RESUMEN TESIS “DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO POROSO CON AGREGADOS DE LA CANTERA LA VICTORIA, CEMENTO PÓRTLAND TIPO I CON ADICIÓN DE TIRAS DE PLÁSTICO, Y SU APLICACIÓN EN PAVIMENTOS RÍGIDOS, EN LA CIUDAD DE CAJAMARCA” AZAÑEDO MEDINA, WISTON H. - CHÁVEZ JUANITO, HELARD. - MUÑOZ VALDIVIA, RICHARD G. (*) UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
RESUMEN EJECUTIVO El agua de lluvia sumada a la impermeabilización de superficies, provoca dos fenómenos asociados: un incremento del caudal de agua que debe evacuarse por el alcantarillado existente y una disminución importante del agua que alimenta la napa freática. Impedir que el agua se acumule en la l a superficie de rodadura de los pavimentos, es posible, llevándola al respectivo sistema de alcantarillado o facilitando la infiltración al suelo natural (si las condiciones condiciones del terreno y las características del tráfico lo permiten); a través, de una capa de Concreto Poroso, diseñado para el uso en el Pavimento Rígido, convirtiendo a la estructura en permeable. Este documento, presenta los resultados de una investigación realizada en la Universidad Nacional de Cajamarca, en el año 2007, para establecer el Diseño de mezcla de un Concreto Poroso y su uso en pavimentos. Se elaboran mezclas, empleando: Cementos Pórtland Tipo I y Tipo ICo, agua potable, agregados de la Cantera La Victoria, tiras de plástico, polipropileno y aditivo reductor de agua, en distintas combinaciones y dosificaciones. Seguido, para cada mezcla se prepararon especímenes de prueba, cilindros y vigas, para realizar ensayos de resistencia a compresión y flexión, respectivamente y determinar de esta manera, la mezcla con el mejor comportamiento ante estos esfuerzos. Luego, se analizaron los resultados estadísticamente y se concluyó cuál es el diseño de mezcla óptimo que cumpla los requisitos mecánicos (esfuerzos de compresión y flexión) para ser utilizados en pavimentos. pavimentos. Finalmente, se diseña el Pavimento de Concreto Poroso, usando los parámetros necesarios del terreno y las condiciones condiciones de tráfico que soportará. En suma, la investigación expresa el diseño de mezcla del Concreto Poroso, las propiedades y características del mismo; y las consideraciones que se deben de tomar en cuenta para su uso en pavimentos de la ciudad de Cajamarca.
(*) Bachilleres en Ingeniería Civil – Universidad Nacional d e Cajamarca
1.0. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN La principal característica de los pavimentos de Concreto Poroso es permitir la infiltración del agua a través de su superficie, para su posterior evacuación. Este tipo de pavimento podría ser punto de análisis en la actualidad, por ser una alternativa viable tanto en lo técnico como lo económico dentro de los pavimentos rígidos usados en Cajamarca. El problema del agua en los pavimentos es su participación en el deterioro progresivo sobre la estructura de los mismos. Su evacuación final implica costosos sistemas de drenajes. Sin embargo, la mera inclusión de drenajes no constituye una solución definitiva al efecto del agua, porque si estos no funcionan el problema es más grave, ya que el sistema puede fallar ante lluvias intensas y las consecuencias sobre el deterioro de la vía serian peores. Debido a que el concreto poroso tiene ausencia parcial o total de finos, la resistencia a la flexión y compresión tiende a ser inferior a la de un concreto convencional, recientemente a un grupo de investigadores (CECATA) de la Universidad Javeriana de Colombia encabezados por el ingeniero Fredy Reyes motivó a investigar el comportamiento de este tipo de concreto cuando se le adicionan tiras de plástico (Polietileno de Baja Densidad o LDPE) de dimensiones: : Tira 1: 4mm x 20mm x 0.10mm y Tira 2: 2mm x 10mm x 0.10mm en diferentes porcentajes respecto al peso de la mezcla: 0.025%, 0.050%, 0.075%, 0.100%, 0.200% y 0.500%; buscando aumentar su resistencia, principalmente a la flexión. Por otro parte se ha realizado investigaciones en los Países Bajos, Alemania, y España, logrando un estudio unificado en las propiedades de los concretos porosos, en el proyecto Brite-Euran BE – 3415, 3415, titulado Optimización de las Características Características de la Superficie Superficie de Vías Vías en Concreto. En la actualidad se cuenta con millones de m2 de pavimentos porosos, aplicados en países como Francia, España, Japón y Alemania. OBJETIVO GENERAL: - Diseñar la mezcla de un Concreto Poroso, utilizando agregado de la cantera La Victoria con cemento Pórtland tipo I con adición de tiras de plástico, con resistencias resistencias mecánicas adecuadas para el uso en pavimentos y que permitan un buen drenaje para su disposición final. 