Uso de concreto topix poroso en pavimentos para el drenaje de aguas pluviales en Huancayo – Perú
Use of porous topixous concrete in pavements for stormwater drainage in Huancayo – Peru
Aliaga E1;Morales, J1; Terrel, J1
1Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Continental – Huancayo – Perú Avenida San Carlos Nº 1980, Huancayo Perú
Articulo cientifico pavimento permeable (articulo de revision)
1. REVIEW ARTICLE/ ARTICULO DE REVISION
Uso de concreto topix poroso en pavimentos para el
drenaje de aguas pluviales en Huancayo – Perú
Use of porous topixous concrete in pavements for stormwater
drainage in Huancayo – Peru
Aliaga E1;Morales, J1; Terrel, J1
1Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Continental – Huancayo – Perú, Avenida
San Carlos Nº 1980, Huancayo Perú
RESUMEN
Las constantes lluvias en la ciudad de Huancayo en los meses de Noviembre a Marzo causan
gran malestar a los pobladores ya que estas lluvias generan consecuencias tales como
inundaciones graves en las viviendas, calles y avenidas principales los cuales ocasionan una
serie de consecuencias al transporte peatonal y vehicular, asimismo se ven afectadas las
construcciones de uso público al tener aniegos por la gran cantidad de agua de lluvia que no
llega a ser transportado por el sistema de drenaje. Así mismo los estudios revisados
demuestran, estas lluvias afectan el pavimento, generando fisuras a lo largo de su vida útil,
conllevando a un mayor gasto en el mantenimiento y reparación de los pavimentos. Esta
investigación científica es un artículo de revisión, busca información con el objetivo de
conocer los niveles de dependencia que existen entre las variables: pavimento poroso y
drenaje de aguas pluviales y cómo estos podrían ayudar en el drenaje de las aguas pluviales
en las principales vías considerándose al pavimento poroso como solución para la
descolmatación de las principales vías de comunicación terrestre en Huancayo, también
pretende mostrar una alternativa de uso de un pavimento rígido poroso, cuya finalidad es
lograr una estructura de pavimento que permita conducir las aguas lluvias al interior de su
estructura, con el fin de reemplazar los sistemas convencionales de drenaje como; sumideros
y cunetas, además de demostrar que el concreto poroso representa una alternativa de
construcción frente al problema de inundaciones y recopilar investigaciones significativas
para el análisis de los resultados evidenciándose que el uso de concreto topix poroso es
óptimo. Es así que se recopilaron investigaciones significativas principalmente se recurrió a
la base de datos Scielo, Scopus, Redalyc, para la recopilación de los artículos para el análisis
de los resultados evidenciándose que el uso de concreto topix permeable es óptimo con una
resistencia mayor a 210 kg/cm2 en un concreto sin finos. De todos los artículos analizados,
se puede concluir que un correcto topix con diseño de mezcla para un concreto permeable
con una resistencia a la compresión alta, puede ser utilizado para un pavimento, ayudando al
drenaje de las aguas pluviales hacia sistemas de alcantarillados. También se destaca que
España es el país con mayor publicación de artículos seguida de Brasil y México.
Palabras clave: pavimento poroso, drenaje, fisuras, granulometría
2. ABSTRACT
The constant rains in the city of Huancayo in the months of November to March cause great
discomfort to the inhabitants since these rains generate consequences such as severe floods
in the houses, streets and main avenues which cause a series of consequences to pedestrian
and vehicular transport, also affected the constructions of public use because they have denies
because of the large amount of rainwater that does not get carried by the drainage system.
Therefore, these rains affect the pavement, generating cracks over its lifetime, leading to a
higher expense in the maintenance and repair of the pavements. This scientific research of
descriptive type and non-experimental design, seeks information with the aim of knowing
the levels of dependence that exist between the variables: porous pavement and drainage of
stormwater and how these could help in the drainage of stormwater in the main roads
considering the porous pavement as a solution for the decolmatation of the main terrestrial
communication routes in Huancayo. Thus, significant research was collected mainly for the
analysis of the results, showing that the use of permeable topixable concrete is optimal with
a resistance greater than 210 kg/cm2 in a concrete without fines. Of all the articles analyzed,
it can be concluded that a correct topix with mixing design for a permeable concrete with a
high compression resistance, can be used for a pavement, helping to drain stormwater into
sewer systems.
