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Diseño de una mezcla de concreto poroso que cumpla con la normatividad vigente en lo concerniente a la resistencia

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Academic year: 2020

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(1)1 DISEÑO DE UNA MEZCLA DE CONCRETO POROSO QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD VIGENTE EN LO CONCERNIENTE A LA RESISTENCIA (PROYECTO DE GRADO). JOSE LUIS CABALLERO FERNÁNDEZ BRANDON FELIPE LADINO GUAVITA AURA CRISTINA SUCUNCHOQUE HERRERA. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL VILLAVICENCIO 2019.

(2) 2 DISEÑO DE UNA MEZCLA DE CONCRETO POROSO QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD VIGENTE EN LO CONCERNIENTE A LA RESISTENCIA (PROYECTO DE GRADO). JOSE LUIS CABALLERO FERNÁNDEZ BRANDON FELIPE LADINO GUAVITA AURA CRISTINA SUCUNCHOQUE HERRERA. ING. SAULO ANDRÉS OLARTE BURITICA. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL VILLAVICENCIO 2019.

(3) 3 Agradecimientos Agradecemos a la Universidad Cooperativa de Colombia y a su grupo de maestros quienes fueron pieza clave en nuestro aprendizaje, a nuestras familias y amigos por el apoyo brindado a lo largo de toda la carrera. A todas aquellas personas que contribuyeron con el desarrollo de este proyecto de grado. Al ingeniero Saulo Olarte Buritica quien fue la persona que nos orientó para el correcto desarrollo de este trabajo de grado y así poder alcanzar las metas propuestas al inicio de este..

(4) 4 Tabla de contenido Resumen ................................................................................................................................... 18 Abstract .................................................................................................................................... 19 Introducción ............................................................................................................................. 20 1.. Objetivos ........................................................................................................................... 23 1.1.. Objetivo General ....................................................................................................... 23. 1.2.. Objetivos específicos................................................................................................. 23. 2.. Alcances............................................................................................................................ 24. 3.. Justificación ...................................................................................................................... 26. 4.. Marcos de referencia ........................................................................................................ 28 4.1.. Antecedentes ............................................................................................................. 28. 4.2. Marco teórico ............................................................................................................ 30. 4.2.1 4.3. Porosidad en el concreto. ................................................................................... 30. Marco conceptual ...................................................................................................... 32. 4.3.1. Concreto poroso. ................................................................................................ 32. 4.3.2. Porosidad............................................................................................................ 32. 4.3.3. Escorrentía superficial. ...................................................................................... 33. 4.3.4. Permeabilidad del concreto. ............................................................................... 33. 4.3.5. Asentamiento del concreto. ................................................................................ 33. 4.3.6. Resistencia a la compresión. .............................................................................. 33. 4.3.7. Masa unitaria. ..................................................................................................... 34. 4.3.8. Agregados. ......................................................................................................... 34. 4.3.9. Agregado grueso. ............................................................................................... 34. 4.3.10. Agregado fino. ................................................................................................... 35. 4.3.11. Cemento. ............................................................................................................ 35. 4.3.12. Consistencia. ...................................................................................................... 36. 4.3.13. Prueba de asentamiento del concreto. ................................................................ 36. 4.3.14. Prueba del tiempo de fraguado del cemento. ..................................................... 37. 4.3.15. Prueba de densidad y absorción de agregados gruesos. ..................................... 39. 4.3.16. Prueba de densidad y absorción de agregados finos. ......................................... 40. 4.3.17. Prueba de determinación de porcentaje de humedad de los agregados. ............ 41. 4.3.18 Prueba de determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados. ......................................................................................................................... 42 4.3.19. Prueba de resistencia a flexión........................................................................... 44.

(5) 5 4.3.20 5.. Prueba de compresión simple. ........................................................................... 45. Ensayos previos ................................................................................................................ 46 5.1. Ensayo para determinar la consistencia normal del cemento hidráulico (NTC 110) 46. 5.2. Ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico (NTC 118). 48. 5.3. Ensayo para densidad y absorción de agregados gruesos (NTC 176)....................... 49. 5.4. Ensayo para determinar la densidad y absorción del agregado fino (NTC 237)....... 50. 5.5. Ensayo para determinar el % de humedad de los agregados (NTC 1776) ................ 53. 5.6 Ensayo de determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados (NTC 92) ............................................................................................................. 56 6. Diseño y análisis de una mezcla de concreto poroso con agregados finos y sin agregados finos con variaciones en el rango de porosidad ....................................................................... 62 6.1.. 6.1.1.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 0% ....................... 64. 6.1.2.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 5% ....................... 71. 6.1.3.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 10% ..................... 77. 6.1.4.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 15% ..................... 84. 6.1.5.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 20% ..................... 90. 6.1.6.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 25% ..................... 97. 6.1.7.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 30% ................... 103. 6.1.8.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 35% ................... 110. 6.1.9.. Diseño de mezcla con agregados finos y una porosidad del 40% ................... 116. 6.2.. 7.. Diseño de mezcla de un concreto poroso con agregados finos ................................. 63. Diseño de mezcla de un concreto poroso sin agregados finos ................................ 117. 6.2.1.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 0% ...................... 118. 6.2.2.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 5% ...................... 124. 6.2.3.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 10% .................... 130. 6.2.4.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 15% .................... 136. 6.2.5.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 20% .................... 142. 6.2.6.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 25% .................... 148. 6.2.7.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 30% .................... 154. 6.2.8.. Diseño de mezcla sin agregados finos y una porosidad del 35% .................... 160. Resultados ....................................................................................................................... 162 7.1.. Comparación de resultados obtenidos ..................................................................... 162. 7.1.1.. Asentamiento del concreto ............................................................................... 162. 7.1.2.. Masa unitaria y rendimiento volumétrico. ....................................................... 163. 7.1.3.. Resistencia a la compresión de cilindros ......................................................... 166.