2.0. BASES TEÓRICAS CONCRETO POROSO DEFINICION Se define al Concreto Poroso, como un concreto con asentamiento cero y granulometría abierta, compuesto por cemento Portland, agregado grueso, poco o nada de agregado fino, aditivos y agua. La mezcla de estos compuestos producirá un concreto endurecido con poros de diámetros de 2 a 12 mm que permiten que el agua lo atraviese fácilmente. El contenido de vacíos puede variar entre 15 y 35%, la tasa de drenaje del pavimento permeable varía de acuerdo al tamaño del agregado. (Ref. American Concrete Institute ACI 522R-06, Nacional Ready Mixed Concrete Association NRMCA – Pórtland Cement Association, Revista BIT Junio 2002). ASPECTOS GENERALES Según la National Ready Mixed Concrete Association de los Estados Unidos, indica que: La resistencia y permeabilidad obtenidas con un pavimento poroso están determinadas por la mezcla que se va a utilizar. Las variables que afectan el comportamiento del concreto poroso son: granulometría, dosis de cemento, razón agua/cemento y contenido de vacíos. La granulometría utilizada resulta fundamental en las propiedades que tendrá el concreto poroso, tener un tamaño de agregado bastante uniforme para obtener un porcentaje elevado de vacíos (del orden del 40%) y un tamaño máximo de árido de 12 mm, para permitir una adecuada terminación superficial. Una mayor dosis de cemento generará un concreto más resistente, pero demasiado cemento disminuirá el porcentaje de vacíos interconectados en el hormigón, perdiendo este
su capacidad de infiltración. Es recomendable usar una dosis que fluctúe entre los 270 kg/m3 y los 415 kg/m3, según requisitos de resistencia y permeabilidad. La dosis de agua utilizada tiene una gran repercusión en las propiedades de la mezcla. Una cantidad insuficiente de agua resultará una mezcla sin consistencia y con una baja resistencia. Y una cantidad excesiva de agua, generará una pasta que sellará los vacíos de la mezcla y que, además, lavará el cemento desde la superficie del agregado, produciendo una baja resistencia al desgaste superficial. Actualmente, existe consenso sobre el hecho que la razón agua/cemento es en realidad una covariable, determinada por la cantidad y tipo de cemento y por la granulometría empleada. Se suele utilizar como criterio para determinar este valor, el encontrar la cantidad de agua con la cual la pasta adquiere un brillo metálico. Generalmente, Generalmente, este valor está en el rango de 0,24 a 0,45. Con un elevado contenido de vacíos, aumenta la permeabilidad y disminuye la resistencia. Este porcentaje de vacíos está determinado por la energía de compactación entregada, junto con las variables ya mencionadas. Para que una mezcla sea considerada porosa, debe tener como mínimo un 15% de vacíos. Se recomienda además que este contenido no supere el 35% por la poca estabilidad de la mezcla 3.0 METODOLOGÍA TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN Investigación tecnológica, descriptivo, experimental, cuantitativo. PROCEDIMIENTOS PROCEDIMIENTOS TECNICAS Y RECOLECCION DE DATOS Se basa en diferentes experiencias y procedimientos de diseño en concretos porosos en otros países, esta información información primaria es punto de partida para aplicar dichos dichos datos en nuestra realidad; con este fin se han programado y ejecutado ensayos en el Laboratorio de Materiales de la Facultad de Ingeniería; utilizando utilizando normas técnicas técnicas vigentes acerca acerca del tema a fin de sistematizar nuestro estudio. TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS Para el procesamiento y el análisis de los datos recolectados en el laboratorio se ha recurrido a técnicas estadísticas de organización, tabulación y graficación de dichos datos y a partir de la graficación e interpretación respectiva ha sido posible realizar el análisis de resultados y la formulación de conclusiones, establecidas en las Normas Técnicas Peruanas, Normas Técnicas del A.C.I., Normas ASTM, Reglamento Nacional de Construcciones, Pervious Pavement Organization, National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA), Pórtland Cement Pervious Concrete Pavements. METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DEL CONCRETO POROSO Consta de tres etapas: Etapa I - Estudio de agregados y cementos Pacasmayo Tipo ICo, Sol Tipo I. que comprende: Peso específico de masa. (ASTM C 127 y C 128) Porcentaje de Absorción. Absorción. (ASTM C 127 y C 128) Análisis Granulométrico Granulométrico de los Agregados. (ASTM C 136) Cantidad de Material que pasa por el tamiz Nº 200. (ASTM C 117) Peso unitario suelto. (ASTM C 29) Contenido de Humedad. (ASTM C 70) Resistencia a la abrasión. Los Ángeles (ASTM C 131) Peso específico del cemento Tipo I Mejorado Pacasmayo, Tipo I Sol., para la elabo ración de especimenes en Etapa I y Etapa II se empleará cemento Pacasmayo Tipo I Co y Etapa III con cemento Sol Tipo I. - Diseños iniciales. Cemento (Kg) 200 200 400
Agregado Fino (Kg) 300 200 120
- Diseño por huso granulométrico.
