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I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETO DE ESTUDIO
En las últimas décadas se vienen presentando problemas en la
evacuación de aguas pluviales y en las condiciones de escurrimiento
aguas abajo (arrastre de materiales sólidos y varios contaminantes
depositados en las calles), principalmente por el crecimiento acelerado
de las ciudades, asociado al amplio uso de pavimentos convencionales
(impermeables). El uso indiscriminado de estas estructuras en áreas
urbanas incrementa notablemente el volumen y el caudal del
escurrimiento superficial, aumentado los riesgos de eventuales
inundaciones en los sectores más bajos de las zonas urbanas,
desfavoreciendo de esta manera las condiciones de escurrimiento de
agua pluvial y disminuyendo la capacidad de recarga natural de agua en
los terrenos.
as ciudades del !erú "an venido e#perimentando un crecimiento
urbano acelerado y a$o tras a$o% durante las estaciones lluviosas se dan
importantes inundaciones en zonas urbanas. a ciudad de !uno no es
ajena a esta situación, pues la evacuación de aguas pluviales genera
escurrimientos de las mismas con considerables caudales,
principalmente en el centro de la ciudad (debido a la topograf&a),
generalmente este fenómeno sucede durante el periodo de lluvias
(noviembre'febrero), afectando negativamente la circulación peatonal y
ve"icular.
i la situación actual prevalece, a$o tras a$o durante el periodo de
lluvias se seguirán presentando los problemas de circulación en las
zonas céntricas y bajas de la ciudad de !uno (escurrimiento de aguaspluviales con considerables caudales e inundaciones en zonas bajas).
!ara superar esta situación actual, se propone el uso de concreto
permeable como pavimento r&gido en v&as céntricas de la ciudad de
!uno, evitando ue la escorrent&a superficial afecte el desarrollo urbano.
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1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.1.1 PROBLEMA GENERAL
' *e puede obtener concreto permeable apropiado para su
aplicación en pavimentos de la ciudad de !uno, con
resistencia de +- g/cm0 utilizando agregados de la cantera
1utimbo, adiciones de tiras de plástico y aditivo reductor de
agua2
1.1.2 PROBLEMA ESPECÍFICO (Sistematia!i"# $e% P&'%ema)
' *os agregados provenientes de la cantera 1utimbo son
adecuados para la producción de concreto permeable2
' *a resistencia a la compresión del concreto permeable,
elaborado con agregados de la cantera 1utimbo, con adición
de tiras de plástico y aditivo reductor de agua, es adecuada
para el uso del mismo en pavimentos de la ciudad de !uno2
' *e puede proponer el dise$o de un !avimento 3&gido con
1oncreto !ermeable en v&as céntricas de la ciudad de !uno2
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II. ANTECEDENTES
!ara disminuir los efectos relacionados a las problemas en la
evacuación de aguas pluviales y las condiciones de escurrimiento aguas,
en los últimos a$os se "a desarrollado a nivel mundial un modo
alternativo de dise$ar pavimentos, construyendo estructuras ue
permitan el paso del agua a través de la capa superficial "acia el interior
de la estructura, evitando as& la acumulación de agua en su superficie y
el escurrimiento superficial aguas abajo, condiciones ue generan los
dos problemas asociados a pavimentos impermeables. (E!4, +555)
os primeros usos reconocidos del concreto permeable se dieron en
Europa en el siglo 676. in embargo, sus aplicaciones crecieron
especialmente al concluir la egunda 8uerra 9undial, como una
respuesta ante la necesidad de reconstruir edificaciones y carreteras con
medios limitados. a escasez de materiales, as& como el alto costo de
estos y su transporte, dieron paso a la utilización de un concreto sin finos
ue disminu&a los contenidos de cemento (pasta) en las mezclas y
permit&a reciclar escombro. (4rrieta, 0::;).
En Estados <nidos, el concreto permeable surgió en la década de +5:
como una respuesta ante el aumento en los niveles de escorrent&a
superficial producto de un aumento en áreas urbanizadas con
coeficientes de escorrent&a altos. 1on el tiempo, se dio paso al uso de un
material poroso ue permitiera transformar la escorrent&a superficial en
infiltración y además cumpliera una función práctica dentro del desarrollo
urbano. (4rrieta, 0::;).
=avier 1astro, >ernán de olmini"ac, 1arlos ?idela y @onifacio
Aernández en el vol. 0B CD de la revista de investigación F7ngenier&a de
1onstrucciónG presentan el trabajoH FEstudio de dosificaciones en
laboratorio para pavimentos porosos de "ormigónG, realizada en la
!ontificia <niversidad 1atólica de 1"ile 0::5. os investigadores
durante este estudio mostraron la deducción de una ecuación ue
permite dosificar "ormigones porosos en función de la razón agua'cemento y del porcentaje de vac&os interconectados ue se reuieren en
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el "ormigón endurecido. <sando esta ecuación se analizó el
comportamiento de +; mezclas de "ormigón poroso conteniendo
razones agua'cemento entre :,05 y :,B+. as probetas fueron fabricadas
en laboratorio y compactadas con rodillo pesado simulando el proceso
constructivo en terreno. os resultados permitieron caracterizar de buena
forma el comportamiento estructural e "idráulico de estas mezclas.
3elaciones entre el porcentaje de vac&os en el "ormigón endurecido y la
tasa de infiltración, la resistencia a fle#otracción y la densidad en estado
fresco son presentadas.
