INVESTIGACIONES
Hernán de Solminihac T. T. Ph. D. Profesor Titular, Depto. de Ingeniería y Gestión de la Construcción, PUC. Javier Castro S. Licenciado en Ciencias de la Ingeniería, PUC.
Pavimentos Porosos de Hormigón: Una Opción para Mitigar los Efectos de las Aguas Lluvias Los pavimentos porosos son un tipo especial de pavimento, que permiten la infiltración del agua a través de su superficie y el almacenamiento temporal de esta en la subbase, para su posterior disposición o infiltración en el terreno. Son S on utilizados at
principalmente en estacionamientos y calles de bajo tránsito, con el objeto de n
disminuir el escurrimiento superficial proveniente de las aguas lluvia y la incidencia de 1
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estas aguas abajo. e
l u
En nuestro país, la tecnología de
pueden remover elementos
a
los pavimentos porosos de
contaminantes del agua, tales como
n
hormigón se está investigando en el
metales, aceites, grasas y sólidos
c
marco del proyecto FONDEF:
suspendidos, al filtrarlos a través de
mr
“Sistemas estandarizados de in
drenaje de aguas lluvia para
las capas de arena y grava, ubicadas bajo la carpeta de rodado.
urbanizaciones y viviendas”, en el a
y
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que participan los departamentos departamentos ar
de Ingeniería Hidráulica y P
Ambiental, y de Ingeniaría y
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El uso de estos pavimentos, está contraindicado en zonas o terrenos con suelos impermeables, regiones climáticas con permanentes ciclos
Gestión de la Construcción de la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de
Figura 1: Estructura pavimento de hormigón poroso.
hielo-deshielo, hielo-deshielo, regiones áridas o con un alto grado de erosión eólica, zonas de alto tráfico, o donde exista
Chile, con el apoyo de Cementos
alta posibilidad de colmatación
Melón, a través de los ingenieros
(EPA, 1999).
Pedro Pinto y José Manuel Castillo.
Aspe ctos de Diseñ Aspectos D iseño o de Pavimentos Porosos de Hormigón
En la Figura 1, se pueden distinguir los diferentes estratos que componen un pavimento de hormigón poroso.
Como los pavimentos porosos están
De abajo hacia arriba: una
pensados para ser utilizados en
subrasante formada por el suelo
urbanizaciones, el diseño
existente inalterado, un filtro
estructural y los espesores mínimos deben atenerse a las normas vigentes.
geotextil, filtro granular o membrana granular o membrana impermeable sobre la subrasante, una subbase de material granular grueso, sobre ésta un filtro granular o base (opcional) y en la superficie la capa de hormigón poroso.
Figura 2: Ejemplo pavimento de hormigón poro so (Flor ida, Estad os Unidos ).
No obstante, por las características especiales de estos pavimentos, se hace necesario además, describir y
La principal ventaja que presentan los
analizar la situación de desarrollo en
pavimentos porosos, es que reducen el
que se encuentran otros dos aspectos,
flujo superficial proveniente de lluvias
que resultan fundamentales para un
En la Figura 2 se puede apreciar
torrenciales mediante la infiltración, al
adecuado funcionamiento: el diseño de
un pavimento construido con
evitar que la zona pavimentada sea
la mezcla y el diseño hidráulico.
hormigón poroso.
totalmente impermeable. Además,
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Diseño de la mezcla de hormigón
encontrar la cantidad de agua con la
de contacto entre el hormigón y la
poroso
cual la pasta adquiere un brillo metálico
subrasante. Si la tasa de infiltración del
La resistencia y permeabilidad
(FCPA, 1990). Generalmente, este
terreno es mayor que la intensidad de
obtenidas con un pavimento poroso
valor está en el rango de 0,3 a 0,36.
la lluvia, el espesor necesario de la
están determinadas por la mezcla que
subbase quedará determinado en
se va a utilizar. Las variables que
Con un elevado contenido de vacíos,
función de la porosidad del material de
afectan el comportamiento del
aumenta la permeabilidad y disminuye
la subbase, considerada generalmente
hormigón poroso son: granulometría,
la resistencia. Este porcentaje de
como 0.3 para efectos de diseño
dosis de cemento, razón agua/cemento
vacíos está determinado por la energía
(MINVU, 1996).