Agregado Grueso (Kg) 1350 1700 1360
Agua (lts) 85 85 100
Las gradaciones de uso general del agregado grueso para concreto poroso esta comprendido en los siguientes husos granulométricos: N°67 N° 67 (3/4 (3 /4”” a N°4), N°4), N° N°77 (1/2” (1/ 2” a N° N °16), 16) , N°8 N°8 (3/8” (3 /8” a N°8) N°8) y de d e N°89 N°89 (3/8 ( 3/8”” a N° 16) (Ref. Pervious Pavement Organization) La Cantera “La Victoria” corresponde al huso granulométrico N° 7, para las etapas II y III emplearemos el Huso Granulométrico N° 8. al diseño de mejor comportamiento se realiza el ajuste de la mezcla que se utilizará como diseño base para la Etapa II y III. Etapa II Al diseño base se adicionan dos tipos de tiras plásticas (LDPE) de las siguientes dimensiones: Tira 1: 4mm x 20mm x 0.10mm y Tira 2: 2mm x 10mm x 0.10mm en diferentes porcentajes para cada tira plástica 0.025%, 0.050%, 0.075%, 0.100%, 0.200%, 0.500%, respecto al peso de la tanda, basándonos en la experiencia realizada por la Universidad Javerina de Colombia Grupo CECATA. De los diseños mencionados se toma el diseño de tira plástica (porcentaje) de mejor comportamiento para mejorar sus propiedades con aditivo y compararlos con otros materiales (Tercera Etapa). Etapa III - Diseño base con cemento Sol Tipo I. - Diseño base con cemento Sol Tipo I + % tira plástica óptima respecto al peso de la tanda. - Diseño base con cemento Sol Tipo I + adición de Fibermesh 6130 - Diseño base con cemento Sol Tipo I + aditivo reductor de agua (Rheobuild 1000). - Diseño base con cemento Sol Tipo I + % tira plástica óptima respecto al peso de la tanda + aditivo reductor de agua (Rheobuild 1000). - Diseño base con cemento Sol Tipo I + adición de Fibermesh6130 de acuerdo al porcentaje de la tira plástica óptima respecto al peso de la tanda + aditivo reductor de agua (Rheobuild 1000). - Diseño de pavimento rígido con concreto poroso DISEÑO DE MEZCLA DEL CONCRETO POROSO. a) Consideraciones Consideraci ones básicas. Diseñar una mezcla de concreto poroso, depende de las características hidráulicas y mecánicas que queramos que posea, las cuales están en función del uso del concreto poroso en obra. En la dosificación de las mezclas de concreto poroso, las variables que afectan el comportamiento del concreto poroso son: granulometría, cemento, relación agua – material cementante y contenido de vacíos. Una mayor dosis de cemento generará un concreto poroso más resistente, pero demasiado cemento disminuirá el porcentaje de vacíos interconectados en el concreto, perdiendo este su capacidad de infiltración. Una cantidad insuficiente de agua resultará una mezcla sin consistencia y con baja resistencia, una cantidad excesiva de agua, generará una pasta que sellara los vacíos de la mezcla y que además lavará el cemento de la superficie del agregado. Para que una mezcla sea considerada porosa, debe tener como mínimo un 15% de vacíos y se recomienda además que este contenido no supere el 25% por la poca inestabilidad de la mezcla. Las mezclas mezclas de concreto concreto poroso para obtener obtener características especiales como un concreto convencional, se utiliza adiciones para mejorar sus propiedades en estado fresco (trabajabilidad) (trabajabilidad) y endurecido (resistencia). b) Método de Dosificación. El concreto poroso utiliza los mismos materiales que un concreto convencional, con la ausencia parcial o total del agregado fino, y la distribución del tamaño del agregado grueso seleccionado, esto proporciona características endurecidas útiles, pero también da lugar a una mezcla que requiera diversas consideraciones en mezclarse, la colocación, la consolidación y el curado. Para nuestro estudio se tomó como base de procedimiento el
