Propuesta de diseño de concreto permeable con microsílice reforzado con fibras de basalto para incrementar su resistencia, posibilitar su uso en el pavimento y mitigar las deficiencias del alcantarillado existente durante la época de lluvias en el distrito de Wanchaq - Cusco

Abstract

El rápido desarrollo urbano y el empleo de materiales impermeables han afectado negativamente en el ciclo hidrológico. Durante las lluvias intensas, en ciudades con la infraestructura inadecuada, las redes de alcantarillado colapsan. Esto conlleva al deterioro de los pavimentos generando incomodidad y peligros como el hidroplaneo impactando en el tránsito de peatones y conductores. Para abordar estos problemas, se ha demostrado que el concreto permeable es un material adecuado debido a que permite que el agua fluya a través de sus poros además de ser ecológico y sostenible. Sin embargo, su uso en pavimentos rígidos es limitado ya que su resistencia es menor a la del concreto convencional. Por lo que la inclusión de microsílice y fibras de basalto mejorarían su desempeño mecánico. El área de estudio corresponde al distrito de Wanchaq - Cusco, la cual es afectada por las precipitaciones pluviales intensas y un sistema de alcantarillado combinado que rebasa su capacidad durante la época de lluvias. El suelo del área de estudio es de grava y la infiltración requerida es de 186.2 mm/h con un periodo de retorno de 10 años. Se realizaron 4 diseños de mezcla de concreto permeable con microsílice en un 9.5% del peso del cemento, con adición de fibras de basalto en porcentajes de 0%, 0.1%, 0.2% y 0.3% respecto al volumen de la mezcla. Además, se muestra la comparación del costo del concreto permeable con microsílice reforzado con fibras de basalto frente al concreto permeable convencional. Finalmente se realizó la validación de los resultados mediante ensayos de compresión, flexión y permeabilidad cuyos resultados señalan como mezcla óptima al diseño de concreto permeable con fibra de basalto añadida en un 0.1%.

The accelerated growth of cities and the use of impermeable materials have had a negative impact on the hydrological cycle. Heavy rainfall during the rainy season causes the collapse of sewage networks in cities with inadequate infrastructure. Said runoff accelerates the deterioration of the pavements, it also generates discomfort and danger due to hydroplaning, which impacts pedestrians and drivers. Pervious concrete is a suitable material to mitigate these problems, due to its ability to allow water to flow through its pores, as well as being ecological and sustainable. Since its resistance is lower than that of conventional concrete, its use is limited in rigid pavements, therefore the incorporation of microsilica and basalt fibers would provide better mechanical performance. The study area corresponds to the district of Wanchaq - Cusco, which is affected by intense rainfall and a combined sewage system that exceeds its capacity during the rainy season. The soil in the study area is gravel and the required infiltration is 186.2 mm/h with a return period of 10 years. Four permeable concrete mix designs were made with microsilica in 9.5% of the weight of the cement, with the addition of basalt fibers in percentages of 0%, 0.1%, 0.2% and 0.3% with respect to the volume of the mix. In addition, the cost comparison of microsilica pervious concrete reinforced with basalt fibers versus conventional pervious concrete is shown. Finally, the validation of the results was carried out through compression, bending and permeability tests, the results of which indicate the design of permeable concrete with basalt fiber added by 0.1% as the optimal mix.