3oberto =. Aernández 4rrieta y 4lejandro Cavas 1arro en su tesisH
FIise$o de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión unia#ial
y su permeabilidadG, realizada en la <niversidad de 1osta 3ica, facultad
de ingenier&a civil, <niversidad de 1osta 3ica, an =osé, 1osta 3ica
0::;. os autores en la investigación analizaron el efecto ue tienen,
sobre +5 mezclas de concreto permeable, la relación agua/cemento, la
relación agregado grueso/cemento y el tipo de agregado grueso utilizado
(procedencia y tama$o má#imo). os resultados obtenidos permitieron
observar tendencias de comportamiento entre las distintas propiedades y
la resistencia y permeabilidad del material.
Aredy 3eyes y 4ndrés Jorres en el ?ol. + CD 0 de la revista de
investigación F7ngenier&a de 1onstrucciónG presentan su trabajoH FEfecto
Ie as Aibras !lásticas En a Ale#ión Ie Estructuras Ie !avimentos
IrenantesG, realizada en la !ontificia <niversidad =averiana,
Iepartamento de 7ngenier&a 1ivil, 1olombia 0::0. os investigadores alo largo del estudio dise$aron un pavimento r&gido con una estructura
permeable con adiciones de tiras de plástico de diferentes medidas (de 0
mm # +: mm y de B mm # 0: mm) y en diferentes porcentajes (:.:0-K,
:.:-K, :.:-K, :.+::K, :.0::K, :.::K, :.B::K y :.-::K),
efectuando ensayos a fle#ión, la tracción indirecta y el módulo de
elasticidad, para ue a partir de los resultados obtenidos se pueda
determinar el tipo de tira más adecuada y el porcentaje óptimo paraobtener un dise$o para un pavimento r&gido netamente permeable y ue
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este a la par con los demás pavimentos en cuanto a su comportamiento
ante los diferentes esfuerzos. 1oncluyendo ue la adición de tiras de
desec"os plásticos en un porcentaje de :.+:K con dimensiones de B
mm # 0: mm permite ue el concreto poroso mejore sus caracter&sticas
en cuanto al comportamiento ante los esfuerzos, principalmente al de
fle#ión.
4za$edo 9edina Liston >., 1"ávez =uanito >elard, 9u$oz ?aldivia y
3ic"ard 8. en su tesisH FIise$o de 9ezcla de 1oncreto !oroso con
4gregados de la 1antera la ?ictoria, 1emento !órtland Jipo 7 con
4dición de Jiras de !lástico, y su 4plicación en !avimentos 3&gidos, en
la 1iudad de 1ajamarcaG, realizada en la <niversidad Cacional de
1ajamarca, Aacultad de 7ngenier&a, Escuela 4cadémico !rofesional de
7ngenier&a 1ivil, 1ajamarca 0::. os investigadores, durante este
trabajo elaboraron mezclas, empleandoH 1ementos !órtland Jipo 7 y Jipo
71o, agua potable, agregados de la 1antera a ?ictoria, tiras de plástico,
polipropileno y aditivo reductor de agua, en distintas combinaciones y
dosificaciones. !reparando a cada espécimen de prueba (cilindros y
vigas) para realizar ensayos de resistencia a compresión y fle#ión,
respectivamente y determinar de esta manera, la mezcla con el mejor
comportamiento ante estos esfuerzos. !ara luego, analizar los
resultados estad&sticamente, concluyéndose cuál es el dise$o de mezcla
óptimo ue cumpla los reuisitos mecánicos (esfuerzos de compresión y
fle#ión) para ser utilizados en pavimentos. Ainalmente, se realizó el
dise$o del !avimento de 1oncreto !oroso, usando los parámetros
necesarios del terreno y las condiciones de tráfico ue soportará. Ensuma, la investigación e#presa el dise$o de mezcla del 1oncreto !oroso,
las propiedades y caracter&sticas del mismo% y las consideraciones ue
se deben de tomar en cuenta para su uso en pavimentos de la ciudad de
1ajamarca.
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III. JUSTIFICACIÓN
En nuestro pa&s, la tecnolog&a del concreto permeable todav&a no se
viene implementando como solución a los problemas acarreados por la
evacuación de aguas pluviales y el uso generalizado de pavimento
convencional (impermeable)% no siendo el caso de otros pa&ses como,
9é#ico, 1olombia o 1"ile, donde se realizan estudios a nivel de pre y
postgrado para lograr la inclusión de este tipo de concreto en su
infraestructura vial, la posibilidad de utilizar este material en !erú
justifica esta investigación cuyo fin principal consiste en dise$ar una
mezcla de concreto permeable con agregados de la cantera 1utimbo,
adición de tiras de plástico y aditivo reductor de agua% determinando si
es adecuado para su aplicación en pavimentos r&gidos, en la ciudad de
!uno, brindando as& una alternativa de solución a los problemas ue
conlleva la evacuación de aguas pluviales (condiciones de
escurrimiento) en las zonas céntricas de la ciudad de !uno, evitando as&
el arrastre de materiales sólidos y eventuales inundaciones urbanas en
las zonas bajas.
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I*. OBJETI*OS DEL ESTUDIO
+.1. OBJETI*O GENERAL
' Iise$ar la mezcla de un 1oncreto !ermeable, utilizando
agregado de la cantera 1utimbo, adición de tiras de
plástico y aditivo reductor de agua, con resistencia a la
compresión de +- g/cm0 adecuado para su uso en
pavimentos de la ciudad de !uno.
+.2. OBJETI*OS ESPECÍFICOS
' Ieterminar las propiedades f&sicas de los agregados de la
cantera 1utimbo.
, Evaluar el uso de los porcentajes de tiras de plástico
a$adido ue ofrece mejor comportamiento de resistencia a
la compresión del concreto permeable.