Método del Comité 211 3R97 del ACI, recomendaciones recomendaciones del Comité 522, estudios realizados por: Pervious Pavement Organization, National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA), Pórtland Cement Pervious Concrete Pavements; el sustento reside en que siguiendo estas recomendaciones y experiencias podemos obtener una estructura del concreto, con un contenido de vacíos importante a diferencia de un concreto convencional, por lo que la cantidad de mortero debe ser suficiente para recubrir todas las partículas de agregado y formar puentes de adherencia de forma tal de obtener una porosidad elevada, éstos macroporos interconectados serán los responsables de la elevadísima permeabilidad del concreto y resistencia. 4.0. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN: 4.1.1 Método de Ensayo de Resistencia a la Compresión (NTP 339.034 – ASTM C 39) Es la prueba más común común del concreto concreto poroso endurecido, endurecido, es fácil de llevar a cabo cabo y muchas características del concreto están relacionadas con sus resistencias mecánicas; y porque se encuentra relacionado con el módulo de elasticidad. Se utilizó especimenes de diámetro 6” y 12” de altura. 4.1.2 Método de Ensayo de Resistencia a la Flexión (NTP 339.078 – ASTM C 78) El ensayo de flexión es utilizado para definir el comportamiento a la tracción del concreto poroso (CP), en razón de reproducir la forma más frecuente como se da esta solicitación en los elementos estructurales. El ensayo de flexión guarda similitud con el modo de solicitación de los pavimentos. Se utilizó especimenes de 15” x 15” x 20”. Si la fractura se inicia en la zona de tensión, dentro del tercio medio de la luz libre, calculamos el módulo de rotura de la siguiente forma:
MR
=
Donde: MR: Módulo de Rotura, kg/cm 2 (MPa) P: Máxima carga aplicada indicada por la máquina de ensayo, kg (N) L: Longitud libre entre apoyos, cm (mm). B: Ancho promedio de la muestra cm (mm). D: Altura promedio de la muestra, cm (m m).
P × L B × D
2
El Resumen de los resultados de cada mezcla son presentados a continuación: TABLA 4.02. DOSIFICACIONES DE MATERIALES DE LAS MEZCLAS ELABORADAS DE CONCRETO POROSO Nombre de mezcla *
Huso Granul. Agregado
1.01. 1.02. 1.03. 1.04.
I-IMP-1-7
1/2" - Nº 4 1/2" - Nº 4 1/2" - Nº 4 3/8" - Nº 16
I - Co I - Co I - Co I - Co
200.00 200.00 400.00 367.63
2.01. 2.02. 2.03. 2.04. 2.05. 2.06. 2.07. 2.08. 2.09. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13.
II-IMP-D
3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16
I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co I - Co
367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63 367.63
3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16 3/8" - Nº 16
I I I I I I
350.01 350.01 350.01 327.18 327.18 327.18
N°
Cemento kg/m3 Tipo
Ag. Fino kg/m3
Ag. Grueso kg/m3
Agua kg/m3
1350.00 1700.00 1360.00 1328.87
85.00 85.00 100.00 108.12
1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87 1328.87
108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12 108.12
1322.94 1322.94 1322.94 1392.57 1392.57 1392.57
102.84 102.84 102.84 95.91 95.91 95.91
Tiras Plástic. kg/m3
Fibra Poliprop
Adit. R.A. (mL/100kg MC)
ETAPA I
I-IMP-2-7 I-IMP-3-7 I-IMP-3-8
300.00 200.00 120.00 223.91 ETAPA II
II-IMP-D-1PE2.5 II-IMP-D-1PE5 II-IMP-D-1PE7.5 II-IMP-D-1PE10 II-IMP-D-1PE20 II-IMP-D-1PE50 II-IMP-D-2PE2.5 II-IMP-D-2PE5 II-IMP-D-2PE7.5 II-IMP-D-2PE10 II-IMP-D-2PE20 II-IMP-D-2PE50
223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91 223.91
0.53 1.05 1.58 2.11 4.22 10.54 0.53 1.05 1.58 2.11 4.22 10.54
ETAPA III
3.01. 3.02. 3.03. 3.04. 3.05. 3.06.