(6) 6 7.1.4.. Resistencia a la flexión de Vigas ..................................................................... 168. 8.. Conclusiones ................................................................................................................... 172. 9.. Recomendaciones ........................................................................................................... 173. 10.. Bibliografía ................................................................................................................. 174. 11.. Anexos ........................................................................................................................ 176. Lista de tablas. Tabla 1 ..................................................................................................................................... 47 Tabla 2 ..................................................................................................................................... 48 Tabla 3 ..................................................................................................................................... 53 Tabla 4 ..................................................................................................................................... 54 Tabla 5 ..................................................................................................................................... 55 Tabla 6 ..................................................................................................................................... 57 Tabla 7 ..................................................................................................................................... 59 Tabla 8 ..................................................................................................................................... 61 Tabla 9. .................................................................................................................................... 63 Tabla 10. .................................................................................................................................. 63 Tabla 11. .................................................................................................................................. 64 Tabla 12. .................................................................................................................................. 64 Tabla 13. .................................................................................................................................. 64 Tabla 14. .................................................................................................................................. 65 Tabla 15. .................................................................................................................................. 65 Tabla 16. .................................................................................................................................. 66 Tabla 17. .................................................................................................................................. 66 Tabla 18. .................................................................................................................................. 67 Tabla 19. .................................................................................................................................. 67.

(7) 7 Tabla 20. .................................................................................................................................. 67 Tabla 21. .................................................................................................................................. 68 Tabla 22. .................................................................................................................................. 68 Tabla 23. .................................................................................................................................. 69 Tabla 24. .................................................................................................................................. 69 Tabla 25. .................................................................................................................................. 69 Tabla 26. .................................................................................................................................. 70 Tabla 27. .................................................................................................................................. 70 Tabla 28. .................................................................................................................................. 71 Tabla 29. .................................................................................................................................. 72 Tabla 30. .................................................................................................................................. 72 Tabla 31. .................................................................................................................................. 73 Tabla 32. .................................................................................................................................. 73 Tabla 33. .................................................................................................................................. 74 Tabla 34. .................................................................................................................................. 74 Tabla 35. .................................................................................................................................. 74 Tabla 36. .................................................................................................................................. 75 Tabla 37. .................................................................................................................................. 75 Tabla 38. .................................................................................................................................. 76 Tabla 39. .................................................................................................................................. 76 Tabla 40. .................................................................................................................................. 77 Tabla 41. .................................................................................................................................. 77 Tabla 42. .................................................................................................................................. 78 Tabla 43. .................................................................................................................................. 79 Tabla 44. .................................................................................................................................. 79.

(8) 8 Tabla 45. .................................................................................................................................. 80 Tabla 46. .................................................................................................................................. 80 Tabla 47. .................................................................................................................................. 80 Tabla 48. .................................................................................................................................. 81 Tabla 49. .................................................................................................................................. 81 Tabla 50. .................................................................................................................................. 81 Tabla 51. .................................................................................................................................. 82 Tabla 52. .................................................................................................................................. 82 Tabla 53. .................................................................................................................................. 83 Tabla 54. .................................................................................................................................. 83 Tabla 55. .................................................................................................................................. 84 Tabla 56. .................................................................................................................................. 85 Tabla 57. .................................................................................................................................. 85 Tabla 58. .................................................................................................................................. 86 Tabla 59. .................................................................................................................................. 86 Tabla 60. .................................................................................................................................. 87 Tabla 61. .................................................................................................................................. 87 Tabla 62. .................................................................................................................................. 87 Tabla 63. .................................................................................................................................. 88 Tabla 64. .................................................................................................................................. 88 Tabla 65. .................................................................................................................................. 88 Tabla 66. .................................................................................................................................. 89 Tabla 67. .................................................................................................................................. 89 Tabla 68. .................................................................................................................................. 90 Tabla 69. .................................................................................................................................. 90.

(9) 9 Tabla 70. .................................................................................................................................. 91 Tabla 71. .................................................................................................................................. 92 Tabla 72. .................................................................................................................................. 92 Tabla 73. .................................................................................................................................. 93 Tabla 74. .................................................................................................................................. 93 Tabla 75. .................................................................................................................................. 93 Tabla 76. .................................................................................................................................. 94 Tabla 77. .................................................................................................................................. 94 Tabla 78. .................................................................................................................................. 94 Tabla 79. .................................................................................................................................. 95 Tabla 80. .................................................................................................................................. 95 Tabla 81. .................................................................................................................................. 96 Tabla 82. .................................................................................................................................. 96 Tabla 83. .................................................................................................................................. 97 Tabla 84. .................................................................................................................................. 98 Tabla 85. .................................................................................................................................. 98 Tabla 86. .................................................................................................................................. 99 Tabla 87. .................................................................................................................................. 99 Tabla 88. .................................................................................................................................. 99 Tabla 89. ................................................................................................................................ 100 Tabla 90. ................................................................................................................................ 100 Tabla 91. ................................................................................................................................ 100 Tabla 92. ................................................................................................................................ 101 Tabla 93. ................................................................................................................................ 101 Tabla 94. ................................................................................................................................ 102.

