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FACULTAD DE INGENIERÍA Y COMPUTACIÓN
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS HIDRÁULICOS EN
PAVIMENTOS PERMEABLES DE ADOQUINES ENTRELAZADOS DE
CONCRETO. CASO DE APLICACIÓN: CENTRO HISTÓRICO DE LA
CIUDAD DE AREQUIPA
Autores: CHRISTIAN ALBERTO GÓMEZ FLORES
FEDERICO EDWIN MONCA NINA
Asesor: Mg. Ing. Alejandro Cano Valencia
Trabajo de Investigación presentado a la Escuela Profesional de
Ingeniería Civil como parte de los requisitos para optar el grado académico de Bachiller en Ingeniería
Civil.
AREQUIPA – PERÚ
2020
DEDICATORIA
Gracias a Dios,
Por ser mi inspirador y darme fuerza para
continuar en este proceso de obtener uno de
los anhelos más deseados.
A mis Padres Hugo y Noda, por su amor,
trabajo y sacrificio en todos estos años,
gracias a ustedes eh llegado hasta aquí y
gracias a ustedes podré seguir avanzando.
A ti, por acompañarme en casi todos estos
años de mucho esfuerzo y perseverancia,
me diste una nueva apreciación del
significado y la importancia de la una
persona especial en mi vida.
A todos mis buenos amigos por compartir
conmigo esta etapa.
Christian Alberto Gómez Flores
A Dios, por darme la oportunidad de seguir
por este sendero y la fe que me permite
seguir día a día.
A mi madre Eusebia, su amor,
comprensión y apoyo constante en todos los
tramos de mi vida ha hecho de mí una mejor
persona.
A mis tíos Damiana y Porfirio, que
son como mis padres, su amor
incondicional y sabios consejos, me
hicieron llegar hasta aquí.
A Cinthya que me dio lo mejor que
pude conocer hasta hoy, Audrey, me has
mostrado la vida de diferente manera y has
cambiado todo para bien.
Federico Edwin Monca Nina
AGRADECIMIENTOS
- Mg. Ing. Alejandro Cano Valencia Asesor de Tesis
- Dr. Enrique Simbort Zeballos Director del departamento de Ingeniería Civil
- Mg. Ing. Galvarino Pinto Rodríguez Director de la escuela de Ingeniería Civil
.
Queremos expresar nuestro más grande y sincero agradecimiento al Ing. Alejandro Cano,
principal colaborador y guía durante todo este proceso, quien con su dirección, conocimiento,
enseñanza y colaboración permitió́ el desarrollo de este trabajo
De igual nuestros agradecimientos a la Universidad Católica San Pablo, a toda la Facultad de
Ingeniería Civil, a mis profesores en especial al Dr. Enrique Simbort, por su apertura y sus
ganas de transmitir conocimientos que transcienden lo profesional, Mg. Yaneth Calderón
quien enriqueció con la enseñanza de sus valiosos conocimientos hicieron que pueda crecer
el interés en este gran tema de investigación, gracias a cada una de ustedes por su paciencia,
dedicación, apoyo incondicional y amistad…
A nuestros amigos Hugo, Manuel, Gabriel y Bruno por estar juntos en todos estos años, por
los momentos de alegría y de estudio.
Christian y Federico
RESUMEN
La presente investigación está centrada en el estudio de los pavimentos permeables de
adoquines de concreto entrelazados, los cuales pueden ser aplicables al contexto del centro
histórico de la ciudad de Arequipa. En este documento se presentan estudios de pavimentos
permeables, específicamente los parámetros hidráulicos como la tasa de infiltración, la cual se
muestra una relación con la pendiente de la superficie del pavimento (SP, medido en %) y el
tamaño de juntas en el entrelazado de adoquines (EJ, medido en mm). Se ha obtenido diferentes
valores de los parámetros mencionados (por distintos investigadores) y se comparan entre sí,
buscando la máxima tasa de infiltración “I” (unidad de medición, mm/h). Según la información
bibliográfica analizada, se determinó que la tasa de infiltración de un pavimento permeable de
adoquines entrelazados depende de la pendiente SP y el ancho EJ.
Con pendientes SP mayores a 5%, la eficiencia de la infiltración en el pavimento deja
de incrementarse y comienza a disminuir; llegando a valores menores a 80% de un pavimento
convencional (pendiente SP 1,5%, norma peruana CE010). Si el rango de pendientes SP se
encuentra entre los valores de 2 a 3%, ello favorece la mayor infiltración respecto a un
pavimento permeable convencional (aumenta la tasa de infiltración en 10%).
El ancho de junta “EJ” influye directamente en la tasa de infiltración ya que de esta
dependerá el área permeable de la superficie. El ancho EJ más eficiente es de 5-8 mm; en este
rango la tasa de infiltración “I” presenta valores por encima de los 300mm/h. La eficiencia de
las juntas EJ dependerá del uso y mantenimiento del pavimento en el tiempo. Estudios muestran
que con un ancho de junta EJ de 5-8 mm, se mantendrá la eficiencia de la infiltración en un
rango de 80% respecto al mismo pavimento, en un lapso de tiempo de hasta 10 años.
Palabras clave: Pavimentos permeables, adoquines entrelazados, pendiente, junta entre
adoquines.
2
ABSTRACT
The present investigation is focused on the study of interlocking concrete paving
pavements, which may be applicable to the context of the historical center of the city of
Arequipa. This document presents studies of pervious pavements, specifically hydraulic
parameters such as the infiltration rate, which shows a relationship with the slope of the
pavement surface (SP, measured in %) and the size of joints in the interlacing of paving stones
(EJ, measured in mm). Different values of the mentioned parameters have been obtained (by
different researchers) and are compared with each other, seeking the maximum infiltration rate
"I" (unit of measurement, mm / h). Based on the bibliographic information analyzed, it was
determined that the infiltration rate of an intertwined permeable paving of paving stones
depends on the SP slope and the EJ width.
With SP slopes greater than 5%, the efficiency of the infiltration in the pavement stops
increasing and begins to decrease; reaching values less than 80% of a conventional pavement
(SP slope 1.5%, Peruvian standard CE010) .If the range of SP slopes is between the values of
2 to 3%, this favors the greater infiltration compared to a pavement conventional (increases the
infiltration rate by 10%).
The joint width “EJ” directly influences the infiltration rate since the permeable area of
the surface will depend on it. The most efficient EJ width is 5-8mm; In this range, the infiltration
rate “I” presents values above 300mm / h. The efficiency of EJ joints will depend on the use
and maintenance of the pavement over time. Studies show that with an EJ joint width of 5-8
mm, the infiltration efficiency will be maintained in a range of 80% with respect to the same
pavement, in a time span of up to 10 years.
Key words: Pervious pavements, interlocking paving stones, slope, joint between paving stones.
3
INDICE GENERAL
RESUMEN ............................................................................................................................ 1
ABSTRACT .......................................................................................................................... 2
INDICE DE FIGURAS ......................................................................................................... 6
INDICE DE TABLAS .......................................................................................................... 9
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 11
1.1. Problemática ................................................................................................................. 12
1.2. Justificativa .................................................................................................................. 12
1.3. Objetivos ...................................................................................................................... 13
1.3.1. Objetivo general .................................................................................................... 13
1.3.2. Objetivos específicos ............................................................................................. 13
1.4. Hipótesis ....................................................................................................................... 13
1.4.1. Hipótesis General: ................................................................................................. 13
1.4.2. Hipótesis específicas: ............................................................................................ 13
1.5. Variables de la investigación ....................................................................................... 14
1.6. Metodología de la investigación .................................................................................. 15
1.7. Estructura del trabajo ................................................................................................... 15
1.8. Matriz de consistencia .................................................................................................. 16
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO .................................................................................... 17
2.1. Bases Teóricas .............................................................................................................. 17
2.2. Pavimento ..................................................................................................................... 17
2.3. Pavimento Permeable ................................................................................................... 17
2.4. Infiltración: ................................................................................................................... 17
2.5. Filtración: ..................................................................................................................... 18
4
2.6. Percolación ................................................................................................................... 18
2.7. Colmatación ................................................................................................................. 18
2.8. Permeabilidad: .............................................................................................................. 18
2.9. Diferencias entre permeabilidad e infiltración: ............................................................ 18
2.10. Adoquín ................................................................................................................. 20
2.11. Norma CE.010 ....................................................................................................... 20
CAPÍTULO 3 ESTADO DEL ARTE ................................................................................. 27
3.1. Pavimentos permeables ................................................................................................ 27
3.1.1. Definiciones y consideraciones ............................................................................. 27
3.1.2. Pavimento eco tecnológico: ................................................................................... 29
3.1.3. Clasificación .......................................................................................................... 33
3.1.4. Capas Inferiores de Pavimentos permeables. ........................................................ 35
3.2. Reglas de Diseño. ......................................................................................................... 36
3.2.1. Diseño Hidráulico .................................................................................................. 38
3.3. Estudio de la Infiltración de Agua en un Pavimento Permeable. ................................. 41
3.4. Pendiente y espaciamiento de juntas. ........................................................................... 42
CAPITULO 4 DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN .............................................. 45
4.1. Recolección datos y procesamiento. ............................................................................ 46
4.2. Resumen de parámetros evaluados .............................................................................. 57
CAPITULO 5 ANÁLISIS DE DATOS .............................................................................. 58
5.1. Experiencia N-01 ......................................................................................................... 58
5.1.1. Dimensionamiento ................................................................................................. 58
5.1.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta ........................................ 58
5.1.3. Infiltración post mantenimiento de juntas ............................................................. 60
5.2. Experiencia N-02 ......................................................................................................... 61
5
5.2.1. Dimensionamiento ................................................................................................. 61
5.2.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta ........................................ 62
5.2.3. Infiltración post mantenimiento de juntas ............................................................. 63
5.3. Experiencia N-03 ......................................................................................................... 65
5.3.1. Dimensionamiento ................................................................................................. 65
5.3.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta ........................................ 66
5.3.3. Infiltración post mantenimiento de juntas ............................................................. 66
5.4. Experiencia N-04 ......................................................................................................... 67
5.4.1. Dimensionamiento ................................................................................................. 67
5.4.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta ........................................ 68
5.5. Experiencia N-05 ......................................................................................................... 68
5.5.1. Dimensionamiento ................................................................................................. 68
5.5.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta ........................................ 69
5.5.3. Infiltración post mantenimiento de juntas ............................................................. 70
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 72
RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 73
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS ................................................................................ 74
6
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Tipos de informes y componentes obligatorios. Fuente: Isabelle Clerc, 2004 ......... 15
Figura 2. Ciclo del agua en pavimentos impermeables y pavimentos permeables. Fuente:
Revista Aguas residuales, 2015 ................................................................................................ 19
Figura 3. Infiltración superficial. Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura, 2015 ........................................................................................ 19
Figura 4. Suelo permeable. Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación
y la Agricultura, 2015 ............................................................................................................... 19
Figura 5. Ensayo para determinar la permeabilidad del suelo. (a) Fuente: Organización de las
Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2015 ................................................ 20
Figura 6. Ensayo para determinar la capacidad de infiltración del suelo. (b) Fuente:
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2015 ............... 20
Figura 7. Configuraciones recomendadas de pavimentos adoquinados. Fuente: CE.010 ........ 25
Figura 8. Sección típica de pavimento permeable. Fuente: García, 2011 ................................ 27
Figura 9. Procesos en las capas permeables. Fuente: elaboración propia según Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 28
Figura 10. Tipos de pavimentos permeables. Fuente: ICPI, 2015 ............................................ 34
Figura 11. Concreto permeable. Fuente: ICPI, 2015 ................................................................ 34
Figura 12. Infiltración con almacenamiento natural. Fuente: ICPI, 2015 ................................ 35
Figura 13. Infiltración con trasporte y almacenamiento artificial. Fuente: ICPI, 2015 ............ 35
Figura 14. Diseño de pavimentos permeables. Fuente: ICPI, 2015 ......................................... 38
Figura 15. Esquema explicativo de las variables independientes y dependientes que se
utilizaron en el ensayo de laboratorio. Fuente: Paredes, 2015 ................................................ 42
Figura 16. Tipos de reportes y componentes obligatorios. Fuente: Clerc et Currien, 1997 ..... 46
Figura 17. Sección de estudio. Fuente: Stochl, 2015................................................................ 46
Figura 18. Representación de infiltración y escorrentía superficial. Fuente: Stochl, 2015 ...... 47
Figura 19. Configuración usada con juntas variables. Fuente: Stochl, 2015 ........................... 48
7
Figura 20. Comparación del estado original y colmatado del pavimento. Fuente: Stochl, 2015
.................................................................................................................................................. 48
Figura 21. Disposición del marco de madera y la estructura perimetral. Fuente: Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 49
Figura 22. Colocación de hileras de goteros para simular la lluvia directa sobre la superficie
permeable. Fuente: Paredes, 2015 ............................................................................................ 50
Figura 23. Escenario de pavimento permeable recién construido al 5% de pendiente. Fuente:
Paredes, 2015 ............................................................................................................................ 50
Figura 24. Escenario de pavimento permeable colmatado, al 5% de pendiente. Fuente: Paredes,
2015 .......................................................................................................................................... 51
Figura 25. Escenario de colocación de adoquines, al 5% de pendiente. Fuente: Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 52
Figura 26. Aparato experimental utilizado para estudios de infiltración y escorrentía superficial.