III-IS-D III-IS-D-1PE10 III-IS-D-PP10 III-IS-D-RA III-IS-D-1PE10-RA III-IS-D-PP10-RA
242.93 242.93 242.93 141.74 141.74 141.74
Fuente : Laboratorio de Ensayo de Materiales - Fac. Ingenier Ingenier ía - UNC. UNC.
2.11 2.11 650
2.11 2.11
650 650
TABLA 4.04: PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO POROSO N°
Nomb re
Peso Unit. Prom.
de mezcla
kg/cm
Porosidad Prom. %
1 9 1 8 .0 6 1 9 8 6 .9 7 1 9 7 2 .5 8 2 0 0 3 .0 6
2 2 .5 8 2 5 .0 7 2 0 .4 1 1 9 .1 0
2 0 1 6 .2 4 2 0 1 4 .2 7 2 0 1 7 .0 6 2 0 1 9 .0 6 2 0 2 3 .0 9 2 0 0 3 .2 5 2 0 1 6 .3 8 2 0 2 3 .0 3 2 0 1 6 .4 1 2 0 1 8 .5 2 2 0 0 7 .3 2 2 0 1 5 .1 8 2 0 0 3 .6 3
1 8 .2 4 1 8 .3 7 1 8 .1 9 1 8 .0 5 1 7 .7 9 1 9 .0 9 1 8 .2 3 1 7 .7 9 1 8 .2 3 1 8 .0 9 1 8 .8 2 1 8 .3 1 1 9 .0 7
2 0 0 6 .6 5 2 0 1 6 .6 8 2 0 1 8 .6 7 1 9 5 4 .2 4 1 9 5 6 .8 1 1 9 5 5 .4 6
1 8 .8 0 1 8 .1 4 1 8 .0 0 2 0 .7 7 2 0 .5 9 2 0 .6 8
3
2
2
Esf. de Compresión (kg/cm )
7 días
Esf. a Flexión (kg/cm )
Mod. Elas t. 2
14 día s
28 días
7 días
28 días
kg/cm
1 7 6 .2 6
196.17
30.95
171221.32
1 9 1 .5 4
206.63
24.69 2 5 .3 6 2 6 .4 7 2 8 .8 1 30.80 2 6 .1 4 2 3 .5 7 2 4 .3 2 2 5 .0 5 2 7 .7 4 2 6 .3 5 2 3 .7 0 2 1 .9 7
39.05
176623.48
1 9 6 .0 3
209.14
41.22
176848.32
2 0 1 .8 7
213.92
43.03
170952.54
ETAPA I
1.01. 1.02. 1.03. 1.04.
I-IMP-1-7
2.01. 2.02. 2.03. 2.04. 2.05. 2.06. 2.07. 2.08. 2.09. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13.
II-IMP-D
I-IMP-2-7 I-IMP-3-7 I-IMP-3-8
6 8 .1 0 9 1 .6 5 1 0 8 .5 0 1 4 8 .6 9 ETAPA II
II-IMP-D-1PE2.5 II-IMP-D-1PE5 II-IMP-D-1PE7.5 II-IMP-D-1PE10 II-IMP-D-1PE20 II-IMP-D-1PE50 II-IMP-D-2PE2.5 II-IMP-D-2PE5 II-IMP-D-2PE7.5 II-IMP-D-2PE10 II-IMP-D-2PE20 II-IMP-D-2PE50
1 5 1 .0 8 1 5 8 .3 3 1 5 9 .9 5 1 6 4 .9 7 1 6 9 .0 2 1 5 9 .4 8 1 5 4 .0 6 1 5 3 .2 8 1 5 7 .6 0 1 6 0 .2 9 1 5 6 .1 5 1 5 0 .7 9 1 4 7 .3 0 ETAPA III
3.01. 3.02. 3.03. 3.04. 3.05. 3.06.
III-IS-D III-IS-D-1PE10 III-IS-D-PP10 III-IS-D-RA III-IS-D-1PE10-RA III-IS-D-PP10-RA
1 5 7 .1 7 1 6 6 .2 5 1 6 2 .6 5 1 6 7 .6 0 1 7 7 .1 8 1 7 4 .2 7
2 5 .7 1 31.63 2 9 .4 1 2 8 .4 8 34.54 3 0 .2 2
Fuente: Ensayo Ensayo s en Laborator io de Ensayo de Materiales - Fac. Ingeniería Ingeniería - UNC.
