Influencia del porcentaje de vacíos sobre la trabajabilidad en estado fresco y la resistencia a la compresión en estado endurecido de un concreto permeable
K. Plasencia, P. Saravia Sumario. En este trabajo se
determinó el porcentaje adecuado de vacíos que se debe agregar a un diseño de mezcla de concreto permeable. Los porcentajes de vacíos son !" # $"%, evaluados &rente a un concreto con "% de vacíos, al que llamamos muestra patrón. El diseño tiene una relación agua'cemento de ".( en peso. Se realizaron ensa#os en estado &resco # de resistencia a la compresión a ) # !( días.
Los ensa#os realizados en estado &resco &ueron *sentamiento por medio del +ono de *brams # peso unitario llegando a la conclusión que el óptimo porcentaje de vacíos para nuestro diseño es de !"%. Para evaluar al concreto en estado endurecido se realizaron ensa#os de permeabilidad # de resist resistenc encia ia a compre compresió sión. n. En la resist resistenc encia ia a la compre compresió siónn se ensa# ensa#aro aronn ! probet probetas as cilíndricas de !-cm /"cm de acuerdo a la norma 01P //2."//3 2 para siete días de curado # las otras 2 para catorce días de curado en poza de agua saturada con cal. La ma#or resistencia obtenida en concreto poroso &ue con !"% de vacíos, la cual alcanzó 22.!" 4g'cm $, a catorce días de curado mientras que con el concreto patrón se alcanzó una resistencia de !-"." 4g'cm$. Los resultados obtenidos del ensa#o en concreto &resco # en concreto endurecido indican que a medida en que se aumenta el porcentaje de vacíos en la mezcla, la trabajabilidad # la resistencia a la compresión disminu#en.
5n t6e present researc6 researc6 it 7as determined determined t6e appropria appropriate te percenta percentage ge o& gaps t6at must be added to a miture design o& pervious concrete. 16e percentages o& empt# are !" and $"%, 7eig6ed against a concrete 7it6 "% accurac#, 76ic6 7e call sign pattern. 16e design 6as a 7ater'cement ratio o& ".( b# 7eig6t. 8res6 state tests o& resistance to compression at ) and !( da#s 7ere made. Abstract.
*ssa#s 7ere per&ormed in &res6 9ensit# and Settlement via *brams cone concluding t6at t6e optimal percentage o& voids &or our design is !"%. 1o assess t6e concrete in 6ardened state permeabilit# tests and compressive strengt6 7ere per&ormed. 5n t6e compressive strengt6 o& test c#linders eig6teen !-cm /"cm according to t6e standard 01P //2 "//, 2 curing &or seven da#s and t6e ot6er nine to &ourteen da#s a&ter curing pond 7ater saturated 7it6 lime 7ere tested. 16e greatest resistance 7as obtained in porous concrete 7it6 !"% accurac#, accurac#, 76ic6 reac6ed 22.!" 4g'cm $, to &ourteen da#s curing 76ile t6e concrete pattern 7it6 a resistance o& !-"." 4g'cm $ 7as reac6ed. 16e results o& t6e test &res6 concrete and 6ardened concrete &ar indicate t6at t6e percentage o& voids in t6e miture, t6e 7or4abilit# and decrease t6e compressive strengt6 is increased.
