Estudio de aplicación de concreto permeable en zonas urbanas

Abstract

RESUMEN En la ciudad de Aguascalientes, existen zonas de inundación que pueden ser delimitadas con ayuda de modelos digitales de elevación y sistemas de información geográfica. Estas zonas tienen el potencial para ser utilizadas como puntos de captación de agua que generen un aporte extra en la recarga de agua subterránea, mediante la utilización de sistemas de pavimento de concreto permeable. No obstante, desde un punto de vista hidrológico, una de las principales limitantes con respecto a la aplicación de concreto permeable es el riesgo de captura de sedimentos transportados por las corrientes de agua. En este trabajo, se diseñó un experimento para medir las propiedades hidráulicas y mecánicas del concreto permeable con cemento portland. La conductividad hidráulica de muestras con diferentes porosidades fue obtenida utilizando un permeámetro de carga constante de diseño propio. Posteriormente, se realizaron simulaciones de flujo transportando sedimentos con ayuda del programa COMSOL Multiphysics, tomando en cuenta 2 modelos con porosidades efectivas distintas (18% y 30%). Los resultados muestran que la captura de sedimentos fue variable, y estuvo directamente relacionada con el tamaño de las partículas. En las simulaciones con sedimentos de limo y arcilla, entre el 14% y el 33% de las partículas se quedaron atrapadas en la matriz porosa, mientras que el peor caso se presentó con las arenas medias, con valores desde 75% hasta 99%. Los resultados sugieren que la captura de sedimentos ocurrirá en las zonas donde existan bifurcaciones horizontales de los conductos, así como en las áreas donde el diámetro de los poros sea menor que el diámetro de las partículas. Palabras clave Concreto permeable, conductividad hidráulica, porosidad efectiva, permeámetro de carga constante, captura de sedimentos, simulación numérica.

ABSTRACT In the city of Aguascalientes, there are flood zones that can be delimited with the help of digital elevation models and geographic information systems. These areas have the potential to be used as water catchment points that generate an extra contribution in the recharge of groundwater, by utilizing permeable concrete pavement systems. However, from a hydrological point of view, one of the limitations with respect to the application of permeable concrete in urban areas is the risk of clogging, caused by sediments mixed with water currents. For this investigation, an experiment to measure the hydraulic and mechanical properties of pervious concrete with Portland cement was designed. The hydraulic conductivity of samples with different porosities was obtained using a constant head permeameter of our own design. Then, flow simulations transporting sediments were carried out with the help of COMSOL Multiphysics software, considering 2 models with different effective porosities (18% and 30%). The results show that sediment clogging was variable and was directly related to the size of the particles. In the simulations with silt and clay sediments, between 14% and 33% of the particles were trapped in the porous matrix, while the worst case occurred with medium sands, with values from 75% to 99%. The results suggest that sediment clogging will occur in the regions where there are horizontal bifurcations of the conduits, as well as in the areas where the diameter of the pores is smaller than the diameter of the particles. Keywords Permeable concrete, hydraulic conductivity, effective porosity, constant head permeameter, sediment clogging, numerical simulation.