Diseño pavimentos permeables control escorrentía

24-10-2016
PRINCIPALES VARIABLES PARA EL
DISEÑO Y LA CONSTRUCCION DE
PAVIMENTOS PERMEABLES PARA SU
CONTROL EN ORIGEN DE LA
ESCORRENTÍA URBANA
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
LEDYS REDONDO POLANCO
LUIS FERNANDO ZÚÑIGA PÁEZ
.

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PRINCIPALES VARIABLES PARA EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCION DE
PAVIMENTOS PERMEABLES PARA SU CONTROL EN ORIGEN DE LA
ESCORRENTÍA URBANA
DEPARTAMENTO DE POSTGRADO
CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C
OCTUBRE
2016

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PRINCIPALES VARIABLES PARA EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCION DE
PAVIMENTOS PERMEABLES PARA SU CONTROL EN ORIGEN DE LA
ESCORRENTÍA URBANA
MONOGRAFIA COMO REQUISITO PARA OPTAR TITULO DE
ESPECIALISTA EN INGENIERIA DE VIAS TERRESTRES
DIRECTOR DE LA MONOGRAFIA
EDGAR QUIÑONEZ
GRUPO DE INVESTIGACION: INFRAESTRUCTURA DE VIAS Y
TRANSPORTE
LINEA DE INVESTIGACION: INFRAESTRUCTURA VIAL
DEPARTAMENTO DE POSTGRADO
ESPECIALIZACION EN INGENIERIA DE VIAS TERRESTRES
CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C
OCTUBRE
2016

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Nota de aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
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Firma del jurado

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DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS
Gracias a las personas que nos han acompañado, en esta nueva etapa de
nuestras vidas, inicialmente a Dios le damos gracia por permitirnos y guiarnos
por este sendero, gracias a nuestro director de tesis Ingeniero Edgar Quiñonez,
con su amplio manejo en el tema, nos apoyó y guio en la realización de esta
investigación.
Le agradecemos a nuestros familiares, por sus apoyos constante, además de
su amor y comprensión.

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CONTENIDO
RESUMEN..........................................................................................................8
1.0 INTRODUCCION........................................................................................10
2.0 ANTECEDENTES.......................................................................................13
3.0 ESTADO DEL ARTE...................................................................................19
4.0 SISTEMA DE PAVIMENTOS PERMEABLES.............................................23
4.1 Sistemas de infiltración: ..............................................................................25
4.1.1 Superficies permeables:...........................................................................26
4.1.2 Sistemas de captación y transporte: ........................................................26
4.2 Diseño y variables hidrológicas e hidráulicas:.............................................27
4.2.1 Percolación de la capa de pavimento o (García Haba, 2011)..................28
4.2.2 Volumen de almacenamiento (García Haba, 2011): ................................29
4.2.3Capacidad de drenaje longitudinal adicional:............................................34
4.2.4 Gestión de eventos extremos de precipitación: .......................................35
4.3 Principales variables estructurales:.............................................................36
4.3.1 Resumen comparativo variables pavimento permeable y pavimento
convencional:....................................................................................................38
4.4 Diseño estructural:......................................................................................39
4.5 Recomendaciones para la construcción de pavimentos permeables: ........44
5.0 CONCLUSIONES .......................................................................................47
6.0 RECOMENDACIONES...............................................................................48
7.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS............................................................49

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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Principales variables pavimento permeable vs pavimento convencional
..........................................................................................................................38
Tabla 2. Mínimos espesores de un pavimento permeable para varias
condiciones de tráfico. (Adaptado de U.S.EPA, 1980)......................................42
Tabla 3. Espesores mínimos de las capas de un pavimento permeable
considerados por M.I.N.V.U (1996)...................................................................43

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LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Sistema constructivo Parqueadero ciudad de Mexico (Fuente
Hidrocreto y Econcreto, 2010). .........................................................................15
Ilustración 2. Fundida del concreto permeable, (Fuente Hidrocreto y Econcreto,
2010).................................................................................................................16
Ilustración 3. Compactación del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y
Econcreto, 2006)...............................................................................................16
Ilustración 4. Acabado y riego del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y
Econcreto, 2010)...............................................................................................17
Ilustración 5. Aplicación del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y
Econcreto, 2010)...............................................................................................18
Ilustración 6. Estado final del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y
Econcreto, 2010)...............................................................................................18
Ilustración 7. Esquema de estructura tipica y funcionamiento de poavimento de
concreto permeable. Tomada (Garcia, Haba, 2012).........................................24
Ilustración 8. Proceso de cálculo del factor de seguridad frente a colmatación
para pavimento continuo (azul) y discontinuo (naranja). (Adaptado de M.I.N.V.U,
1996).................................................................................................................29
Ilustración 9. Ecuaciones de pre-dimensionamiento de pavimentos permeables
rígidos (Fuentes: Lópes da Silveira y Avruchgoldenfum, 2007)........................32
Ilustración 10. Sección transversal recomendada por esta monografía para la
ejecución de pavimento permeable (adaptado de AQUAVAL). ........................44

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RESUMEN
Esta monografía trata sobre la utilización de los pavimentos permeables
como una alternativa, para el drenaje de las escorrentías superficiales, la
investigación se centra en el desarrollo estructural e hidrológico de estos
pavimentos, además de su implementación. Se estudió a través de la literatura
que estos tipos de pavimento se están usando en lugares de poco tráfico, ya sea
parqueaderos de vehículos pequeños, senderos y tramos de vías de poca carga.
La información analizada en esta monografía define las principales variables
desde el punto de vista hidrológico que son: intensidad, volumen y caudal de
salida, mientras que la relación de vacío, el tránsito, la relación cemento
agregado, el CBR, son las variables representativas para el diseño estructural,
además del sistema constructivo para fundida de estos tipos de concretos, el
cual debe garantizar las relaciones de vacío y a la vez cumplir con la resistencia.
Además, se comprueba que el porcentaje de vacío esta entre el 15 hasta 40%
para pavimentos permeables, siendo el 15% el valor mínimo de percolación que
pueda tener estos pavimentos inferior a estos es imposible que se maneje una
filtración a través de estos pavimentos. Siendo un valor recomendable hasta el
20% del porcentaje de vacío el cual llega a resistencias de 280 kg/cm2, a esta
mezcla se recomienda colocarle alguna fibra sintética.
Palabras claves: Pavimento permeable, Relación de vacío, Escorrentía.
Infiltración.
ABSTRACT:
This paper discusses the use of permeable pavements as an alternative for
the drainage of surface runoff, the research focuses on the structural and
hydrological development of these pavements, also to implementation. Was

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studied through literature that these types of pavement are being used in low
traffic areas, whether small car parking, trails and paths sections of low load.
The information analyzed in this paper defines the main variables from a
hydrological point of view are: intensity, volume and output flow, while the void
ratio, transit, the ratio of cementitious added, the CBR are representative
variables for structural design, in addition to the construction system to melt these
types of concrete, which must ensure vacuum relationships while meeting with
resistance. Also, it is found that the percentage of vacuum is between 15-40 %
for permeable pavements , being 15 % the minimum value of percolation you may
have these lower floors of these is impossible for a filtration is handled through
these pavements. As a recommended value to 20% of the void ratio which
reaches resistors 280 kg / cm2, to this mixture is recommended to place
somesynthetic fiber.