1. Introducción
$. El concreto permeable es un concreto 6idr:ulico # poroso, esto quiere decir que sus principales características &ísicas est:n 6ec6as de un alto contenido de vacíos a di&erencia del concreto convencional, cu#as propiedades est:n dadas principalmente por agregados &inos, agregados gruesos, agua # cemento. La consistencia del concreto permeable se nutre del cemento Portland, que al agregarle agua, #a sea solo o mezclado con arena # grava, asbesto u otros materiales similares tiene la propiedad de &raguar # endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la 6idratación # que, una vez endurecido, conserva su resistencia # estabilidad. /. El concreto permeable 6a demostrado ser bene&icioso económicamente debido a varios &actores, entre los que se encuentran los siguientes reducción de drenaje pluvial en estacionamientos # calles de tr:nsito ligero, evitando enc6arcamientos en la super&icie , a6orro en el mantenimiento del :rea donde se instala el concreto permeable, sin la necesidad de utilizar equipos para drenar, eliminación parcial o total de sistemas de alcantarillado en zonas residenciales, reducción de costos de transportación # energía durante la producción # colocación, &acilidad de obtener los agregados, agua # cementantes en cualquier localidad o región, ma#or tiempo de vida # menor costo de mantenimiento en comparación con otro tipo de pavimentos. (. *dem:s, el concreto permeable 6a demostrado tener tambi;n ventajas ambientales, entre los que se encuentran los siguientes retención de contaminantes, tales como aceites, anticongelantes # otros líquidos derivados del petróleo, que un momento dado podrían desembocar en
lagos, ríos # oc;anos, &acilita el uso de geot;tiles para la retención de aceites, evitando la contaminación de las capas in&eriores del suelo, reducción de la contaminación de agua de lluvia, ocasionando la disminución en el tratamiento de ;sta, permite la in&iltración del agua de lluvia 6acia el subsuelo reduciendo la cantidad de agua en los sistemas de drenaje, creación de nuevas t;cnicas de construcción sustentable, basadas en la reducción de contaminantes, reduce la captación de radiación solar, disminu#endo la temperatura del medio donde se encuentra instalado gracias a la estructura de poro abierto, &acilita la captación de agua # aire de los :rboles en :reas que se encuentran pavimentadas con este material. -. La permeabilidad del concreto no es sólo &unción de la porosidad . Los poros que eisten en el concreto pueden proceder de la estructura interna de los granos de cemento, el aire que intencionalmente se puede incorporar, la estructura interna de los agregados, el asentamiento de la mezcla, los capilares originados en la inter&ase de los di&erentes componentes, el gel producto de las trans&ormaciones químicas # de la evaporación de parte del agua. Eisten algunos casos en que la porosidad no es directamente proporcional a la
permeabilidad es posible introducir en el concreto una red de poros microscópicos no conectados entre sí, que protegen el concreto # mejoran la impermeabilidad. Sin embargo, en general, puede a&irmarse que, a ma#or porosidad, ma#or permeabilidad de la pasta. ). +alderón, ?. # +6arca, @., abordó el estudio del concreto poroso o permeable para su aplicación en la construcción # la in&luencia de los siguientes par:metros 8orma de los agregados, Aranulometría de los agregados, Porcentaje de vacíos # Permeabilidad. . Bel:squez, @., estudió el uso del concreto permeable por su capacidad de almacenamiento permite disminuir las dimensiones de las cunetas # cuando se diseña la alternativa de berma C subdren, esta permite eliminar la cuneta. El mantenimiento en este tipo de solución asegura el buen &uncionamiento del sistema de drenaje. Se obtiene una alternativa t;cnica de diseño # construcción de bermas, cunetas # subdrenes utilizando como principal material de construcción el concreto permeable. Depresenta una apreciable ventaja desde el punto de vista económico. 2. 9e acuerdo a esto se estudió la in&luencia del porcentaje de vacíos sobre la trabajabilidad, epresado en t;rminos de densidad # asentamiento del concreto &resco, # la resistencia a la compresión en estado endurecido de un concreto permeable. !". Es importante conocer la in&luencia que tiene el aumentar el porcentaje de vacíos en el diseño de mezcla de un concreto permeable, porque nos permite conocer el porcentaje óptimo de vacíos para que la mezcla alcance buenas propiedades de drenaje. !!.
12.
Parte Experimental
!/. El concreto permeable estudiado estuvo constituido por grava /' <+antera del +6icama C La Libertad=, cemento tipo 5 FS <+emento Pacasma#o= # agua potable <1rujillo=. !(. Se preparó !-/ 4g de mezcla de concreto &resco para los ensa#os de asentamiento # peso unitario # se con&eccionaron ! probetas cilíndricas de concreto endurecido de !- cm de di:metro # /" cm de altura de acuerdo a norma 01P //2."// para los ensa#os de resistencia a la compresión, densidad # permeabilidad. !-. 15.1
Diseño Experimental
16.
!). Se aplicó el diseño eperimental tipo uni&actorial, teniendo como &actor el porcentaje de vacíos, con / niveles "%, !"% # $"%. Las variables dependientes &ueron la trabajabilidad del concreto &resco, el cual &ue evaluado en t;rminos de $ ensa#os ensa#o de asentamiento # ensa#o de peso unitario. La otra variable dependiente &ue la resistencia a la compresión del concreto endurecido, el cual &ue medido a ) # !( días de curado. !. 18.1 19. 20.
Procedimiento
Diseño de mezcla
$!. $$. En la tabla 5 se muestra uno de los diseños de mezcla empleados, el cual corresponde a la dosi&icación de $"% de vacíos con respecto al peso del cemento. $/. $(. Tabla I $-. 9iseño de mezcla empleado con $"% de vacíos 26. 27. emento !"#$ %&.