Keywords: porous pavement, drainage, fissures, granulometry
INTRODUCCIÓN
En temporada de lluvias, el incremento de aguas pluviales, es bastante significativo,
especialmente en los meses comprendidos entre Octubre y Marzo, lo que conlleva a la
colmatación de las principales vías de comunicación terrestre. Lo cual dificulta y hace
imposible el tránsito vehicular y/o peatonal. Este problema no solo afecta al tránsito ya antes
dicho, sino también afecta al pavimento, ya sea rígido, hecho de concreto o el flexible, hecho
con asfalto. Tenemos que tener en cuenta que los pavimentos pueden ser de estructura simple
o compuesta que tiene una superficie regularmente aislada destinada a la circulación de
personas, animales y/o vehículos. Su estructura es una combinación de cimiento, firme y
revestimiento, colocada sobre un terreno de fundación resistente a las cargas, a los agentes
climatológicos y a los efectos abrasivos del tránsito (Antón, 2019). Por su parte, (Arhin et al.
2014) definen un pavimento permeable como “una mezcla de cemento, agregado y agua,
provista con un nivel de porosidad tal que permite al agua infiltrarse” a las capas inferiores.
Es por ello, que las consecuencias que traen las aguas de las precipitaciones, ocurridas en
Huancayo, son severas ya que atacan al pavimento generando hendiduras, fisuras con el paso
del tiempo.
Por otro lado, los materiales porosos están constituidos por un esqueleto granular recubierto
con un ligante, que define los dos tipos principales de superficies porosas existentes: asfalto
poroso, aquellos con ligantes bituminosos, y hormigón poroso, si se usan ligantes hidráulicos.
En ambos casos, las mezclas resultantes se diseñan con un porcentaje de huecos mínimo del
18 %-20 % para garantizar la capacidad hidráulica, empleándose, para ello, áridos de alta
calidad con granulometrías abiertas y un bajo contenido de finos (Andrés-Valeri et al., 2016).
La mejor forma de identificar las fallas del pavimento y determinar porqué se han producido,
es mediante la conducción de un estudio de reconocimiento deseablemente una vez al año,
3. preferiblemente al comienzo de la primavera. En él se debe identificar el tipo, severidad y
magnitud de cada falla. También se debe tratar de determinar si el diseño del pavimento, la
carga soportada, el agua, la temperatura, los materiales del pavimento o la construcción
fueron la causa de la falla. Además de la inspección visual, pueden emplearse pruebas
destructivas y no-destructivas para determinar la condición estructural y las condiciones del
material bajo la superficie del pavimento (Cárdenas, 2017).
Así mismo “Levantamiento o sobre-elevación abrupta de una parte del pavimento, localizada
generalmente en zonas contiguas a una junta o fisura transversal. Habitualmente el hormigón
afectado se quiebra en varios trozos” (Gonzales, 2016).
Muy aparte de resistir el ataque hidráulico tiene otras solicitaciones de esfuerzos “Además
de cumplir con resistir los esfuerzos normales y tangenciales transmitidos por los neumáticos
y su constitución estructural, bien construida (Gran Resistencia a la Flexo-Tracción, a la
Fatiga y elevado Módulo de Elasticidad), debe tener el espesor suficiente que permita
introducir en los casos más desfavorables solo depresiones débiles a nivel del suelo del
terreno de fundación y cada nivel estructural apto para resistir los esfuerzos a los que está
sometido”(De la Cruz, 2017).
Se sabe que con el pasar del tiempo el pavimento se va deteriorando lo que conlleva a realizar
una labor de reparación y/o mantenimiento que proporcione cubrir la zona afectada para la
correcta circulación de todo tipo vehículo motorizado, “Se denomina Mantenimiento, o
conservación, de Pavimentos a los trabajos constantes o periódicos que se ejecutan para evitar
el deterioro o destrucción prematura de una obra y que los mantienen en su calidad y valor.
El mantenimiento sólo debe incluir trabajos, que, en términos generales, están orientados a
preservar el camino para que preste un servicio adecuado, por el tiempo previsto en el diseño
y bajo las condiciones de tránsito y ambientales prevalecientes” (Terrazas, 2016).