y contenido de vacíos.
de compactación entregada, junto con
La granulometría utilizada resulta
las variables ya mencionadas. Para
fundamental en las propiedades que
que una mezcla sea considerada
tendrá el hormigón poroso. Se debe
porosa, debe tener como mínimo un
utilizar árido chancado con ausencia
15% de huecos. Se recomienda
A la hora de construir estos
casi total de finos, pues
además que este contenido no supere
pavimentos, además de los cuidados
impermeabilizarían la mezcla; tener un
el 25% por la poca estabilidad de la
propios de cualquier proceso, deben
tamaño de agregado bastante uniforme
mezcla.
considerarse con especial atención
para obtener un porcentaje elevado de vacíos (del orden del 40%) y un
Construcción de Pavimentos Porosos de Hormigón
otros elementos.
Diseño hidráulico
El pavimento permeable debe tener un
tamaño máximo de árido de 10 mm,
Para determinar el espesor de diseño
perfil relativamente plano. Si se aplica
para permitir una adecuada
considerando las necesidades
sobre una pendiente pronunciada, las
terminación superficial.
hidráulicas, es necesario analizar
aguas lluvias absorbidas por la capa de
Una mayor dosis de cemento generará
cuatro factores: la selección de una
hormigón poroso comenzarán a
un hormigón más resistente, pero
lluvia de diseño, considerando un
escurrir en la subbase, generando
demasiado cemento disminuirá el
período de retorno de 5 años si aguas
subpresiones que pueden dañar las
porcentaje de vacíos interconectados
abajo existe una red de drenaje bien
losas. Si las pendientes requeridas son
en el hormigón, perdiendo este su
desarrollada, ó 10 años si esta no
mayores al 1%, se deben construir
capacidad de infiltración. Es
existe; la tasa de infiltración del
barreras impermeables
recomendable usar una dosis que
terreno, tomando el promedio de
perpendiculares al escurrimiento de las
valores obtenidos en diferentes lugares
aguas (MINVU, 1996).
400 kg/m , según requisitos de
representativos; el volumen de afluente
Al contener esta mezcla muy poca
resistencia y permeabilidad (GCPA,
acumulado, proporcional a la
agua, se debe humedecer la subbase
1999).
intensidad de la lluvia, su duración, el
antes de aplicar el hormigón. En caso
La dosis de agua utilizada tiene una
área aportante y el coeficiente de
contrario, la subbase seca acelerará el
gran repercusión en las propiedades de
escurrimiento de esta superficie y el
tiempo disponible para colocación,
la mezcla. Una cantidad insuficiente de
volumen infiltrado en el terreno natural,
compactación y fraguado del
agua resultará una mezcla sin
proporcional al área del pavimento
pavimento poroso en terreno.
consistencia y con una baja
poroso, a la tasa de infiltración de la
resistencia. Una cantidad excesiva de
subrasante y al tiempo transcurrido.
3
fluctúe entre los 350 kg/m y los 3
agua, generará una pasta que sellará
El ancho aconsejado de aplicación fluctúa entre 3 y 5 metros, al igual que
los vacíos de la mezcla y que, además,
El volumen de almacenamiento
los pavimentos tradicionales de
lavará el cemento desde la superficie
necesario se calcula entonces, como la
hormigón. Las guías laterales son
del agregado, produciendo una baja
máxima diferencia en el tiempo entre el
similares a las convencionales,
resistencia al desgaste superficial.
volumen afluente y el volumen
diferenciándose por la inclusión de un
Actualmente, existe consenso sobre el
infiltrado. Si la tasa de infiltración del
listón de madera adherido sobre éstas
hecho que la razón agua/cemento es
terreno es siempre mayor que la
para establecer un sobre espesor de
en realidad una covariable,
intensidad de la lluvia, incluso que la
compactación. Una vez que el
determinada por la cantidad y tipo de
de menor duración, entonces no se
hormigón ha sido esparcido y nivelado,
cemento y por la granulometría
requiere un volumen de acumulación
estos listones son removidos a modo
empleada. Se suele utilizar como
en la subbase. Bastará, para los
de poder compactar la mezcla con un
criterio para determinar este valor, el
requisitos hidráulicos, con la superficie
rodillo del ancho total de la losa. Los
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listones empleados pueden llegar a ser
recomendables operaciones como
mantenimiento desde la construcción
de 3/4 pulgada, dependiendo de la
pulimiento, pues puede obstruir o
que evite la llegada de sedimentos a la
consistencia de la mezcla y el espesor
sellar los poros de la superficie
superficie, pues éstos pueden obstruir
del pavimento (FCPA, 1990).