(10) 10 Tabla 95. ................................................................................................................................ 102 Tabla 96. ................................................................................................................................ 103 Tabla 97. ................................................................................................................................ 103 Tabla 98. ................................................................................................................................ 104 Tabla 99. ................................................................................................................................ 105 Tabla 100. .............................................................................................................................. 105 Tabla 101. .............................................................................................................................. 106 Tabla 102. .............................................................................................................................. 106 Tabla 103. .............................................................................................................................. 106 Tabla 104. .............................................................................................................................. 107 Tabla 105. .............................................................................................................................. 107 Tabla 106. .............................................................................................................................. 107 Tabla 107. .............................................................................................................................. 108 Tabla 108. .............................................................................................................................. 108 Tabla 109. .............................................................................................................................. 108 Tabla 110. .............................................................................................................................. 109 Tabla 111. .............................................................................................................................. 109 Tabla 112. .............................................................................................................................. 110 Tabla 113. .............................................................................................................................. 111 Tabla 114. .............................................................................................................................. 111 Tabla 115. .............................................................................................................................. 112 Tabla 116. .............................................................................................................................. 112 Tabla 117. .............................................................................................................................. 112 Tabla 118. .............................................................................................................................. 113 Tabla 119. .............................................................................................................................. 113.

(11) 11 Tabla 120. .............................................................................................................................. 113 Tabla 121. .............................................................................................................................. 114 Tabla 122. .............................................................................................................................. 114 Tabla 123. .............................................................................................................................. 115 Tabla 124. .............................................................................................................................. 115 Tabla 125. .............................................................................................................................. 116 Tabla 126. .............................................................................................................................. 116 Tabla 127. .............................................................................................................................. 117 Tabla 128. .............................................................................................................................. 117 Tabla 129. .............................................................................................................................. 117 Tabla 130. .............................................................................................................................. 118 Tabla 131. .............................................................................................................................. 118 Tabla 132. .............................................................................................................................. 118 Tabla 133. .............................................................................................................................. 119 Tabla 134. .............................................................................................................................. 119 Tabla 135. .............................................................................................................................. 120 Tabla 136. .............................................................................................................................. 120 Tabla 137. .............................................................................................................................. 121 Tabla 138. .............................................................................................................................. 121 Tabla 139. .............................................................................................................................. 121 Tabla 140. .............................................................................................................................. 121 Tabla 141. .............................................................................................................................. 122 Tabla 142. .............................................................................................................................. 122 Tabla 143. .............................................................................................................................. 123 Tabla 144. .............................................................................................................................. 123.

(12) 12 Tabla 145. .............................................................................................................................. 123 Tabla 146. .............................................................................................................................. 124 Tabla 147. .............................................................................................................................. 124 Tabla 148. .............................................................................................................................. 125 Tabla 149. .............................................................................................................................. 125 Tabla 150. .............................................................................................................................. 126 Tabla 151. .............................................................................................................................. 126 Tabla 152. .............................................................................................................................. 127 Tabla 153. .............................................................................................................................. 127 Tabla 154. .............................................................................................................................. 127 Tabla 155. .............................................................................................................................. 127 Tabla 156. .............................................................................................................................. 128 Tabla 157. .............................................................................................................................. 128 Tabla 158. .............................................................................................................................. 129 Tabla 159. .............................................................................................................................. 129 Tabla 160. .............................................................................................................................. 129 Tabla 161. .............................................................................................................................. 130 Tabla 162. .............................................................................................................................. 130 Tabla 163. .............................................................................................................................. 131 Tabla 164. .............................................................................................................................. 131 Tabla 165. .............................................................................................................................. 132 Tabla 166. .............................................................................................................................. 132 Tabla 167. .............................................................................................................................. 133 Tabla 161. .............................................................................................................................. 133 Tabla 169. .............................................................................................................................. 133.

(13) 13 Tabla 170. .............................................................................................................................. 133 Tabla 171. .............................................................................................................................. 134 Tabla 172. .............................................................................................................................. 134 Tabla 173. .............................................................................................................................. 135 Tabla 174. .............................................................................................................................. 135 Tabla 175. .............................................................................................................................. 135 Tabla 176. .............................................................................................................................. 136 Tabla 177. .............................................................................................................................. 136 Tabla 178. .............................................................................................................................. 137 Tabla 179. .............................................................................................................................. 137 Tabla 180. .............................................................................................................................. 138 Tabla 181. .............................................................................................................................. 138 Tabla 182. .............................................................................................................................. 139 Tabla 183. .............................................................................................................................. 139 Tabla 184. .............................................................................................................................. 139 Tabla 185. .............................................................................................................................. 139 Tabla 186. .............................................................................................................................. 140 Tabla 187. .............................................................................................................................. 140 Tabla 188. .............................................................................................................................. 141 Tabla 189. .............................................................................................................................. 141 Tabla 190. .............................................................................................................................. 141 Tabla 191. .............................................................................................................................. 142 Tabla 192. .............................................................................................................................. 142 Tabla 193. .............................................................................................................................. 143 Tabla 194. .............................................................................................................................. 143.