Dosificación
$.
$2. $$2.2)
/!.
(.$2 /$.
'iedra !"#$ %%. A#ua !"#$
!)!(./(. 2!.2
%6.
Total !"#$
/). $"/>.(-
/2. 40. 41. 42. 43. Caracterizacin del concreto en estado !resco 44.
(-. Gna vez obtenida la mezcla se procedió a medir la trabajabilidad del concreto en estado &resco, en base a ensa#os de &luidez # peso unitario. (>. Los ensa#os realizados &ueron $ etensión de &lujo <*S1F + !(/= # peso unitario <*S1F + !/=. El primer ensa#o &ue el de etensión de &lujo, cu#o objetivo era evaluar la capacidad de &luir del concreto #, adem:s, comprobar visualmente la posible segregación del mismo. El siguiente &ue el de peso unitario, cu#o objetivo era cuanti&icar el porciento de vacíos.
presentes en cada una de ellas. 9e los /-. ensa#os realizados se demostró que a medida que la relación de vacíos aumenta el peso /. unitario disminu#e. --. El promedio del peso unitario del concreto en estado &resco a !"% de vacíos es de !$/.-/ 4g'cm/3 mientras que a $"%, es de !)-2.)> 4g'cm/. 0otamos que los pesos unitarios a !" # $" % de vacíos se encuentran mu# alejados del rango de un concreto normal que varía entre $ $"" C $ ("" 4g'mI. ->. El concreto cuando posee ma#or cantidad de vacíos, su peso unitario disminu#e, por ende el concreto se 6ace m:s ligero #a que en estos espacios se encuentra el aire atrapado, el cual es de menor peso que las partículas de mezcla. -). El principal &actor que in&lu#e en el peso unitario es el con&ormado #a que con una buena compactación se generan ma#ores pesos unitarios. ().
4".
48. Caracterizacin del concreto en estado end#recido 49.
-". Los cilindros de concreto de !-cm de di:metro /"cm de alto se ensa#aron a las edades de ) # !( días, desde la &ec6a de con&ección del 6ormigón. Hstos consistieron en la determinación de la resistencia a compresión <*S1F + /2= # permeabilidad <*S1F + $"=. -!. 52. Resultado y discusión (%.
-/.!
Ensa$o del peso #nitario
-(. En la &igura ! se gra&ican los pesos unitarios <4g'm/= alcanzados por la mezclas con respecto a los porcentajes de vacíos
-2. *i#ura +. Peso Gnitario vs Porcentaje de vacíos 6&.
60.1 Ensa$o de asentamiento por medio de cono de %&rams
>!. En la &igura $ se gra&ican los slump
una de ellas. 9e los ensa#os realizados se demostró que a medida que se aumenta porcentaje de vacíos en la mezcla de concreto permeable, el slump que alcanza la mezcla aumenta, es decir, su consistencia se vuelve menos seca. Por lo tanto, el slump es directamente proporcional al porcentaje de vacios que posea una mezcla de concreto permeable. >$. 1ambi;n se observa que al aumentar el porcentaje de vacíos, se reduce la cantidad de cemento, por lo tanto 6abr: menos cemento que 6idratar, por este motivo es que la mezcla se encontró menos seca a medida que se aumentaba el porcentaje de vacíos. >/.
>). En las probetas con siete días de curado <&igura /= la ma#or resistencia a la compresión es de !2.-( 4g'cm$ con "% de vacíos, esto se debe a que presenta menor espacio vacío # por lo tanto, menor capilaridad, lo que a su vez lo 6ace menos susceptible al ingreso por 6umedad de sul&atos # sales que por ser cristales aumentarían de tamaño dentro del concreto ocasion:ndole grietas. 0o ocurre lo mismo con el porcentaje de $"% #a que presenta poros mu# grandes, dando a la probeta un aspecto rugoso. >. La &igura - muestra que la resistencia a compresión de probetas porosas tiene el mismo comportamiento que el concreto convencional en su evolución a di&erentes edades. >2. La resistencia a compresión est: in&luenciada por los materiales componentes, el es&uerzo de compactación # por el contenido de vacíos. )".