' !ropuesta de Iise$o de un !avimento de 1oncreto
!ermeable, usando los parámetros necesarios del terreno
y las condiciones ue soportará.
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*. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
-.1. MARCO TEÓRICO
-.1.1 CONCRETO PERMEABLE
Ie acuerdo con el 417'-003, el concreto permeable es un
material de estructura abierta con revenimiento cero,
compuesto por cemento !ortland, agregado grueso, poco o
nada de finos, aditivos y agua. a combinación de estos
ingredientes produce un material endurecido con poros
interconectados, cuyo tama$o var&a de 0 a ; mm lo ue
permite el paso de agua. El contenido de vac&os puede variar
de un +; a un - por ciento, con resistencias a compresión
t&picas de 0.; a 0; 9!a. u velocidad de drenaje depende del
tama$o del agregado y de la densidad de la mezcla, pero
generalmente var&a en el rango de ;+ a : /min/m0.
-.1.1.1 COMPONENTES DEL CONCRETO PERMEABLE
MATERIALES CEMENTANTES
1omo materiales cementantes se pueden emplearH el
cemento !ortland de uso general (4J9 +-: y 1++-)%
cementos adicionados (4J9 1-5- y 1++-), as& como
materiales suplementarios como la ceniza volante, "umo de
s&lice y escorias de alto "orno (4J9 1M+;, 1+0B: y 15;5).
AGREGADOS!or lo general se emplean agregados gruesos de 5.-, +5.: y
"asta 0-.B mm de tama$o má#imo (4J9 1), ue puede
ser de peso normal o ligero, y de forma redondeada o
triturada. os agregados de forma redondeada producen
mayores resistencias% los de mayor tama$o superficies más
ásperas, mientras ue los de tama$o peue$o y te#tura suave
son más fáciles de colocar aunue reuieren de mayor cantidad de cemento. 3especto al agregado fino, es común
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ue no se use% sin embargo, en caso necesario se
recomienda su uso en bajos contenidos, cuidando ue no se
reduzca la permeabilidad del concreto.
AGUA
El agua potable es adecuada para la elaboración del concreto
permeable. e puede emplear agua de otras fuentes o
reciclada% sin embargo debe cumplir con lo especificado en la
4J9 1+M:0, y se debe verificar ue su empleo no influya en
el tiempo de fraguado, resistencia y durabilidad. Iebido a la
ausencia o limitada cantidad de agregado fino, la cantidad de
agua es un factor determinante en el concreto permeable. a
resistencia del concreto depende de la ad"erencia entre la
pasta de cemento y las part&culas de agregado grueso. a
falta de agua provocará la falta de ad"erencia, mientras ue el
e#ceso de agua puede generar la obstrucción de los poros.
En el primer caso se puede presentar la falla prematura de la
superficie, y en el segundo se perderá la capacidad de
filtración de la superficie, es decir, perderá permeabilidad.
ADITI*OS
<sualmente las mezclas reuieren el uso de plastificantes,
reguladores de viscosidad y retardantes. El uso de otros
aditivos como s&lice, láte#, fibras o cenizas volantes mejora las
caracter&sticas del material pero eleva los costos. El efecto de
los aditivos en las mezclas mejora sus caracter&sticas(resistencia a la compresión y a fle#ión), no afectando de
forma importante la permeabilidad.
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-.1.1.2 PROPIEDADES DEL CONCRETO PERMEABLE
-.1.1.2.1 PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO
RE*ENIMIENTO (SLUMP)
En general, es cero% sin embargo se "an usado valores en el
rango de 0: a -: mm. a prueba del revenimiento Nue se
puede realizar de acuerdo con la 4J9 1+BN no es una
prueba ue se considera para fines de control de calidad,
como en el caso del concreto convencional, sólo se considera
como un valor de referencia, debido principalmente a ue la
mezcla es demasiado r&gida y la medición del revenimiento en
la mayor&a de casos no es aplicable.
PESO UNITARIO
El peso unitario del concreto permeable es del orden del :K
del concreto convencional. u determinación se "ace de
acuerdo con lo especificado en la 4J9 1+M;;.
TIEMPO DE FRAGUADO
El tiempo de fraguado se reduce en el concreto permeable,
por lo ue en algunos casos se deben usar aditivos u&micos
para permitir la adecuada colocación.
-.1.1.2.2 PROPIEDADES EN ESTADO ENDURECIDO
POROSIDAD
a porosidad es una medida de los espacios vac&os entre losagregados. a condición para ue un concreto sea permeable
es ue el contenido de vac&os sea mayor al +-K.
PERMEABILIDAD
a permeabilidad al igual ue la porosidad depende de las
propiedades de los materiales, la proporción de la mezcla y de
los métodos de colocación y compactación. <na e#cesivacompactación reducirá la permeabilidad al sellar los poros
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necesarios para la filtración del agua. iendo este concreto
+::K permeable.
-.1.1. PROPIEDADES MEC/NICAS
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
a resistencia a compresión t&pica es del orden de + 9!a%
sin embargo, se pueden desarrollar resistencias "asta de 0;
9!a. a resistencia a compresión está influenciada por los
materiales componentes, el esfuerzo de compactación y por el
contenido de vac&os. O el método de ensayo esta normado
por la CJ! 5.:B N 4J9 1 5.
RESISTENCIA A FLE0IÓN
a resistencia a fle#ión var&a entre + y .; 9!a. u
determinación puede estar sujeta a importante variabilidad,
por lo ue es común medir la resistencia a compresión y usar
relaciones emp&ricas para estimar su valor. O el método de
ensayo esta normado por la CJ! 5.:; N 4J9 1 ;.