Fuente: Wilson, 2002 ................................................................................................................ 53
Figura 27. Sección típica estudiada. Fuente: Wilson, 2002 ..................................................... 54
Figura 28. Colmatación de juntas para determinado tiempo. Wilson, 2002 ............................ 54
Figura 29. Infiltración y escorrentía con distintas proporciones de colmatación. Fuente:
Beeldens, 2009 ......................................................................................................................... 55
Figura 30. Pavimento permeable de adoquines entrelazados. Fuente: Zachary, 2015. ............ 56
Figura 31. Segunda sección de pavimento permeable de adoquines entrelazados. Fuente:
Zachary, 2015. .......................................................................................................................... 57
Figura 32. Infiltración vs pendiente en cada ancho de junta. Fuente: Stochl, 2015 ................. 59
Figura 33. Infiltración – escorrentía vs pendiente para juntas de 5mm. Fuente: Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 63
Figura 34. Infiltración – escorrentía vs pendiente para juntas de 5mm. Fuente: Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 65
Figura 35. Infiltración y escorrentía con distintas proporciones de colmatación. Fuente: Wilson,
2002 .......................................................................................................................................... 66
8
Figura 36. Infiltración en función a la cantidad de años de uso para juntas de 5mm. Fuente:
Beeldens, 2009 ......................................................................................................................... 68
Figura 38. Infiltración en función del tiempo, para cada ancho de junta. Fuente: Zachary, 2015)
.................................................................................................................................................. 69
9
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Identificación de variables en la investigación. Fuente: Elaboración propia ............. 14
Tabla 1. Identificación de variables en la investigación. Fuente: Elaboración propia ...... Error!
Bookmark not defined.
Tabla 2. Matriz de consistencia. Fuente: Elaboración propia................................................... 16
Tabla 3. Parámetros para el diseño estructural de pavimentos. Fuente: Elaboración propia ... 21
Tabla 4. Métodos opcionales para el diseño estructural de pavimentos. Fuente: Elaboración
propia ........................................................................................................................................ 21
Tabla 5. Factores aplicados para el método opcional. Fuente: Elaboración propia ................. 22
Tabla 6. Factores aplicados para el método opcional. Fuente: Elaboración propia ................. 23
Tabla 7. Factores aplicados para el método opcional 3. Fuente: Elaboración propia .............. 25
Tabla 8. Uso de pavimentos permeables en la norma. Fuente: CE.010 ................................... 26
Tabla 9. Capacidad de infiltración para pavimentos eco tecnológico y concreto. Fuente: Chen,
2019 .......................................................................................................................................... 29
Tabla 10. Infiltración en concreto permeable con agregados de piedra chancada. Fuente: Chen,
2019 .......................................................................................................................................... 30
Tabla 11. Infiltración en pavimentos permeables en función al ADT y profundidad. Fuente:
Langsdorff”, 2016 ..................................................................................................................... 30
Tabla 12. Infiltración en pavimentos permeables en función a la cantidad de agua. Fuente:
Chantilly, 2017 ......................................................................................................................... 31
Tabla 13. Evaluación de capacidad de infiltración en un bloque de pavimento permeable.
Fuente: Yuntae Kim, 2012 ....................................................................................................... 32
Tabla 14. Características técnicas de los materiales a utilizar en cada capa Fuente: Sañudo, 2014
.................................................................................................................................................. 36
Tabla 15. Tipos de adoquines en comparación con el tráfico. Fuente: elaboración propia ...... 41
Tabla 16. Resultados de la infiltración en comparación a la pendiente. Fuente: Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 43
10
Tabla 17. Distintas investigaciones de capacidad de infiltración en pavimentos permeables.
Fuente: Sañudo, 2014 ............................................................................................................... 43
Tabla 18. Resumen de parámetros usados en las experiencias citadas. Fuente: Elaboración
propia ........................................................................................................................................ 57
Tabla 19. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Stochl, 2015.................................... 58
Tabla 20. Infiltración vs pendiente en cada ancho de junta. Fuente: Stochl, 2015 .................. 60
Tabla 21. Comparación basada en el estado original del pavimento y luego de la colmatación
realiza un mantenimiento con la aspiración de las juntas. Fuente: Stochl, 2015 ..................... 60
Tabla 22. Espaciamiento de juntas y pendientes usadas en la simulación. Fuente: Paredes, 2015
.................................................................................................................................................. 62
Tabla 23. Valores obtenidos para distintas pendientes y juntas sin colmatar. Fuente: Paredes,
2015 .......................................................................................................................................... 62
Tabla 24. Valores promedio para distintas pendientes y juntas sin colmatar. Fuente: Paredes,
2015 .......................................................................................................................................... 63
Tabla 25. Valores obtenidos para distintas pendientes y juntas mantenidas. Fuente: Paredes,
2015 .......................................................................................................................................... 64
Tabla 26. Valores promedio para distintas pendientes y juntas mantenidas. Fuente: Paredes,
2015 .......................................................................................................................................... 64
Tabla 27. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Wilson, 2002 .................................. 65
Tabla 28. Comparación basada en el estado original del pavimento y luego de la colmatación
realiza un mantenimiento con la aspiración de las juntas. Fuente: Wilson, 2002 .................... 66
Tabla 29. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Beeldens, 2009 ............................... 67
Tabla 30. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Zachary, 2015 ................................. 69
Tabla 31. Comparación basada en el estado original del pavimento y luego de la colmatación
realiza un mantenimiento con la aspiración de las juntas. Fuente: Zachary, 2015 ................. 70
11
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
Los pavimentos permeables son una clase especial y diferente a los pavimentos
convencionales, debido a que poseen en su estructura un alto porcentaje de vacíos, esta clase
de pavimentos empezaron a ser estudiados en la década de los setenta en Estados Unidos para
aliviar la contaminación del sistema sanitario por efecto de las aguas de lluvia, del mismo modo,
en Europa a fines de los años setenta se inician estudios de los pavimentos permeables en
Francia, Reino Unido, y Alemania para mejorar de la calidad del aguas y optimización de su
almacenamiento, así también para la reducción de la escorrentía superficial urbana; esta clase
de pavimento ha obtenido una gran consideración en la última década, porque permiten el
tratamiento de la escorrentía superficial de lluvia, donde el agua se infiltra al subsuelo para
recargar los acuíferos o almacenar estas aguas en depósitos y luego utilizarla en parques,
inodoros de las viviendas , como agua industrial, etc.
Los pavimentos permeables existen de varios tipos, de asfalto, concreto y de adoquines,
el presente trabajo de investigación abarca el estudio de los pavimentos permeables de
adoquines entrelazados de concreto, en donde se estudió y analizaron los criterios de diseño
hidráulicos, relacionándolos con la capacidad de infiltración, se estudiaron la influencia de la
pendiente de la sección, y el tamaño de juntas o ranuras entre los adoquines de concreto y su
relación con la capacidad de infiltración, todo ello para el caso del centro Histórico de la ciudad
de Arequipa.
En la mayoría de urbes, como la ciudad de Arequipa, la presencia de calles pavimentadas
hace que se tenga un gran porcentaje de impermeabilidad del suelo urbano. Después del
desarrollo urbano, se observa la impermeabilización de las superficies y la reducción de la
cubierta vegetal (DeFries y Eshleman 2004). Según datos del Ministerio de transportes y
Comunicaciones, en la provincia de Arequipa se cuenta con una red vial de 1750 km (MTC) de
extensión conformada por la red nacional, departamental y vecinal (metropolitana), esta
cantidad de pavimento facilita el escurrimiento superficial de lluvia hacía calles, torrenteras y
ríos, generando cada vez más frecuentes, inundaciones en determinadas zonas de la ciudad de
Arequipa.
12
1.1. Problemática
Durante los últimos años en la ciudad de Arequipa se desarrolla un crecimiento
acelerado de urbanización, lo que conlleva a la necesidad de construcción de pavimentos,
que en su mayoría son convencionales; por lo cual se vienen impermeabilizando cada vez más
el suelo urbano.
Aunando a lo anterior, según el Instituto Nacional de Defensa Civil (INDECI), Arequipa
ocupa el tercer lugar a nivel país en regiones que presentan mayor afectación debido a las lluvias
(INDECI 2018). Por lo que en época de lluvias se presentan encharcamientos, inundaciones y
deterioro de los pavimentos convencionales
La norma técnica peruana CE.010 “pavimentos urbanos”, considera la utilización de
sistemas de pavimentos con adoquines entrelazados, pero no menciona la utilización de
pavimentos permeables, ni especifica criterios hidráulicos para su aplicación.
El uso de pavimentos permeables de adoquines de concreto, junto al estudio e
identificación de los criterios hidráulicos, permitiría proponer estos criterios hidráulicos para
su aplicación en la ciudad de Arequipa.
1.2. Justificativa
Resulta necesaria la identificación de criterios hidráulicos en los pavimentos permeables
de los adoquines entrelazados con el fin de reducir la escorrentía superficial urbana.
Estos tipos de pavimento han obtenido una gran presencia a partir de la década de los
años 90, en razón de la agudización de las precipitaciones pluviales debido a los efectos del
cambio climático, provocando inundaciones y en algunos otros casos sequías. Los pavimentos
permeables son una alternativa de solución a la problemática planteada que permiten mitigar
estos eventos extremos (lluvias y sequías).
Por lo que resulta necesario la identificación de criterios hidráulicos para el diseño de
pavimentos permeables en la ciudad de Arequipa en base al estado del arte. Con ello se
posibilitará brindar mayores alcances para un crecimiento adecuado y óptimo de la ciudad, y a
su vez mitigando la escorrentía superficial.
13
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Identificar parámetros hidráulicos de pavimentos permeables articulados no
contemplados en la norma peruana CE010 Pavimentos Urbanos.
1.3.2. Objetivos específicos
-Relacionar y cuantificar la pendiente de la superficie del pavimento (SP, en %) en los
valores de la capacidad de infiltración (I, en mm/h) de pavimentos permeables de adoquines de
concreto
-Relacionar y cuantificar la abertura/ancho de las ranuras/juntas separadoras (EJ, en
mm) de los adoquines de concreto en los valores de la capacidad de infiltración (I, en mm/h) de
pavimentos permeables de adoquines de concreto.
-Proponer una alternativa de solución a los problemas de inundación y escorrentía
superficial en el centro histórico de la ciudad de Arequipa durante las temporadas de lluvia.
1.4.Hipótesis
1.4.1. Hipótesis General:
El pavimento permeable de adoquines de concreto entrelazados permite reducir la
escorrentía superficial de las vías públicas del centro histórico de Arequipa.
1.4.2. Hipótesis específicas:
La pendiente SP y el ancho de ranura EJ influirían en la performance de los pavimentos
permeables respecto a la infiltración y reducción de la escorrentía superficial que se ocasiona
en las temporadas de lluvia. Estos parámetros podrían ser empleados como criterios de diseño,
generando pavimentos eficientes para la correcta gestión de agua de lluvias en zonas urbanas.
14
1.5.Variables de la investigación
Tabla 1. Identificación de variables en la investigación. Fuente: Elaboración propia
Variable Tipo de
variable Unidad Variables
Descripción
conceptual
Descripción
operacional
Cap
acid
ad d
e in
filt
raci
ón
“I”
Dependie
nte mm/h
Pendiente de la
superficie (en
%)
Magnitud que
señala la
inclinación de
una superficie de
carretera con
relación al eje
horizontal.
Designado a al
valor del ángulo
que conforman el
plano de
la carretera con
respecto a la
vertical.
En nuestra
investigación
estas variables
independientes
se relacionarán
con la
capacidad de
infiltración “I”,
que en conjunto
permitirán la
mitigación de la
escorrentía
superficial, en
áreas urbanas. Ancho de la
junta (mm)
Espacio que
queda entre los
adoquines y que
se rellena con
material granular,
que permita
fricción y
estabilidad.
15
1.6. Metodología de la investigación
Figura 1. Tipos de informes y componentes obligatorios. Fuente: Isabelle Clerc, 2004
La presente labor de investigación presenta un enfoque cualitativo ya que utiliza la
recolección de datos con el fin de probar la hipótesis, en base al estudio de las variables
dependientes e independientes mediante el análisis comparativo; cabe mencionar que su alcance
es explicativo porque pretende establecer criterios de los fenómenos que se estudian, como en
nuestro caso son la tasa de infiltración y la escorrentía en los pavimentos permeables.
Además se precisa que la hipótesis es del tipo causal multivariada por la existencia de
la relación entre aquellas variables del diseño de un pavimento permeable discontinuo (distancia
de infiltración y pendiente de la superficie) y la capacidad de infiltración del pavimento
permeable.