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1.0 INTRODUCCION
Este documento resalta la importancia de los pavimentos permeables por
tanto su Objetivo esta direccionado en Describir el uso de pavimentos
permeables como técnica de drenaje urbano sostenible, para la zona norte de
Colombia, desde el punto de vista hidrológico y de la estructura del pavimento,
como una alternativa de solución para la problemática de drenaje que presenta
la zona.
En esta monografía se resaltan lo siguiente: variables que afectan el
comportamiento de los pavimentos permeables desde el punto de vista
hidrológico y de la estructura del pavimento, se identifican proyectos donde se
ha implementados el manejo de las escorrentías con este tipo de pavimento
permeable, se define y se clasifica los tipos de pavimentos permeables.
De acuerdo a lo investigado, la principal función del concreto permeable es el
adecuado manejo del agua lluvia, reconocida positivamente por organizaciones
como la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés), de los
EE.UU. El concreto permeable posee pocos finos. Este se usa como pavimento
en aplicaciones viales de bajo tráfico, tales como: áreas de estacionamientos,
senderos y caminos para peatones o ciclista, es un concreto especial, compuesto
en su mayoría por agregado grueso, cemento (o bituminoso) y agua que favorece
la creación de una estructura de tipo porosa que permite el paso de agua a través
de él, por esta definición es de baja resistencia, poroso y de muy poca calidad
estructural, que permita filtrar el agua de lluvia, y evitar el escurrimiento
superficial (Chow, V., Maidment, R & Mays, 1988).
Estos pavimentos hacen parte de las denominadas técnicas de drenajes
urbanos sostenibles, donde puede utilizarse para áreas drenantes inferiores a 4
hectáreas con pendientes inferiores entre (2-5)%, la distancia hasta el nivel

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freático ha de ser superior a los 1,2 metros y la capacidad de infiltración del suelo
de 1,2mm/hora o mayor.
Por otra parte, en nuestro país y especialmente en la región Caribe, el sistema
de drenaje pluvial lo conforman las vías, canales, Box coulvert, y muy poco
alcantarillados pluviales. Cuando se presenta un evento de alta precipitación
esta escorrentía es transportada por las vías, después a los canales y estos
dependiendo el sector descarga en lagos, ríos, mar, ciénega, humedal. El
problema que presenta este tipo de drenaje en nuestro país, especialmente en
las principales ciudades de la costa, se clasifica así: hidrológico; aumento en el
periodo de concentración, aumento en el caudal y volumen de escorrentía, esto
facilita las inundaciones y genera un problema social, además Baja o casi nula
producción económica, perdidas en el comercio, debilitamiento de la estructura
del pavimento, fallas estructurales tanto en pavimentos flexibles como rígidos.
Una forma de darle solución a estos problemas de inundaciones, es la
utilización de técnicas de drenajes sostenibles, pero se han hecho pocos
estudios para el uso de esta técnica especialmente la determinación hidrológica
y estructural de los pavimentos permeables. Las investigaciones realizadas han
sido tramos de pruebas y casi nulo estudios del comportamiento físico y
mecánico de este tipo de pavimento permeable.
A nivel internacional, estos tipos de pavimento se están utilizando desde la
década del 70 en los EE.UU., su principal finalidad es disminuir el tiempo al pico,
por tanto se utilizó en tramos de zonas verdes, en estos últimos años se ha
incrementado las investigaciones de estos pavimentos a nivel internacional en
países como EE.UU., España, Francia, Australia y Latinoamérica, cuyo objetivo
es encontrar materiales que den una elemento lo suficientemente permeable y
con altas resistencia a la flexión, para ser utilizado como pavimento de vías
principales y segundarias, ya que las vías en nuestro medio y en los países
mencionados constituye el componente de dirección de flujo de aguas pluviales.

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En Colombia se realizó tramos de pruebas, en la ciudad de Medellín,
construido en dos celdas de parqueadero de la Universidad EAFIT, el cual
consistía en fundir losas de concreto permeable con una relación de vacío
superior al 0.4, e integrado a una base granular con una permeabilidad hidráulica
(k) igual a 10−1
cm/s, la cual conduce el flujo a un tanque de almacenamiento
que a la vez actúa como rebosadero (Arango, 2010).
A partir de ese tramo de prueba realizado, se está copiando este método en
ciudades de la Costa Caribe Colombiana (Barranquilla, Cartagena y Santa
marta), que es exactamente el foco de nuestra investigación, actualmente la
empresa colombiana ARGOS S.A, en conjunto con Constructores y diseñadores
urbanístico está implementando tramos de pavimentos para parqueadero con la
utilización de concretos con una alta relación de vacío, es decir disminuir el
agregado fino, por otra parte el talón de Aquiles de estos pavimentos es su
resistencia a la flexión, por tanto el objetivo que tienen estos tramos es evaluar
su comportamiento con el tráfico y a la colmatación en menor medida..
Este documento, se enmarca dentro de la línea de investigación
Infraestructura Vial, perteneciente al Grupo de Investigación en
Infraestructura de Vías y Transporte, de la Faculta de Ingeniería.
Esta monografía está dirigida al análisis de la estructura del pavimento
permeable y sus aplicaciones en vías con poco tráfico y parqueaderos, además
este tema implica desarrollo con una nueva técnica la cual es amigable con el
medio ambiente.

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2.0 ANTECEDENTES
Los antecedentes de los pavimentos permeables se remontan
fundamentalmente a la década de 1970. Desde entonces han sido múltiples los
trabajos de investigación desarrollados en varios países que han dado lugar a
monografías y manuales específicos.
En 1972 en Estados Unidos se llevó a cabo probablemente la primera
investigación acerca de los pavimentos permeables (porous, pervious or
permeable pavements). La utilización de pavimentos permeables tenía la
intención de aliviar la contaminación debida a los vertidos de los sistemas de
saneamiento unitarios en tiempos de lluvia, reduciendo además los parámetros
de diseño de las infraestructuras de drenaje urbano (Cabello, 2007).
En el Reino Unido, Pratt et al. (1989) recogen la experiencia de varios años
en el uso de pavimentos permeables para la reducción de la escorrentía
superficial urbana y la mejora de su calidad, destaca la publicación del primer
manual íntegramente dedicado a la técnica de los firmes permeables. Este
manual, elaborado por Pratt et al. (2002) para la asociación de la construcción
CIRIA.
En Alemania, los pavimentos permeables han sido utilizados desde los años
setenta y actualmente son un método de construcción regulado (Steffen y
Meinheit, 2006). El control de la contaminación del agua es el principal aspecto
estudiado hoy en día en este país (Dierkes et al., 2002, Dierkes et al. 2005; Fach
y Geiger, 2005).
En Colombia, se ha estudiado muy poco este tema de pavimentos
permeables, a nivel de investigación estamos por debajo de otros países
Latinoamericano, como; Brasil, México, Argentina, han estudiado el
comportamiento tanto hidrológico como estructural.

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En Colombia se ha estudiado muy poco este tema de pavimentos
permeables, de la muy poca información que tenemos resaltamos el tramos de
pruebas, construido en la ciudad de Medellín. Y en nuestra región Caribe de
Colombia, resaltamos la investigación realizada por Brian Hernández y Omar
Martínez (2014), Diseño de un campo de prueba piloto de pavimentos
permeables en la ciudad de Cartagena: Esta investigación se realizó en la ciudad
de Cartagena Colombia, en el año 2014, esta es una investigación reciente, la
cual se ubica en nuestro ambiento local. El objetivo principal de este trabajo fue
diseñar un campo de prueba de pavimentos permeables con el fin de identificar
beneficios en el manejo de aguas lluvias en la ciudad de Cartagena, y obtener
valores de capacidad de infiltración.
Se encontraron los siguientes aportes: el cálculo de espesor de losas varía
muy poco cuando la permeabilidad cambia siempre y cuando se mantenga en el
mismo tipo de suelo. La precipitación ocurre en un 80% de su totalidad al 20%
inicial del tiempo de lluvia, en este caso 12 minutos en una tormenta de 1 hora.
El caudal de evacuación está determinado por la intensidad de la lluvia, debido
a que la permeabilidad del pavimento permeable y de la base está en la
capacidad de infiltrar una mayor cantidad de agua de la que se precipita.
De esta investigación obtenemos que la infiltración es directamente
proporcional con la relación de vacío de los pavimentos. Por tanto la relación
de vacío es una variable importante para el análisis estructural de estos tipos de
pavimento.
Existe experiencia de construcción de estos pavimentos, realizados en vías,
parqueaderos y pisos. Por tanto hacemos referencia a las siguientes
experiencias de construcción: Experiencia de construcción en ciudad de
México y en Ciudad de Panamá: en ciudad de México se han realizado tramos
de pavimento permeable, a partir del año 2006, para mostrar la construcción de
un pavimento permeable nos apoyamos en la información que suministra la

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empresa HIDROCRETO Y ECOCRETO, en el año 2010. De las experiencias en
construcción de este tipo de pavimento, se obtuvo una lista de actividades y
variables a control en su construcción:
 Abrir caja de 40 cm de profundidad.
 Compactación del terreno natural por medios mecánicos.
 Abrir pozos de absorción de 1.0 x 1.0 x 1.0 m. Uno por cada 100 m2.
 Relleno con balasto (piedras de 4” a 8”). Este relleno se aplicará en pozos y en
toda el área.
 Compactación del relleno por medios mecánicos. El espesor del relleno, ya
compactado, será de 25 cm.
 Relleno con grava de 3/4”.
 Compactación del relleno por medios mecánicos. El espesor de este relleno será
de 5 cm.
Sistema constructivo ilustrativo
Ilustración 1. Sistema constructivo Parqueadero ciudad de Mexico (Fuente Hidrocreto y
Econcreto, 2010).
A continuación, se muestra la aplicación del concreto permeable (Ecocreto),
sobre la sub - base que será determinada a partir del minino de espesor que
sugieren las tablas.

