Clase 4 - Permeabilidad - 27.02.2021

 

CONCRETOS POR DESEMPEÑO

Patricia Carpio, Carpio, MsC, Civil Engineer, Universidad Católica San Pablo. Arequipa-Perú. e-mail: [email protected]

 

PERMEABILIDAD DEL CONCRETO

Patricia Carpio, MsC, MsC, Civil Engineer

 

PERMEABILIDAD CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD

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PERMEABILIDAD CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD

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PERMEABILIDAD CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD

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PERMEABILIDAD CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD

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PERMEABILIDAD CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD

REGLAMENTOS, CODIGOS PARA DURABILIDAD

➢   RNE

Capitulo 4. Durabilidad

➢   ACI

318

Requerimientos de Durabilidad

➢   ACI

201

Guía para la Durabilidad del Hormigón

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PERMEABILIDAD CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD ➢   RNE

Capitulo 4. Durabilidad

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PERMEABILIDAD

 

CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD ➢   RNE

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PERMEABILIDAD

 

CONSIDERACIONES DE DISEÑO POR DURABILIDAD ➢

  RNE

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Requerimientos de Durabilidad

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LA PENETRACIÓN DE FLUIDOS 1. La permeabilidad 2. La difusión 3. La absorción Capilar  4. La conve convección cción 5. La electro migración

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PERMEAB 1. PERM EABILIDAD ILIDAD DEFINICIÓN La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un fluido que lo atraviese

sin alterar su composición. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable o no permeable si la cantidad de fluido es despreciable.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: ➢   La porosidad del material y su estructura ➢  La

viscosidad del fluido considerado

➢  La

presión a que está sometido el fluido

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PERMEAB 1. PERM EABILIDAD ILIDAD DEFINICIÓN La permeabilidad en el concreto se refiere a la cantidad de migración de agua u otras sustancias liquidas por los poros del material en un determinado tiempo. Normalmente Normal mente concebimos concebimos el concreto como un elemento totalmente totalmente impermeable y en algunos de los casos dicha simplificación es válida. Pero hay casos en que hay que afinar considerando que el concreto es un medio poroso y por tanto deja pasar líquidos y gases.

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1. PERM PERMEAB EABILIDAD ILIDAD La permeabilidad de una mezcla de concreto depende de muchas variables, por ejemplo: ➢   La

porosidad que presenta la pasta de cemento hidratada y endurecida.

➢   La

capacidad de absorción de los agregados.

➢   Vacíos ➢  Los

que se generan durante la homogenización del concreto y su s u compactación.

poros capilares que se encuentra por fuera del gel de cemento y facilitan el proceso de

exudación.

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PERMEAB 1. PERM EABILIDAD ILIDAD

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2. DIFUSIÓN La permeabilidad de una mezcla de concreto depende de muchas variables, por ejemplo: La difusión corresponde corresponde por otro lado al desplaz desplazamiento amiento de un compuest compuesto, o, ion, líquido etc., a través de un medio, debido a una agitación aleatoria a nivel molecular, relacionado este, con la existencia de un gradiente de concentración. La difusión se determina en general sobre concretos saturados. A través de este medio continuo, tiene entonces lugar la difusión de una sustancia.

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2. DIFUSIÓN

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3. A B SOR SORCIÓ CIÓN N CAPILAR CAPILA R La absorción capilar corresponde al desplazamiento de un frente líquido a través de un capilar, como consecuencia de la interacción de las fuerzas de contacto líquido-sólido. Este fenómeno

de movimiento de agua tiene lugar en concretos secos o parcialmente saturados. La absorción capilar es, el mecanismo más común de transporte de agua en las estructuras de concreto reforzado. Muchos concretos convencionales sufren un proceso de atracción con el

agua muy similar a una esponja, la penetración del agua a través de los poros capilares solo puede darse si estos se encuentran secos o parcialmente saturados; así la velocidad de absorción disminuye a medida que la masa de concreto aumenta la saturación. saturación .