La variable dependiente es la Capacidad de Infiltración, que representa la cantidad de
agua infiltrada en el sistema, siendo esta medida o magnificada respecto al total empleado en
los diseños, comenzando desde la distancia más próxima a la entrada de la escorrentía
superficial y midiendo hasta el final.
1.7. Estructura del trabajo
El desarrollo de la investigación se realizará bajo la siguiente metodología que mantiene
concordancia con la descrita en el capítulo 1 del presente documento. En la siguiente figura se
resume los elementos esenciales para el desarrollo, de la información presentada anteriormente
en el estado del arte, presentando ciertos componentes que deben aparecer en el contenido de
los diferentes tipos de reportes. La naturaleza evolutiva de los documentos se ve reflejada en la
siguiente imagen. Para esta investigación se usará el reporte de análisis.
16
1.8. Matriz de consistencia
Tabla 2. Matriz de consistencia. Fuente: Elaboración propia
PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES METODOLOGIA
Durante los
últimos años en la
ciudad de Arequipa
se desarrolla un
crecimiento
acelerado de
urbanización, lo
que conlleva a la
necesidad de
construcción de
pavimentos, que
en su mayoría son
convencionales;
por lo cual se
vienen
impermeabilizando
cada vez más el
suelo urbano.
La norma técnica
peruana CE.010
“pavimentos
urbanos”,
considera la
utilización de
sistemas de
pavimentos con
adoquines
entrelazados, pero
no menciona la
utilización de
pavimentos
permeables, ni
especifica criterios
hidráulicos para su
aplicación.
GENERAL GENERAL DEPENDIENTE Enfoque
cualitativo: utiliza
la recolección de
datos con el fin de
probar la hipótesis,
en base al estudio
de las variables
dependientes e
independientes
mediante el análisis
comparativo.
Alcance
explicativo porque
pretende establecer
criterios de los
fenómenos que se
estudian, como en
nuestro caso son la
tasa de infiltración
y la escorrentía en
los pavimentos
permeables.
Hipótesis tipo
causal
multivariada:
por la existencia de
la relación entre
aquellas variables
del diseño de un
pavimento
permeable
discontinuo
(distancia de
infiltración y
pendiente de la
superficie) y la
capacidad de
infiltración del
pavimento
permeable.
Identificar parámetros
hidráulicos de
pavimentos permeables
articulados no
contemplados en la
norma peruana CE010
Pavimentos Urbanos.
El pavimento
permeable de
adoquines de
concreto
entrelazados
permite reducir
la escorrentía
superficial de las
vías públicas del
centro histórico
de Arequipa.
Capacidad de
infiltración “I”
(mm/h)
ESPECIFICOS ESPECIFICOS INDEPENDIENTE
-Relacionar y
cuantificar la pendiente
de la superficie del
pavimento (SP, en %)
en los valores de la
capacidad de
infiltración (I, en mm/h)
de pavimentos
permeables de
adoquines de concreto.
-Relacionar y
cuantificar la
abertura/ancho de las
ranuras/juntas
separadoras (EJ, en
mm) de los adoquines
de concreto en los
valores de la capacidad
de infiltración (I, en
mm/h) de pavimentos
permeables de
adoquines de concreto.
-Proponer una
alternativa de solución a
los problemas de
La pendiente SP
y el ancho de
ranura EJ
influirían en la
performance de
los pavimentos
permeables
respecto a la
infiltración y
reducción de la
escorrentía
superficial que
se ocasiona en
las temporadas
de lluvia. Estos
parámetros
podrían ser
empleados como
criterios de
diseño,
generando
pavimentos
eficientes para la
correcta gestión
de agua de
-Pendiente de la
superficie (en %)
-Ancho de la junta
(mm)
17
inundación y
escorrentía superficial
en el centro histórico de
la ciudad de Arequipa
durante las temporadas
de lluvia.
lluvias en zonas
urbanas.
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1. Bases Teóricas
Para profundizar en la investigación realizada, se van a definir los conceptos básicos
y necesarios para poder entender el problema de investigación y adentrarse en la hipótesis y su
posterior validación. Para los criterios hidráulicos se han tomado en cuenta conceptos
directamente relacionados a este punto, sin embargo, es importante mencionar el ciclo natural
del agua, sobre el cual recae la capacidad de agua con la cuenta la población humana para que
se pueda mantener un desarrollo industrial como urbano. Una buena gestión del ciclo es de
suma importancia, pues sirve para permitir el abastecimiento de las necesidades de la población
sin dañar los recursos hídricos; es bien conocido que más del 97% de agua en la tierra es salada,
lo que hace que el restante de agua dulce pueda ser insuficiente para la población, que cada año
crece a grandes pasos (Gómez-Ullate, 2011).
2.2.Pavimento
Se define pavimento como una capa dura y resistente, la cual puede estar compuesta de
materiales como adoquines, asfalto, cemento o madera, además de materiales que cubran el
suelo para que pueda formarse una capa llana y firme.
2.3. Pavimento Permeable
El pavimento permeable (PP) adiciona a su definición el objetivo fundamental de
retención e infiltración de la escorrentía superficial en la base del pavimento en sí, se presentan
como una mejor opción a los usados en la actualidad, pues estos permiten disminuir el volumen
de escorrentía, así como su velocidad.
2.4. Infiltración:
18
Se le conoce a la infiltración (I en mm/h) como aquel proceso en el cual el agua
superficial se introduce al suelo por medio de las capas internas, esto por las fuerzas
gravitatorias, también están presentes las fuerzas de origen capilar, así como otras más
complejas como fuerzas las que se estudian en química, se mide en mm/h.
Esta agua infiltrada es capaz de movilizarse hasta llegar a los acuíferos, ríos, lagos o al
mismo mar, también se puede dar el casi que quede retenida en el mismo suelo para
posteriormente volver a la atmósfera debido al ciclo hidrológico del agua, específicamente a la
evaporación y/o transpiración.
2.5. Filtración:
Se define filtración como la manera de separación de los sólidos de un suelo en una
suspensión por medio de un sistema poroso, no aplica para la presente tesina.
2.6. Percolación
Es el paso a una velocidad muy baja del agua, en este caso, por medio de la estructura
de un suelo poroso. Este fenómeno no se estudia en la presente tesina.
2.7. Colmatación
Es el proceso mediante el cual una depresión se llena de sedimentos, es decir, se
encuentra obstruido los canales por el cual el agua puede pasar.
2.8. Permeabilidad:
Se conoce a la permeabilidad a la capacidad de un material, en este caso el suelo, para
que al agua o fluido lo pueda atravesar sin modificar la estructura interna del suelo. Se puede
decir a un suelo permeable cuando deja transitar por medio de su estructura una cantidad
considerable de agua en lapso de tiempo, y se puede llamar impermeable al suelo cuando esta
cantidad de agua no es considerable o es muy pequeña.
2.9. Diferencias entre permeabilidad e infiltración:
El estudio de la manera en la que se mueve el agua a través del suelo, es porque en el
suelo hay porosidades que forman parte de toda la estructura del suelo. Entonces se considera
a la infiltración como un parámetro físico, el cual posibilita cuantificar la cantidad de lámina de
agua que penetra por los espacios porosos del suelo, en un determinado tiempo. Para medir la
infiltración se puede realizar ensayos con anillos de infiltración que se colocan en el suelo con
19
un sellado hermético para verter agua y llegar a medir el tiempo, así como cuánta agua en lámina
de milímetros o centímetros que se llega a infiltrar dentro del suelo para un tiempo específico.
Figura 2. Ciclo del agua en pavimentos impermeables y pavimentos permeables. Fuente:
Revista Aguas residuales, 2015
Figura 3. Infiltración superficial. Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura, 2015
Figura 4. Suelo permeable. Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura, 2015
Como principal diferencia, la permeabilidad de un suelo es la inversa de la infiltración,
y esta es medida o cuantificada por la Conductividad hidráulica (k), la cual nos permite medir
20
la capacidad del agua de trasladarse a través del suelo. De este modo, se hallarán mayores
valores de conductividad hidráulica en un escenario de suelo en estado saturado (todos los
espacios intersticiales o porosos llenos de agua) y muy baja cuando los espacios intersticiales
estén libres.
a) b)
Figura 5. Ensayo para determinar la permeabilidad del suelo. (a) Fuente: Organización de las
Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2015
Figura 6. Ensayo para determinar la capacidad de infiltración del suelo. (b) Fuente:
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, 2015
2.10. Adoquín
Los adoquines son piezas prefabricadas de concreto, también puede ser hechas de piedra
o hechos de bloques con diferentes tamaños y formas, los cuales pueden ser de diferentes
tamaños y formatos. Los adoquines generalmente han sido fabricados con granitos, pues
presenta una gran resistencia, además de contar con un tratamiento relativamente sencillo.
Los adoquines se pueden instalarse en lugares de tráfico pesado, lo que los hace ideales
para poder soportar grandes cargas vehiculares además también, se usan en calles, carreteras,
jardines y en otras aplicaciones arquitectónicas de urbanización.
Los adoquines de concreto, presentan gran facilidad de uso por sus dimensiones
constantes, gracias a su proceso de fabricación, pueden soportar grandes cargas vehiculares, lo
que los hace ideales para usos en tráficos pesados.
2.11. Norma CE.010
21
En la norma CE.010 de Pavimentos Permeables se mencionan métodos de diseño
estructural sustentados por las metodologías del Asphalt Institute (AI), de la AASHTO,
Portland Cement Association (PCA), del American Concrete Institute (ACI) o de la American
Concrete Pavement Association (ACPA), estas normas hacen referencia al uso de sistemas de
pavimentos con adoquines entrelazados, mas no comenta el uso de pavimentos permeables,
tampoco se indican criterios hidráulicos para este tipo de pavimentos su aplicación.
En el capítulo V de la norma se consideran parámetros para el diseño estructural tales
como la calidad y valor portante de la sub rasante y del suelo de fundación, características
generales y especificas del volumen de tráfico para un periodo de diseño determinado, las
condiciones climatológicas, la geometría de la vía y por supuesto, el tipo de pavimento que se
va a usar, se recalca nuevamente que no se menciona el uso de pavimentos permeables, aun
cuando se hace referencia a pavimentos especiales, entre los que se encuentran las aceras o
veredas, pasajes peatonales o ciclo vías.
Tabla 3. Parámetros para el diseño estructural de pavimentos. Fuente: Elaboración
propia
Parámetros para el diseño estructural de pavimentos
Calidad de la sub rasante
Suelo de fundación
Características del Volumen de trafico
Condiciones climatológicas
Geometría de la vía
Tipo de pavimento a usar
Con respecto al drenaje pluvial en los pavimentos urbanos, solo se indica que estas
deben adecuarse a la norma OS.060 de Drenaje Pluvial Urbano.
En el título II de la norma CE.010 se indican métodos opcionales para el diseño
estructural de pavimentos, se mencionan varios métodos y se indica la manera de adaptarlos,
sus generalidades, materiales a usar, factores a considerar, etc.
Tabla 4. Métodos opcionales para el diseño estructural de pavimentos. Fuente:
Elaboración propia
22
Métodos Opcionales para el diseño estructural de pavimentos
Método Opcional para el Diseño Estructural de Pavimentos Asfalticos en vías locales, en
sus bermas y en sus estacionamientos
Método Opcional para el Diseño Estructural de Pavimentos Urbanos de Concreto
Hidráulico en vías locales, colectoras, arteriales y expresas, en sus bermas y en sus
estacionamientos
Método Opcional para el Diseño Estructural de Pavimentos Urbanos de Adoquines
intertrabados de Concreto Hidráulico en vías locales
El primero en mencionar es el Método Opcional para el Diseño Estructural de
Pavimentos Asfalticos en vías locales, en sus bermas y en sus estacionamientos. Esta
metodología es recomendada por el AI para pavimentos asfalticos y está adaptada al uso de
pavimentos en vías locales, sus bermas y estacionamientos.
Entre sus generalidades comenta su uso para vías locales, en caso se quiera usar en vías
arteriales, colectoras y expresas, se debe aplicar metodologías de la guía AASHTO, y si fuese
el uso en zonas industriales se debe consultar el manual del AI, para usos en que se sobrepasen
los límites de carga permisibles no debe usarse este método.
Tabla 5. Factores aplicados para el método opcional. Fuente: Elaboración propia
Factores aplicados para el Método Opcional para el Diseño Estructural de Pavimentos
Asfalticos en vías locales, en sus bermas y en sus estacionamientos
Tráfico
Soporte de la subrasante en términos de CBR
Propiedades de los materiales que conformen el pavimento
El medioambiente, haciendo referencia al grado del asfalto.
En cuanto al tráfico se definen dos tipos de tráficos, para vehículos ligeros y camiones, los
espesores de los pavimentos serán definidos según los parámetros indicados en la presente
norma.
En cuanto a la subrasante indican la obligatoriedad de realizar ensayos de laboratorio, y
de manera opcional realizar ensayos de campo, se clasifica a la subrasante según capacidad de
23
no verse afectada por la humedad, mientras esta afectación sea menor, su clasificación será
mejor.