Respecto a esto se presenta al pavimento poroso, en primer lugar, se definirán los términos,
por porosidad “La porosidad se define como el porcentaje del volumen de material poroso
que no está ocupado por material sólido. En un material poroso libre de agua, el espacio
poroso está totalmente ocupado por aire. Los poros en un material poroso húmedo se
encuentran ocupados por agua y aire. La mayoría de los cálculos de porosidad están basados
en cálculos de densidad aparente del material poroso a cierto contenido de humedad y de la
densidad de partículas de dicho material” (Cárdenas, 2017)
Por otra parte, los pavimentos permeables de adoquines pueden ser de adoquines
impermeables con juntas abiertas o de adoquines porosos. El contenido de huecos en
adoquines porosos normalmente sobrepasa el 20 %, mientras que las juntas en adoquines
impermeables cubren entre el 8 % y el 20 % del área total del pavimento y pueden rellenarse
con arenas de 2-5 mm (Mullaney and Lucke, 2014).
Asimismo, los pavimentos permeables son uno de los Sistemas Urbanos de Drenaje
Sostenible (SUDS) más ampliamente estudiados como medida de mitigación de las amenazas
anteriores (Jato-Espino et al., 2016a). De hecho, pueden considerarse como una cadena
completa de drenaje, dado que actúan como sistemas de captación, conducción, infiltración
y almacenamiento, facilitando el control de la escorrentía. Su multifuncionalidad hace que
los pavimentos permeables sean el tipo de SUDS más efectivo y fácil de integrar en ciudades,
pudiendo instalarse en espacios urbanos diversos como carreteras, zonas peatonales y
aparcamientos (Jato-Espino et al., 2016b)
“El porcentaje de vacíos en este tipo de mezclas se logra mediante el uso de una
granulometría especial, que consiste en un alto contenido de áridos gruesos (85% de la
4. mezcla), poco fino y un aporte muy pequeño de polvo. Es necesario que para un buen
desempeño se impermeabilice la capa subyacente con el fin de evitar posibles infiltraciones
de agua que provocan fallas estructurales en el pavimento. El diseño geométrico es de vital
importancia también ya que se debe asegurar el escurrimiento del agua a los drenes laterales
y que el agua no se introduzca en las capas inferiores” (Nazareno, 2014).
“Con la mala rehabilitación y el inadecuado uso de materiales, las vías de los distritos de
Huancayo solo llegan a durar en buen estado hasta tres años. Asimismo, por la falta de un
sistema de drenaje en la ciudad, y en época de lluvias, el agua acumulada termina socavando
el pavimento”. (Castillo, 2016)
MATERIAL Y MÉTODO
Se realizó una búsqueda de artículos de investigación publicados entre 2014 y 2020, en
fuentes de búsqueda de artículos científicos como Scielo, Scopus, Redalyc, Google Académico,
también se realizó en bases académicas tales como, Repositorio Digital Institucional
Universidad Cesar Vallejo,Dialnet, Repositorio Institucional Universidad Nacional de San
Cristóbal de Huamanga, Repositorio Abierto de la Universidad de Catambria, MDPI,Wiley
Analytical Science,The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, siendo
las palabras claves utilizadas, pavimento poroso, drenaje, fisuras, granulometría. Esta
revisión se realizó en función de criterios como el año, idioma del artículo ya sea inglés y
español, seleccionando así los artículos publicados en español y los artículos de idioma inglés
traducidos al español.
Asimismo, se efectuaron solo búsquedas de artículos relacionados con la temática de los
niveles de depresión y la relación de la capacidad de afrontamiento. Del total de 61
investigaciones correspondientes a la temática, se ha seleccionado solo 30, que son artículos
científicos las cuales nos brindan mayor información acerca del tema en mención.
El periodo de búsqueda de las investigaciones relacionadas con nuestras variables culminó el 25
de mayo del 2020. Teniendo como resultado 30 artículos y 31 tesis.