4.1.3. Influencia de la Adición de Tiras de Polietileno y su Resistencia a Compresión a 7 días. Los resultados permiten definir claramente que en cuanto a la compresión, el CP con la Tira 1 adicionada en un 0.100%, es la de mejor comportamiento; ya que produce un incremento de la resistencia a la compresión de un 11.87% respecto a la del concreto poroso sin adiciones. Mezcla II-IMP-D-1PE10: Concreto poroso con la tira 1 adicionada en un 0.100% = 169.02 kg/cm2. Mezcla II-IMP-D: Concreto poroso sin adiciones = 151.08 kg/cm2. 4.1.4. Resistencia a la Compresión con respecto al Tiempo. Gráfica Nº 4.05 Resistencia a la Compresión con respecto al tiempo. 220
)
210
m c / g k ( n ó i s e r p m o C a a i c n e t s i s e R
200
2
213.92 209.14 206.63 201.87 196.03 191.54
190 180
177.18
170
169.02
196.17
176.26
166.25
160
II-IMP MP -D
150
151.08
II-IMP MP -D-1P E10 III-IS-D- 1P E10
140
III-IS-D-1P -IS-D-1P E 10-RA
130 120 0
7
14
21
28
Edad (días )
4.1.5. Influencia de la Adición de Tiras de Polietileno y su Resistencia a 7 días a la Flexión de viga, cargada en el Tercio de su Luz. Del ensayo de resistencia a flexión vs porcentaje de tiras de plástico, permitió definir que en cuanto a flexión, el CP con la Tira 1 adicionada en un 0,100% es la de mejor comportamiento, ya que produce un incremento de la resistencia a la flexión de un 24.75% respecto a la del concreto poroso sin adiciones. Mezcla II-IMP-D-1PE10: Concreto poroso con la tira 1 adicionada en un 0.100% = 30.80kg/cm2. Mezcla II-IMP-D: Concreto poroso sin adiciones = 24.69 kg/cm2.
Gráfica Nº 4.06 Resis tencia a 7 días a Flexión con los diferentes porcentajes porcentajes de Tiras plásticas
35
)
2
m c / g k ( n ó i x e l F a l a a i c n e t s i s e R
30.80
30
28.81 26.47
27.74 26.35
25.36
25 24.69
26.14
25.05 24.32
23.70
23.57
21.97
20
Tira 1: 4mm x 20mm
15
Tira 2: 1mm x 10mm
10 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 .6
Porcentaje Tiras Plásti cas (%) (%)
Por lo tanto, se puede afirmar que la tira 1 adicionada en un 0.100% con respecto al peso de la mezcla, es la de mejor comportamiento frente a los esfuerzos producidos a flexión (Porcentaje Óptimo). 4.1.6. Resistencia a Flexión con respecto al Tiempo. En la Gráfica Nº 4.08, se muestra el desarrollo del esfuerzo de compresión como una función de tiempo, para las mezclas donde la tendencia general es un aumento en el esfuerzo como una función de tiempo, con la ganancia de esfuerzo más alto en los primeros siete días. Gráfica Nº 4.08 Resistencia a la Flexión con respecto al tiempo. Etapa III 45 43.11
) 2
41.15
40
39.09
m c / g k ( 35 n ó i x e l F a 30 l a a i c n e 25 t s i s e R
34.54
31.65 31.19
30.80
II-IMP-D 24.69
II-IMP -D-1PE 10 III-IS-D-1P -IS-D-1P E10
20
III-IS-D-1P -IS-D-1P E10-RA
15 0
7
14
21
28
Edad (días)
Por lo tanto, se puede afirmar que la Mezcla Mezcla de concreto poroso con Cemento Cemento tipo I Sol con aditivo reductor de agua y adiciones en 0.1% de la Tira de polietileno Tipo 1 (III-IS-D1PE-RA); es la de mejor comportamiento frente a los esfuerzos producidos por flexión. Recordemos que la resistencia a la flexión es el parámetro principal de diseño pavimentos de concreto. 4.1.7. Módulo de Elasticidad. Para la determinación del Módulo de Elasticidad Ec, se calculó analíticamente a través de la fórmula propuesta por el ACI 318.83. Donde: Wc: Peso del concreto en Tn/m 3, comprendidos entre 1.40 y 2.50 Tn/m 3. Ec = Wc1.5 x 4270 √ f´c f`c: Resistencia a la Compresión en kg/cm2. 