias obtenidas no superan el valor de 10 MPa, todos los valores obtenidos se encuentran dentro del rango de 2,8 a 28 MPa mencionado por el ACI (2010).
- Para obtener resistencias superiores a 9 MPa, es necesario utilizar la dosificación con m=4 y relación a/c=0,32, ya que fue la dosificación que presentó los mayores valores de resistencia a la compresión y tasas de infiltración por encima de la media establecida. para materiales porosos. concreto.
- Naturalmente, estas conclusiones necesitan ser confirmadas y ampliadas en estudios complementarios e independientes. Sobre todo, se necesitan estudios para mejorar la resistencia a la compresión.
Bibliografía
- Instituto Americano del Concreto (2002). ACI 211.3R-02 «Guía de selección de proporciones de hormigón de sumidero». Estados Unidos, 26 págs.
- Instituto Americano del Concreto (2008). ACI 522.1-08 “Especificación para pavimentos de concreto permeable”. Estados Unidos, 7 p.
- Instituto Americano del Concreto (2010). ACI 522R10 «Informe sobre Concreto Permeable». Estados Unidos, 38 págs.
- Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (2005). ASTM C136-05 «Método de prueba estándar para la determinación de agregados finos y gruesos». Estados Unidos, 5 p.
- Castro, J. (2004). Proyecto Mixto y Construcción de Pavimentos de Concreto Poroso en Chile, Trabajo Fin de Máster, Pontificia Universidad Católica de Chile, 188 pp.
- Holtz, F. (2011). Uso de hormigón permeable en drenaje urbano: análisis de viabilidad técnica e impacto ambiental. Disertación de Maestría, Universidad Federal de Rio Grande do Sul, 139 pp.
- Instituto Español de Normalización (1984). UNE 83-304-84 «Ensayo del hormigón: fallo por compresión». España, 4 páginas.
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- Asociación Nacional de Concreto Premezclado (2010). Drenaje de hormigón. Disponible en: www.perviouspavement.org
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- Polastre, B., Santos, LD (2006). Concreto permeable. Disponible en: http://www.usp.br.
- Tenis, P., Leming, M., Akers, D. (2004). Pavimentación de hormigón permeable, Portland Cement Association, Maryland, EE. UU., 36 p.
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Autor: Gustavo Chávez Chaparro
Profesor Investigador de la Universidad Nacional de Itapúa, Paraguay
correo electrónico: ing.guschavez@gmail.com
primavera | Revista de estudios e investigaciones sobre el saber académico
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