-.1.1.+ DISEO DE MECLA DEL CONCRETO PERMEABLE
CONSIDERACIONES B/SICAS
Iise$ar una mezcla de concreto permeable, depende de las
caracter&sticas "idráulicas y mecánicas ue ueramos ue
posea, las cuales están en función del uso del concreto
permeable en obra. En la dosificación de las mezclas de
concreto permeable, las variables ue afectan elcomportamiento del concreto permeable sonH granulometr&a,
cemento, relación agua N material cementante y contenido de
vac&os. <na mayor dosis de cemento generará un concreto
permeable más resistente, pero demasiado cemento
disminuirá el porcentaje de vac&os interconectados en el
concreto, perdiendo este su capacidad de infiltración. <na
cantidad insuficiente de agua resultará una mezcla sinconsistencia y con baja resistencia, una cantidad e#cesiva de
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agua, generará una pasta ue sellara los vac&os de la mezcla
y ue además lavará el cemento de la superficie del
agregado. !ara ue una mezcla sea considerada porosa,
debe tener como m&nimo un +-K de vac&os y se recomienda
además ue este contenido no supere el 0-K por la poca
inestabilidad de la mezcla. as mezclas de concreto
permeable para obtener caracter&sticas especiales como un
concreto convencional, se utiliza adiciones para mejorar sus
propiedades en estado fresco (trabajabilidad) y endurecido
(resistencia).
M3TODO DE DOSIFICACIÓN
El concreto permeable utiliza los mismos materiales ue un
concreto convencional, con la ausencia parcial o total del
agregado fino, y la distribución del tama$o del agregado
grueso seleccionado, esto proporciona caracter&sticas
endurecidas útiles, pero también da lugar a una mezcla ue
reuiera diversas consideraciones en mezclarse, la
colocación, la consolidación y el curado. !ara el trabajo de
investigación a realizar se tomará como base de
procedimiento el 9étodo del 417 -003'+: F3eport on !ervious
1oncrete.
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-.1.2 POLIPROPILENO
-.1.2.1 DEFINICIÓN
El polipropileno es un termoplástico semicristalino, ue se
produce polimerizando propileno en presencia de un
catalizador estéreo espec&fico. El polipropileno tiene múltiples
aplicaciones, por lo ue es considerado como uno de los
productos termoplásticos de mayor desarrollo en el futuro. Es
un producto inerte, totalmente reciclable, su incineración no
tiene ningún efecto contaminante, y su tecnolog&a de
producción es la de menor impacto ambiental. Esta es una
caracter&stica atractiva frente a materiales alternativos.
-.1.2.2 ESTRUCTURA DEL POLIPROPILENO
Estructuralmente es un pol&mero vin&lico, similar al polietileno,
sólo ue uno de los carbonos de la unidad monomérica tiene
unido un grupo metilo.
El polipropileno fabricado de manera industrial es un pol&mero
lineal, cuya espina dorsal es una cadena de "idrocarburos
saturados. 1ada dos átomos de carbono de esta cadena
principal, se encuentra ramificado un grupo metilo (1>). Esto
permite distinguir tres formas isómeras del polipropilenoH
Isotáctica
Sindiotáctica
Atáctica
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Estas se diferencian por la posición de los grupos metilo'1>
con respecto a la estructura espacial de la cadena del
pol&mero.
as formas isotácticas y sindiotácticas, dada su gran
regularidad, tienden a aduirir en estado sólido una
disposición espacial ordenada, semicristalina, ue confiere al
material unas propiedades f&sicas e#cepcionales. a forma
atáctica, en cambio, no tiene ningún tipo de cristalinidad. os
procesos industriales más empleados están dirigidos "acia la
fabricación de polipropileno isotáctico ue es el ue "a
despertado mayor interés comercial.
-.1.2. PROPIEDADES DEL POLIPROPILENO ISOT/CTICO
PROPIEDADES FÍSICAS
a densidad del polipropileno, está comprendida entre
:.5: y :.5 gr/cm. !or ser tan baja permite la fabricación
de productos ligeros.
Es un material más r&gido ue la mayor&a de los
termoplásticos. <na carga de 0-.- g/cm0, aplicada
durante 0B "oras no produce deformación apreciable a
temperatura ambiente y resiste "asta los : grados 1.
!osee una gran capacidad de recuperación elástica.
Jiene una e#celente compatibilidad con el medio.
Es un material fácil de reciclar
!osee alta resistencia al impacto.
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PROPIEDADES MEC/NICAS
Ca&a!te&4sti!as
me!5#i!as
M6t'$'7P&8ea
(DIN 7ASTM)
*a%'& U#i$a$
Iensidad -B5 :,5+ g/cmP 3esistencia a la tracción -B-- g/cmP
3esistencia a la rotura
por alargamiento
-B-- M-: K
9ódulo de elasticidad a
la tracción
-B- +:: 9!a
Iureza "ore I --:-
3esistencia al impacto -B- +: Q=/m0
1oeficiente de fricción :,BAuenteH Aic"a Jécnica Jermoplásticos
-.1.2.+ APLICACIONES DEL POLIPROPILENO
>oy en d&a el polipropileno es uno de los termoplásticos más
vendidos en el mundo, con una demanda anual estimada de
B: millones de toneladas. us incrementos anuales de
consumo "an sido pró#imos al +:K durante las últimas
décadas, confirmando su grado de aceptación en los
mercados.
a buena acogida ue "a tenido "a estado directamente
relacionada con su versatilidad, sus buenas propiedades
f&sicas y la competitividad económica de sus procesos de
producción. ?arios puntos fuertes lo confirman como material
idóneo para muc"as aplicacionesH
@aja densidad.
4lta dureza y resistente a la abrasión.