4.2. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN: 4.2.1 Evaluación de los Resultados: 4.2.1.1. Control de calidad. El proceso de control de calidad de datos se ha realizado en estricta aplicación de las normas, técnicas y procedimientos procedimientos específicos. El concreto por ser un material heterogéneo, está sujeto a la variabilidad de sus componentes así también, en la producción: transporte, colocación, compactación y curado, así mismo en los procedimientos de ensayo. La Evaluación de Resultados de especimenes
usados para determinar el esfuerzo del concreto, se ejecutó siguiendo la recomendación ACI 214. 4.2.1.2. Análisis estadísticos. El análisis estadístico se realizó con el fin de garantizar la fiabilidad de los resultados obtenidos en los ensayos de compresión axial, flexión con carga aplicada en el tercio central de la viga y el módulo de elasticidad, de pruebas relacionadas con el concreto poroso elaborado con la selección de las mezclas. Se conocen varias medidas de dispersión, pero las más usuales son: 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 T. 4.3 CONTRASTACIÓN DE HIPÓTESIS: HIPÓTESIS : Lo previsto en la hipótesis, se ha ejecutado en la citada obra mediante el análisis y aplicación de las normas ASTM y recomendaciones ACI, como queda expresado en el Marco Teórico, en la Metodología de la Investigación y en los correspondientes resultados, los mismos que constituyen orientaciones operacionales para quienes tengan necesidad de utilizarlas, como queda expresado en el numeral anterior. De lo afirmado anteriormente, se deduce que la hipótesis planteada, ha sido verificada en todas sus partes, por tanto la investigación tiene validez y confiabilidad. 5.0. PAVIMENTOS RÍGIDOS DE CONCRETO POROSO CONSIDERACIONES DE DISEÑO 1. CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES ESTRUCTURALES - Propiedades del Terreno Base. - Características de los materiales en el Concreto. - El tráfico que soportará el pavimento. 2. CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS - Selección de Lluvia de Diseño. (Período de Retorno) - Selección de Lluvia de Diseño. (Período de Retorno) - Volúmen del Afluente Acumulado. (Intensidad de la Lluvia, Duración, Área Aportante, Coeficiente de Escorrentía) - Volúmen Infiltrado en el Terreno Natural. (Área del Pavimento, Tasa de Infiltración y al Tiempo Transcurrido) 6.0. CONCLUSIONES CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES CONCLUSIONES. DE LOS CONSTITUYENTES DEL CONCRETO POROSO. − Según los resultados obtenidos con el uso de cemento Sol Tipo I se obtienen resistencias ligeramente ligeramente mayores que con el Cemento Pacasmayo Tipo I Mejorado. − El agregado grueso de la cantera La Victoria utilizado se ajusta al Huso Granulométrico N° 8 (3/8” – N° 8), el cual permite el diseño de mezcla de Concreto Poroso para la ciudad de Cajamarca, empleando el Método del Comité 211 3R 97 para concretos de Cero Slump. DEL CONCRETO POROSO EN ESTADO FRESCO Y ENDUREC ENDURECIDO. IDO. − De las dos tiras plásticas usadas, la tira de mejor comportamiento (tira óptima) fue Tira 1: 4mm x 20mm x 0.10mm, con un porcentaje de 0.10% del peso total de la mezcla, la cual produce un incremento de 8.63% de resistencia, respecto a la mezcla sin adiciones, dando una resistencia a compresión de 206.63 kg/cm2 y a la flexión de 39.05 kg/cm2 a la edad de 28 días.