Para los materiales usados en la pavimentación, para este método solo se considera el
uso del concreto asfaltico mezcla en caliente, se considera a las bases y subbase como capas del
pavimento. Además, se habla del tamaño máximo que debe presentan el agregado, el cual debe
estar entre los 37.5 mm y 9.5 mm.
Para el medioambiente recomienda usar el grado de asfalto según la temperatura, esta
información está contenida en la presente norma.
Hasta este punto, esta metodología no menciona el uso de pavimentos permeables, su
diseño está basado en metodologías clásicas, las cuales no consideran como un factor
importante a la tasa de infiltración en caso de precipitaciones pluviales.
En cuanto a los espesores de pavimentos se muestran valores referenciales que pueden
usarse en los pavimentos de vías locales.
Para el drenaje en vías locales se menciona que este va depender del tipo de diseño
geométrico de la vía, para el caso del drenaje longitudinal, para el drenaje transversal será
resuelto con un bombeo no menor al 1.5%, así también, se hace hincapié de ser necesario, las
aguas recolectadas deben ser llevadas por tuberías, cunetas o sub drenajes afuera de las rutas y
accesos, estas recomendaciones están sujetas a la norma OS.060 Drenaje Pluvial Urbano. Esta
parte de la norma no menciona al drenaje que podría ser parte de una estructura de pavimentos
permeables como alternativa a los drenajes pluviales clásicos.
El segundo en mencionar es el Método Opcional para el Diseño Estructural de
Pavimentos Urbanos de Concreto Hidráulico en vías locales, colectoras, arteriales y expresas,
en sus bermas y en sus estacionamientos. Esta metodología es recomendada por la Asociación
Americana de Pavimentos de Concreto (ACPA).
Tabla 6. Factores aplicados para el método opcional. Fuente: Elaboración propia
Factores aplicados para el Método Opcional para el Diseño Estructural de Pavimentos
Urbanos de Concreto Hidráulico en vías locales, colectoras, arteriales y expresas, en
sus bermas y en sus estacionamientos
Resistencia a la flexión
Resistencia al diseño de la capa subrasante (Modulo K)
24
Clasificación de las calles urbanas
Tráfico diario promedio de camiones (ADTT) así como la distribución de cargas
Periodo de diseño
Sardineles y cuentas
Juntas
Para el diseño estructural, el procedimiento a seguir se describe en publicaciones
especializadas, para el caso de diseño de espesores se usan programas de computadoras que
permiten obtener valores óptimos en cada caso especial.
Para este tipo de pavimento se determinan espesores para pavimentos de concreto simple
y reforzado en vías locales, arteriales, expresas y colectoras, así como en bermas y
estacionamientos. Cabe destacar que por conceptualización los pavimentos de concreto simple
se realizan sin ningún refuerzo de acero además de con o sin pasa juntas o dowels en las juntas
de control. Estas juntas de control tienen que estar cada 4.60 m.
Para el caso de pavimentos de concreto reforzado con fibras metálicas o mallas, las
juntas de control pueden tener espaciamientos entre las juntas de control pueden tener incluso
un máximo de 9 m, estos pavimentos siempre requieren de dowels.
En cuanto a los factores considerados en esta metodología, hace referencia a
metodologías empleadas para el diseño de pavimentos hidráulicos clásicos, no hace mención
en ningún caso a algún tipo de material que pueda ser parte de una estructura permeable en el
pavimento, como podrían ser las juntas longitudinales o transversales.
También existen las juntas de aislamiento, las cuales son usadas para impedir el contacto
del pavimento con cosas fijas o en intersecciones de vías tales como buzones, cruces de calles,
drenajes, etc., estas juntas deben estar entre los 20 mm y 30 mm de abertura, para el caso de
buzones estas deben reforzar la losa perimetral del pavimento con cuatro fierros corrugados
superior e inferior, así mismo, la norma no contempla en estas juntas materiales que puedan ser
permeables.
El tercero en mencionar es el Método Opcional para el Diseño Estructural de
Pavimentos Urbanos de Adoquines intertrabados de Concreto Hidráulico en vías locales, en sus
bermas y en sus estacionamientos. Este tipo de pavimento de adoquines, también llamado
articulado, está conformado por la base granular, una cama de arena que sirve como asiento,
adoquines de concreto formados de tal manera que forman una trama con un patrón constante
25
de colocación, de tal manera que se desarrolla el inter trabado, arena de sello, confinamientos
laterales, así como el sistema de drenaje.
Para esta metodología es necesario construir una subrasante de suelo que sea capaz de
soportar toda la estructura sin presentar grandes deformaciones, para esto es necesario que los
adoquines se construyan de tal modo que las cargas verticales de los vehículos de paso se
trasfieran a los adoquines contiguos por medio de la arena de sello (juntas), A continuación, se
muestran algunas secciones transversales típicas para esta metodología:
Figura 7. Configuraciones recomendadas de pavimentos adoquinados. Fuente: CE.010
Puesto que es de interés para la presente investigación, se muestran estructuras típicas
para esta metodología, sin embargo, el enfoque que se le da al uso de estos adoquines, no
contempla el uso de juntas permeables, pues estas están conformadas de tal manera que formen,
como su nombre lo indica una arena de sello, la cual no debe permitir el paso de agua a través
de ella.
Los factores que intervienen en esta metodología se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 7. Factores aplicados para el método opcional 3. Fuente: Elaboración propia
Factores aplicados para el Método Opcional para el Diseño Estructural de Pavimentos
Urbanos de Adoquines intertrabados de Concreto Hidráulico en vías locales, en sus
bermas y en sus estacionamientos
Medio ambiente
Trafico
Resistencia de la capa de sub rasante
26
Materiales de la estructura del pavimento
Los primeros tres factores que se consideran para esta metodología, son para la
instalación de adoquines con juntas impermeables, son criterios que se encuentran ya
establecidos en manuales, no se considera, como ya se dijo, materiales permeables.
El cuarto factor, que son materiales del pavimento habla sobre el comportamiento
estructural que debe tener el adoquín, el espesor de la cama de arena también debe ser mayor a
25 mm pero menor a 40 mm, y la graduación de esta arena permite el acomodamiento de granos
de tal manera que se forme una capa impermeable en la cama de arena.
Sobre las juntas, estas deben proporcionar una trabazón vertical y una transferencia de
corte debido a las cargas, esta junta, según esta metodología puede estar compuesta de arena
más fina que la cama de arena, esta puede tener un pasante máximo de 100% de la malla # 16
y no más del 10% pasante de la malla # 200, lo cual indica que son materiales impermeables.
La función de la cama de arena y este tipo de juntas hacen que el pavimento se rigidice
cuando estén expuestos a un gran número de cargas de tráfico. Esto quiere decir que para esta
metodología es importante el uso de materiales que permitan una junta cerrada o impermeable,
pues ayuda a evitar las deformaciones del pavimento, se puede entonces, inferir que el uso de
materiales permeables, ayudaría a deformar el pavimento, lo cual hace de esta metodología
deficiente en el uso de pavimentos permeables.
Como se vio, la norma CE.010 no contempla el uso de pavimentos o juntas permeables,
en el caso de adoquinado, lo cual abre un campo de investigación para la estructuración de
pavimentos permeables.
Tabla 8. Uso de pavimentos permeables en la norma. Fuente: CE.010
Métodos Opcionales para el diseño estructural
de pavimentos Uso de Pavimentos Permeables
Método Opcional para el Diseño Estructural de
Pavimentos Asfalticos en vías locales, en sus
bermas y en sus estacionamientos
Método Opcional para el Diseño Estructural de
Pavimentos Urbanos de Concreto Hidráulico en
vías locales, colectoras, arteriales y expresas, en
sus bermas y en sus estacionamientos
No contempla
No contempla
No contempla
27
Método Opcional para el Diseño Estructural de
Pavimentos Urbanos de Adoquines intertrabados
de Concreto Hidráulico en vías locales
CAPÍTULO 3
ESTADO DEL ARTE
3.1.Pavimentos permeables
3.1.1. Definiciones y consideraciones
Se define una sección permeable como aquella compuesta de distintas capas hechas de
materiales para construcción que permiten que el agua pase atravesando de su estructura; desde
la superficie de terreno hacia la sub rasante, generalmente se diseñan con la capacidad portante
suficiente para soportar un tráfico establecido, y además con materiales y factores que permitan
el paso del agua desde la superficie de rodamiento hasta el terreno natural (Rodríguez, 2008).
No se considerarán como permeables las secciones que posean capas drenantes, en
combinación de capas impermeables, así por ejemplo, con mezclas asfálticas porosas y sobre
capas impermeables. El propósito de estas secciones es el traslado del agua hacia los laterales,
de esta manera no permiten su infiltración ni su almacenamiento en capas inferiores del
terraplén.
Figura 8. Sección típica de pavimento permeable. Fuente: García, 2011
Según (Leipard, 2015), las superficies permeables más comunes incluyen asfalto
poroso, concreto permeable y bloques entrelazados. Los criterios de diseño competentes de los
pavimentos requieren cuatro áreas:
- Capacidad de carga estructural, resistencia
- Selección de material, durabilidad y costo
28
- Diseño hidrológico, retención, detención.
- Diseño hidráulico.
En el ámbito de capacidad de carga, en la actualidad, el estudio y utilización de los
pavimentos permeables, no se reduce únicamente a zonas de uso residencial, como muchos
autores habían planteado, sino también se han aplicado a centros urbanos o incluso se realizaron
aplicaciones en zonas de servicio en aeropuertos (Rodríguez, 2008).
Según (Karasawa, 2008), en Japon, se introdujo esta tecnología a inicios del año 2000,
este método ha desarrollado unos 8,2 millones de m2 en 2005, su desarrollo ha sido acelerado
ya que según el autor, este método es excelente para la mitigación de la escorrentía superficial,
además de ser agradable a la vista y de poseer una fácil aplicación.
Desde un punto de análisis hidráulico, los procesos que suceden en cada capa de un
pavimento permeable, son los siguientes:
Figura 9. Procesos en las capas permeables. Fuente: elaboración propia según Paredes, 2015
El autor entiende cada proceso como:
- Percolación: entendiendo que este proceso significa la infiltración entre la superficie
permeable
- Retención: como la capacidad de mantener la humedad o los sedimentos en alguna capa.
- Transporte: del agua por medio natural o por tuberías, llamado también drenaje.
- Almacenamiento: que puede ser natural en el caso de la capa freática o artificial como
depósitos de captación.
En tanto, para el cumplimiento de estos procesos, los tipos y la conformación de los
materiales en la base y la sub base pueden exhibir variantes, pero continuamente bajo las
condiciones de permeabilidad ascendiente desde las capas superiores hasta las capas
inferiores.
29
Para estudiar la capacidad de infiltración, se realizaron ensayos en la RMIT, Royal
Melbourne Institute of Technology University (Australia) usando un simulador de lluvia con
distintos tipos de contaminantes, rociándolos en superficies permeables hasta alcanzar al
equivalente de 17 años de vida y se observó que la de infiltración disminuyó en un 10%, a la
misma vez que la capacidad de la eliminación de partículas sólidas en suspensión, aceites, cobre
disminuyó en de un 98% hasta un 80%. De tal forma se pudo corroborar que un pavimento
permeable tiene una vida útil de hasta 17 años sin problemas importantes. (Rodríguez, 2008)
En tanto en la selección de material, por ejemplo, la capa de sub base cumple el
importante rol de almacenar, y conservar en sus vacíos el volumen de agua de escorrentía, para
seguidamente infiltrar esta cantidad de agua en el terreno natural, o hacia los lados de la
estructura del pavimento permeable y de este modo resuelve los problemas de cantidad de
escorrentía (Sañudo, 2014)
A continuación, se presentan diversos valores hallados, así mismo se dan valores
referenciales de capacidad de infiltración con la norma ASTM 1701, norma de la cual se adopta
la ASTM C1781, ambas normas se aplican para medir la capacidad de infiltración en
pavimentos permeables.
Tabla 9. Capacidad de infiltración para pavimentos eco tecnológico y concreto.
Fuente: Chen, 2019
ASTM 1781 ASTM 1701
Pavimento eco tecnológico Concreto poroso
Infiltración(mm/h) Infiltración(mm/h)
MEDIO
MAXIMO
MINIMO
ST DEV
# ensayos
33480
40680
28440
2880
7
27000
39960
20160
5040
7
3.1.2. Pavimento eco tecnológico:
30
La tecnología ecológica de JW combina el uso de marcos de plástico y concreto para
formar su estructura. Cada unidad de marco de acueducto de circulación de aire hecha de
polipropileno (PP) forma la estructura básica. Se instalan unidades individuales del marco y se
nivelan en un área deseada, y luego se vierte el concreto y se nivela uniformemente sobre el
marco.