4lta rigidez.
@uena resistencia al calor.
E#celente resistencia u&mica.
E#celente versatilidad.
!or la e#celente relación entre sus prestaciones y su precio, elpolipropileno "a sustituido gradualmente a materiales como el
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vidrio, los metales o la madera, as& como pol&meros de amplio
uso general (4@ y !?1), pudiendo usarse enH
Fa&i!a!i"# $e Sa!'s (P'%i9&'9i%e#' te:i$') ; Ra<ia.
Aabricación de @olsas.
<tensilios domésticos.
@otellas de diferentes tipos.
Embalajes.
Aibras.
Jubos, etc.
-.1. SISTEMAS DE DRENAJE EN PA*IMENTOS PERMEABLES
os pavimentos permeables se pueden definir como
secciones compuestas de varias capas de materiales de
construcción ue permiten el paso del agua a través suyo,
desde la superficie "asta la e#planada, y en conjunto ofrecen
la capacidad portante necesaria para resistir un tráfico
determinado.
El pavimento está compuesto por tres partes (En la Aigura)
principalmente la superficie de rodadura ue puede ser
concreto permeable, concreto asfaltico y adouines en todos
los casos permeables el espesor de la superficie de rodadura
está entre +:cm a 0:cm.
!ara el concreto permeable, debajo de la superficie de
rodadura sigue la base granular ue var&a de M:cm a 5:cm de
espesor ue puede ser utilizado como reservorio del agua ue
se infiltra y finalmente un geosintético ue dependerá si
ueremos infiltrar el agua al suelo (filtro de tela o geomalla) o
almacenar el agua (geomembrana).
FIGURA 1
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SISTEMA DE DRENAJE EN PA*IMENTOS PERMEABLES
e muestran a continuación los sistemas de drenes adicionales ue
pueden usarse en combinación con el concreto "idráulico
permeableH
A., S8,ase $e !'#!&et' $e !eme#t' 9'&t%a#$.
<tilizando una sub'base de cemento tratada con agregado de R a
+.- SinT de diámetro, es una solución viable para aumentar la
capacidad de almacenamiento y el valor estructural de la
composición del concreto "idráulico permeable. a sub'base no se
deberá e#poner a tráfico ve"icular, la relación de cemento puede
ser reducida para dar estabilidad a la mezcla.
Iependiendo de la graduación del agregado, la relación de
cemento puede estar en el rango de 0-: a :: Slb/ydUT. Esta
mezcla debe ser estudiada y probada para proporcionar el
almacenamiento y la estabilidad necesaria. <na base permeable da
un depósito estable e incrementa la capacidad de carga transmitidadel depósito de la superficie. os vac&os de esta sub'base
permeable también eliminaran la acción de bombeo o bac"eo
asociado con el concreto "idráulico permeable. a capacidad de
almacenamiento de una sub'base permeable con piedra caliza
ofrecerá frecuentemente una capacidad de almacenamiento
adicional para sitios con condiciones de permeabilidad marginal al
suelo.
FIGURA 2
17
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SUB BASE DE CONCRETO PERMEABLE
B., R'!= Fi%%e$ T&e#!>.
Este sistema se usa con agregado bien graduado en zanjas o
cunetas con sub'base interconectadas abajo del pavimento. os
drenes están localizados a lo largo del borde o en la superficie
plana lateral espaciada por debajo del área de estacionamiento
permeable.
FIGURA
18
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SISTEMA SUB,BASES INTERCONECATADAS
C., *;T&e#!> ?ate& &em'@a% t' 9'#$.
Este método usa zanjas en ? poco profundas en punto la seccióntransversal del pavimento para colectar el agua superficial y
transportarlas al área de detención.
FIGURA +
19
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SISTEMA DE SANJAS *
D., Sa#$ U#$e&$&ai#.
a arena funciona como un medio filtrante, con apro#imadamente
M+ cm (0 ft) de profundidad en la zanja, arriba de la tuber&a
perforada. Este sistema no debe de reuerir tratamiento adicional.
FIGURA -
SISTEMA CON DRENES
-.2. MARCO CONCEPTUAL
20
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*.2.1 AGREGADOS
Jambién denominados áridos, inertes o conglomerados son
fragmentos tales como la piedra, la arena y la grava, se pueden
aprovec"ar en su estado natural o bien triturarse y convertirse en
fragmentos más peue$os, constituyen entre un :K y ;-K del
peso de la mezcla de concreto, cuyas finalidades espec&ficas son
abaratar los costos y dotarla de ciertas caracter&sticas favorables
dependiendo de la obra ue se uiera ejecutar.
*.2.2 POLIPROPILENO
El polipropileno es un termoplástico semicristalino, ue se
produce polimerizando propileno en presencia de un catalizador
estéreo espec&fico. Es un producto inerte, totalmente reciclable, su
incineración no tiene ningún efecto contaminante, y su tecnolog&a
de producción es la de menor impacto ambiental. Esta es una
caracter&stica atractiva frente a materiales alternativos.
*.2. PA*IMENTOS RÍGIDOS
<n pavimento de concreto o pavimento r&gido consistebásicamente en una losa de concreto simple o armado, apoyada
directamente sobre una base o sub'base. a losa, debido a su
rigidez y alto módulo de elasticidad, absorbe gran parte de los
esfuerzos ue se ejercen sobre el pavimento lo ue produce una
buena distribución de las cargas de rueda, dando como resultado
tensiones muy bajas en la sub'rasante.
*.2.+ POROSIDAD
a porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento
de fluidos ue posee un material y se define como la relación
entre su volumen de vac&os y el volumen de su masa, parámetro
e#presado en porcentaje.