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Ilustración 2. Fundida del concreto permeable, (Fuente Hidrocreto y Econcreto, 2010).
El tendido de los pisos de concreto permeable también puede hacerse
utilizando reglas vibro-compactadoras y, cuando se requiere avanzar muy
rápido, con tendedoras de concreto o con máquinas “finisher” para asfalto.
Ilustración 3. Compactación del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y Econcreto, 2006).

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Ilustración 4. Acabado y riego del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y Econcreto, 2010).
Experiencia de construcción en ciudad de Panamá: En Panamá se utilizó en
alamedas peatonales (2010), lo importante de esta experiencia es que aportaron
que por debajo del 15% de vacíos la rata de infiltración es nula, además que la
forma y el tamaño de los agregados juegan un papel importante en el adecuado
comportamiento de la mezcla fresco y endurecido, sobre todo su desempeño
bajo tráfico, constataron por ensayos la resistencia obtenida por estos
pavimentos de acuerdo a la relación de vacío cercana a 0.20 obtuvieron un
promedio de 280 kg/cm2. El diseño típico de pavimento permeable aportado por
esta experiencia fue;
 Pavimento permeable de 0.15 a 0.15 cm (es para peatonales).
 Sub - base de 0.15m de grava gruesa hasta 25 mm.
 Suelo natural compacto entre el 92 y 96%.
 En caso de inclinación colocar una geomalla.
En la siguiente ilustración se muestra su proceso:

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Ilustración 5. Aplicación del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y Econcreto, 2010).
Ilustración 6. Estado final del concreto permeable (Fuente Hidrocreto y Econcreto, 2010).

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3.0 ESTADO DEL ARTE
Actualmente, este tema es tratado por especialistas en hidrología,
encaminado en obtener valore mínimos del tiempo de concentración en un
evento de lluvia, aumentar el almacenamiento y regular el caudal de salida con
el objeto de mitigar zonas inundables, por tanto están orientado a los temas
hidrológicos, pero sabemos que en un futuro se debe aprovechar estas
bondades de estos tipos de pavimentos y combinarlas con una estructura de via
que resistas los esfuerzos que serán sometidos por los vehículos, por tanto hasta
hoy existe muy poca información que trate el tema desde el punto hidráulico y su
esquema estructural y más aún que nos muestren y combinen las variables
hidrológicas y estructurales para su diseño y posterior funcionamiento.
La investigación de Rodríguez (2008): Según este estudio, los principales
inconvenientes de los pavimentos permeables son dos: la colmatación que
pone en peligro su funcionalidad y la degradación de los materiales que amenaza
su durabilidad. En esta investigación proponen varias secciones de pavimentos
permeables de dos tipos de pavimentos permeables: adoquines y mezcla
bituminosa porosa; con dos tipos de áridos empleados en las capas granulares
inferiores: caliza de cantera y reciclado de residuos de construcción y demolición.
Para estudiar la capacidad de infiltración en laboratorio, se ha desarrollado el
ensayo de resistencia a la colmatación con el Infiltrómetro Cántabro Fijo (ICF).
Este ensayo es una herramienta eficaz para la caracterización de diferentes tipos
de pavimentos permeables, exponiéndolos a un aporte conocido de agua,
variando el estado de colmatación y la inclinación de la superficie. De los
resultados obtenidos del ensayo de pavimentos de adoquines con ranuras se
extrae que la geometría de las mismas debe ser estrecha y alargada para que
actúen a modo de tamiz impidiendo la entrada del sedimento al firme permeable.
Con todo, una vez el sedimento ha sido compactado en el interior de las ranuras,
es muy difícil recuperar la capacidad de infiltración del pavimento mediante un
barrido superficial. Por su parte, el pavimento de mezcla bituminosa porosa debe

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asegurar una permeabilidad creciente con la profundidad, con la superficie a
modo de filtro evitando la colmatación en profundidad. De este modo el barrido
superficial permite recuperar la permeabilidad inicial del asfalto poroso.
Por otra parte Garcia Haba y Domenech (2011), se centró en el estudio de
los pavimentos porosos como técnica de drenaje urbano sostenible, para el
control de escorrentías generadas por eventos de lluvia.
Respecto a los criterios de diseño dados en esta investigación se resalta que,
estos deben basarse en la premisa de que un pavimento permeable debe ser
capaz de gestionar un determinado evento de precipitación, al mismo tiempo que
debe aportar una función estructural. Además, desde el punto de vista del diseño
hidrológico e hidráulico, deben tenerse en cuenta cuatro aspectos: las
características de percolación de la capa de pavimento, el volumen de
almacenamiento proporcionado por los poros de la sub-base, la capacidad del
drenaje longitudinal adicional en caso de ser necesario y la respuesta del
pavimento ante eventos extremos de precipitación. De esta tesis que tiene un
enfoque más hidrológico, obtenemos que las variables más importantes para el
diseño del pavimento permeable, ya que la principal función de este tipo de
pavimento es el almacenamiento y el mejoramiento de la escorrentía urbana, sin
afectar la capacidad estructural (Garcia H y Domenech, 2011).
La investigación de Fernández Arrieta (2011), es fundamental para obtener
las variables estructurales significativas de estos tipos de pavimentos. La
importancia de este trabajo para nuestra monografía es el aporte que hace al
determinar y comprobar las variables que afectan la capacidad estructural. La
resistencia y la permeabilidad del concreto permeable son sus características
más importantes y deben balancearse para lograr un desempeño adecuado del
material. Esta investigación analizó el efecto que tienen, sobre 19 mezclas de
concreto permeable, la relación agua/cemento, la relación agregado
grueso/cemento y el tipo de agregado grueso utilizado (procedencia y tamaño

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máximo). Los resultados obtenidos permitieron observar tendencias de
comportamiento entre las distintas propiedades y la resistencia y permeabilidad
del material.
Con base en las mezclas diseñadas en este estudio, determinaron que la
resistencia a la compresión uniaxial del concreto permeable aumenta con
disminuciones en la permeabilidad, por tanto se recomienda el estudio de estos
concretos con adiciones de fibras sintéticas. (F. Arrieta, 2011).
Las variables que afectan positivamente a la resistencia a la compresión
uniaxial del concreto permeable, lo hacen de forma negativa con la
permeabilidad. El balance adecuado entre permeabilidad y resistencia del
concreto poroso se logra mediante un balance adecuado de las proporciones
utilizadas para diseñar la mezcla (F. Arrieta, 2011).
El estudio realizado por: Javier Castro, Hernán De Solminihac, Carlos Videla,
Bonifacio Fernández (2011). Muestra la deducción de una ecuación que permite
dosificar hormigones porosos en función de la razón agua-cemento y del
porcentaje de vacíos interconectados que se requieren en el hormigón
endurecido. Usando esta ecuación analizaron el comportamiento de 18 mezclas
de hormigón poroso conteniendo razones agua-cemento entre 0,29 y 0,41. Las
probetas fueron fabricadas en laboratorio y compactadas con rodillo pesado
simulando el proceso constructivo en terreno. Los resultados permiten
caracterizas de buena forma el comportamiento estructural e hidráulico de estas
mezclas. Relaciones entre el porcentaje de vacíos en el hormigón endurecido y
la tasa de infiltración, la resistencia a flexotracción y la densidad en estado fresco
son presentadas (Castro, J. et al., 2011), Presentación y análisis de resultados:
Valores reales del Factor de Compactación: Castro, J, et al., (2011),
consideraron un factor de compactación constante e igual a 0.95. Sin embargo,
este factor resultó ser variable en la práctica. De acuerdo a la evidencia

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experimental obtenida en esta investigación, se determinó que este valor varía
entre 0.84 y 0.99, dependiendo fundamentalmente de la razón w/c para una
granulometría fija. A partir de los resultados obtenidos se estableció la Ecuación
(1 ), que relaciona el Factor de Compactación real con la razón w/c.
𝐹𝐶 = 3.37(𝑊/𝐶)2
+ 3.49(𝑊/𝐶) + 0.11 (𝑅2
= 0.996) ……………..………...(1)
Comportamiento de las mezclas con alta razón agua-cemento: En las
mezclas con w/c 0.41 y 0.44 se observó notorio escurrimiento de la pasta de
cemento hacia la parte inferior de las probetas, generando probetas
heterogéneas vertical mente. En el caso de las mezclas con w/c0.44 el
escurriendo formó una capa impermeable en la parte baja de la probeta. Por esta
razón, dichas mezclas serán consideradas en forma especial en el análisis.