En esta investigación, se dan a conocer valores de infiltración, los cuales son
comparados entre normas, ambas normas son similares, pues de la 1701 se concibe la 1781, se
puede observar valores de infiltración altos, esto es porque los pavimentos ensayados presentan
estructura drenante (pavimento eco tecnológico) y porosidad alta (concreto poroso).
Tabla 10. Infiltración en concreto permeable con agregados de piedra chancada.
Fuente: Chen, 2019
Infiltración (mm/h)
VALOR MINIMO 2412
VALOR MAXIMO 63648
VALOR MEDIO 33048
A continuación, se dan valores de infiltración para concretos porosos con agregado
determinado de una zona, estos valores son altos porque presentan alta porosidad y cero
colmataciones, pues las probetas son usadas solo con fines investigativos.
Tabla 11. Infiltración en pavimentos permeables en función al ADT y profundidad.
Fuente: Langsdorff”, 2016
PROFUNDIDAD (mm)
BAJO ADT MEDIO ADT ALTO ADT
Infiltración (mm/h) Infiltración (mm/h) Infiltración (mm/h)
0 148.00 25.00 4.00
4 155.00 10.00 10.00
5 146.00 48.00 5.00
31
10 175.00 75.00 5.00
15 198.00 160.00 7.00
20 200.00 165.00 25.00
25 200.00 197.00 42.00
En este artículo de investigación se presentan valores de infiltración en función al ADT
(Tráfico Diario Promedio) y en función a la profundidad de medición de la capacidad de
infiltración, se puede observar que a un mayor ADT, la infiltración disminuye
considerablemente, también que, a mayores profundidades, la infiltración aumenta.
Esto se origina por la colmatación de sedimentos en los poros permeables del pavimento,
debido a un alto ADT la colmatación se da de una manera más progresiva y rápida lo que hace
disminuir la capacidad de infiltración para este tipo de pavimentos.
ADT: Volumen de tráfico promedio diario en una avenida determinada
Tabla 12. Infiltración en pavimentos permeables en función a la cantidad de agua.
Fuente: Chantilly, 2017
TIEMPO (s)
INFILTRACION (mm/h)
3.6 kg de Agua 18 kg de Agua
30 5913 29564
60 2956 14782
120 1478* 7391
240 739* 3696
360 493** 2464*
480 370** 1848*
900 197** 985*
1800 99** 493**
3600 49** 246**
32
Se muestran valores de infiltración en bloquetas de concreto (grassblock) con juntas
permeables, es un caso parecido al de estudio, pues los grassblock son impermeables, sin
embargo, las juntas entre estas hacen permeable a la estructura.
Los valores obtenidos indican variables valores de infiltración, primero la infiltración
depende del tiempo que demora en verterse una determinada cantidad de agua (en la
investigación referida se hace el ensayo con 3.6 kg y 18 kg de agua) en todo el anillo de
infiltración, mientras mayor sea el tiempo en verter toda el agua, la infiltración disminuye, acá
se da una relación inversamente proporcional entre el tiempo y la infiltración. Se presentan
valores de infiltración sin y con asterisco (*), estos son indicadores que determinan la necesidad
de mantenimiento, los valores sin marca alguna representan la no necesidad de mantenimiento
con un funcionamiento óptimo, pues presenta valores de infiltración altos, mientras que las
marcados con un * indican la necesidad urgente de mantenimiento pues su funcionamiento no
es óptimo lo que se traduce en bajas infiltraciones, este último caso (**), se puede dar por
colmatación de sedimentos, deficiente instalación, o poco o nulo mantenimiento de la
estructura.
Tabla 13. Evaluación de capacidad de infiltración en un bloque de pavimento
permeable. Fuente: Yuntae Kim, 2012
Para la investigación “Evaluación de capacidad de infiltración en un bloque de
pavimento permeable para la reducción de desastres por inundación urbana” (Dojoon Jung and
Yuntae Kim) (2012) Los resultados de los experimentos incluyen la cantidad de infiltración, la
escorrentía, el tiempo de comienzo de la escorrentía y la capacidad de infiltración final. En base
a los resultados, se evalúan cuantitativamente las características de infiltración y la cantidad de
PERMEABLE 1500.00 20.00 300.10 122.80 1377.80 41.90
GENERAL 1810.00 7.50 135.70 564.00 1245.80 27.70
PERMEABLE 2562.00 10.00 320.20 1116.60 1445.20 39.00
GENERAL 2647.00 5.00 165.50 1290.80 1354.40 35.70
PERMEABLE 3406.00 6.00 291.90 1912.90 1492.60 39.90
GENERAL 3360.00 3.50 168.00 1916.00 1444.20 38.70
PERMEABLE 3253.00 6.00 390.40 1817.60 1435.50 47.60
GENERAL 3211.00 2.50 160.50 1949.10 1261.80 46.40
100
150
200
100.00
80.00
70.00
50.00
CAPACIDAD DE
INFILTRACION
FINAL (mm/hr)
DURACION
(min)
ENTRADA
TOTAL (l)
TIPO DE
PAVIMENTO
50
TIEMPO DE
INICIO DE
ESCORRENTIA
(min)
INFILTRACION
ANTES DE LA
ESCORRENTIA
(l)
ESCORRENTIA
TOTAL (l)
INFILTRACION
TOTAL (l)
INTENSIDAD
DE LLUVIA
(mm)
33
reducción de escorrentía en los bloques de pavimentación permeables. La escorrentía,
excluyendo la cantidad de infiltración, se mide en el vertedero hasta la condición de equilibrio
entre la ocurrencia de infiltración y la escorrentía. La capacidad de infiltración (mm / h) para
diferentes intensidades de lluvia de 50, 100, 150 y 200 mm / h. Se observa la disminución en la
capacidad de infiltración final, ya que la intensidad de la lluvia aumentó en ambos casos de
adoquines permeables y normales.
3.1.3. Clasificación
La clasificación usada y sugerida por Rodríguez, 2008; es: por el tipo o clase de
pavimento permeable y por el destino último del agua que se llega a infiltrar, los cuales se
encuentran muy bien diferenciados
3.1.2.1. Según el pavimento permeable
a) Secciones permeables de pavimentos discontinuos.
Los pavimentos permeables de secciones discontinuos se pueden definir como los
cuales son conformados por bloques impermeables que junto a materiales porosos que permiten
la infiltración del agua a través de los vacíos, en combinación de una adecuada capacidad
portante, en este acápite se tiene los siguientes pavimentos permeables:
- Mallas de concreto: mallas o celdas de concreto con los espacios ocupados por césped.
- Prefabricado de concreto: celdas de concreto con los espacios ocupados material
permeable.
- Bloques entrelazados en distintos aparejos.
34
Figura 10. Tipos de pavimentos permeables. Fuente: ICPI, 2015
b) Secciones permeables de pavimentos continuos.
Las secciones permeables de pavimentos continuos se pueden definir como
aquellas conformadas solamente por materiales que son porosos, que permitirán la
infiltración de un determinado volumen de agua a lo largo de toda su superficie
equitativamente, permitirán de este modo una adecuada infiltración superficial.
- Concreto poroso: fabricado con cemento del tipo hidráulico como aglomerante de los
áridos.
Figura 11. Concreto permeable. Fuente: ICPI, 2015
3.1.2.2 Según el destino final del agua.
- Pavimentos permeables y con infiltración natural: que posibilitan la infiltración al
terreno del agua por medio de sus capas permeables como la base y/o sub base, con el
propósito de lograr la recarga de agua a la capa naturales subterránea.
35
Figura 12. Infiltración con almacenamiento natural. Fuente: ICPI, 2015
- Pavimentos permeables con un sistema de almacenamiento: son aquellos que se
diseñan y construyen para transportar el agua infiltrada hacia un sistema de
almacenamiento artificial.
Figura 13. Infiltración con trasporte y almacenamiento artificial. Fuente: ICPI, 2015
3.1.4. Capas Inferiores de Pavimentos permeables.
Debajo del pavimento permeable se encuentran una variedad de capas o elementos que
también son permeables, que contribuyen la estructura permeable. Estas capas pueden ser:
a) Capas Granulares.
36
Las capas granulares estarán conformadas por agregados que podrán ser naturales,
artificiales o reciclados. La distribución de tamaños puede ser uniforme o continua. (Sañudo,
2014)
b) Estructuras de Plástico.
Estructuras de plástico con la capacidad de resistencia adecuada para soportar las cargas
de las capas de estratos superiores y transmitirlas hacia capas inferiores que pueden tener
distintos tamaños.
Tabla 14. Características técnicas de los materiales a utilizar en cada capa Fuente:
Sañudo, 2014
3.2.Reglas de Diseño.
37
Los criterios de diseño en pavimentos permeables son distintos a una estructura
convencional que únicamente se diseña para resistir las cargas de tráfico, entre las
consideraciones se tienen las siguientes:
Según (Shackel, 2006) El pavimento permeable ofrece beneficios sobresalientes sobre
los pavimentos convencionales en términos de sostenibilidad e impacto ambiental. Estos
pavimentos deben diseñarse:
- Transportar tráfico (Diseño estructural)
- Gestión de la escorrentía, la infiltración y el transporte de contaminantes. (Diseño
hidráulico)
Por lo tanto, se presentan nuevos problemas técnicos y desafíos para los diseñadores de
pavimentos que no están cubiertos por los métodos convencionales de diseño de pavimentos.
El autor considera que en particular, la selección, especificación y caracterización de los
materiales utilizados en la superficie, la base y la sub base de los pavimentos permeables
requieren que los diseñadores modifiquen las metodologías de diseño existentes para facilitar
el movimiento del agua a través de los pavimentos mientras mantienen una capacidad de
servicio satisfactoria.
Por otro lado, Según (Leipard, 2015), las superficies permeables más comunes deberán
incluir asfalto poroso, concreto permeable y bloques entrelazados. Propone los siguientes
criterios de diseño competentes de los pavimentos requieren cuatro áreas:
- Capacidad de carga estructural, resistencia
- Selección de material, durabilidad y costo
- Diseño hidrológico, retención, detención.
- Diseño hidráulico.
En tanto el (ICPI, 2015) se enfoca en dos criterios básicos de diseño, se puede resumir
la metodología que propone en el siguiente gráfico.
38
Figura 14. Diseño de pavimentos permeables. Fuente: ICPI, 2015
Según (García – Haba, 2011) identifica 3 criterios principales para el diseño, de un
pavimento permeable.
- Criterios Hidrológicos.
- Criterios Hidráulicos
- Criterios Estructurales
3.2.1. Diseño Hidráulico
Los pavimentos permeables tienen como función principal permitir que el agua pluvial
se infiltre en una cuenca subterránea o infiltrarse al suelo y, en última instancia, recargar el agua
subterránea, al tiempo que también elimina potencialmente contaminantes (US EPA, 1999). La
urbanización tiene un efecto perjudicial en las aguas superficiales. Aumentado las tasas de
escorrentía de superficies impermeables han aumentado el flujo máximo a través de canales de
corriente, causando erosión y la inestabilidad del banco de corrientes (Leopold, et al, 1964)
Estados Unidos se han establecido regulaciones para el manejo de aguas pluviales para
nuevos desarrollo y reurbanización (U.S.EPA, 2000). Una opción de gestión de aguas pluviales
39
es minimizar la cantidad de superficie impermeable, como resultado, el uso de los pavimentos
permeables ha acrecentado.
Muchos estudios recientes han encontrado que los pavimentos permeables reducen la
escorrentía y mejoran la calidad del agua. El uso de pavimento permeable, en lugar de asfalto
u hormigón tradicional, ha demostrado que disminuye los volúmenes de escorrentía superficial
y una descarga máxima sustancialmente menor (Pratt, et al, 1995; Rushton, 2012). Los
pavimentos permeables también han sido demostrados filtrar contaminantes como metales y
aceite de automoción (Rushton, 2012).
Según (Paredes, 2015) para realizar el diseño adecuado y correcto de cualquier tipo de
pavimento permeable se deberá tener en cuenta y corroborar para que condiciones pluviales se
agota la capacidad de almacenamiento, provocando por tanto al inicio de la escorrentía
superficial, para lo cual se debe incorporar elementos de seguridad para cuando esta capacidad
de pavimento sea superada por eventos superiores al evento del diseño. No se tiene que permitir
un almacenaje no permanente de la escorrentía sobre la superficie del pavimento, así como
cuando exista riesgo de saturación o colmatación de las juntas en la superficie, por lo que se
deberá tener en cuenta en el diseño de componentes que ayuden a mitigar los efectos negativos
cuando haya inundaciones, por ejemplo, tuberías o desagües, que transporten el agua a zonas
que cuenten con vegetación colindante.
En el año 1979 se realizó en Francia la construcción de pavimentos permeables de dos
capas: una de 6 centímetros de mezcla del tipo bituminosa y porosa sobre 20 a 25 centímetros
(20.00 cm) de concreto poroso pobre (Rodríguez, 2008).
En Alemania se construyeron en 1985, cuatro tipos de pavimentos permeables los cuales
fueron construidos e investigados por un lapso 15 años, observando la suspensión de
contaminantes para concluir que no hay riesgo de posible corrupción del terreno en ningún caso.