disminuyendo su permeabilidad. No
sus poros.
obstante, debe corregirse cualquier
Para evaluar la capacidad de
El sistema de vibrado empleado es del
defecto superficial inmediatamente en
infiltración de un pavimento poroso, el
tipo “strike off”, o de impacto
forma manual.
método normalmente utilizado en la
superficial. Se recomienda en la
mayor parte de los países del mundo,
mayoría de los casos usar un vibrador
Las juntas requeridas en los
es el de medir su permeabilidad
mecánico en el modo más lento
pavimentos porosos difieren a las
mediante la utilización de
posible. Si en caso contrario, se
convencionales, debido a que el
permeámetros. Uno de los más
implementan frecuencias de vibrado
pavimento poroso tiene menos de un
utilizados y normalizado en varios
altas, lo más probable es que el
tercio de la retracción de un hormigón
países, es el permeámetro LCS
hormigón se sobre compacte, alterando
común. El espaciamiento de las
(Figura 3), que mide el tiempo que
así la estructura de huecos y por ende
junt uras transversales es de
tarda en descender el nivel de agua
la permeabilidad. Inmediatamente
aproximadamente 15 a 20 metros. En
entre dos marcas, evacuando el agua a
después del vibrado de impacto, se
este caso, los equipos convencionales
través de un pequeño orificio. A pesar
debe utilizar un rodillo pesado de fierro,
no son aplicables, debiendo utilizarse
de que el permeámetro LCS permite
del ancho total de la losa, para
un rodillo especial con una hoja filosa.
obtener resultados adecuados de
compactar la mezcla a la altura de las
La experiencia ha mostrado que las
permeabilidad para comparar distintos
guías. Dependiendo de la consistencia
junt as de dila tació n tér mica no so n
estados de la drenabilidad de un
de la mezcla y de la temperatura
necesarias en estos pavimentos
pavimento, no es muy representativo
ambiente, puede necesitarse más de
(Paine, 1992).
de la forma real en que se presentan
una pasada del rodillo, el que debe 2
las lluvias. Además la experiencia ha
generar una presión de 4 a 7 t/m , y
El curado es uno de los elementos
mostrado que sus mediciones no son
que, además, debe ser limpiado y
fundamentales para obtener un
muy sensibles al estado del pavimento
aceitado antes de cada pasada. La
pavimento con las condiciones
después de una limpieza, pudiendo los
experiencia muestra que las juntas
deseadas. Este proceso requiere una
efectos parecer muy pequeños, nulos e
longitudinales son más susceptibles a
mayor atención y cuidado que el que
incluso negativos; por ello se hizo
desconche. Una compactación
se tiene en los pavimentos de
necesario desarrollar sistemas de
adicional en esta zona es necesaria
hormigón convencionales, debido a la
medición complementarios. Uno de
para evitar la aparición de estas fallas.
gran superficie de contacto del
estos dispositivos se denomina
hormigón con el ambiente. Un
permeámetro de Zarauz (Figura 3) que,
El paso del rodillo debe terminarse no
incorrecto proceso de curado en los
a diferencia del LCS deja caer el agua
más allá de 20 minutos después de la
primeros 7 días puede reducir la
al pavimento desde una cierta altura,
vibración de impactos. Debido a la
durabilidad de la superficie en un
filtrándose libremente sobre este, lo
textura abierta de la mezcla, la pérdida
60%. El método de curado más
cual representa de mejor forma
de humedad se produce a gran
común, es cubrir la superficie y los
la realidad.
velocidad y el inicio del fraguado es
costados con una membrana de
muy rápido. Un rodillado tardío va en
polietileno. El proceso de curado debe
desmedro de la terminación de la
comenzar inmediatamente después
superficie. Si el hormigón ha fraguado,
de compactar y producir las juntas
el rodillo no compactará al nivel
transversales.
deseado. Además, un rodillado tardío produce agrietamiento superficial del mortero e incrementa la posibilidad de aparición futura de fallas, como
Conservación de la Permeabilidad en Pavimentos Porosos
desconches o grietas mayores. Usualmente no es necesario realizar
Uno de los inconvenientes que se
operaciones de terminación después
pueden presentar en los pavimentos
Figura 3: Permeámetro LCS (derecha) y
de la compactación, no siendo
porosos es que necesitan un
perm eámet ro Z arauz (izqu ierda ).