Con la adición de tira plástica 1 y cemento Sol Tipo I en la mezcla de concreto poroso, se obtiene mayor resistencia a la flexión respecto a la mezcla de concreto poroso con adición de fibras de polipropileno. − Se verifica que las mayores resistencias a compresión y a flexión de concreto poroso se obtienen con mezclas que contienen aditivo reductor de agua. − Las características físicas y mecánicas obtenidas para las cuatro mejores mezclas son: −
Nombre de Mezcla
II-IMP-D II-IMP-D-1PE10 III-IS-D-1PE10 III-IS-D-1PE10-RA
Nombre de Mezcla II-IMP-D II-IMP-D-1PE10 III-IS-D-1PE10 III-IS-D-1PE10-RA
Resistencia a Esfuerzo de Compresión f´c a 28 días
Peso Unitario Promedio kg/cm3
Porosidad Promedio % 18.24 17.79 18.14 20.59
2016.24 2023.09 2016.68 1956.81
Mínimo
Máximo
kg/cm2 180.58 194.53 192.55 203.96
kg/cm2 208.87 217.96 223.05 223.87
Promedio kg/cm2 196.17 206.63 209.14 213.92
Módulo de Rotura - MR 28 días M ín i m o Máximo Promedio kg/cm2 27.39 34.32 34 36.45 36 38 38.70
kg/cm2 35.31 45.64 45.31 46.42
kg/cm2 30.95 39.05 41.22 43.03
Con la adición de cemento Sol Tipo I, aditivo reductor de agua y tiras plásticas en la mezcla de concreto poroso, se obtiene mejor relación Costo / Beneficio. − Como conclusión final podemos afirmar que el diseño de Código: III-IS-D-1PE10-RA (Diseño Base con cemento Sol Tipo I + adición de tiras plástica óptima 0.1% respecto al peso de la tanda + aditivo Reductor de Agua), es adecuado para ser usado, debido a que presenta mejores resultados tanto en su estado fresco como endurecido. DEL PAVIMENTO DE CONCRETO POROSO. − Calcular el área aportante de escorrentía superficial hacia el pavimento de concreto poroso. − Obtener datos de infiltración y capacidad portante, en lo que se refiere al suelo de fundación. − Considerar la pendiente del terreno, las condiciones de tráfico y precipitación a la que será sometido. − La carpeta de rodadura del pavimento poroso del diseño propuesto, estará formado por una capa de concreto poroso con un volumen de poros de 18% y un espesor de 20 cm, La subbase tendrá un espesor de 20 cm que es el necesario para el drenaje de la lluvia de diseño. Estas dos capas solas tienen un espesor de 40 cm en conjunto, bastante mayor que el total recomendado para el pavimento poroso desde el punto de vista constructivo que es de 17.5cm para el CBR de 12 de la subrasante. Por lo tanto la base, o filtro granular superior, tendrá el espesor mínimo, que en este caso es de 10 cm. Esta capa estará formada por grava de tamaño medio 1,2cm (1/2"), máximo 2,5 cm (1") y menos del 5% bajo los 0,2 cm. De esta forma el espesor total del pavimento poroso es de 50cm. RECOMENDACIONES. − Para el diseño de la las mezclas se recomienda utilizar el método ACI 211.3R98, y tener criterio para obtener una mezcla trabajable, cohesiva y lograr una resistencia adecuada de diseño. − Para un adecuado colado, la secuencia se recomienda sea el siguiente: primero vaciar en la mezcladora una pequeña cantidad de agua, seguido el agregado grueso, agregado fino, luego el cemento para finalmente las tiras plásticas con el aditivo. − Para el proceso de elaboración de la colada el agua se debe añadir en forma gradual y sistemática debido a que una cantidad insuficiente de agua resultará una mezcla sin −
consistencia por ende una baja resistencia, y una cantidad excesiva de agua, generará una pasta que sellara los vacíos de la mezcla y que además lavará el cemento de la superficie del agregado, entonces añadiendo añadiendo el agua en forma gradual y sistemática nos garantiza que los agregados resulten embebidos de cemento formando así puentes de adherencia entre al pasta y el agregado. − Estudiar el empleo de otros aditivos, de modo a verificar la viabilidad técnica y económica de estas soluciones y compararlos con otros concretos producidos. − El estudio realizado no es definitivo sino trata de ayudar al ingeniero a comprender mejor el concepto del concreto poroso así como, conocer sus beneficios y limitaciones. − Establecer las consideraciones siguientes, como requisitos para proyectar Pavimentos de Concreto Poroso, las cuales son: Consideraciones de Terreno Tasa de Infiltración Capacidad de Soporte (CBR) Pendiente del Terreno Porcentaje de Arcilla Consideraciones de Tráfico Zona con bajo Tránsito Período de Diseño Ejes Equivalentes, menores a Áreas Área a drenar, menores a
−
Mayor que 13 mm/hora Mayor que 6 Menor que 5% Menor a 30% Si 20 150.000 40.000.00 m 2
Estudiar el comportamiento mecánico del pavimento de concreto poroso. BIBLIOGRAFÍA
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