Dichos pavimentos del tipo permeable analizados fueron adoquines con juntas libres, adoquines
de concreto poroso en dos capas, césped reforzado y adoquines con espacios entre ello,
rellenados de césped (Rodríguez, 2008).
En Reino Unido, se construyeron en Nottingham en 1986, cuatro tipos de secciones
permeables en el Campus de Clifton of Trent Polytechnic. Estos estacionamientos tienen 16
ubicaciones en las que se unen cuatro sub bases con dos tipologías de superficies de rodadura:
adoquines y concreto poroso. Las medidas totales del estacionamiento experimental fueron de
40
4.60 metros de ancho y 40 metros de largo, y una profundidad comprendida entre 30 mm y 40
mm. Los áridos a confrontar como sub base eran:
- Piedra nativa de 10 mm (con ensayo granulométrico en la que el 100% de las partículas
pasantes el tamiz de 40mm y menos del 35% el 0.5 mm).
- Escoria de alto horno de 40 mm (con ensayo granulométrico en la que el 100% de las
partículas pasantes por el tamiz de 80 mm y menos del 20% el de 20mm).
- Áridos no triturados de 5 a 40 mm (con granulometría en la que el 100% de las partículas
pasantes por el tamiz de 63 mm y menos del 32% el de 1 mm).
- Áridos no triturados de caliza de 5 a 40 mm (con ensayo granulométrico en la que hay
un pasante del 100% de las partículas por el tamiz de 63 mm y menos del 32% el de 1
mm).
Los efectos de la investigación lograron comprobar una disminución del flujo de aguas
contaminadas principalmente en la sección con sub base de escoria de alto horno, ciertamente
debido a que presenta una textura típica de panal consiente la absorción de una gran cantidad
de agua (Rodríguez, 2008)
La experiencia del Edwinstowe Youth, llevada satisfactoriamente en 1997, en donde se
utiliza el agua recolectada en el estacionamiento permeable para abastecer los tanques cisternas
de los servicios de la residencial, utiliza una sección compuesta por una superficie permeable
de adoquines, 50 mm de gravilla, geotextiles, sub base de piedra chancada (con un 30% de
vacíos) y membrana impermeable. Posteriormente, en la ciudad Kinston en el 2006 (Estados
Unidos), se construyó un estacionamiento experimental, para la monitorización de la calidad y
cantidad de agua infiltrada, son otras experiencias positivas del empleo de las secciones
permeables en los Estados Unidos.
En Chile (2002) se han realizado investigaciones sobre pavimentos de concreto poroso
del siguiente mecanismo: superficie de concreto poroso, base granular, sub base de material
granular grueso y filtro de geotextil o membrana impermeable. Además, se cuenta con una
colocación piloto en el Campus de San Joaquín de la Pontificia Universidad Católica de Chile;
consistente en una banda de concreto poroso (Rodríguez, 2008).
Todas estas experiencias nos indican que la técnica para la construcción de los
pavimentos permeables está siendo aplicada en los países como Francia, Reino Unido, Estados
41
Unidos; teniendo una cara opuesta en los países de Latinoamérica que escasamente realizan la
aplicación de esta técnica constructiva.
3.3. Estudio de la Infiltración de Agua en un Pavimento Permeable.
Los estudios de la University of New South Wale (UNSW) y la University of South
Astralia (UNISA) muestran que los adoquines con estructuras permeables pueden aceptar
intensidades de lluvia de hasta aproximadamente 600 l / seg / ha mientras mantienen niveles de
capacidad estructural que son comparables con los exhibidos por el pavimento convencional.
Además, hay buena evidencia de que el pavimento permeable puede atrapar hasta
aproximadamente el 90% de los contaminantes en particulas (Anon, 2002a; Rommel et al
2002).
La infiltración de aguas pluviales a través del pavimento permeable es la primordial
función de esta clase de técnicas, con el fin de entender mejor este fenómeno se prefiere analizar
cada uno de las dos cuantificaciones fundamentales utilizados en las exploraciones de este tipo:
Entre los instrumentos más utilizados para lograr caracterizar las tasas de infiltración
y/o la posible generación de escorrentía en los pavimentos permeables, figura el infiltrómetro
con anillo disponible en la norma ASTM de los Estados Unidos (ASTM C1701 2009).
Tabla 15. Tipos de adoquines en comparación con el tráfico. Fuente: elaboración
propia
Tipo de adoquín Descripción Prueba
estructural
Idoneidad para
transportar
tráfico
Sistemas de
pavimentación con
juntas de césped
ampliadas
Los pavimentos con grandes
aberturas dentro de las cuales
se cultiva pasto. No apto para
tráfico de camiones sostenido.
Smith (1984)
Anon (2002)
Tráfico ligero
ocasional
Adoquines porosos Adoquines de hormigón
poroso. El agua fluye
principalmente a través de
adoquines.
Dierkes et al
(2002)
Tráfico general
42
Adoquines con
aberturas a lo largo de
las juntas
Las juntas de adoquines están
llenas de agregado. El agua
fluye solo a través de juntas.
Anon (2002)
Shackel
(2001)
Tráfico general
3.4.Pendiente y espaciamiento de juntas.
Según (Paredes, 2015) define la pendiente de un plano o superficie (Surface Slope – SS)
como una variable independiente que se representa como la pendiente de la muestra del
pavimento permeable que se expresa en porcentaje, el autor realizó ensayos con valores
siguientes: 0%, 2% y 5%,
En la investigación, realizada compara la capacidad de infiltración, en dependencia de
la pendiente, y estado de colmatación de las juntas, para luego simular un mantenimiento y
volver a cuantificar la infiltración.
Figura 15. Esquema explicativo de las variables independientes y dependientes que se
utilizaron en el ensayo de laboratorio. Fuente: Paredes, 2015
El estudio concluye que conforme aumenta la pendiente de la superficie permeable
discontinua disminuye la proporción de infiltración acumulada; al acrecentar la carga de
sedimentos en la superficie del pavimento permeable y la inclinación de la misma, disminuye
la capacidad de infiltración del pavimento permeable.
43
Tabla 16. Resultados de la infiltración en comparación a la pendiente. Fuente: Paredes,
2015
(Leipard, 2016) hizo una investigación en donde se investigó la relación de la
infiltración con la pendiente, y el estado de colmatación, los resultados mostraron que la tasa
de infiltración o tasas de descarga de infiltración son inversamente relacionadas con la
pendiente transversal del pavimento, las tasas fueron más altas que las observadas de campo
por un factor de tres, ya que se realizó un ensayo a escala real en el Departamento de Servicios
del estacionamiento recién construido del Departamento de Servicios de Kansas City Missouri.
Para determinar los ensayos a utilizar, para el desarrollo de la tesina, se ha tomado como
referencia la investigación de Sañudo – Fontaneda (2014), quien realiza un listado de 25
publicaciones de los distintos tipos de ensayos en todo el mundo para determinar las tasas de
infiltración así como determinar cómo se da la escorrentía en pavimentos permeables, tanto en
laboratorio como en campo; se han seleccionado de esta lista, las investigaciones que tienen
relación a los adoquines entrelazados de concreto, tal como se muestra en el sucesivo cuadro:
Tabla 17. Distintas investigaciones de capacidad de infiltración en pavimentos
permeables. Fuente: Sañudo, 2014
44
Asimismo, cuando en otros países existen estudios y guías concretas de
recomendaciones para el diseño y construcción de pavimentos permeables, en el Perú no existen
en este momento manuales sobre la aplicación de este tipo de técnicas de construcción de
drenaje sostenible urbano; por esta razón se realiza la presente investigación y debido a la
importancia de destacar las principales funciones de los pavimentos permeables como son: la
captación e infiltración del agua de lluvia con el fin de mitigar los riesgos de inundación (que
es materia de investigación en la presente tesina), depuración y ascenso de la calidad del agua
pluvial y de la escorrentía superficial embebida a través de todas las capas del pavimento
permeable mediante la disminución de las sustancias contaminantes, el acopio donde la sub –
base se usa para almacenar el agua infiltrada por medio de las capas superiores del pavimento
permeable con el terminación de utilizarla subsiguientemente y la infiltración al terreno, con la
potencial recarga de acuíferos ubicados en las cercanías del pavimento permeable,
estableciendo un almacenamiento de agua natural.
45
CAPITULO 4
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
El desarrollo de la investigación se realizará bajo la siguiente metodología que mantiene
concordancia con la descrita en el capítulo 1 del presente documento. En la siguiente figura se
resume los elementos esenciales para el desarrollo, de la información presentada anteriormente
en el estado del arte, presentando ciertos componentes que deben aparecer en el contenido de
los diferentes tipos de reportes. La naturaleza evolutiva de los documentos se ve reflejada en la
siguiente imagen. Para esta investigación se usará el reporte de análisis.
46
Figura 16. Tipos de reportes y componentes obligatorios. Fuente: Clerc et Currien, 1997
4.1. Recolección datos y procesamiento.
Rene Stochl, 2015 realizó una serie de ensayos para el diseño hidráulico de pavimentos
permeables de adoquines de concreto, abreviado como (PICP). Se realizaron experimentos con
la hipótesis de que la cantidad de agua infiltrada a través dependerá del espacio de la junta, una
base y sub base de grado abierto, y la pendiente transversal todos estos factores pueden
favorecer a crear un almacenamiento de aguas pluviales.
Los ensayos fueron a escala real, para esto se creó una herramienta de diseño
computacional para PICP basada en información relativa de tormenta para determinar las
características hidráulicas en situaciones similares a las reales.
Figura 17. Sección de estudio. Fuente: Stochl, 2015
47
Se desarrollaron secciones representativas de PICP con 6 mm, 10 mm y 12.5 mm de
espaciado de entre bloques. Estas secciones se probaron al 0%, 1%, 2%, 5% y 10% de
pendiente. Los detalles de las pruebas y el diseño de PICP pueden consultarse en la Tesis
Amanda Leipard, "Caracterización hidráulica del hormigón permeable entrelazado Pavimento”
(Leipard, 2015).
Figura 18. Representación de infiltración y escorrentía superficial. Fuente: Stochl, 2015
Se realizaron pruebas infiltración con el canal funcionando con un flujo de agua
constante, cada punto con diferente configuración de tamaño de junta y espaciamiento.
48
Figura 19. Configuración usada con juntas variables. Fuente: Stochl, 2015
Además el autor realiza una comparación basada en el estado original del pavimento y
luego de la colmatación realiza un mantenimiento con la aspiración de la juntas, los resultados
obtenidos son los siguientes.
Figura 20. Comparación del estado original y colmatado del pavimento. Fuente: Stochl, 2015
Los resultados llegan a conclusiones definitivas de que la infiltración aumenta a medida
que aumenta el espacio entre los adoquines. Los resultados también evidencian que la
infiltración es mayor a menor pendiente.
Por otro lado Paredes, 2015 realizó ensayos para el diseño hidráulico y estructural de
pavimento permeable con adoquines entrelazados, se realizaron experimentos con la hipótesis
de que la cantidad de agua infiltrada a través dependerá del espacio de la junta, una base y sub
base de especificaciones indicadas por autores de referencias, y la pendiente transversal todos
estos factores pueden favorecer a la mitigación de escorrentía en la ciudad de Tarapoto, Perú.
49
Figura 21. Disposición del marco de madera y la estructura perimetral. Fuente: Paredes, 2015
El autor realizó la colocación de un soporte metálico superior y de un simulador de lluvia
directa. Las hileras de goteros que simularán la lluvia directa sobre la superficie permeable se
fijaron a la estructura del soporte metálico superior mediante precintos de plástico.
50
Figura 22. Colocación de hileras de goteros para simular la lluvia directa sobre la superficie
permeable. Fuente: Paredes, 2015
El autor simulo la ssuperficie recién colocada (escenario 1): En este escenario el
pavimento está nuevo y no existe ningún tipo de sedimento que dificulte la infiltración (0 g
sobre la muestra). (Se ensayó la muestra de pavimento permeable recién construida para tres
pendientes y con cinco (05) repeticiones:
Figura 23. Escenario de pavimento permeable recién construido al 5% de pendiente. Fuente:
Paredes, 2015
51
Además, el autor realizó la colmatación de las juntas para posteriormente comparar la
disminución de la tasa de infiltración post colmatación del área permeable. Para ello se
selecciono del sedimento de dimensión menor a 2 mm, arena fina, se pesó el sedimento a
emplear para colmatar la superficie del pavimento permeable, el mismo que fue de 3,500 gr.
Se colocó el sedimento dentro la muestra o probeta permeable, al cual se esparció y
ejerciendo presión con la ayuda de una madera se simuló la compactación para que el sedimento
penetre las juntas de 5 mm de los adoquines.
Figura 24. Escenario de pavimento permeable colmatado, al 5% de pendiente. Fuente:
Paredes, 2015
Se usó un simulador de lluvia directa: Este simulador permite ensayar intensidades de
lluvia cayendo directamente sobre la superficie permeable de ensayo, debido a 5 filas de goteros
de caudal ajustable, con 15 goteros por línea (75 goteros en total), Estos goteros tuvieron las
siguientes características a tener en cuenta: o
- Rango del caudal ajustable: 0 – 40 l/h.