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4.0 SISTEMA DE PAVIMENTOS PERMEABLES
Los pavimentos permeables son ampliamente estudiado dentro de los SUDS
(Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible) o BMPs (Best Management Practices
o Buenas Prácticas Ambientales (Rodríguez Hernández, 2008). De hecho, los
pavimentos permeables son categorizados dentro de los sistemas de infiltración
o de control en origen de la escorrentía superficial, siendo un tipo específico de
superficies permeables. Además, los pavimentos permeables pueden
considerarse como una cadena de drenaje sostenible completa por sí mismos,
pues proporcionan infiltración, captación, transporte y almacenamiento, al
permitir controlar en origen la escorrentía superficial, laminando los flujos de
aguas pluviales y ofreciendo además un servicio a la sociedad como pavimentos
estéticos, cómodos y seguros (Rodríguez Hernández, 2008)
Los pavimentos permeables son secciones compuestas de varias capas de
materiales de construcción que permiten el paso del agua a través suyo, desde
la rasante del proyecto hasta las capas inferiores dependiendo el tipo de base, y
en conjunto ofrecen la capacidad portante necesaria para resistir un tráfico
determinado (Rodríguez Hernández, 2008). Según Rodríguez Hernández
(2008), no se consideran como pavimentos permeables aquellas secciones que
cuentan con capas drenantes combinadas con capas impermeables, como por
ejemplo mezclas bituminosas porosas sobre mezclas bituminosas cerradas o
semicerradas. Estos pavimentos no se aceptan puesto que la misión de la capa
drenantes es únicamente la evacuación del agua hacia los laterales, sin permitir
su filtración ni almacenamiento en las capas inferiores del firme. De acuerdo con
McCormack (2006), no se consideran como pavimentos permeables las
superficies de césped que, aun resistiendo un determinado tráfico, no permitan
una buena infiltración del agua por una excesiva presencia de limos, arcillas o
materia orgánica.

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Los pavimentos permeables son una solución sostenible a los pavimentos
impermeables, construidos ambos con los mismos materiales de construcción:
mezcla bituminosa, hormigón, adoquines, áridos, Geosintéticos, etc. La principal
diferencia entre ambos tipos de pavimentos es la permeabilidad de la disposición
de dichos materiales de construcción en las diferentes capas. Respecto a su
aplicación, los pavimentos permeables han sido fundamentalmente utilizados en
aparcamientos de vehículos ligeros y en carreteras de bajas intensidades de
tráfico. Hay que destacar las aplicaciones que los pavimentos permeables tienen
en zonas de nuevo desarrollo, disminuyendo el incremento en la escorrentía que
recibe el sistema de alcantarillado existente. Así, dentro de las ciudades, los
pavimentos permeables son fundamentalmente utilizados en estacionamientos
y calles de bajo tránsito (Castro, J, & De Solminihac, 2002).
El concreto permeable en su definición más simple es una mezcla
de cemento, agua, agregado grueso, agregado fino en menor cuantía y aditivos,
que resulta en un material con una estructura de vacíos interconectados que
permiten al agua y al aire, entre otros, pasar a través. Los pavimentos de
concreto permeable son una estructura compuesta por una capa superior de
concreto permeable, una base como cualquier pavimento, que en este caso tiene
capacidad de almacenamiento y gestión del agua, opcionalmente un sistema de
drenaje que en función de las necesidades puede ser más o menos complejo, y
el suelo natural de soporte, que en función de sus propiedades puede infiltrar el
agua (García Haba E, 2011).
Ilustración 7. Esquema de estructura tipica y funcionamiento de poavimento de concreto
permeable. Tomada (García, Haba E, 2011).

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Clasificación: Dentro de la investigación realizada por Rodríguez (2008), se
catalogan los distintos tipos de pavimentos permeables los cuales son
numerosos los criterios de agrupación que se pueden emplear, presenta
probablemente la clasificación más completa de pavimentos permeables
atendiendo al tipo de pavimento o superficie. A continuación tomamos los
pavimentos que a nuestro criterio deben ser catalogados de la siguiente forma:
 Suelos abiertos o materiales granulares con refuerzos geosintéticos celulares de
confinamiento (open-texture soil or granular material with geosynthetic cellular
confinement systems).
 Grava o césped protegidos con sistemas geosintéticos (geosynthetic
gravel/grass protection systems).
 Adoquines y baldosas porosos (small porous elemental surfacing blocks).
 Materiales porosos de puesta en obra continua: asfalto poroso, hormigón poroso
o áridos con ligantes sintético (continous-laid porous material: porous asphalt,
porous concrete or resin-bound aggregate).
4.1 Sistemas de infiltración:
Estos sistemas de infiltración o de control en origen implican filtración
superficial de la escorrentía superficial. Para realizar la infiltración al terreno es
necesario asegurar su correcto rendimiento mediante un estudio completo del
tipo de suelo, su permeabilidad y la situación del nivel freático. Además, estos
sistemas no deben situarse a menos de cinco metros de distancia de un edificio
o carretera para evitar que el agua infiltrada afecte a las cimentaciones de dichas
estructuras. Las técnicas de control en origen están diseñadas para atajar desde
el inicio la formación de la escorrentía superficial. Con la aplicación de estos
sistemas se pretende recuperar para las ciudades la capacidad de infiltración de
los suelos naturales. Esto se consigue aumentando el porcentaje de superficie
permeable en la ciudad mediante zonas verdes, pavimentos permeables,

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pág. 26
depósitos de infiltración y pozos o zanjas de infiltración (Pratt et al., 2001; Pratt
et al, 2002; Fernandez et al., 2003; Wilson et al., 2004).
4.1.1 Superficies permeables: Una superficie permeable es cualquier área
que permite la infiltración del agua. Las superficies permeables pueden ser
resistentes al tráfico o no. Resistentes al tráfico reciben el nombre de pavimentos
permeables, siendo pavimentos permeables si todas las capas de la sección
resistente permiten el paso del agua. Por su parte, las superficies permeables
que no tienen misión resistente forman parte de paseos, parques, jardines,
alcorques, glorietas, cubiertas verdes, etc.
4.1.2 Sistemas de captación y transporte: Los sistemas de captación y
transporte de aguas pluviales sirven para recoger y conducir lentamente la
escorrentía superficial. Estos sistemas están diseñados para permitir los
procesos naturales de oxigenación, filtración, almacenamiento, infiltración y
evaporación del agua a lo largo del trayecto, con la consiguiente laminación de
la cantidad y mejora de calidad del agua(CIRIA,2001; Wilson et al, 2004). Estos
sistemas pueden ir recubiertos inferiormente por un geosintético que puede ser
bien un geotextil permeable, si las condiciones del terreno permiten la infiltración
directa, o bien una geomembrana impermeable, si la infiltración del agua al
terreno no es recomendable. Existen dos tipos principales: • Subterráneos:
drenes filtrantes (filter drains). • Superficiales: cunetas verdes (swales) y franjas
filtrantes (filter strips).