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Con este método se toman dos tipos de medidas: tiempo total de la
Máquina autopropulsada de limpieza con sistema presión-aspiración
organizado, características que deben cumplirse al construir cualquier
desaparición del agua de la
pavimento, pero que en este caso se
superficie y máxima distancia
ven resaltados aún más por la alta
recorrida por el agua antes de su
velocidad de fraguado de este tipo de
penetración.
mezclas. Si queremos conservar
Para realizar las operaciones de
adecuadamente la permeabilidad de
limpieza, varios son los modelos
los pavimentos y realizar un
de máquinas que se utilizan,
seguimiento correcto, debemos
centrándose la mayor parte en
diseñarlos con contenidos de huecos
máquinas autopropulsadas con
elevados, pavimentar los accesos
un equipo de lavado-succión
inmediatos de vehículos y las zonas
trasero con agua, de alta potencia
Figura 4a.
aledañas, pavimentar una vez que
y anchura de 2,5 metros (Figura
hayan finalizado las obras de
4a y Figura 4b).
urbanización y cuando no queden
El agua es, en un gran
movimientos de tierras que realizar y
porcentaje, recuperada y filtrada
limpiar los pavimentos periódicamente
para continuar siendo utilizada en
con máquinas adecuadas, debiendo
el proceso.
iniciarse ésta a más tardar al año de la construcción. Al aplicar esta nueva tecnología en
La presión de trabajo, la
Chile, podremos adquirir experiencia y
velocidad de circulación de la
adaptar los procesos y
máquina y el número de pasadas
recomendaciones a las características
adecuan la intensidad de la
Figura 4b.
limpieza a la necesidad de limpieza del pavimento. Valores experimentales muestran que en algunos casos la pérdida de permeabilidad que se puede producir en el primer año es recuperable en un 50% y que, manteniendo la frecuencia anual, las pérdidas del segundo año se pueden recuperar en un 70%. En relación a la periodicidad con que debe realizarse la limpieza, parece razonable hacerlo una vez al año y después de las lluvias prolongadas, que hayan podido ablandar al máximo la suciedad depositada y así alcanzar los mejores resultados con el menor esfuerzo.
de nuestros materiales.
Conclusiones Referencias Para utilizar pavimentos porosos de hormigón como solución para
- EPA, (1999), Storm Water
problemas de aguas lluvias, debemos
Technology Fact Sheet, Porous
enfocar nuestros esfuerzos en tres
Pavement, EPA 832-F-99-023
aspectos fundamentales: un correcto
Washington, D.C., Estados Unidos.
dimensionamiento de la estructura para
- FCPA, Florida Concrete and Products
satisfacer requerimientos estructurales
Association (1990), Construction of
e hidráulicos y que incluya un
Portland Cement Pervious Pavement,
adecuado diseño de la mezcla, un
Florida, Estados Unidos.
correcto proceso constructivo, un buen
- GCPA, Georgia Concrete and
plan de mantención que evite la
Products Association (1999),
colmatación y que comience desde el
Recommended Specifications for
momento de la construcción.
Portland Cement Pervious Pavement, Georgia, Estados Unidos.
Para el dimensionamiento es necesario
- MINVU (1996), Técnicas alternativas
conocer la capacidad de infiltración del
para soluciones de aguas lluvias en
terreno y el período de retorno del
sectores urbanos, guía de diseño,
De forma general, finales de invierno o
diseño, para determinar los volúmenes
Chile.
principios de primavera suelen ser las
de agua máximos con los que se va a
- Paine J, (1992). Portland cement
épocas más recomendables.
trabajar.
pervious pavement construction.
En todo caso, la evolución de la
Durante la construcción, se debe cuidar
Concrete Construction Journal.
permeabilidad debe marcar la pauta.
que el proceso sea continuo y
Estados Unidos.
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