>(. *i#ura 2. Porcentaje de vacíos vs Slump >-. 65.1 Ensa$o de resistencia a la compresin
>>. En las &iguras / # ( se gra&ican las resistencias <4g'cm$= obtenidas por las probetas de concreto curadas a ) # !( días de curado, respectivamente, con respecto al porcentaje de vacíos <%= usado para su preparación. 9e los ensa#os realizados se demostró que a medida que aumenta el porcentaje de vacíos, la resistencia a la compresión disminu#e.
)!. *i#ura %. Desistencia a la compresión vs Porcentaje de vacíos en probetas con siete días de curado )$.
)/.
)(. *i#ura ,. Desistencia a la compresión vs Porcentaje de vacíos en probetas con catorce días de curado
se debe a que eiste menor cantidad de cemento. )2. El gel de cemento es el que con el paso del tiempo endurece # reduce la porosidad del concreto, pero a medida que reducimos la cantidad neta de cemento, la variación de la porosidad respecto al tiempo ser: menor. ". El concreto diseñado con el !" % de vacíos es aquel que nos dio mejores resultados, en el sentido de mantener en buenas condiciones la cualidad de permeabilidad # co6esión del concreto, #a que con $" % las probetas su&rían desmoronamientos. !.
)-. )>.
p1 A 7 días
p3
A 14 días
$. *i#ura 6. 1iempo de curado vs +oe&iciente de porosidad
)). *i#ura (. +omparación de las Desistencia a la compresión para siete # catorce días de curado con respecto al porcentaje de vacíos "".1 Ensa$o permea&ilidad
p2
83.
de
). En las &iguras > # ) se gra&ican el tiempo de curado con respecto al coe&iciente de porosidad a !"% # a $"% de vacíos, respectivamente. 9e los ensa#os realizados se demostró que a medida que aumenta el porcentaje de vacíos, la variación del coe&iciente de permeabilidad es menor, esto
(.
/. Aarcía Divero, @os; Luis. Manual técnico de construcción, Op. cit.,
(. -.
p1
p2
p3
>. -. *i#ura 7. 1iempo de curado vs +oe&iciente de porosidad <$"% de vacíos= >. )7. onclusiones
. Los resultados obtenidos del ensa#o en concreto &resco # en concreto endurecido indican que a medida en que se aumenta el porcentaje de vacíos en la mezcla, la trabajabilidad # la resistencia a la compresión disminu#en. 2. E l porcentaje de vacíos óptimo que se debe agregar a una mezcla de concreto permeable es de !"% sobre el peso del cemento. 2". L a ma#or resistencia obtenida en concreto permeable &ue con !"% de vacíos, la cual alcanzó 22.!" 4g'cm$, a catorce días de curado mientras que con el concreto patrón se alcanzó una resistencia de !-"." 4g'cm $. 2!. -2.
eferencias
!. 0ormas meicana 0FJ+(!( 00++E. $. +oncreto permeable, F;ico, 5nstituto meicano del cemento # del concreto, $"", p:g. !.
).
p:g. )). 777.concreto permeable.com'aplicaciones.6tml. +oncretos permeables # ecológicos concretos permeables, sistemas para la recuperación # aprovec6amiento del agua pluvial por medios de pesos # pavimentos porosos. F;ico, +ocreto, p. !( <&ormato P98= M5n&ormación del estudio realizado por EP*, $""(. Para ma#or re&erencia v;ase aneoN. 777.pervius pavement.org'Oene&it, porcentaje $" enviromental.6tm Manual de manejo . F;ico, Secretaria de 1ransportes # Bialidades, $""2.
. Salazar Dodríguez, *urelio. Auía para el diseño de pavimentos rígidos, 5nstituto meicano del cemento # del concreto, $"", p:g. (2. 2. 6ttp''777.perviouspavement.o rg'miture %$"proportioning.6tm !". P;rez Damos, 9aniel, Estudio eperimental de concretos permeables con agregados andesíticosQ, tesis de maestro en 5ngeniería +ivil +onstrucción, 8acultad de 5ngeniería, Gniversidad 0acional *utónoma de F;ico, F;ico, $""2, p. $>. !!. 0orma *+5 $!!./D !22 !$. +urso b:sico sobre tecnología del concreto, +9DF, F;ico, +emento *pasco, $""-. !/. 0orma *+5 + $"( !(. 5nvestigación de durabilidad # patología del concreto de
Enrique Divva L $""> p:gina !! !-. 6ttp''es.scribd.com'doc'!!(2>$ )('Permeabilidadde +oncretos
!>. 0. Subramanian, +oncreto permeable C un material ecológico que contribu#e al a6orro de los recursos 6ídricos &rente a la escases de agua .
2/. 94.