(14) 14 Tabla 195. .............................................................................................................................. 144 Tabla 196. .............................................................................................................................. 144 Tabla 197. .............................................................................................................................. 145 Tabla 198. .............................................................................................................................. 145 Tabla 199. .............................................................................................................................. 145 Tabla 200. .............................................................................................................................. 146 Tabla 201. .............................................................................................................................. 146 Tabla 202. .............................................................................................................................. 146 Tabla 203. .............................................................................................................................. 147 Tabla 204. .............................................................................................................................. 147 Tabla 205. .............................................................................................................................. 148 Tabla 206. .............................................................................................................................. 148 Tabla 207. .............................................................................................................................. 149 Tabla 208. .............................................................................................................................. 149 Tabla 209. .............................................................................................................................. 150 Tabla 210. .............................................................................................................................. 150 Tabla 211. .............................................................................................................................. 151 Tabla 212. .............................................................................................................................. 151 Tabla 213. .............................................................................................................................. 151 Tabla 214. .............................................................................................................................. 151 Tabla 215. .............................................................................................................................. 152 Tabla 216. .............................................................................................................................. 152 Tabla 217. .............................................................................................................................. 152 Tabla 218. .............................................................................................................................. 153 Tabla 219. .............................................................................................................................. 153.

(15) 15 Tabla 220. .............................................................................................................................. 154 Tabla 221. .............................................................................................................................. 154 Tabla 222. .............................................................................................................................. 155 Tabla 223. .............................................................................................................................. 155 Tabla 224. .............................................................................................................................. 156 Tabla 225. .............................................................................................................................. 156 Tabla 226. .............................................................................................................................. 157 Tabla 227. .............................................................................................................................. 157 Tabla 228. .............................................................................................................................. 157 Tabla 229. .............................................................................................................................. 157 Tabla 230. .............................................................................................................................. 158 Tabla 231. .............................................................................................................................. 158 Tabla 232. .............................................................................................................................. 158 Tabla 233. .............................................................................................................................. 159 Tabla 234. .............................................................................................................................. 159 Tabla 235. .............................................................................................................................. 160 Tabla 236. .............................................................................................................................. 160 Tabla 237. .............................................................................................................................. 161 Tabla 238. .............................................................................................................................. 162 Tabla 239. .............................................................................................................................. 163 Tabla 240. .............................................................................................................................. 164 Tabla 241. .............................................................................................................................. 164 Tabla 242. .............................................................................................................................. 164 Tabla 243. .............................................................................................................................. 164 Tabla 244. .............................................................................................................................. 165.

(16) 16 Tabla 245. .............................................................................................................................. 165 Tabla 246. .............................................................................................................................. 165 Tabla 247. .............................................................................................................................. 165 Tabla 248. .............................................................................................................................. 166 Tabla 249. .............................................................................................................................. 166 Tabla 250. .............................................................................................................................. 167 Tabla 251. .............................................................................................................................. 168 Tabla 252. .............................................................................................................................. 169 Tabla 253. .............................................................................................................................. 170 Tabla 254. .............................................................................................................................. 171 Tabla 255. .............................................................................................................................. 184 Tabla 256. .............................................................................................................................. 184 Tabla 257. .............................................................................................................................. 184 Tabla 258. .............................................................................................................................. 184 Tabla 259. .............................................................................................................................. 185 Tabla 260. .............................................................................................................................. 185 Tabla 261. .............................................................................................................................. 185 Tabla 262. .............................................................................................................................. 185 Tabla 263. .............................................................................................................................. 186 Tabla 264. .............................................................................................................................. 186 Tabla 265. .............................................................................................................................. 186 Tabla 266. .............................................................................................................................. 186 Tabla 267. .............................................................................................................................. 187 Tabla 268. .............................................................................................................................. 187 Tabla 269. .............................................................................................................................. 187.

(17) 17 Tabla 270. .............................................................................................................................. 188 Tabla 271. .............................................................................................................................. 188 Tabla 272. .............................................................................................................................. 188 Tabla 273. .............................................................................................................................. 189 Tabla 274. .............................................................................................................................. 189 Tabla 275. .............................................................................................................................. 189.

(18) 18 Resumen. Esta investigación es enfocada en el uso, aplicaciones, beneficios y ventajas que tiene una mezcla de concreto poroso para pavimentos de tráfico liviano teniendo en cuenta la resistencia que exige la norma. Para analizar y comparar este tipo de mezcla de concreto poroso se requiere realizar una serie de pruebas para dos tipos de mezclas (una con y otra sin presencia de agregado fino), midiendo así la resistencia a compresión y flexión, permeabilidad que puede alcanzar este tipo de mezcla, módulo de elasticidad, módulo de rotura, porcentaje de vacíos, con el objetivo de identificar o verificar las características que contiene un concreto poroso que son utilizados en obras de construcción vial. Para poder llevar a cabo esta investigación se establecieron 3 fases fundamentales que ayudan con la planeación y ejecución del proyecto, la primera fase empieza con los estudios o ensayos previos que son respaldados por artículos de investigación de fuentes confiables y normas (NTC) en donde se toman pequeñas muestras de los materiales (grava, arena, cemento) que sirven para evaluar y calcular este diseño de mezcla porosa. En la segunda fase, la metodológica donde teniendo en cuenta los ensayos previos se empiezan a realizar las muestras (cilindros y vigas) de concreto poroso a partir de un determinado porcentaje de vacíos que inicia del 0% hasta el 35%, para luego en la tercera fase obtener resultados comparativos (por lo que algunas muestras son con agregados finos y otras sin agregados finos) que permitan analizar el comportamiento como la permeabilidad, resistencia y compresión que tienen las diferentes muestras. Palabras claves: Concreto, Porosidad, Resistencia..