Simulador de escorrentía superficial: Para poder simular la escorrentía superficial
procedente de las zonas permeables hacia la superficie permeable de estudio, utilizó un tubo
perforado de 20 mm de diámetro:
- Se utilizó dos temporizadores, estos dispositivos tienen como objetivo lograr el control
de los caudales simulados tanto en la lluvia directa sobre la superficie permeable como
52
en la escorrentía superficial procedentes ambos de una intensidad de lluvia previamente
determinada.
- El rango del tiempo de medición máxima es de 2 horas.
El autor realiza los ensayos obteniendo los siguientes resultados para ambos escenarios,
sin colmatar y colmatado. El promedio de las mediciones se encuentra en el siguiente cuadro,
para la superficie sin colmatar, sometidas a 03 pendientes y 05 repeticiones. Todas las
simulaciones se realizan con un ancho de junta de 5 mm.
Figura 25. Escenario de colocación de adoquines, al 5% de pendiente. Fuente: Paredes, 2015
En este caso de aplicación se estudie únicamente juntas de 5mm. Los resultados también
evidencian que la infiltración es mayor a menor pendiente, aunque la diferencia es menor al
10% en el caso de las pendientes de 2 – 3 %, pero para la pendiente del 5% se observa una gran
diferencia, una escorrentía superficial cerca al 100%
Para el caso de las juntas post mantenimiento, se puede evidenciar que con un ancho de
junta de 5mm y para el caso de pendiente de 2-3% se obtuvo una recuperación de la capacidad
de infiltración de cerca del 90%. Pero para el caso de la pendiente del 5% se pudo recuperar la
infiltración al 70%, llegando a índices de escorrentía superficial de cerca al 100%
Wilson (2002) estudió un pavimento en el aparato especial representado en la Figura
4.10, se aplicaron a un pavimento permeable de adoquines de bloques de concreto y se
sometieron a lluvia intensa, como se ilustra se realizó un ensayo en condición típica con polvo
y suciedad aplicados en la calle, y con un conjunto de contenedores para muestreo de lluvia.
Wilson descubrió que las cantidades de sedimento que pueden ser aplicados sin causar una
53
disminución en el rendimiento de los adoquines están determinado por la porosidad del material
de relleno de la celda de drenaje, la pendiente de la superficie y además del área permeable o
las juntas Los resultados de sus experimentos, denuestan que la tasa de infiltración promedio
en la superficie del pavimento puede disminuir a una tasa debajo de las tasas de entrada
(tormenta de diseño de 25/25 años de 5 minutos de duración con una intensidad de 230 mm /
h).
Figura 26. Aparato experimental utilizado para estudios de infiltración y escorrentía
superficial. Fuente: Wilson, 2002
Los eventos de lluvia observados con mayor frecuencia con menores intensidades de
lluvia pueden producir diferentes resultados. Después de la acumulación de 3.9 kg / m2 de
sedimentos en los adoquines permeables, la celda de drenaje el material se obstruyó
funcionalmente. Sin embargo, sobre una gran sección de adoquines permeables, La
heterogeneidad de las tasas de infiltración en diferentes secciones puede mantener el
rendimiento de adoquines por algún tiempo.
54
Figura 27. Sección típica estudiada. Fuente: Wilson, 2002
Wilson (2002) encontró que los adoquines deben mantenerse sin impurezas, cuando la
superficie está afectada por obstrucción parcial, que corresponder a una acumulación de entre
1.4 y 3.9 kg / m2 polvo y tierra de la calle. Para uno de los pavimentos de prueba estudiados, la
Figura 4.10 presenta el pico caudal tanto para la escorrentía superficial como para la infiltración.
Figura 28. Colmatación de juntas para determinado tiempo. Wilson, 2002
Beeldens, 2009 realizó el siguiente proyecto de investigación que apuntaba a la buena
capacidad de infiltración del agua en un pavimento permeable con adoquines entrelazados, Las
mediciones en las 12 secciones de prueba diferentes en un estacionamiento del BRRC, Belgian
Road Research Centre, la premisa, indicar que es posible diseñar la estructura del pavimento
para almacenar el agua en el subsuelo capa base. Se utilizó la siguiente estructura: bloque de
55
pavimento (100 mm), capa de cama (30 mm), capa base (180 mm) y la capa de subbase (340
mm). En la siguiente figura, se aplicó una membrana impermeable en la parte inferior y a los
lados, para atrapar toda el agua que ingresa a la sección de prueba y medir su caudal en la salida
del tubo de drenaje colocado en la parte inferior de la sección. La salida del tubo estaba
dispuesta por dos tubos delgados para poder medir también la influencia de pequeñas lluvias.
Estas salidas son comparables a una tasa de infiltración de entre 300 a 400 mm/h.
Figura 29. Infiltración y escorrentía con distintas proporciones de colmatación. Fuente:
Beeldens, 2009
Los ensayos realizados fueron con pendientes de 1 y 3% para un tamaño de junta de 2
mm, se usaron adoquines de concreto de 12x10x10 cm.
Los resultados del proyecto de investigación han formado la base de una nueva
publicación sobre el dimensionamiento y la aplicación de bloques de pavimento entrelazados
permeables al agua. Se ha demostrado una buena capacidad de almacenamiento, así como
infiltración. Las estructuras estándar se colocan en función de la permeabilidad del suelo. La
capacidad de infiltración esta proporcionada por la capa de subbase, además por la pendiente
transversal, además del área permeable en la superficie. Es importante también señalar, la
influencia de la saturación en el comportamiento de la estructura es limitada a los años de
servicio y al manteniendo que se realice. Las mediciones de infiltración indican una buena
durabilidad de la permeabilidad. Aunque con el tiempo se nota una reducción en la
permeabilidad de la superficie,
La demanda original de 300 a 400 mm/h todavía se alcanza después de 10 años en
superficie con mantenimiento. Además, se observó que la perdida de permeabilidad ese da
principalmente en la superficie superior de la estructura (juntas), lo que significa que puede ser
limpiado por chorro de chorro y aspiración. Una condición para obtener esto es la aplicación de
un adecuado material de relleno de juntas desde el inicio del proyecto, además del grosor
56
recomendado de 2 – 5 mm, por ser estos un tamaño adecuado para una buena permeabilidad,
resistencia a la colmatación, y facilidad de mantenimiento.
Zachary, 2015 realizó estudios de tasas de infiltración de la superficie de 48 sitios de
pavimento permeables que se probaron en Carolina del Norte, Maryland, Virginia y Delaware.
Se realizaron dos conjuntos de pruebas de infiltración superficial (pre y post mantenimiento)
en 15 lotes de adoquines de concretos entrelazados.
Figura 30. Pavimento permeable de adoquines entrelazados. Fuente: Zachary, 2015.
El mantenimiento se simuló eliminando partículas finas de la capa superior (juntas de 5
mm) El mantenimiento significativamente mejoró la tasa de infiltración de la superficie, la tasa
media de infiltración de la superficie del sitio aumentó de 49 mm/h para las condiciones
existentes a 86 mm / h, produciendo una mejor del 86% después del mantenimiento simulado.
El pavimento recién instalado poseía tasas de infiltración superficial de entre 80 mm / h y 200
mm/ h, respectivamente. El mantenimiento de pavimentos permeables fue crítico para mantener
altas tasas de infiltración en la superficie.
57
Figura 31. Segunda sección de pavimento permeable de adoquines entrelazados. Fuente:
Zachary, 2015.
Las tasas de infiltración superficial se midieron hasta el año, en cada uno de los 15 sitios
5 con juntas de 2mm, 5 de 5mm y 5 de 8mm, y posteriores al mantenimiento realizadas en ellos
De los 15 sitios que tuvieron pruebas posteriores al mantenimiento, 14 tuvieron mayores tasas
de infiltración en la superficie que las existentes, adoquines no mantenidos.
El acceso, existente y mantenido, tenía tasas de infiltración en la superficie de menos de
80 mm/h, antes de realizar el mantenimiento, Las tasas de infiltración mantenida simulada
fueron significativamente 76% en el caso de juntas de 2 mm, 84% en el caso de 5mm y 95% en
el caso de 8mm.
4.2. Resumen de parámetros evaluados
Tabla 18. Resumen de parámetros usados en las experiencias citadas. Fuente:
Elaboración propia
Valor
Variable
Valor
FijoNo Aplica Valor Variable Valor Fijo No Aplica
Rene Stochl, 2015 Exp. N-01 0-1-2-5-10% - - 6 - 10 -12 mm - -
Paredes, 2015 Exp. N-02 0 - 2 - 5% - - - 5 mm -
Wilson, 2002 Exp. N-03 0 - 1 - 3% - - - 5 mm -
Beeldens, 2009 Exp. N-04 1 - 3 % - - - 2 mm -
Zachary, 2015 Exp. N-05 - 1% - 2 -5 -8 mm - -
Pendiente superficial (SP. %)NomenclaturaAutor, año Juntas entre adoquines (EJ, mm)
Parámetros evaluados
58
CAPITULO 5
ANÁLISIS DE DATOS
5.1. Experiencia N-01
5.1.1. Dimensionamiento
Se usaron tres espaciamientos de junta distintos, para cada uno de estos anchos de junta
EJ, se realizó el ensayo nuevamente. Al hablar aumentar el ancho de junta EJ, se aumenta el
área permeable.
Tabla 19. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Stochl, 2015
Espaciamiento
(mm)
Área total
(pulg2)
Área
impermeable
(pulg2)
Área permeable
(pulg2)
Porcentaje
permeable (%)
6 594 552.5 41.5 7.0
10 600 533.6 66.4 11.1
12.5 612 525.0 87.0 14.2
5.1.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta
59
Figura 32. Infiltración vs pendiente en cada ancho de junta. Fuente: Stochl, 2015
Del gráfico anterior se es válido afirmar las siguientes proposiciones:
- Respecto al ancho de junta (EJ), se tienen valores más altos de taza de infiltración,
- Taza de infiltración máxima para EJ = 12.5mm / SP =2%.
- Se observa que para pendiente de 10% la taza de infiltración “I” disminuye en 90%
respecto al estado original.
- Con una pendiente de 5% se tiene una disminución de 50% de respecto al máximo
valor de infiltración, por lo que, según el autor, se comportaría como un pavimento
convencional.
- Es válido afirmar que para la pendiente de 2% se tiene un aumento de infiltración “I”
en todos los casos, respecto a la infiltración con pendiente de 0%
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0% 1% 2% 5% 10%
Infi
ltra
cio
n (
in/h
)
Pendiente
6 mm 10 mm 12.5 mm
60
Tabla 20. Infiltración vs pendiente en cada ancho de junta. Fuente: Stochl, 2015
6 mm 10 mm 12.5 mm
0% 1100 1500 2000
1% 1150 1650 2250
2% 1200 1700 2400
5% 800 1300 1500
10% 100 150 300
De la tabla anterior es válido afirmar las siguientes proposiciones:
- En todos los valores de ancho de juntas EJ se, tiene un valor mato de infiltración I con
una pendiente de 2%.
5.1.3. Infiltración post mantenimiento de juntas
Tabla 21. Comparación basada en el estado original del pavimento y luego de la
colmatación realiza un mantenimiento con la aspiración de las juntas. Fuente: Stochl, 2015
Espaciamiento Estado Infiltración
6 mm Pre mantenimiento 837
6 mm Post mantenimiento 239
6 mm Porcentaje de recuperación 71.40%
10 mm Pre mantenimiento 1700
61
10 mm Post mantenimiento 1217
10 mm Porcentaje de recuperación 29%
Promedio 50.30%
Luego de colmatar las superficies, se realizó un mantenimiento, lo que demostró que la
sección que se comportó mejor post mantenimiento, fue la sección de junta EJ = 6 mm,
pudiendo alcanzar un valor de infiltración de 70% respecto al máximo valor de infiltración I.
En tanto el pavimento con junta EJ de 10 mm solo pudo alcanzar una recuperación del
valor de infiltración I de 29%
Los resultados llegan a conclusiones definitivas de que la infiltración aumenta a medida
que aumenta el espacio entre los adoquines. Los resultados también evidencian que la
infiltración es mayor a menor pendiente, siendo el valor de 2% en donde se presentan valores
máximos.
El ancho de junta de 10 mm tiene mejor comportamiento respecto a la infiltración, pero
es más propenso a la colmatación, registrando valores de recuperación post mantenimiento de
29%.