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3. A B SOR SORCIÓ CIÓN N CAPILAR CAPILA R

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3. A B SOR SORCIÓ CIÓN N CAPILAR CAPILA R La absorción capilar es, el mecanismo más común de transporte de agua en las estructuras de concreto reforzado. Muchos concretos convencionales sufren un proceso de atracción con el agua muy similar a una esponja, la penetración del agua a través de los poros capilares solo puede darse si estos se encuentran secos sec os o pa parci rcialm almen ente te sat satura urado dos; s; así la ve veloc locida idadd de ab absor sorció ciónn dis dismin minuy uyee a medida que la masa de concreto aumenta la saturación. saturación.

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4. CONVECCIÓN / ELECTROMIGRACIÓN Co n v ec c i ó n o f l u j o p o r c o n v ec c i ó n   de una sustancia se debe a que una sustancia es arrastrada por el movimiento de otra que la contiene. La ele lectromi ctromigra gración ción   al igual que la permeabilidad y la difusión se refiere al movimiento de un compuesto o una sustancia (líquida en este caso) debido a la presencia de un gradiente. La diferencia o gradiente en este caso, corresponde a una diferencia de voltaje.

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4. CONVECCIÓN / ELECTROMIGRACIÓN

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CONCRE CON CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD Existe la necesidad de tener estructuras, de acuerdo a la clase de exposición, con baja permeabilidad.

Para estas estructuras se adquiere la necesidad de emplear más que un diseño de mezcla de concreto con una resistencia específica y una manejabilidad que ayude en el proceso de colocación, un concreto que tenga en lo menor posible la capacidad ser atravesado o penetrado

por un fluido y, a su vez, retener cualquier líquido sin escapes visibles, es decir que cuente con las propiedades de baja permeabilidad y estanqueidad.

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CONCRETO CONCRE TO B A J A PERME PERMEA A B ILIDAD

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CONCRE CRETO TO BAJA BAJ A PER PERMEABILIDAD MEABILIDAD CON

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CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD CON Las estructuras sumergidas o de contención de líquidos, están expuestas así al desplazamiento del

líquido en su interior cuya velocida velocidadd de penetra penetración ción depende la de permeabilid permeabilidad ad (K) del material. La permeabilidad o el paso de un caudal determinado de agua a través del material está definida así por  la relación de Darcy:

Donde Q es el caudal de un fluido de viscosidad cinemática µ que atraviesa un espesor dz de sección aparente A bajo el gradiente de presión dP. Esta expresión supone un régimen laminar en los poros del material. El término K corresponde a un área y se expresa entonces en metros cuadrados.

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CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD CON COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD VS RELACIÓN AGUA CEMENTO

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CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD CON La guía francesa “Concepción de concretos para una vida útil dada”1 desarrollada sobre la concepción

de concretos durables especificados por desempeño, señala valores de permeabilidad solo para

estructuras cuya vida útil es como mínimo de 50 años (K= 0.1*10-18 m2 ).

1 ASSOCIATION FRANÇAISE DE GENIE CIVIL “Conception  de Bétons pour une durée de vie donné des Ouvrages, Documents scientifiques et œuvre e d’u d’une ne techniques, Maîtrise de la durabilité vis-avis de la corrosion des armatures et de l’alcali-réaction. Etat de l’art et Guide pur la mise en œuvr approche performantielle et prédictive sur la base d’indicateurs de durabilité“.

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CON CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Profundidad ➢   Método

de penetración penetración de agua bajo presión

normalizado para la medición de la tasa de absorción de agua

en concretos de cemento hidráulico ➢   Permeabilidad ➢   Metodo

EN 12 12390 390-8 -8

al aire in situ al

 ASTM C 1585 SIA SI A 26 262/ 2/1 1

normalizado para medición de densidad, densidad, absorción y vacios en el

concreto endurecido. ➢   Standard

 ASTM C 642

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Test

Resist Chloride Ion Penetration electrical conductance

 ASTM C 1202

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CON CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Profundidad

de penetración penetración de agua bajo presión EN 123 1239090-8 8

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CONCRE TO BAJA BAJ A PER PERMEABILIDAD MEABILIDAD CONCRETO

 

MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢

  Profundidad de penetración penetración de agua bajo presión EN 12 12390 390-8 -8

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CON CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Profundidad

de penetración penetración de agua bajo presión EN 123 1239090-8 8

Permeabilidad Determinación

Und

Profundidad de Penetración

mm

Baja

Media

Alta

< 30

30 a 60

> 60

*Norma Colombiana: NTC 4483

https://www.youtube.com/watch?v=yYHIVfSGdk4

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CON CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Método

normalizado para la medición de la tasa de absorción de agua en concretos de cemento hidráulico hidráulico ASTM C 1585

ISAT-10 (Inicial Surface Absorption Test- 10 min).

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CON CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A

➢   Permeabilidad

al aire in situ SI al SIA A 26 262/ 2/1 1

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CON CONCRE CRETO TO BA BAJJ A PERME PERMEA A B ILIDAD MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A

➢  Permeabilidad

al aire in situ SIA 26 262/1 2/1

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CON CONCRE CRETO TO BAJA BAJ A PER PERMEABILIDAD MEABILIDAD

 

MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Permeabilidad

al aire in situ SI al SIA A 26 262/ 2/1 1

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CONCRE CRETO TO BAJA BAJ A PER PERMEABILIDAD MEABILIDAD CON MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Permeabilidad

al aire in situ SI al SIA A 26 262/ 2/1 1

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CONCRE CRETO TO BAJA BAJ A PER PERMEABILIDAD MEABILIDAD CON MEDICION DE LA PERMEABILIDA PERMEAB ILIDAD D Y NORMATIV NORMATIVA A ➢   Permeabilidad

al aire in situ SI al SIA A 26 262/ 2/1 1 Clases de Permeabilidad del Concreto

Clase

-16

kT (10

2

 m )

Permeabilidad

PK1 PK2

10

Muy Alta

https://www.youtube.com/watch?v=79cH_KAIaho Patricia Carpio, MsC, MsC, Civil Engineer

 

CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢   Metodo

normalizado para medición de densidad, densidad, absorción y vacios en el concreto endurecido. ASTM endurecido. ASTM C 642

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢   Metodo

normalizado para medición de densidad, densidad, absorción y vacios en el concreto endurecido. ASTM endurecido. ASTM C 642

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢  Standard

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration electrical

conductance  ASTM C 1202

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢  Standard

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration electrical

conductance  ASTM C 1202

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢  Standard

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration electrical

conductance  ASTM C 1202

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢  Standard

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration electrical

conductance  ASTM C 1202

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢  Standard

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration electrical

conductance  ASTM C 1202

https://www.youtube.com/watch?v=Std4Q3ycMUg

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD MEDICION DE LA PERMEABIL PERMEABILIDAD IDAD Y NORMATIVA NORMATIVA ➢  Standard

Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration electrical

conductance  ASTM C 1202

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CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD OTROS ENSAYOS

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CONC CONCRET RETO O PERMEABLE PERMEAB LE DEFINICIÓN El

concreto

permeable

en

su

definición

m ás

simple

es

una

mezcla

de cemento, agua, agregado grueso 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.. través

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CONC CONCRET RETO O PERMEABL PERMEABLE E DEFINICIÓN

De acuerdo con el ACI-522R, el concreto permeable es un material de estructura abierta con revenimiento cero, compuesto por cemento Portland, agregado grueso, poco o nada de finos, aditivos y agua. La combinación de estos ingredientes produce un material endurecido con poros interconectados, cuyo tamaño varía de 2 a 8 mm lo que permite el

paso de agua. El contenido de vacíos puede variar de un 18 a un 35 por ciento, con resistencias resist encias a compresión típicas típicas de 2.8 a 28 MPa. Su veloci velocidad dad de drenaje depende del

tamaño del agregado y de la densidad de la mezcla, pero generalmente varía en el rango de 81 a 730 L/min/m2.