(19) 19 Abstract. This research is focused on the use, applications, benefits and advantages of a mixture of porous concrete for light traffic pavements taking into account the resistance required by the standard. To analyze and compare this type of porous concrete mixture, it is necessary to perform a series of tests for two types of mixtures (one with and the other without the presence of fine aggregate), thus measuring the resistance to compression and bending, permeability that this type can achieve. of mixture, modulus of elasticity, modulus of rupture, percentage of voids, in order to identify or verify the characteristics contained in a porous concrete that are used in road construction works. In order to carry out this research, 3 fundamental phases were established that help with the planning and execution of the project, the first phase begins with the studies or previous trials that are supported by research articles from reliable sources and standards (NTC) where they take small samples of the materials (gravel, sand, cement) that are used to evaluate and calculate this porous mixture design. In the second phase, the methodological where, taking into account the previous tests, samples (cylinders and beams) of porous concrete are started from a certain percentage of voids that starts from 0% to 35%, then in the third phase obtain comparative results (so some samples are with fine aggregates and others without fine aggregates) that allow to analyze the behavior as the permeability, resistance and compression that the different samples have. Keywords: Concrete, Porosity, Resistance..

(20) 20 Introducción. Colombia es un país que en tiempos de lluvias se ven afectadas por inundaciones alarmantes, particularmente en zonas cercanas a fuentes hídricas debido al deterioro del alcantarillado, por la topografía plana característica del país, además de las actividades ligadas a procesos de movilidad que tienen como referencia el uso de pavimentos constantemente, a partir de esto se observa la necesidad de llevar a cabo un estudio que permita la creación del diseño de una mezcla de concreto poroso que puede ser utilizado en rodaduras (tráfico liviano) y bermas, parqueaderos, vías vehiculares, comerciales y residenciales, senderos para peatonales y bicicletas, canchas deportivas y parques, control de la erosión del suelo e invernaderos, alcorques (alrededor de los árboles). La principal característica del concreto poroso es permitir la filtración 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 Colombia. El problema del agua en los pavimentos es su participación en el deterioro progresivo sobre la estructura de estos. 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. Además, la mezcla de concreto poroso es más rígida y su tiempo de fraguado es menor, comparado con la del concreto convencional; por esta razón, en caso de ser necesario, se pueden emplear aditivos retardantes de fraguado, muy recomendable en climas calurosos para facilitar la entrega y su colocación. Para prolongar la condición fresca de la mezcla y facilitar la descarga se pueden emplear estabilizadores de hidratación o aditivos retardantes de larga.

(21) 21 duración (en la investigación se utiliza un aditivo de reductor de agua y un acelerante sobre el fraguado y el desarrollo de resistencias mecánicas del concreto). Por esta razón se plantea una investigación precisa de un diseño de mezclas para concreto poroso teniendo en cuenta los antecedentes, estudios y aplicaciones que se han presentado a lo largo de estos últimos años (aunque han sido en otros países), por ello se pretende impulsar con esta investigación a que se empiecen a establecer diseños de este tipo de concreto, con el fin de mejorar de manera oportuna y eficiente los problemas de caudal de escorrentía en las ciudades de Colombia beneficiándose también económicamente. Para evaluar y calcular este diseño de mezcla porosa se requiere hacer unos ensayos previos requeridos como lo son la consistencia normal del cemento, tiempo de fraguado del cemento, porcentaje de absorción de los agregados finos y gruesos, el porcentaje de humedad de agregados finos y gruesos apoyados con las normas correspondientes a cada uno (NTC), también se realiza el diseño de mezcla para concreto reforzado (ACI 211), para así poder realizar 2 testigos (cilindros y vigas) por cada variación de porcentaje de vacíos el cual se maneja del 0% al 40% de porosidad (consultados en artículos de investigación) con el fin de determinar el porcentaje adecuado y resistencia según la norma. Por otro lado, para la realización y obtención de resultados se llevaron a cabo los ensayos de masa unitaria, asentamiento, compresión, flexión y modelo de elasticidad haciendo uso de las normas técnicas colombianas (NTC), los cuales se muestran a continuación: NTC 92, “Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de agregados”; NTC 396 “Método de ensayo para determinar el asentamiento del concreto”; NTC 673, “Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes cilindros de concretos”; NTC 2871, “Método de ensayo para determinar la resistencia del concreto a flexión”..

(22) 22 Por consiguiente, teniendo en cuenta que esta investigación busca el porcentaje adecuado de vacíos es necesario realizar dos tipos de muestras, es decir dos ensayos en donde se evidencien las comparaciones al incluir en la mezcla finos o no. Donde el primer diseño de mezcla de concreto se realizó con agregado grueso, agregado fino, cemento, agua y aditivos (Plastocrete DM y Sika Set L de la marca Sika) y el segundo diseño de mezcla se realizó igualmente, pero sin el agregado fino, logrando así obtener resultados totalmente diferentes que se ven reflejados en el análisis de resultados y a su vez en las conclusiones de esta investigación..

(23) 23 1. Objetivos 1.1. Objetivo General - Diseñar una mezcla de concreto poroso aplicado a estructuras de pavimento rígido, comparando la inclusión o no de agregado fino a la mezcla teniendo en cuenta que cumpla con la normatividad vigente en lo concerniente a la resistencia. 1.2. Objetivos específicos - Establecer una mezcla patrón con y sin agregados finos. - Determinar la proporción de materiales que permiten generar una mezcla porosa. - Verificar el aumento de la porosidad con respecto a los materiales. - Comparar el efecto de la porosidad con respecto a la resistencia para los dos tipos de mezclas utilizadas. - Evaluar las propiedades físico- mecánicas de las mezclas de concreto poroso, por medio de ensayos de laboratorio utilizados para concretos convencionales..