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pág. 27
4.2 Diseño y variables hidrológicas e hidráulicas:
Las herramientas fundamentales para realizar el diseño hidrológico e
hidráulico de un pavimento permeable son: la lluvia de cálculo y el volumen de
agua afluente que recoge el pavimento. El correcto diseño de estas estructuras
pasa por considerar las condiciones climatológicas y topográficas del
emplazamiento del pavimento. A partir de la climatología local se obtiene
información sobre el régimen de precipitaciones, lo cual es necesario para definir
la lluvia de cálculo. Por su parte, el análisis de la topografía permite identificar
las cuencas drenantes hacia el pavimento, caracterizadas principalmente por el
área y el grado de impermeabilidad, lo que determina el volumen de agua
afluente a recoger por el pavimento.
La lluvia de cálculo puede obtenerse mediante la sintonización de una
tormenta de diseño (a partir de precipitaciones máximas y curvas IDF), o bien,
puede emplearse la serie histórica de eventos. La elección de la tormenta de
diseño depende de la función del pavimento permeable, y se caracteriza por su
duración (igual al tiempo de concentración de la cuenca, o en su caso, 5
minutos), volumen de precipitación, intensidad y periodo de retorno
(habitualmente entre 2 y 10 años).
Según Woods-Ballard et al., (2007), el diseño hidrológico e hidráulico de
pavimentos permeables debe tener en cuenta cuatro aspectos:
 Estimar las características de percolación de la capa de pavimento.
 Determinar el volumen de almacenamiento (proporcionado por los poros
de la sub-base) para alcanzar tasas de rendimiento adecuadas.
 Estimar la necesidad, y en su caso cuantificar, la capacidad del drenaje
longitudinal adicional.
 Gestionar la respuesta del pavimento ante eventos extremos de
precipitación.

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pág. 28
Seguidamente se definen y comentan estos aspectos, destacando el volumen
de almacenamiento y en la capacidad del drenaje longitudinal, puesto que son
dos de los factores cuyo análisis forma parte del objetivo principal de este trabajo.
4.2.1 Percolación de la capa de pavimento o (García Haba, 2011): La
capacidad de percolación de la propia capa del pavimento debe ser
significativamente mayor que la máxima intensidad de la lluvia de cálculo.
Normalmente no suele ser un factor limitante en el diseño, pues suele ser al
menos un orden de magnitud superior a las máximas intensidades de lluvia
esperables.
Por ejemplo, valores típicos de percolación a través de la capa de un
pavimento de concreto permeable, pueden encontrarse entre 0,5 y 5 cm/s
(Aguado et al., 1995). Hay que tener en cuenta que la capacidad de percolación
no se mantendrá constante en el tiempo, sino que disminuirá progresivamente
hasta que se estabilice. Este fenómeno es debido a la colmatación, por lo que
deberá tenerse en cuenta un factor de seguridad sobre la capacidad de
percolación. A la hora de definir el factor de seguridad, no existe un criterio
unificado sobre qué valor emplear, y en qué condiciones, pues este debería
determinarse en función del clima y la topografía de la zona de aplicación, y del
mantenimiento de la infraestructura.
Actualmente pueden encontrarse en la literatura algunos factores de
seguridad recomendados por diferentes autores, como Woods-Ballard et
al.,(2007), quienes recomiendan un factor de seguridad de 10. Por su parte,
Rodríguez Hernández (2008), cita que el factor de seguridad debe ser como
mínimo del orden de 10, pudiendo considerarse ordenes mayores como 100 o
incluso 1.000 al disminuir la esperanza de mantenimiento. En Chile, el Ministerio
de Vivienda y Urbanismo (1996), emplea un factor de seguridad en función de
las propiedades del agua y las condiciones de mantenimiento, y recomienda
calcularlo según el procedimiento de la siguiente ilustración:

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pág. 29
Ilustración 8. Proceso de cálculo del factor de seguridad frente a colmatación para pavimento
continuo (azul) y discontinuo (naranja). (Adaptado de M.I.N.V.U, 1996).
4.2.2 Volumen de almacenamiento (García Haba, 2011): La capacidad de
almacenamiento en el propio pavimento depende directamente de las
características del régimen de precipitación, de la capacidad de infiltración al
terreno subyacente, de la capacidad del drenaje complementario (si existe) y del
área drenada al propio pavimento. Además, está directamente relacionada con
el espesor de cada una de las capas del pavimento y sus respectivos índices de
huecos.
Son varios los métodos y criterios que existen para determinar el volumen de
almacenamiento y dimensionar la estructura. En Estados Unidos, la mayoría de
las normativas emplea el denominado “Criterio Unificado de Diseño”, basado en
el volumen que es necesario gestionar para cumplir unos determinados objetivos
o niveles relacionados con la cantidad y calidad del agua. Los objetivos o niveles
que establece el estado de Georgia (A.R.C., 2001), son:

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pág. 30
 Protección frente a avenidas extremas.
 Protección de llanuras.
 Protección de cauces.
 Calidad del agua.
A continuación se presentan tres métodos para calcular el volumen de
almacenamiento, estos métodos de diseño, fueron desarrollados en la tesis de
pregrado de Polanco & Sánchez (2012) y en la tesis doctoral de García (2011).
Método de la curva envolvente: Este método fue desarrollado por Lopes da
Silveira & AvruchGoldenfum (2007). Mediante este método, la curva de masa (en
el tiempo) de los volúmenes afluentes del dispositivo es comparada con la curva
de la masa de los volúmenes efluentes, y la máxima diferencia entre las dos
curvas corresponde al volumen de almacenamiento. Para efectos de cálculos,
los volúmenes se pueden expresar en láminas de agua equivalentes sobre el
área en planta de la estructura de pavimento. La curva afluente está dada por la
curva de Altura-duración-Frecuencia de las lluvias, mientras que el efluente es
generalmente una línea recta, pues se supone por simplicidad un flujo de salida
constante de la estructura que depende de la capacidad de absorción por unidad
de superficie del pavimento. Se definen inicialmente las siguientes variables de
masa en función del tiempo.
HE: lámina de agua de entrada acumulada sobre el área en planta de la
estructura de pavimento.
HS: lámina de agua de salida acumulada, también medida sobre el área en
planta del pavimento.
HE se construye tomando la IDF multiplicada por el tiempo y contemplando
factores de escurrimiento y relaciones de áreas aportantes de la cuenca hacia el
pavimento. Teniendo en cuenta la ecuación de Talbot (Ecuación 2), la cual
permite solucionar explícitamente el volumen máximo se obtiene HE, en mm.

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𝑯 𝑬 = 𝑹
𝒂𝑻 𝒃
𝒅+𝒄
𝒅
𝟔𝟎
……………………………………………………………..…….…...(2)
𝑰 =
𝒂𝑻 𝒃
𝒅+𝒄
……………………………………………………………..…………….…...(3)
R: relación entre el área de drenaje y la zona de infiltración a,b,c:
Parámetros de la ecuación de Talbot
T: periodo de retorno (años)
d: duración de la precipitación (min)
La función de HS (en mm) es obtenida conforme lo siguiente:
𝑯 𝑺 = ɣ𝑯 𝒎𝒂𝒙 𝒇
𝒅
𝟔𝟎
……………………………………………………………..….…...(4)
Donde:
f: Flujo de salida constante del pavimento rígido poroso (mm.h-1 ).
ɣ: Relación entre el área de percolación y el volumen del pavimento rígido poroso
(mm-1 )
Hmax: Profundidad del volumen acumulado del dispositivo (mm).
A partir de una serie de cálculos partiendo de las ecuaciones anteriores
llegamos que el volumen de almacenamiento 𝑉𝐴𝐿𝑀 es:
𝑽 𝑨𝑳𝑴 = (√
𝒂
𝟔𝟎
√ 𝑹𝑻
𝒃
𝟐⁄
− √
𝒄
𝟔𝟎
√𝑭 ) ^𝟐 ……………………………………………...(5)
A partir de Valm, el cálculo del espesor de la zona de reservorio del
pavimento es obtenido fácilmente por:
𝑒 =
𝑉 𝐴𝐿𝑀
𝜂
……………………………………………………………..….…………...(6)

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pág. 32
Donde 𝜂 es la porosidad del material de relleno de la zona porosa. A manera
de síntesis del método descrito anteriormente, se presenta la ilustración 9,
mostrada a continuación:
Ilustración 9. Ecuaciones de pre-dimensionamiento de pavimentos permeables rígidos
(Fuentes: Lópes da Silveira y Avruchgoldenfum, 2007)
Método simplificado: Habitualmente se utiliza para cuencas donde
predomina un determinado uso del suelo o para realizar un cálculo rápido que
permita estimar un orden de magnitud del volumen de calidad. El volumen de
calidad se obtiene según la siguiente expresión:
𝑊𝑄𝑣 = 𝑃 ∗ 𝑅𝑣 ∗ 𝐴 …………………………………………………..……..….…...(7)
Donde:
WQv: Volumen de calidad.
P: Precipitación de diseño.
Rv: Coeficiente volumétrico de escorrentía
A: Área de la cuenca.