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*.2.- CONCRETO PERMEABLE
e define al 1oncreto !ermeable, como un concreto con
asentamiento cero y granulometr&a abierta, compuesto por
cemento !ortland, agregado grueso, poco o nada de agregado
fino, aditivos y agua. a mezcla de estos compuestos producirá un
concreto endurecido con poros de diámetros de 0 a +0 mm ue
permiten ue el agua lo atraviese fácilmente.
*.2. RESISTENCIA A LA COMPRESION (<!)
a resistencia a la compresión se puede definir como la má#ima
resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a
carga a#ial. 8eneralmente se e#presa en ilogramos por cent&metro cuadrado (Qg/cm0) a una edad de 0; d&as se le
designe con el s&mbolo fV c. !ara determinar la resistencia a la
compresión, se realizan pruebas en espec&menes de mortero o de
concreto.
*.2. RESISTENCIA A FLE0IÓN
a resistencia a la fle#ión es una medida de la resistencia a la
tracción del concreto (resistencia a la falla por momento). a
capacidad a la fle#ión del concreto se representa por el módulo de
ruptura, el módulo de ruptura es esencial para el dise$o y control
de calidad de estructuras.
*.2. PERMEABILIDAD
a permeabilidad es la capacidad ue tiene un material de
permitirle a un flujo ue lo atraviese sin alterar su estructura
interna. e afirma ue un material es permeable si deja pasar a
través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado,
e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.
*.2. DISEO DE MECLAS
El dise$o de mezcla es el proceso de escoger los materiales
adecuados del concreto para determinar las cantidades relativas
de los mismos, con el objeto de producir un concreto decaracter&sticas solicitadas.
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*I. HIPÓTESIS
.1. HIPÓTESIS GENERAL
' El concreto !ermeable elaborado con agregados de la
cantera 1utimbo, adiciones de tiras de plástico y aditivo
reductor de agua presenta una adecuada resistencia a la
compresión fVc +- g/cm0 y puede ser usado en
pavimentos de la ciudad de !uno.
.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS
' os agregados provenientes de la cantera 1utimbo son
adecuados para la producción de concreto permeable.
' a resistencia a la compresión del concreto permeable fVc
+-, elaborado con agregados de la cantera 1utimbo y
aditivo reductor de agua aumenta con la adición de tiras de
plástico.
' e puede obtener concreto permeable apropiado para su
aplicación en pavimentos de la ciudad de !uno, mediante
el Iise$o de mezclas de concreto permeable según el
procedimiento propuesto por la norma 417 -003'+:.
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*II. METODOLOGÍA
A) TIPO DE IN*ESTIGACIÓN
Esta investigación será del tipo Jecnológico, pues se utiliza el
conocimiento cient&fico y tecnológico con el objeto de crear o modificar
un proceso productivo (concreto permeable con adiciones de tiras de
plástico), midiendo cualidades mediante datos cuantitativos.
B) PROCESO E0PERIMENTAL
+. e elaborarán mezclas, empleandoH 1ementos !órtland Jipo 7!, agua
potable, agregados de la 1antera 1utimbo y aditivo reductor de agua,
en la combinación y dosificación recomendada según los
antecedentes de la investigación (de acuerdo al procedimiento
establecido en la Corma 417 -003'+: F3eport on !ervious 1oncreteG).
0. eguido, para cada mezcla se a$adirán tiras de plástico de Mmm. 6
: mm. (polipropileno), en diferentes porcentajes (:.::K, :.:;K,
:.+:K, :.+0K) del peso total de la mezcla, preparándose 0+
espec&menes de prueba (cilindros de BG de ∅ W ;G de altura), para
realizar ensayos de resistencia a compresión a los 0; d&as y
determinar de esta manera, la mezcla con el mejor comportamiento
mecánico.
. uego, se analizarán los resultados estad&sticamente y se concluirá
cuál es el dise$o de mezcla óptimo ue cumpla los reuisitos
mecánicos (esfuerzos de compresión) para ser utilizados en
pavimentos de las v&as céntricas de la ciudad de !uno.
B. Ainalmente, se dise$ará el !avimento de 1oncreto !ermeable,
usando los parámetros necesarios del terreno y las condiciones ue
soportará, utilizando datos validados.
-. En suma, la investigación e#presará el dise$o de mezcla del 1oncreto
!ermeable, las propiedades y caracter&sticas del mismo% y las
24
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consideraciones ue se deben de tomar en cuenta para su uso en
pavimentos de la ciudad de !uno.
.1 Mate&ia%es
1emento
e utilizará el 1emento !ortland tipo 7!, ue es el más comercial
en nuestra región y ue es considerado para todo uso.
4gregados
Estos se tomarán de la cantera 1utimbo, lugar donde los áridos
se encuentran limpios y libres de sustancias orgánicas o nocivas
además estos agregados son muy utilizados para la producción
de concreto en nuestra región.
Jiras de !lástico
Iebido a ue el concreto permeable tiene ausencia parcial o
total de finos, la resistencia a la fle#ión y compresión tiende a ser
inferior a la de un concreto convencional, entonces a$adiremos
al dise$o tiras de plástico (de M mm # : mm) en diferentes
porcentajes respecto al peso de la mezclaH :.::K, :.:;K, :.+:K
y :.+0K, determinándose con ué porcentaje el concreto
permeable mejora su resistencia a la compresión , siendo este
un parámetro de aceptación para su aplicación en pavimentos
r&gidos de la ciudad de !uno.
4gua
e utilizará agua potable proveniente del servicio público ue
cumple con los reuerimientos establecidos.