(24) 24 2. Alcances Para el diseño de una mezcla de concreto poroso se requiere realizar una serie de pruebas de permeabilidad, flexo-tracción, módulo de elasticidad y compresión que determinen si están capacitados para la aplicación en pavimentos de tráfico bajo, comparando la mezcla con y sin agregado fino. Además, se deben realizar un tipo de ensayos previos para determinar las características importantes que tiene cada tipo de material, como lo fueron la consistencia normal del cemento, el tiempo de fraguado del cemento, densidad y absorción de agregados gruesos y finos, porcentaje de humedad de los agregados, la determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de los agregados y rendimiento volumétrico. El ensayo de asentamiento del concreto es realizado durante la fundida la cual permite medir la consistencia del concreto que se está generando; este ensayo es de gran importancia ya que ayuda a determinar las propiedades del concreto en estado plástico (fresco) en términos de consistencia, fluidez, cohesión y grado de compactación. El diseño de mezcla es elaborado con unos ciertos porcentajes de porosidad establecidos por el asesor de la investigación que van desde el 0% hasta el 35%, con el fin de obtener la comparación de la resistencia con respecto a la porosidad utilizada en una mezcla con agregados finos y en una mezcla sin agregados finos. Por otro lado, se debe tener en cuenta que una mezcla de cualquier tipo se debe diseñar tanto para estado fresco como para estado endurecido. Las principales exigencias que se deben cumplir para lograr una dosificación apropiada en estado fresco son las de manejabilidad, resistencia, durabilidad y economía. Es importante que el concreto se diseñe con la manejabilidad adecuada para la colocación, esta depende principalmente de las propiedades y características de los agregados y la calidad del cemento. Cuando se necesita mejorar las propiedades de manejabilidad, se puede pensar.

(25) 25 en incrementar la cantidad de mortero. También el concreto debe ser diseñado para una resistencia mínima a compresión. Esta especificación de la resistencia puede tener algunas limitaciones cuando se especifica con una máxima relación agua cemento y se condiciona la cantidad de material cementante. Es importante asegurar que los requisitos no sean mutuamente incompatibles. O en algunos casos la relación agua/material cementante se convierte en la característica más importante por tema de durabilidad..

(26) 26 3. Justificación El diseño de mezclas de concreto poroso para las condiciones climáticas de Colombia desde el punto de vista de la ingeniería civil, mitiga el impacto ambiental producido por los pavimentos tradicionales, permitiendo el paso del agua para ser absorbida por el suelo que está debajo, recargando los acuíferos subterráneos y evitando que el agua sea canalizada hasta los cuerpos hídricos, sobrecargándolos, las estructuras no requieren de inclinación para la evacuación del agua, ayuda a mejorar la recarga del agua subterránea y el crecimiento de árboles y vegetación, contribuye a la aireación del suelo y es posible aplicarlo tanto en obra como en plantas de concreto premezclado. Este sistema ayuda, igualmente, a controlar la polución de los ríos, al evitar el arrastre de partículas presentes en las calles y andenes y además, favorece en la reducción de la temperatura de las zonas donde se aplica. El beneficio puede ser mayor si se usa en grandes áreas, hasta llegar a disminuir la temperatura de las islas de calor en las zonas urbanas como rurales. De otro lado hay que destacar la mala calidad de la infraestructura vial en nuestro país, lo cual demuestra que los pavimentos tradicionales ya son la mejor alternativa, además de su afectación ambiental como ya se mencionó. De otro lado, con el crecimiento de las zonas urbanas este material, además de novedoso, presentaría como una opción viable y hasta económica para evitar inundaciones, situación muy común en las ciudades donde las zonas urbanas están en expansión. Entonces como ya no es una alternativa tan viable eso impulsa y legitima alternativas de construcción sostenible como la utilización de concreto poroso para pavimentos. Recientemente el concreto poroso o permeable, como también se le conoce, ha sido exitoso para la construcción de andenes, parqueaderos, senderos peatonales, canchas deportivas, vías vehiculares, residenciales y comerciales, parques y áreas de drenaje, entre otras aplicaciones..

(27) 27 Desde luego, es necesario para el cumplimiento de cada paso del proyecto la intervención de Departamento Nacional de Planeación (DNP), Comité Operativo Distrital de Emergencia (CODE), teniendo en cuenta las Normas INVIAS, la construcción de líneas de drenaje y cumpliendo con la normatividad vigente en lo concerniente a la resistencia siendo debidamente sustentado o respaldado para asegurar su validez y su efectividad durante la ejecución del proyecto planteado..

(28) 28 4. Marcos de referencia En el siglo XIX en Europa, específicamente en el Reino Unido, se realizaron los primeros usos de concreto poroso, no obstante, sus aplicaciones incrementaron finalizando la segunda guerra mundial, debido principalmente a la escasez de medios para construir diversas estructuras. El concreto permeable o poroso se utilizó en grandes cantidades para la construcción de viviendas en países como: Alemania, Holanda, Francia, Reino Unido, Bélgica, Australia, Rusia, entre otros. Diferentes estudios publicados han profundizado y evidenciado en el tema de concreto poroso los cuales serán tenidos en cuenta como referencia valida dentro de nuestro proyecto. 4.1. Antecedentes Roberto J. Fernández Arrieta, Alejandro Navas (2011). Los ingenieros Roberto Fernández y Alejandro Navas en esta investigación analizaron el efecto que tienen, sobre 19 mezclas de concreto permeable, la relación agregado grueso/cemento, agua/cemento y el tipo de agregado grueso. Se obtuvo como resultado según el estudio que el concreto poroso o permeable es un material que depende de la influencia de variables que determinan la resistencia y permeabilidad de este. En esta investigación las propiedades utilizadas no indicaron que la permeabilidad impida el uso de del material como coadyudante para el manejo de escorrentía superficial en uso de transito liviano. Ellos afirman que el efecto de la relación agregado fino/agregado grueso, como también la pérdida de resistencia en núcleos de concreto permeable durante el proceso de extracción deben investigarse y realizar más estudios. Asimismo, el resultado de la energía de compactación debe examinarse para los rangos de propiedades que se utilizaron en esta investigación, de esta manera, determinar, el efecto que.