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𝑅𝑣 = 0.05 + 0.009 ∗ 𝐼 ……………………………………………………..….…...(8)
El principal inconveniente de este método consiste en que el coeficiente de
escorrentía sólo depende del porcentaje de impermeabilidad de la cuenca (I), sin
tener en cuenta la precipitación (CEDEX, 2008).
Los métodos franceses: Según Azzout et al. (1994), estos métodos son
simplificados en la medida en que sólo permiten hacer un dimensionamiento. Los
dos métodos presentados, se basan en dos hipótesis: (i) el caudal de salida de
la estructura de almacenamiento es constante; (ii) hay una transferencia
instantánea de lluvia a la estructura de almacenamiento.
Determinación del caudal de salida (Qs): Si hay infiltración en el lugar, el
caudal de salida es igual al producto de la superficie de contacto entre la calzada
y la capacidad de absorción del suelo.. Un posible bloqueo puede ser tomado en
cuenta mediante la introducción de un coeficiente de seguridad.
El caudal de salida se calcula como:
𝑄𝑠 = 𝐶𝑆 𝑓𝐴 𝑃𝑎𝑣 ………………….……………………………………………..….…...(9)
Donde.
𝐶𝑆: Coeficiente de seguridad (puede ser tomado como 0.1)
f: Capacidad de absorción por unidad de superficie de infiltración en m3 /s/m2
𝐴 𝑃𝑎𝑣: La superficie de infiltración en la vía en m2 Es importante resaltar que
cuando se habla de un flujo constante, se entiende que esto es sólo una
aproximación.
Determinación de la superficie activa (Sa): En el cálculo de la superficie activa
se tiene en cuenta las superficies involucradas en la escorrentía y que son
drenadas por la estructura de pavimento así como la estructura de
almacenamiento que se está diseñando. La superficie activa Sa se calcula como:

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pág. 34
𝑆𝑎 = C ∗ A …………………………..……………………………………..….…...(10)
Donde. C: coeficiente de aporte
A: área total de la cuenca de drenaje (m2 )
Según Azzout et al. (1994) una de las dificultades de utilizar los métodos
simplificados radica en la determinación del coeficiente de aporte C. Este es el
coeficiente que se utiliza para tomar en cuenta únicamente la fracción de la lluvia
que llega efectivamente a la salida de la cuenca considerada. Cuando en la
alimentación de las cuencas hidrográficas la retención es altamente urbanizada,
se puede asumir C como el coeficiente de impermeabilización (proporción de
superficies impermeables que contribuyen a la escorrentía en toda la superficie
de la cuenca). Pero cuando la cuenca es heterogénea y contiene áreas
naturales, su estimación se dificulta: C en este caso difiere en gran medida del
coeficiente de impermeabilización. La relación C es variable en función del tipo
de suelo, del estado de humedad del suelo al comienzo de la lluvia. La literatura
ofrece valores típicos promedio de estos coeficientes basados en los tipos de
suelo (densidad tipo de espacio de vivienda, tipo de cubierta vegetal…, etc.). El
coeficiente se puede calcular de la siguiente forma:
𝐶 𝑎 =
∑ 𝐶 𝐼 𝑆𝑖
𝑛
𝑖=1
∑ 𝑆𝑖
𝑛
𝑖=1
…………………………..…………………………………..….…...(11)
Donde C es el coeficiente de escorrentía dependiendo del tipo de suelo y S
es el área de la superficie a la que hace referencia el tipo de suelo.
4.2.3Capacidad de drenaje longitudinal adicional: El diseño del drenaje
longitudinal se realiza de manera que sea capaz de evacuar la escorrentía del
interior de la sub-base. Actualmente no existen directrices estandarizadas en
cuanto a la capacidad con que deben diseñarse los drenes de salida, aunque un
rango típico utilizado en el diseño varía entre 1 y 5 l/s/ha. No obstante, para un

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pág. 35
correcto funcionamiento del drenaje longitudinal, su capacidad de desagüe debe
ser mayor que la máxima capacidad de infiltración en el sistema. La mayoría de
las normativas y manuales consultados consideran el drenaje de salida como un
orificio, dado por la ecuación:
𝑄 = 𝐶 𝑑 𝐴(2𝑔ℎ)^0.5 …………………………..……………………………..….…...(12)
Q: Caudal desaguado a través del orificio (m3/s).
Cd: Coeficiente de descarga.
A: Sección transversal del orificio (m2).
g: Aceleración de la gravedad (m/s2).
h: Máxima altura del agua sobre el orificio (m).
4.2.4 Gestión de eventos extremos de precipitación: Según Woods-
Ballard et al., (2007) una manera de gestionar las escorrentías superficiales es
colocar imbornales ligeramente por encima del nivel del pavimento. Esto
facilitaría la formación de algunos charcos en superficie, pero permitiría un
óptimo drenaje de aquellos caudales que superen la capacidad de infiltración de
la superficie. No debe permitirse el almacenamiento temporal de la escorrentía
por encima de la superficie del pavimento, sobre todo cuando exista riesgo de
obstrucción de los huecos de la superficie. Por tanto, al ser los pavimentos
permeables una técnica de infiltración, deben incluir en el diseño aquellos
elementos de emergencia frente a inundaciones, como tuberías o desagües, que
viertan hacia zonas verdes adyacentes. Solamente en el caso de no poder
infiltrar total o parcialmente en el terreno el volumen de agua requerido, se
dispondrán tuberías para colectar los caudales desbordados.

______________________________________________________________________
pág. 36
4.3 Principales variables estructurales:
Estas variables están orientadas específicamente al concreto permeable,
destacamos las variables a controlar.
Porcentaje de vacíos: El porcentaje de vacíos que presentan las mezclas de
concreto permeable varía según la energía de compactación, la granulometría
del agregado utilizado, la relación agua/cemento y el contenido de material
cementante utilizado (ACI 522-06, 2006). Los rangos de porcentajes de vacíos
que se han obtenido en laboratorio y en muestras extraídas de aplicaciones de
campo oscilan entre 15% y 40% (Mulligan, 2005), mientras que un pavimento
con un MR:42 kg/cm2, tiene una relación de vacion entre 2% y 3%. Según el
National Concrete Pavement Technology Center (2006) tanto la resistencia a la
compresión uniaxial como el peso unitario de las mezclas de concreto permeable
presentan una variación lineal con respecto al porcentaje de vacíos. En el caso
de la permeabilidad, su variación es de forma exponencial con respecto al
contenido de vacíos. La permeabilidad del concreto permeable aumenta con el
porcentaje de vacíos mientras que la resistencia a la compresión uniaxial
disminuye.
Tamaño máximo, procedencia y rugosidad o forma del agregado
grueso: En el concreto permeable, a diferencia del concreto convencional, la
cantidad de pasta es limitada y por esta razón, la resistencia depende de los
contactos entre los agregados. Estos contactos se pueden obtener usando
agregados lisos y redondeados de río. Crouch et al (2005), indican que estos
agregados, por su forma y textura, disminuyen la cantidad de vacíos en
comparación con las mezclas que utilizan agregados angulosos y rugosos. Las
resistencias aumentan, ya que existe un menor contenido de vacíos en el
material y esto genera trabazón entre las partículas.