Resumen de los artículos encontrados en las bases de datos
Cantidad
N° de
artículo
Año
País/
Departamento
Tipo de
publicación
Base de datos
1 2 2019 Perú Tesis
Repositorio Digital Institucional
Universidad Cesar Vallejo
2 1 2019 España
Artículo de
Revista
Dialnet
3 1 2019 España
Artículo de
Revista
Dialnet
4 1 2017 Perú Tesis
Repositorio Institucional
Universidad Nacional de San
Cristóbal de Huamanga
5 2 2016 España Tesis
Repositorio Abierto de la
Universidad de Catambria
6 1 2016 Reino Unido Artículo original MDPI
7 1 2014 Australia Artículo original Wiley Analytical Science
8 1 2017 Mexico
Artículo de
Revista
Dialnet
9 1 2019 Brasil
Artículo de
Revista
Scielo
10 2 2016 Brasil
Artículo de
Revista
Google Scholar
11 1 2015 Brasil
Artículo de
Revista
Google Scholar
12 1 2015 Brasil
Artículo de
Revista
Google Scholar
5. 13 1 2019 Brasil
Artículo de
Revista
Google Scholar
14 1 2019 Brasil
Artículo de
Revista
Google Scholar
15 1 2018 Colombia
Artículo de
Revista
Scielo
16 2 2015 Colombia
Artículo de
Revista
Scielo
17 1 2018 Colombia
Artículo de
Revista
Scielo
18 1 2015 Ecuador
Artículo de
Revista
Redalyc
19 1 2015 Venezuela
Artículo de
Revista
Redalyc
20 1 2017 España
Artículo de
Revista
Slideshare
21 1 2017 España
Artículo de
Revista
Slideshare
22 1 2018 España
Artículo de
Revista
Google Scholar
23 1 2018 España
Artículo de
Revista
Google Scholar
24 2 2017 España
Artículo de
Revista
Google Scholar
25 1 2019 España
Artículo de
Revista
Google Scholar
26 1 2015 España
Artículo de
Revista
Google Scholar
27 2 2018 España
Artículo de
Revista
Scielo
28 1 2018 Mexico
Artículo de
Revista
Redalyc
29 1 2015 Mexico
Artículo de
Revista
Scopus
30 1 2016 Mexico
Artículo de
Revista
Slideshare
31 1 2018 Perú
Artículo de
Revista
Slideshare
32 2 2015
Perú -
Huancavelica
Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DE HUANCAVELICA
33 1 2017 Perú - Apurimac Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA DE LOS
ANDES
34 1 2017 Perú - Ayacucho Tesis
Repositorio Digital Institucional
Universidad Nacional de San Crist
obal de
Huamanga
35 1 2019
Perú -
Huancavelica
Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DE HUANCAVELICA
36 1 2019 Perú - Puno Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD ANDINA
37 1 2019 Perú - Tarma Tesis
Repositorio Digital Institucional
UCSS
38 1 2018 Perú - San Martin Tesis
Repositorio Digital Institucional
Universidad Cesar Vallejo
39 1 2016 Perú - Cusco Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD ANDINA DEL
CUSCO
40 1 2018 Perú - Junin Tesis
Repositorio Digital Institucional
UPLA
41 2 2016 Perú - Cusco Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD ANDINA DEL
CUSCO
42 1 2019 Perú - Puno Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DEL ALTIPLANO
43 1 2015 Perú - Puno Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DEL ALTIPLANO
6. 44 1 2019 Perú - Lima Tesis
Repositorio Digital Institucional
UPC
45 1 2016 Perú - Puno Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DEL ALTIPLANO
46 1 2019 Perú - Piura Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DE PIURA
47 1 2018 Perú - Lima Tesis
Repositorio Digital Institucional
USMP
48 1 2019 Perú - Tacna Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD DE TACNA
49 2 2018 Perú - Piura Tesis
Repositorio Digital Institucional
Universidad Cesar Vallejo
50 1 2019
Perú -
Lambayeque
Tesis
Repositorio Digital Institucional
SEÑOR DE SIPAN
51 1 2019 Perú - Ancash Tesis
Repositorio Digital Institucional
UNIVERSIDAD NACIONAL
DEL SANTA
RESULTADOS Y DISCUSIONES:
Figura 1 Países y número de artículos publicados durante el 2014 hasta el 2020,
relacionados al tema investigado.
De acuerdo a la figura 1, de las investigaciones recolectadas y revisadas, España es el país
con mayor cantidad de publicaciones, seguido de Brasil y México.
Perú solo realizo 2 publicaciones, por lo que está entre los más bajos.
En total se revisó 30 artículos científicos.