(29) 29 mayor energía de compactación tenga sobre la resistencia a la compresión uniaxial y la permeabilidad del concreto poroso. Brian. H, Omar. M (2014). En el año 2014 en la universidad de Cartagena se desarrolló un trabajo de grado siendo los autores Brian Hernández y Omar Martínez, los cuales, realizaron el diseño de un campo de prueba de pavimentos permeables con el objetivo de determinar los beneficios en el manejo de aguas lluvias en dicha ciudad. Para esto, realizaron un estudio bibliográfico, estudios de campo, ensayos, entre otros. Se verifico la disponibilidad de material en Colombia, esos resultados fueron usados en distintas metodologías, empleadas como son el método mecanicista, el método de la PCA para hormigón, Método de IPCI para pavimento adoquinado. Asimismo, se usó la ecuación de Manning para calcular el flujo del agua. Determinaron el mejor sitio en la universidad siendo las características del suelo iguales y allí diseñaron un parqueadero con tres tipos de pavimento permeable, cubriendo un área total de 45m2. Vario únicamente el espesor del pavimento y se diseñó con una capa granular, el campo de prueba fue diseñado para una lluvia de una hora por un periodo de 10 años. Los autores concluyen que las variables determinadas fueron dimensiones de los parqueaderos, espesores de losa, espesores de base, volúmenes de agua a retener, diámetros de tubería de drenaje y pendientes de drenaje. Para elaborar el diseño de un campo de prueba se requieren conocer variables tales como granulometría del suelo, resistencia a corte (usando CBR), permeabilidad del suelo, caracterización de los materiales a emplear (resistencia, porosidad, tasa de infiltración), cargas de tráfico, precipitación local y registros históricos de lluvia. Ligia, M. Vélez (2010)..

(30) 30 El autor Ligia en esta investigación que se realizó en el laboratorio de materiales de construcción del instituto tecnológico metropolitano de Medellín junto con colaboradores prepararon concreto poroso. Se estudió la influencia de la permeabilidad del concreto poroso en: el volumen de poros permeables, porcentaje de absorción total, densidad, y propiedades mecánicas resistencia a la compresión y flexo tracción 28 días. El autor concluye que la permeabilidad es controlada principalmente por la porosidad de la pasta de cemento, no obstante, es necesario que estén interconectados entre sí. En este estudio se encontró una dosificación de concreto poroso, la cual permite obtener resistencias altas, manteniendo una excelente permeabilidad de dicho concreto. Se precisó una permeabilidad de 2,342 mm/s, con un porcentaje real de huecos del 11%, cemento en una proporción de 350 kg/m3, la cual permite firmeza a flexo tracción y a compresión veintiocho días respectivamente de 3 MPa y 33 MPa utilizando diferentes razones agua/cemento. Asimismo, encontraron relaciones entre la permeabilidad y las resistencias del concreto poroso con certezas del 100% y del 96.1% (8) (9); finalmente el autor nos indica que con relación a la porosidad del concreto no hay similitud con los modelos matemáticos de Balshin, Ryskovish, Schiller y Hasselman. 4.2 Marco teórico 4.2.1. Porosidad en el concreto.. La porosidad en el concreto determina la exposición ambiental del material y daños provenientes de los líquidos y de los gases que lo penetran, tales como dióxido de carbono, agua, oxígeno, cloruros, sulfatos, etc.; estos elementos o compuestos originan diversas reacciones químicas, cuyo efecto más crítico es la corrosión del acero del elemento constructivo. Y así, el concepto de durabilidad en concretos (Torres et al., 2007) se asocia.

(31) 31 con mantener su forma original, calidad y buena prestación cuando se expone al ambiente de servicio. ( Vélez, 2010) La porosidad de los agregados, los tamaños de los poros en el agregado varían en un amplio rango, pero hasta los más pequeños son mayores que los poros del gel en la pasta de cemento (Neville, 1999). Algunos poros del agregado están totalmente inmersos dentro de la partícula, pero otros se abren a la superficie, de modo que el agua, y otros agentes agresores, pueden penetrar en ellos. El grado de porosidad de las rocas comunes varía de 0 a 50%. Teniendo en cuenta que el agregado representa aproximadamente tres cuartas partes del volumen del concreto, es claro que la calidad de la roca utilizada como agregado es un factor que podría contribuir a la porosidad total del concreto. Sin embargo, la porosidad capilar es la que generalmente influye en la durabilidad del concreto. ( Vélez, 2010) La porosidad de la pasta de cemento es la suma del volumen de los huecos capilares y de los huecos del gel, y representa el espacio no llenado por los componentes sólidos de la pasta de cemento hidratado (Neville & Brooks, 1998); depende principalmente de la relación agua/cemento (a/c) y del grado de hidratación alcanzado por el cemento. Por ejemplo, para una pasta de relación agua/cemento de 0,6, el volumen total de poros se encuentra generalmente entre 46% y 60% dependiendo del grado de hidratación del cemento, que correspondería a niveles de hidratación comprendidos entre 100% y 27%, respectivamente. En general, la porosidad de la pasta suele ser mayor a la porosidad del agregado. ( Vélez, 2010) La porosidad del concreto (P) o total de huecos en el material compuesto, se ha modelado como una función de: (a/c) la relación agua/cemento, el grado de hidratación del cemento (h), el volumen de aire atrapado (A), las cantidades de agregados fino (arena, Af) y grueso (grava, Ag), y del cemento (c); y las gravedades específicas de los agregados (ρf y ρg), en el modelo.