5.2. Experiencia N-02
El autor simulo la ssuperficie recién colocada (escenario 1): En este escenario el
pavimento está nuevo y no existe ningún tipo de sedimento que dificulte la infiltración (0 g
sobre la muestra). (Se ensayó la muestra de pavimento permeable recién construida para tres
pendientes y con cinco (05) repeticiones:
5.2.1. Dimensionamiento
62
Tabla 22. Espaciamiento de juntas y pendientes usadas en la simulación. Fuente:
Paredes, 2015
Espaciamiento (mm)
Área total (cm2)
Área impermeable
(cm2)
Área permeable
(cm2)
Porcentaje permeable
(%)
5
3025 2680.0 345.0 0
3025 2680.0 345.0 2
3025 2680.0 345.0 5
5.2.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta
Tabla 23. Valores obtenidos para distintas pendientes y juntas sin colmatar. Fuente:
Paredes, 2015
Numero de ensayo
Porcentaje de infiltración (%)
Porcentaje de escorrentía
(%)
Pendiente (%)
Tamaño de junta (mm)
1 77.76 22.24 0 5
2 75.33 24.67 0 5
3 76.90 23.10 0 5
4 78.90 21.10 0 5
5 79.10 20.90 0 5
6 76.13 23.87 2 5
7 72.55 27.45 2 5
8 79.82 20.18 2 5
9 79.79 20.21 2 5
10 78.78 21.22 2 5
11 10.95 89.05 5 5
12 12.5 87.50 5 5
13 11.5 88.50 5 5
14 8.63 91.37 5 5
15 9.50 90.50 5 5
63
Tabla 24. Valores promedio para distintas pendientes y juntas sin colmatar. Fuente:
Paredes, 2015
Tamaño de junta (mm)
Pendiente (%) Porcentaje de infiltración (%)
Porcentaje de escorrentía
(%)
5
0 77.60 22.40
2 77.41 22.59
5 10.62 89.38
Figura 33. Infiltración – escorrentía vs pendiente para juntas de 5mm. Fuente: Paredes, 2015
Con pendientes mayores a 5% se tiene 20% de infiltración I, en este mismo estado se
presenta 95% de escorrentía superficial, comportándose como un pavimento convencional
impermeable.
5.2.3. Infiltración post mantenimiento de juntas
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0% 2% 5%
infi
ltra
cio
n (
%)
Pendiente
Infiltración Escorrentía
64
Tabla 25. Valores obtenidos para distintas pendientes y juntas mantenidas. Fuente:
Paredes, 2015
Numero de ensayo
Porcentaje de infiltración (%)
Porcentaje de escorrentía
(%)
Pendiente (%)
Tamaño de junta (mm)
1 66.44 33.56 0 5
2 67.44 32.56 0 5
3 69.15 30.85 0 5
4 68.14 31.86 0 5
5 69.69 30.31 0 5
6 65.35 34.65 2 5
7 64.20 35.80 2 5
8 64.02 35.98 2 5
9 64.20 35.80 2 5
10 64.55 35.45 2 5
11 10.95 95.80 5 5
12 12.5 94.58 5 5
13 11.5 95.63 5 5
14 8.63 94.52 5 5
15 9.50 94.42 5 5
Tabla 26. Valores promedio para distintas pendientes y juntas mantenidas. Fuente:
Paredes, 2015
Tamaño de junta (mm)
Pendiente (%)
Porcentaje de infiltración (%)
Porcentaje de escorrentía
(%)
5
0% 68.17 31.83
2% 64.46 35.54
5% 10.62 94.99
65
Figura 34. Infiltración – escorrentía vs pendiente para juntas de 5mm. Fuente: Paredes, 2015
Luego de hacer un mantenimiento de juntas (post colmatación artificial) se observa que
con 0 y 2 % de pendiente se tienen valores de infiltración de 68 -70 % del estado original, lo
que evidencia un comportamiento más adecuado, además con una pendiente de 5% el
comportamiento es similar al estado original, favoreciendo a la escorrentía.
En este caso de aplicación se estudie únicamente juntas de 5mm. Los resultados también
evidencian que la infiltración es mayor a menor pendiente, aunque la diferencia es menor al
10% en el caso de las pendientes de 2 – 3 %, pero para la pendiente del 5% se observa una gran
diferencia, una escorrentía superficial cerca al 100%
Para el caso de las juntas post mantenimiento, se puede evidenciar que con un ancho de
junta de 5mm y para el caso de pendiente de 2-3% se obtuvo una recuperación de la capacidad
de infiltración de cerca del 90%. Pero para el caso de la pendiente del 5% se pudo recuperar la
infiltración al 70%, llegando a índices de escorrentía superficial de cerca al 100%.
5.3. Experiencia N-03
5.3.1. Dimensionamiento
Tabla 27. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Wilson, 2002
Espaciamiento (mm)
Área total (m2)
Área impermeable
(m2)
Área permeable
(cm2)
Porcentaje permeable
(%)
5
2.25 2.1 0.4 2
2.25 2.1 0.4 3
2.25 2.1 0.4 5
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0% 2% 5%
infi
ltra
cio
n (
%)
Pendiente
Infiltración Escorrentía
66
5.3.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta
Figura 35. Infiltración y escorrentía con distintas proporciones de colmatación. Fuente:
Wilson, 2002
5.3.3. Infiltración post mantenimiento de juntas
Tabla 28. Comparación basada en el estado original del pavimento y luego de la
colmatación realiza un mantenimiento con la aspiración de las juntas. Fuente: Wilson, 2002
Espaciamiento/condición Estado Infiltración
5 mm / punto optimo Pre mantenimiento 115
5 mm Post mantenimiento 102
5 mm Porcentaje de recuperación 90.40%
5 mm / punto mínimo Pre mantenimiento 80
5 mm Post mantenimiento 65
5 mm Porcentaje de recuperación 60%
67
Promedio 75.00%
Luego de colmatar las superficies, se realizó un mantenimiento, lo que demostró que la
sección que se comportó mejor post mantenimiento, fue la sección de junta EJ = 5 mm,
pudiendo alcanzar un valor de infiltración de 90% respecto al máximo valor de infiltración I.
En tanto el pavimento con junta EJ de 5 mm en el punto colmatado, con escorrentía
mayor al 90% solo pudo alcanzar una recuperación del valor de infiltración I de 60%
Los resultados llegan a conclusiones definitivas de que la infiltración aumenta a medida
que aumenta el espacio entre los adoquines. Los resultados también evidencian que la
infiltración es mayor a menor pendiente, siendo el valor de 2% en donde se presentan valores
máximos.
5.4. Experiencia N-04
Los ensayos realizados fueron con pendientes de 1 y 3% para un tamaño de junta de 2
mm, se usaron adoquines de concreto de 12x10x10 cm.
5.4.1. Dimensionamiento
Tabla 29. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Beeldens, 2009
Espaciamiento (mm)
Área total (m2)
Área impermeable
(m2)
Área permeable
(cm2)
Porcentaje permeable
(%)
2-5 5 4.6 0.4 1
5 4.6 0.4 3
Los resultados del proyecto de investigación han formado la base de una nueva
publicación sobre el dimensionamiento y la aplicación de bloques de pavimento entrelazados
permeables al agua. Se ha demostrado una buena capacidad de almacenamiento, así como
infiltración. Las estructuras estándar se colocan en función de la permeabilidad del suelo. La
capacidad de infiltración esta proporcionada por la capa de subbase, además por la pendiente
transversal, además del área permeable en la superficie. Es importante también señalar, la
influencia de la saturación en el comportamiento de la estructura es limitada a los años de
servicio y al manteniendo que se realice. Las mediciones de infiltración indican una buena
68
durabilidad de la permeabilidad. Aunque con el tiempo se nota una reducción en la
permeabilidad de la superficie,
5.4.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta
Figura 36. Infiltración en función a la cantidad de años de uso para juntas de 5mm. Fuente:
Beeldens, 2009
La demanda original de 300 a 400 mm/h todavía se alcanza después de 10 años en
superficie con mantenimiento. Además, se observó que la perdida de permeabilidad esa da
principalmente en la superficie superior de la estructura (juntas), lo que significa que puede ser
limpiado por chorro de chorro y aspiración. Una condición para obtener esto es la aplicación de
un adecuado material de relleno de juntas desde el inicio del proyecto, además del grosor
recomendado de 2 – 5 mm, por ser estos un tamaño adecuado para una buena permeabilidad,
resistencia a la colmatación, y facilidad de mantenimiento.
5.5. Experiencia N-05
Se usaron tres espaciamientos de junta distintos, para cada uno de estos anchos de junta
EJ, se realizó el ensayo nuevamente. Al hablar aumentar el ancho de junta EJ, se aumenta el
área permeable.
5.5.1. Dimensionamiento
69
Tabla 30. Dimensiones de secciones de estudio. Fuente: Zachary, 2015
Espaciamiento
(mm) Área total (m2)
Área
impermeable
(m2)
Área permeable
(m2)
Porcentaje
permeable (%)
2 30 552.5 41.5 6.5
5 45 533.6 66.4 12.1
8 35 525.0 87.0 15.5
5.5.2. Infiltración de acuerdo a la pendiente y ancho de junta
Figura 38. Infiltración en función del tiempo, para cada ancho de junta. Fuente: Zachary,
2015)
Se obtuvieron valores de R entre /0.96 y 0.99) lo que indica la confiabilidad de los
ensayos realizados por el autor, debido a la poca dispersión (valor cercano a 1, indica dispersión
mínima).
Las tasas de infiltración superficial se midieron hasta el año, en cada uno de los 15 sitios
5 con juntas de 2mm, de 5mm y de 8mm, y posteriores al mantenimiento realizadas en ellos De
los 15 sitios que tuvieron pruebas posteriores al mantenimiento, 14 mantuvieron tasas de
70
infiltración aceptables (por encima de 70%) en la superficie en comparación con el estado
inicial de cada ancho de junta EJ.
5.5.3. Infiltración post mantenimiento de juntas
Tabla 31. Comparación basada en el estado original del pavimento y luego de la
colmatación realiza un mantenimiento con la aspiración de las juntas. Fuente: Zachary, 2015
Espaciamiento/condición Estado Infiltración
5 mm Pre mantenimiento 115
5 mm Post mantenimiento 102
5 mm Porcentaje de recuperación 90.40%
8 mm Pre mantenimiento 80
8 mm Post mantenimiento 65
8 mm Porcentaje de recuperación 60%
Promedio 75.00%
La infiltración inicial y post mantenimiento, tenía tasas de infiltración en la superficie
de menos de 80 mm/h, antes de realizar el mantenimiento, Las tasas de infiltración mantenida
simulada fueron significativamente 90% en el caso de juntas de 2 mm, 90.40% en el caso de
5mm y 60% en el caso de 8mm.
Los resultados llegan a conclusiones definitivas de que la infiltración aumenta a medida
que aumenta el espacio entre los adoquines. Los resultados también evidencian que la
infiltración es mayor a menor pendiente, siendo el valor de 2% en donde se presentan valores
máximos.
71
El ancho de junta de 8 mm tiene mejor comportamiento respecto a la infiltración, pero
es más propenso a la colmatación, registrando valores de recuperación post mantenimiento de
60%.
72
CONCLUSIONES
1. Se determinaron que los parámetros hidráulicos analizados, la pendiente superficial (SP)
y del ancho de juntas (EJ) de un pavimento permeable de adoquines entrelazados influye
directamente en la tasa de infiltración “I”.
2. De acuerdo al estado del arte analizado, se puede comentar que la mayor aplicación y
estudios de pavimentos permeables son de adoquines entrelazados. Esta afirmación da
soporte a la aplicabilidad de estos pavimentos en la ciudad de Arequipa.
3. El rango de pendientes superficiales (SP), de 2 a 3%, ello favorece la mayor infiltración
respecto a un pavimento permeable convencional (aumenta la tasa de infiltración en
10%).
4. Con pendientes superficiales (SP) mayores a 5%, la tasa de infiltración “I” se ve
disminuida hasta en un 80%, respecto a un pavimento convencional; y da favorece la
escorrentía superficial de la precipitación pluvial.
5. El rango de ancho de juntas (EJ) más eficiente respecto a “I” se ubica entre los 5-8 mm.
En este rango de EJ, la tasa de infiltración “I” presenta valores por encima de los
300mm/h.
6. La bibliografía analizada indica que un ancho de junta (EJ) de 5-8 mm, mantendría un
80% de la tasa de infiltración “I” inicial, después de 10 años de uso del pavimento.
7. Según la bibliografía analizada, el ancho de junta (EJ) se correlaciona también con la
operación, mantenimiento y tiempo de colmatación de las juntas; aspectos vinculados
con el tiempo de vida del pavimento y la eficiencia en la tasa de infiltración.
73
RECOMENDACIONES
1. Ahondar en un análisis del tipo de material permeable entre las juntas.
2. Se deben analizar los factores meteorológicos de la ciudad de Arequipa, determinar la
cuenca de diseño.
3. Comparar valores de escorrentía según la cuenca delimitada, para compararlos con los
alores de infiltración.
4. Realizar un estudio comparativo con otros tipos de pavimentos permeables, como el
concreto poroso.
5. Realizar un análisis de precipitaciones pluviales en Arequipa, modelamiento de
precipitaciones del centro histórico de la ciudad.
6. Analizar el pavimento permeable de concreto entrelazado desde un punto de vista
estructural (capacidad de carga).
74
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