7
4
2 1
9
5
2
BRASIL COLOMBIA ECUADOR VENEZUELA ESPAÑA MEXICO PERU
CANTIDADDEPUBLICACIONES
PAISES
CANTIDAD DE ARTICULOS CIENTIFICOS
PUBLICADOS POR CADA PAIS
7. Figura 2 Departamentos de Perú y número de tesis publicados durante el 2014 hasta el 2020,
relacionados al tema investigado.
De acuerdo a la figura 2, de las investigaciones recolectadas y revisadas, Puno es el
departamento con mayor cantidad de publicaciones, seguido de Junín, Cusco, Lima y Piura.
En total se revisó 31 tesis relacionadas al tema.
Figura 3 Número de artículos y tesis publicados durante el 2015 hasta el 2020, relacionados
al tema investigado.
De acuerdo a la figura 3, de las investigaciones recolectadas y revisadas, en el año 2018 y
2019 se realizaron la mayor cantidad de publicaciones.
En total se revisó 61 publicaciones entre artículos y tesis relacionados al tema.
3
2 2
5
2
3 3 3
2 2
1
2
1 1 1
CANTIDADDEPUBLICACIONES
DEPARTAMENTOS
CANTIDAD DE TESIS PUBLICADAS EN PERU
3
5
4
8
11
0
8
2
5
10
5
0
0
2
4
6
8
10
12
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
CANTIDAD
AÑO
CANTIDAD DE PUBLICACIONES POR AÑO
CANTIDAD DE TESIS PUBLICADAS CANTIDAD DE ARTICULOS PUBLICADOS
8. El articulo trata de buscar una alternativa de solución que ayude al control de las aguas
pluviales provenientes de precipitaciones anormales debido a una alteración del clima por la
ocurrencia de El Niño - Oscilación Sur en la costa noroeste del Perú. Para ello se evalúa
implementar el concreto permeable en vías locales y pavimentos especiales de dicha región.
Se combinan aspectos tanto hidráulicos como estructurales, así el pavimento debe ser capaz
de drenar cierto volumen de agua y proporcionar resistencia estructural adecuada para el tipo
de vía a evaluar. Se analiza la capacidad estructural del concreto permeable, midiendo su
resistencia a la compresión y a tracción por flexión. Luego, se comparan los resultados con
los requerimientos para la capa de rodadura en vías locales y pavimentos especiales de
acuerdo a la CE. 010 Pavimentos Urbanos y a las normas ACI. Para que pueda ser utilizado
en sistemas de drenaje pluvial, se identificaron las precipitaciones ocurridas durante El Niño
- Oscilación Sur durante los años de 1997-1998 en la costa noroeste del Perú.
CONCLUSIONES
A nivel de Europa el concreto permeable representa una alternativa de construcción frente al
problema de inundaciones, agotamiento de los mantos acuíferos y escasez de agua, que a su
vez brinda ventajas adicionales como absorción de la emisión de ruido de vehículos y al
disminuir la película de agua de lluvias, propicia condiciones de conducción más seguras,
entre otras.
Los artículos de Latinoamérica hacen énfasis en los componentes del concreto poroso como
son: agua, cemento, agregado grueso, aditivos (opcional) y poco o nada de agregados finos;
que combinados en las proporciones adecuadas de agua/cemento y seleccionando la
morfología y granulometría apropiada de los agregados, puede brindar una adecuada relación
permeabilidad/resistencia, dependiendo de la aplicación.
España, Brasil y México presentan cierta ventaja en el uso de tecnologías y herramientas con
respecto a Perú.
Los artículos revisados en su mayoría evaluaron la porosidad del concreto con diferentes
tipos de mezclas y aditivos, con ciertas similitudes, aunque muy poca coincidencia.
La investigación llevada a cabo en España sobre pavimentos permeables hasta la fecha
demuestra que la integración de estos sistemas en el entorno urbano es viable y tiene una
influencia positiva en la gestión de la cantidad y calidad de las aguas de escorrentía. Las
capas de los pavimentos permeables ofrecen una oportunidad para valorizar residuos y
subproductos industriales, permitiendo mejorar la capacidad portante y de almacenamiento
de agua de estos sistemas.
Los articulos estudiados señalan que los diseños que poseen agregado fino son superiores en
cuanto a soportar esfuerzos se refiere, pero obstruyen los vacíos. En ese sentido, los
agregados finos disminuyen la permeabilidad, pero ayudan al concreto a ganar resistencia.
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