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Relación agua/cemento (w/c): El balance adecuado entre permeabilidad y
resistencia del concreto poroso puede lograrse con relaciones agua cemento
entre 0,27 y 0,30 (National Concrete Pavement Technology Center , 2006). Estas
relaciones son bajas y generan mezclas con poca trabajabilidad. El principal
inconveniente de aumentar las relaciones agua cemento, en un material tan
poroso como el concreto permeable, es que la pasta puede escurrir por gravedad
a través de los conductos internos hacia el fondo del elemento (losa, cilindro,
etc.), obstruyéndolos e impidiendo así el paso del agua. Si esto ocurre, pueden
obtenerse valores de resistencia a la compresión uniaxial aceptables pero
permeabilidades muy bajas (Mulligan, 2005).
La relación agua cemento adecuada también depende del tamaño máximo
del agregado utilizado, la granulometría, la relación agregado grueso/cemento y
el uso de aditivos. Por esta razón, aunque se recomiendan relaciones agua
cemento cercanas a 0,30, este valor puede variar ante la influencia de las
variables anteriores.
Relación agregado grueso/cemento (AG/c): Relaciones bajas
agregado/cemento implican que existe un mayor porcentaje de pasta, capaz de
proveer mejores enlaces entre las partículas de agregado y con ello aumentar
las resistencias. Sin embargo, este aumento porcentual de pasta implica que se
rellenen mayor cantidad de vacíos lo cual provocará disminuciones en la
permeabilidad, (Mulligan, 2005) . Estudió relaciones AG/c entre 4/1 y 8/1,
llegando a la conclusión de que la permeabilidad no se ve seriamente afectada
por esta variable mientras la pasta no provoque obstrucciones. Sin embargo,
descubrió que las relaciones AG/c que brindan resistencias aceptables para
pavimentos se encuentran entre 4/1 y 5/1 como máximo.
La utilización de cierto porcentaje de agregado fino con respecto al agregado
grueso (AF/AG) fue estudiado por (Fernandez, Vitola , & Salmici, 2001). En su

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pág. 38
estudio indico que valores entre 5% y 30% se recomiendan según el uso que se
le quiera dar al concreto poroso.
4.3.1 Resumen comparativo variables pavimento permeable y pavimento
convencional:
En la siguiente se realiza un resumen de los aspectos más importantes y
comparativos entre los pavimentos convencionales y los pavimentos
permeables.
Variables Pavimento permeable Pavimento convencional
Porcentaje de Vacío. Entre (15% y 40%) Ente (4% y 10%)
Tamaño máximo, forma de
agregado
Pasta limitada, poco
contacto, agregado liso y
de rio.
Pasta consistente,
agregado angular y rugoso.
Relación (A/C) Entre (0.27-0.30), para
evitar segregación de los
agregados, incluir aire.
(0.3 -0.5) depende la
resistencia para
pavimentos se usa este
rango.
Relación (Ag/C) Entre 4/1 y 8/1 4/1 y 5/1
Colmatación Evita la infiltración tasas
superiores de 2kg/m2,
equivalentes a 500 gr de
sedimento en un área de
0.25 m2,
No existe este fenómeno.
Tabla 1 Principales variables pavimento permeable vs pavimento convencional

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pág. 39
4.4 Diseño estructural:
Para realizar el diseño estructural de estos pavimentos es necesario utilizar
metodologías existentes y utilizadas a nivel mundial, tales como método ICPI y
mecanicista. Sumado a esto se determina la capacidad estructural del suelo
obteniendo el (CBR). Después se determina la variable del tránsito, esta
variable se determina de la siguiente forma:
Se usa la siguiente fórmula para calcular la cantidad de repeticiones
esperadas de ejes equivalentes de 8.2 Ton en el periodo de diseño, con el fin de
calcular el espesores de losas de los pavimentos permeables (AASHTO, 1993).
𝑁 = 𝑇𝑃𝐷𝐴 ∗ 365 ∗ %𝑉𝐶 ∗ 𝑓𝑐 ∗ 𝑓𝑑 ∗ 𝐹𝐶 ……………………………………….…….(13)
Realizamos la conversión de TPDS a TPDA, por lo que necesitamos hallar el
valor K
𝐾 = [
𝐵∗𝜎
√ 𝑛
] [√
𝑁−𝑛
𝑁−1
] ; 𝐵 = √
1
1−𝐶𝑐
…..………………………………...….(14)
Donde:
N: Días del año (365 o 366).
n: Días de conteo (7).
B: Valor adoptado para el coeficiente de confianza.
σ: Desviación estándar.
Cc: Porcentaje de confiabilidad requerido.
Posterior a esto se determinan el MR (Modulo resiliente) a partir del CBR, para
esto utilizamos la siguiente ecuación:
𝑀𝑅 = 2555 ∗ 𝐶𝐵𝑅0.64
(PSI) (Cálculo de subbase y base).
Para pavimentos en concreto utilizamos el K combinado de acuerdo a la
expresión:

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𝐾𝑐𝑜𝑚𝑏 (
𝑀𝑃𝑎
𝑚
) = (1 + [(
ℎ 𝑖
38
)
2
∗ (
𝑘 𝑖
𝐾 𝑖−1
)
2
3
]
0.5
) ∗ 𝐾𝑖−1 ……………………………….(15)
Hi: Espesor de subbase en cm
Ki: Valor de K de la subbase en MPa/m
Ki-1: Valor de K de la subrasante en MPa/m
Kcomb: Valor del K combinado
Luego de esto se modela en un programa de diseño (BS-PCA), WESLEA.
Además se controlan las modulaciones y se realiza la sensibilidad de acuerdo
con el espesor, Mr (Modulo de Rotura), numero de repeticiones.
Realizamos un paso a paso para el diseño esto contiene información de
muchos diseños realizado:
 Establecer la categoría de tráfico.
 Comprobar la calidad de la explanada para asegurar la capacidad portante de la
estructura. En caso de ser necesario, mejorar la capacidad portante.
 Seleccionar el tipo de sub-base y su espesor.
 Seleccionar el tipo y espesor de la superficie permeable.
 Es importante controlar los espesores, Mr, numero de repeticiones. A partir de la
obtención del espesor y Mr, diseñamos la mezcla, la cual se debe controlar los
factores estructurales antes mencionado (Relación de vacío, Tamaño de
agregado, estas variables que nos determinen el tipo de pavimento que
posteriormente va ser diseñado controlando la relación de vacío, relación
agua/cemento.
La calidad de la explanada viene determinada según su capacidad portante,
y se mide a través del valor del índice CBR (The Californinan Bearing Ratio). En
concreto, la explanada debe ofrecer un soporte mínimo con un CBR mayor que
5 para pavimentos permeables, conforme aumenta el tráfico considerado. Sin

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pág. 41
embargo, en suelos cuyo CBR es inferior a este valor, puede mejorarse su
capacidad portante mediante una ligera compactación, aunque va en detrimento
de la infiltración. Respecto a la base y a la sub-base, la primera consiste
generalmente en una capa de grava de 13 mm de diámetro, y suele tener un
espesor de entre 25 mm y 50 mm. La segunda está formada normalmente por
grava de un diámetro comprendido entre 20 mm y 75 mm, y el espesor mínimo
que establecen la mayoría de manuales y normativas para asegurar la
funcionalidad del firme desde el punto de vista estructural, es de 15 centímetros.
Es posible reemplazar o combinar el material granular de la sub-base mediante
estructuras de plástico, como los depósitos modulares o los conductos planos
con resistencias de hasta 500 t/m2 según (Atlantis , 2011).
En cuanto a la superficie permeable, su espesor viene determinado de
acuerdo a la resistencia que debe soportar durante su uso, y de la tipología de
superficie. El rango de valores de espesor y los materiales a emplear son muy
variables, por lo que se recomienda la participación de los propios fabricantes en
el proceso de diseño, para una mejor definición de las características y los
materiales a emplear, y conseguir así una óptima adecuación de estos a las
circunstancias del emplazamiento.
En el caso de que sea necesario mejorar las características estructurales del
pavimento permeable, es posible reforzarlo con geosinteticos o estabilizarlo con
cemento o ligantes, (Rodriguez Hernandez, 2008).
Según Woods Ballard et al, (2007), el diseño estructural de un pavimento
permeable debe tener en cuenta ciertas consideraciones, como:
 La mayoría de normas y recomendaciones de diseño de secciones de firme
están referidas a materiales convencionales (relativamente densos e
impermeables).