.2 M8est&as
egún las recomendaciones del 4merican ociety for Jesting
9aterials en su Corma 4J9 1'+ y recomendaciones del 417
para testigos cil&ndricos de BG de ∅ W ;G de altura nos indica ue
se deben ensayar espec&menes por cada edad de estudio del
concreto (,+B y 0; d&as).
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1on la utilización de probetas de ensayo de BVV de diámetro # ;VV
de altura, cuya relación "/d es de 0, deben de tomarse en cuenta
factores de corrección se encuentran establecidos en la Corma
4J9 1 N 5 a. os cuales se detallan a continuaciónH
F<n ensayo de resistencia debe ser el promedio de las
resistencias de al menos dos probetas de +-: mm por :: mm
o de al menos tres probetas de +:: por 0:: mm, preparadas de
la misma muestra de concreto y ensayadas a 0; d&as o a la
edad de ensayo establecida para la determinación de fVc (417'
+;'++, p.M)
4demás se consideran las briuetas Fpeue$asG para reducir los
costos de esta investigación, con estas dimensiones se obtienen
resultados confiables según el 417.
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Dete&mi#a!i"# $e% t'ta% $e es9e!4me#es 9a&a s'mete&%'s a%
e#sa' $e !'m9&esi"#.
e conocen varias medidas de dispersión, pero las más usuales
sonH la media aritmética, la desviación estándar, el coeficiente de
variación, la curva de distribución normal, prueba de bondad de
ajuste, y estimación de la media mediante la distribución J.
!ara estimar el tama$o de 9uestra !robabil&stica y determinar el
m&nimo de unidades de análisis ue asegure un error estándar
aceptable utilizaremos las siguientes fórmulasH
n= n '
1+n '
N
n' =
S2
V 2
S2
= p(1− p)
V =(Se2)
D'#$e
CH !oblación.nVH Jama$o de la 9uestra.0H ?arianza de la muestra.
?H ?arianza de la población.pH !roporción de individuos ue poseen en la población la caracter&stica deestudio. (4sumido :.5).eH error estándar (:.:+-, es decir ue de +::: casos, 5;- veces lapredicción será correcta).
uponemos ue nuestra población (C) es de +BB probetascil&ndricas de dimensiones 0G # BG, puesto ue la cantidad idealde testigos a probar para obtener una adecuada dispersión delos datos obtenidos, es de : por cada estado (considerando
sólo a los 0; d&as puesto ue lo más relevante para estainvestigación no es la evolución de la resistencia, sino la
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resistencia a la compresión a los 0; d&as). Entonces soloconsideramos la 3esistencia a la 1ompresión ue ofrecen lasprobetas a los 0; d&as para fVc de dise$o de +- g/cm0, encuatro diferentes porcentajes de tira de polipropileno a$adidorespecto al peso de la muestra.
Dat's
CX+BB
pX:.5eX:.:+
Reem9%aa#$'
V 2=(0.0152)=0.000225
S2=0.9 (1−0.9)=0.09
n' =
S2
V 2=
0.09
0.000225
=400
n= n '
1+n '
N
= 400
1+400
144
=105.88→106Testigos
!or lo tanto se propone la distribución del tama$o de muestra deacuerdo al siguiente cuadroH
28
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R I DE CONSISTENCIA
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C) DESARROLLO DE LA IN*ESTIGACIÓN
I)E) Yndice de la investigaciónA) !resentación8) Iedicatoria>) 4gradecimiento7) 1ontenido=) 3esumen (abstract)Q) 7ntroducción
) 14!YJ<Z 7.
9)
C) +.+. =ustificaciónZ) +.0. Zbjetivos
!) +.. >ipótesis[) 14!YJ<Z 77. 9arco teórico
3)
) 0.+ 4ntecedentesJ) 0.0. 1oncreto !ermeable
<) 0.0.+. Iefinición?) 0.0.0. 1aracter&sticasL) 0.0.. 1omponentes del 1oncreto !ermeable
6) 0.0.B. !ropiedades del 1oncreto !ermeableO) 0.. El cemento\) 0.B. El agua 44) 0.-. os agregados
4@) 0.-.+. 4gregado fino 41) 0.-.0. 4gregado grueso
4I) 0.M. 4ditivos 4E) 0.. Iise$o de mezclas
4A) 0.M.+. 9étodo del 417 -003'+: F3eport on
!ervious 1oncreteG
48) 14!YJ<Z 777. 9ateriales y métodos
4>) 47) .+ 9ateriales 4=) .0 elección de las proporciones del concreto 4Q) . ensayos de laboratorio.
4) ..+ Ensayos de caracterización de los agregados 49) 1ontenido de "umedad
4C) 8ranulometr&a 4Z)..0 !eso unitario de los agregados
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4!) .. 8ravedad espec&fica y absorción de los
agregados finos 4[) ..B !eso espec&fico y absorción de los
agregados gruesos
43) ..- 1ompresión imple de los testigos de
concreto 4) ..M Ensayo de !ermeabilidad (1arga
?ariable ' 1arga 1onstante)
4J) 14!YJ<Z 7?. !rocedimiento
4<)
4?) B.+ 9ateriales utilizados
4L) B.0. elección de las proporciones del concreto 46) B.. !rocedimiento en laboratorio
4O) 14!YJ<Z ?. Iiscusión de 3esultados 4\) 14!YJ<Z ?. Evaluación de costos para fVcX+-.@4) 14!YJ<Z ?7. 1onclusiones y 3ecomendaciones
@@)@1)@7Z834AY4@I)8Z437Z@E)4CE6Z
BF)
31
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*III. /MBITO DE ESTUDIO
BG) .1. DELIMITACIÓN TEMPORAL
@>) 4$o académico 0:+B.