(32) 32 matemático de la Ecuación (2) de (Solís & Moreno, 2006) para concretos con agregados comunes de densidades normales, cuando la relación agua/cemento es alta y el grado de hidratación es bajo, la pasta de cemento tendrá una alta porosidad capilar; contendrá un número relativamente grande de poros amplios y bien conectados, y por lo tanto, su coeficiente de permeabilidad será alto. En cuanto avanza la hidratación, la mayoría de los poros serán reducidos a un tamaño pequeño (100 nm o menos) y también perderán sus interconexiones, de manera que la permeabilidad se abatirá. ( Vélez, 2010) La principal característica de una mezcla porosa es su capacidad de infiltración. La permeabilidad de estas mezclas se obtiene usando áridos con un volumen significativo de huecos entre las partículas y con ausencia casi total de finos, y una cantidad reducida de pasta de cemento. La resistencia del material se obtiene mediante el efecto combinado de la delgada capa de pasta de cemento y la transmisión de esfuerzos por contacto entre los áridos o agregados. ( Vélez, 2010). 4.3 Marco conceptual 4.3.1. Concreto poroso.. El concreto poroso, es definido un concreto con revenimiento cero con alto grado de porosidad, y con una relación de vacíos alta; consiste de cemento portland, agregado grueso, poco o nada de agregado fino y agua. (Flores quispe & Pacompia calcina, 2015) 4.3.2. Porosidad.. Es una medida de los espacios vacíos entre los agregados. La condición para que un concreto sea permeable es que el contenido de vacíos sea mayor al 15%”. Es equivalente al porcentaje de vacío o fracción de huecos dentro de la estructura del concreto, según investigaciones anteriores se establece que dicho porcentaje debe estar en el rango del 15% al 25% para denominar la estructura porosa. (Mendez z & Mosqueda v, 2016).

(33) 33 , existe porosidad cerrada y porosidad abierta la cerrada se considera como los poros que no se comunican entre ellos ni con el exterior, mientras que la abierta Son aquellos que se comunican entre ellos y con el medio exterior permitiendo la absorción y transferencia de fluidos o intercambio de sustancias disueltas entre el interior del concreto y el ambiente circundante. (Quintero Ortiz, Herrera, Corzo, & Garcia, 2011) 4.3.3. Escorrentía superficial.. Es el agua procedente de la lluvia que circula por la superficie y se concentra en los cauces. La escorrentía superficial es función de las características topográficas, geológicas, climáticas y de vegetación de la cuenca y está íntimamente ligada a la relación entre aguas superficiales y subterráneas de la cuenca. (Mendez z & Mosqueda v, 2016) 4.3.4. Permeabilidad del concreto.. Es la capacidad que tiene el concreto poroso de permitir el flujo de agua atravesar su interior con la característica de no alterar su estructura. (Mendez z & Mosqueda v, 2016) 4.3.5. Asentamiento del concreto.. El asentamiento es una propiedad que no define la calidad del concreto permeable a diferencia del concreto convencional, sin embargo sirve para adquirir conocimiento acerca de la manejabilidad de la mezcla. (Mendez z & Mosqueda v, 2016) 4.3.6. Resistencia a la compresión.. La resistencia a la compresión se puede definir como la capacidad que tiene un elemento de resistir una carga o fuerza vertical de aplastamiento. No en todos los casos el material se rompe, existen casos en los cuales el material se deforma. La resistencia a la compresión es la característica mecánica principal del concreto, y se ha establecido una relación directa entre el módulo de elasticidad del concreto y su resistencia a.

(34) 34 la compresión donde a mayor resistencia del concreto, mayor es el módulo de elasticidad. (Castañeda & Moujir, 2014) 4.3.7. Masa unitaria.. La masa unitaria se define como la cantidad de materia contenida en un metro cúbico de concreto fresco (Kg/m3). Esta masa unitaria se puede dividir en masa unitaria suelta y masa unitaria apisonada las cuales tienen métodos diferente para calcularla, teniendo en cuenta que cada método involucra la determinación de una muestra de agregado en recipiente (medida) de volumen conocido, y entonces se resta la masa del recipiente. (Rocha, 2010). La masa unitaria es calculada con la siguiente expresión: = 4.3.8. Agregados.. Los agregados, también llamados áridos son aquellos materiales inertes de forma granular, naturales o artificiales, que aglomerados por el cemento portland en presencia de agua conforman un todo compacto (piedra artificial) conocida como concreto u hormigón. (Sanchez de Guzman, 2001) 4.3.9. Agregado grueso.. Teniendo en cuenta que el concreto es una piedra artificial, el agregado grueso es la materia prima para fabricar el concreto. En consecuencia, se debe usar la mayor cantidad posible y del tamaño mayor, teniendo en cuenta los requisitos de colocación y resistencia. (Gonzales, 2009). Hasta para la resistencia de 250kgr/cm2 se debe usar el mayor tamaño posible del agregado grueso; para resistencias mayores investigaciones recientes han demostrado que el.

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