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pág. 42
 Debe asegurarse de que no se produzcan perdidas de resistencia ni rigidez en
las capas inferiores, especialmente cuando estas capas se encuentren
saturadas.
 Los geotextiles aumentan la resistencia a la fricción producida entre cada una de
las capas, por lo que deben diseñarse cuidadosamente con el objetivo de evitar
o minimizar la perdida de resistencia a estos esfuerzos.
 Hay que tener especial cuidado en la elección del material granular para evitar
un posible lavado de finos que provoquen una pérdida de la resistencia de las
capas.
La gran mayoría de normativas y manuales de diseño recomiendan varios
espesores en función de la calidad de la explanada y de la categoría del tráfico
que debe soportar el pavimento permeable, basados en diferentes experiencias
con este tipo de pavimentos.
La siguiente tabla, se establecen espesores mininos de pavimentos permeables.
Tabla 2. Mínimos espesores de un pavimento permeable para varias condiciones de tráfico.
(Adaptado de U.S.EPA, 2004)
En el Reino Unido, (Woods Ballard et al , 2007), proponen una serie de
espesores de la sub-base, en función de tres categorías de tráfico y de las
características de la explanada entre 200 y 450 mm.

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Interpave, (2010), recomienda en el caso de pavimentos de adoquines, un
espesor de superficie fijo de 130 mm, y un espesor de sub-base variable, en
función del índice CBR, según el destino de las aguas filtradas y considerando 6
categorías de tráfico.
En los casos de infiltración completa y parcial al terreno subyacente, y un
CBR ≥ 5 en la explanada, el espesor de la sub-base recomendado está
comprendido entre los 250 mm y 450 mm. Mientras que los sistemas sin
infiltración al terreno subyacente y con un CBR ≥ 5, el espesor varía entre los
400 mm y 600 mm. En Chile, (M.I.N.V.U , 1996), propone los siguientes
espesores mínimos de acuerdo a la experiencia del Servicio de Vivienda y
Urbanismo (SERVIU):
Tabla 3. Espesores mínimos de las capas de un pavimento permeable considerados por
M.I.N.V.U (1996).

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pág. 44
4.5 Recomendaciones para la construcción de pavimentos permeables:
La literatura recomienda, la siguiente sección transversal para la
construcción de pavimento permeable:
Ilustración 10. Sección transversal recomendada por esta monografía para la ejecución de
pavimento permeable (adaptado de AQUAVAL).
El espesor mínimo para soportar el tránsito vehicular ligero en una losa de
concreto poroso debe ser de seis pulgadas; a medida que las cargas de tráfico
son más pesados, se requieren losas de mayor espesor (Ferguson, 2005).
El espesor de la sub-base se puede aumentar para compensar la carga de
tráfico alta, cuando se presenta una sub-base blanda, o cuando se quiere
proporcionar mayor almacenamiento de aguas lluvias (Ferguson, 2005).
El pavimento permeable debe tener un perfil relativamente plano, es decir
pendientes menores o iguales a 5%. Si se aplica sobre una pendiente
pronunciada, las aguas lluvias absorbidas por la capa de concreto poroso
comenzarán a escurrir en la sub-base, generando sub-presiones que pueden

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dañar las losas. Si las pendientes requeridas son mayores al 1%, se deben
construir barreras impermeables perpendiculares al escurrimiento de las aguas
(MINVU, 1996).
El sistema de vibrado empleado es del tipo “strike off”, o de impacto
superficial. Se recomienda en la mayoría de los casos usar un vibrador mecánico
en el modo más lento posible. Si se implementan frecuencias de vibrado altas,
lo más probable es que el concreto se sobre compacte, alterando así la
estructura de los poros y por ende la permeabilidad. Inmediatamente después
del vibrado, se debe utilizar un rodillo pesado de acero, del ancho total de la losa,
para compactar la mezcla a la altura de las guías. Dependiendo de la
consistencia de la mezcla y de la temperatura ambiente, puede necesitarse más
de una pasada del rodillo, que debe producir una presión de 4 a 7 ton/m2 , y
debe ser limpiado y aceitado antes de cada pasada (Ferguson, 2005).
La sub-base se compacta comúnmente por lo menos entre 90 y 98 por ciento
de la densidad Proctor. La tasa de infiltración cuantitativa de la sub-rasante es
consecuencia de la gestión de las aguas pluviales del proyecto, antes de la
compactación; después de la compactación, la tasa de infiltración del subsuelo
se prueba para confirmar los cálculos hidrológicos y el espesor previsto de sub-
base o losa se ajusta para proporcionar el almacenamiento hidráulico necesario
(Ferguson, 2005).
Usualmente no es necesario realizar operaciones de terminación después de
la compactación, no siendo recomendables operaciones como pulimiento, pues
puede obstruir o sellar los poros de la superficie disminuyendo su permeabilidad.
No obstante, debe corregirse cualquier defecto superficial inmediatamente de
forma manual (Paine, 1992).
Las juntas requeridas en los pavimentos porosos difieren de las
convencionales, debido a que el pavimento poroso tiene menos de un tercio de

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la retracción de un concreto común. El espaciamiento de los acoplamientos
transversales es de aproximadamente 15 a 20 metros. En este caso, los equipos
convencionales no son aplicables, debiendo utilizarse un rodillo especial con una
hoja filosa. La experiencia ha mostrado que las juntas de dilatación térmica no
son necesarias en estos pavimentos (Paine, 1992).
El curado es uno de los elementos fundamentales para obtener un pavimento
con las condiciones deseadas. Este proceso requiere una mayor atención y
cuidado que el que se tiene en los pavimentos de concreto convencionales,
debido a la gran superficie de contacto del concreto con el ambiente. Un
incorrecto proceso de curado en los primeros 7 días puede reducir la durabilidad
de la superficie en un 60%. El proceso de curado debe comenzar
inmediatamente después de compactar y producir las juntas transversales, el
método más utilizado para realizar este procedimiento es cubrir la superficie de
pavimento y los costados con una membrana de polietileno (Paine, 1992).

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pág. 47
5.0 CONCLUSIONES
Según la revisión de literatura realizada, uno de los factores más importantes
que determina el funcionamiento de los pavimentos porosos es la colmatación.
Dentro de la literatura revisada se encontró poca información sobre la
construcción de pavimentos porosos y además los métodos encontrados son
heredados o derivados de guías y manuales de construcción de pavimentos
tradicionales (impermeables), la especificidad de los métodos de construcción
de pavimentos porosos se basa en garantizar un mantenimiento inicial, lo cual
podría no ser suficiente.
Respecto a los criterios de diseño, estos deben basarse en la premisa de que
un pavimento permeable debe ser capaz de gestionar un determinado evento de
precipitación, al mismo tiempo que debe aportar una función estructural. Desde
el punto de vista del diseño hidrológico e hidráulico, deben tenerse en cuenta
cuatro aspectos: las características de percolación de la capa de pavimento, el
volumen de almacenamiento proporcionado por los poros de la sub-base, la
capacidad del drenaje longitudinal adicional en caso de ser necesario y la
respuesta del pavimento ante eventos extremos de precipitación.
Desde el punto de vista del diseño estructural, el parámetro principal a definir
por el proyectista es el espesor mínimo de la estructura. En este caso, las
normativas y manuales de diseño ofrecen rangos de espesores fundamentados
en el criterio de proporcionar la capacidad portante adecuada a la categoría de
tráfico a soportar por el pavimento, sin que este sufra grandes deformaciones.
En cuanto a la superficie permeable, su espesor debe determinarse de acuerdo
a la resistencia que deba soportar durante su uso, y de la tipología de superficie.

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pág. 48
6.0 RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar una investigación con varios campos de pruebas,
donde se ensaye diferentes concretos permeables con valores de porcentaje de
vacíos entre el 15% y el 40%, combinado con una intensidad simulada entre 20
a 100 mm/h, realizar ensayos a la tracción del pavimento, y es el caso dale uso,
para modelar situaciones actuales.
Al hacer la revisión de los métodos constructivos de pavimentos permeable
se encuentra que estos métodos se basan y se derivan en su totalidad en la
construcción de pavimentos comunes. Se debe establecer procedimientos y
especificaciones de construcción los cuales deben ser comenzados a utilizar en
las ciudades de Colombia, especialmente la Costa Caribe.
Se recomienda establecer un método que contemple la colmatación
evaluando diferentes factores que afecten o aporten a la misma, teniendo como
epicentro la Costa Caribe Colombiana

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pág. 49
7.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
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