@7)
BJ) .2. DELIMITACIÓN ESPACIAL
@Q) 1iudad universitaria <C4 N ?&as céntricas de la
1iudad de !uno..
@)
BM) .. AREA DE INTER3S
@C) ]rea de construcciones
BO)
BP)
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I0. RECURSOS
BK) .1. FINANCIAMIENTO
BR)
@) Jodos los costos serán asumidos por los tesistasH
@J)
os costos de los ensayos de aboratorio serán cubiertos
por el aboratorio de 9ecánica de uelos de la Escuela
!rofesional de 7ngenier&a 1ivil de la <niversidad Cacional
del 4ltiplano.
@<)
@?)
B)
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0. CRONOGRAMA DE ACTI*IDADES PRESUPUESTO
B0) 1.1. CRONOGRAMA DE ACTI*IDADES
B)
B)
CA)
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CB) 1.2. PRESUPUESTO
11) !ara la realización integral del proyecto, se tiene un estimado de
costos de acuerdo aH
CD)
CE) PARTIDA
PRESUPUESTARIA
CF)
CG)
CH)
U
CI)
CJ)
C
CK)
PR
E
C
I
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CL)
CM)
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CN) Mano de Obra
CO) -Tesista 1
CP) -Tesista 2
CQ) Maer!a"e#
CR) -Agregado pesto e!
"a#po
C$) -Ce#e!to P%o&'!i"o
Tipo (P
CT) -Aditios
C*) -P&asti"o +Po&ipropi&e!o
de ,aa .e!sidad)
C$) E%&!'o
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Herra!ena# *
En#a*o# de
Laboraor!o
C:) -;ipo < =erra#ie!tas
para &a R
C) rea&i%a"i>! de &os
!sa<os
C) -!sa<os de
a?oratorio
C) -@ti&es de s"ritorio
DA) Oro#
.,) -*ti&i%a"i>! de PC
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Fotogr'"as
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.) -oi&idad
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#pastadoB (#presi>!B
oto"opiasB p&oteoB et"
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G5) HA) TOTAL
(S/.)
H+)
-67
7
.
0
0
HC)
0I. BIBLIOGRAFÍA FUENTES DE INFORMACIÓN
HD)
1astro =. (0::B), FIise$o de mezcla y construcción de pavimentos de
"ormigón poroso en 1"ileG, Jesis de 9agister, !ontificia <niversidad
1atólica de 1"ile, +;; pp. mit" I. (0::+), !ermeable 7nterlocing 1oncrete !avements,
election, Iesign, 1onstruction, 9aintenance, econd Edition.
7nterlocing 1oncrete !avement 7nstitute (71!7). Las"ington, I1,
Estados <nidos.
3evista 1yt 1onstrucción y Jecnolog&a en 1oncreto, 1oncreto
!ermeableH 4lternativas ustentables,9e#ico 0:++. (7nstituto 9e#icano
del 1emento y del 1oncreto 4.1) =avier 1astro, >ernán de olmini"ac, 1arlos ?idela, @onifacio
Aernández en el vol. 0B CD de la revista de investigación F7ngenier&a
de 1onstrucciónG presentan el trabajoH FEstudio de dosificaciones en
laboratorio para pavimentos porosos de "ormigónG, realizada en la
!ontificia <niversidad 1atólica de 1"ile 0::5.
3oberto =. Aernández 4rrieta, 4lejandro Cavas 1arro en su tesisH
FIise$o de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión
unia#ial y su permeabilidadG, realizada en la <niversidad de 1osta 3ica,
facultad de ingenier&a civil, <niversidad de 1osta 3ica, an =osé, 1osta
3ica 0::;.
Aredy 3eyes ' 4ndrés Jorres en el ?ol. + CD 0 de la revista de
investigación F7ngenier&a de 1onstrucciónG presentan su trabajoH FEfecto
Ie as Aibras !lásticas En a Ale#ión Ie Estructuras Ie !avimentos
IrenantesG, realizada en la !ontificia <niversidad =averiana,
Iepartamento de 7ngenier&a 1ivil, 1olombia 0::0.
38
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4za$edo 9edina, Liston >. ' 1"ávez =uanito, >elard. ' 9u$oz ?aldivia,
3ic"ard 8. en su tesisH FIise$o de 9ezcla de 1oncreto !oroso con
4gregados de la 1antera la ?ictoria, 1emento !órtland Jipo 7 con
4dición de Jiras de !lástico, y su 4plicación en !avimentos 3&gidos, en
la 1iudad de 1ajamarcaG, realizada en la <niversidad Cacional de
1ajamarca, Aacultad de 7ngenier&a, Escuela 4cadémico !rofesional de
7ngenier&a 1ivil, 1ajamarca 0::.
Oanet" ?erónica 1alderón 1olca, =uan 4ntonio 1"arca 1"ura, @olet&n
7nformativo 4Z1E9, F7nvestigación En 1oncreto !orosoG, <niversidad
Cacional de an 4gust&n, 4reuipa 0:+.
aucedo ?idal, 4rtemio, en su tesis F1oncreto >idraulico !ermeable,
<na 4lternativa !ara a 3ecarga Ie os 9antos 4cuiferos Iel ?alle Ie
9e#ico.G, <niversidad Cacional de 9é#ico, 9é#ico 0:+0.
>E3C4IE\ 49!7E37, 3oberto, AE3C4CIE\ 1Z4IZ, 1arlos y
@4!J7J4 <17Z, !ilar. 9etodolog&a de la 7nvestigación. Bta Ed. 9é#icoH
9c8ra^'>ill 7nteramericana% 0::M
/)