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CONCRET RETO O PERMEABL PERMEABLE E CONC Los pavimentos de concreto permeable tienen muchas ventajas, dentro de las que queremos destacar: ➢   Mayor

vida útil que sus competidores directos.

➢   Otorga

puntos en certificaciones para construcciones sostenibles. ➢   Simplifica los sistemas de drenaje y reduce costos. ➢   Reduce

la acumulación de flujos de agua, limpia el agua lluvia y baja la temperatura, tem peratura, protegiendo

el equilibrio de los ecosistemas. ➢   Reduce

o elimina el impacto de la urbanización en las líneas de alcantarillado existente.

➢  Alimenta ➢   Permite ➢   Mitiga

las reservas de agua subterránea.

el paso de agua y oxígeno a las raíces de los los arboles.

el aumento de la temperatura ambiente debido debido a la urbanización tradicional.

➢   Elimina

el empozamiento del agua después de lluvias fuertes. Patricia Carpio, MsC, MsC, Civil Engineer

 

CONCRET RETO O PERMEABLE PERMEAB LE CONC La estructura de pavimento permeable permite que el agua al caer sobre la superficie se infiltre instantáneamente e ingrese al sistema de drenaje donde puede ser: infiltrada al terreno natural y alimentar las reservas subterráneas, almacenada para su utilización y/o dirigida a la línea de alcantarillado de aguas lluvias. lluvias.

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CONC CONCRET RETO O PERMEABL PERMEABLE E Factores Fa ctores de éxito éxito para el correcto funcionamiento funcionamiento de un pavimento pavimento de concreto perme permeable able Los pavimentos de concreto permeable se deben concebir como un sistema, donde cada una de sus

partes es vital para su correcto funcionamiento. Para que ese sistema funcione adecuadamente, se debe tener especial cuidado en las siguientes etapas: 1. Diseño del pavimento de concreto permeable: el diseño se debe abordar desde un punto de vista

estructural para garantizar la capacidad de absorber los esfuerzos y mantener su integridad durante la vida de diseño. Y, Y, por otro lado, desde un punto de vista hidráulico para así validar v alidar la capacidad de

gestionar el agua del evento máximo de lluvia para el cual ha sido diseñado.

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CONC CONCRET RETO O PERMEABL PERMEABLE E

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CONC CONCRET RETO O PERMEABL PERMEABLE E Facto ctore ress de éxit xito o pa para ra el cor corre recto cto fun funcio ciona nami mie ento de un pa pavim vime ento de con concre creto to pe perme rmea able 2. Diseño, fabricación y entrega del concreto permeable: el concreto permeable se debe diseñar  evaluando los mismos criterios que el pavimento, estructural e hidráulico. Además, debe validarse con el cliente y el aplicador la mezcla en la aplicación para tener un producto de adecuado desempeño tanto en el proceso constructivo como en funcionamiento. 3. Construcción: la construcción de pavimentos de concreto permeable debe ser realizada por  contratistas con experiencia específica en la aplicación de este tipo de concretos, ya que requiere técnicas, equipos y cuidados diferentes a las de un concreto convencional. La rapidez en su aplicación y el posterior curado, son puntos clave para garantizar su correcto desempeño en el largo

plazo. Patricia Carpio, MsC, MsC, Civil Engineer

 

CONC CONCRET RETO O PERMEABL PERMEABLE E Facto ctore ress de éxit xito o pa para ra el cor corre recto cto fun funcio ciona nami mie ento de un pa pavim vime ento de con concre creto to pe perme rmea able 4. Uso y mantenimiento: es importante darle el uso para el que fueron diseñados, para así garantizar 

su vida de diseño y evitar un deterioro acelerado. Estos pavimentos son para tráfico liviano y el uso inadecuado ocasiona el desprendimiento de

partículas. La obstrucción de los vacíos causada por el material particulado que ingresa al sistema ocasiona una pérdida de capacidad hidráulica, que se puede restaurar con mantenimiento como

hidro lavado o aspirado.

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CONCRETO ETO PERMEABLE PERMEABL E CONCR

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