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Protección optima en el proceso de curado y su influencia en la resistencia de los concretos expuestos a ciclos de congelamiento y deshielo

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Academic year: 2020

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “PROTECCIÓN OPTIMA EN EL PROCESO DE CURADO Y SU INFLUENCIA EN LA RESISTENCIA DE LOS CONCRETOS EXPUESTOS A CICLOS DE CONGELAMIENTO Y DESHIELO”. TESIS PRESENTADO POR: BACH. MEDINA CARDENAS, LEONEL DAVID BACH. QUISPE YUCRA, NICO STIVENS. PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO CIVIL. ASESOR DE TESIS: ING. MARÍA ELENA SÁNCHEZ GARCÍA. AREQUIPA – PERÚ 2017.

(2) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “PROTECCIÓN OPTIMA EN EL PROCESO DE CURADO Y SU INFLUENCIA EN LA RESISTENCIA DE LOS CONCRETOS EXPUESTOS A CICLOS DE CONGELAMIENTO Y DESHIELO” TESIS PRESENTADO POR: BACH. MEDINA CARDENAS, LEONEL DAVID BACH. QUISPE YUCRA, NICO STIVENS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO CIVIL. APROBADO POR:…………………………………………………………………………………………….. Ing. Francisco Ojeda Ojeda. Ing. Carlos Damiani Lazo. Miembro del Jurado. Miembro del Jurado. DNI: 45767860. DNI: 45767860. Ing. Victor Rendon Davila Presidente del Jurado i DNI: 45767860.

(3) DEDICATORIA A Dios y a la Virgen de Chapí por darme las fuerzas en los momentos más difíciles de mi vida. A mi padre por todo su apoyo y consejos que me brindo para poder culminar con esta etapa. A mi tía y abuelita por su apoyo en los momentos más difíciles ya que sin su apoyo no habría acabado con mi carrera universitaria. A mi hermana con su apoyo contribuyo a alcanzar mis metas propuestas. A mis amigos de la universidad por su apoyo a largo de la carrera que llevamos en la universidad. Muchas gracias… A Dios: por darme la fuerza necesaria para Leonel David Medina Cárdenas salir adelante y vencer todos los obstáculos que se me presentaron para alcanzar con éxito una de mis metas de mi vida. A mi madre por su amor incondicional, su apoyo y sus enseñanzas, gracias por estar siempre en los momentos más importantes de mi vida. A mi hermano por sus consejos, apoyo, por ser el cómplice e impulsarme a seguir este camino de la ingeniería A mi sobrina por la alegría que transmites a mi vida. Y a todos los amigos y personas que estuvieron presentes en mi vida universitaria Nico Stivens Quispe Yucra. ii.

(4) AGRADECIMIENTOS A Dios porque está siempre con nosotros guiándonos y respaldarnos en todo los momentos importantes de nuestras vidas y por darnos la fuerza necesaria en aquellos momentos difíciles que nos tocó vivir, Gracias porque hiciste realidad este sueño anhelado. Al Convenio Marco de Cooperación Interinstitucional que celebran la Universidad Nacional San Agustín de Arequipa – UNSA, el Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica – CONCYTEC y el Fondo Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación Tecnológica – FONDECYT . A través de la marca CIENCIACTIVA – UNSA. Y su Coordinador Ecom. Rodrigo Manrique Tejado, Coordinadora de Seguimiento y Monitoreo Dr. Julieta Cabrera y Nuestra monitora de Proyectos Ing. Violeta García Romero por haber confiado en nosotros para la realización de nuestra investigación y Por el financiamiento del monto total de la misma. A la Universidad Nacional de San Agustín - Arequipa, Facultad de Ingeniería Civil, por poner a disposición Los equipos, Herramientas e instalaciones del Laboratorio de Concreto Y E.M.C. A nuestra Directora de tesis, Ing. María Elena Sánchez García, por su esfuerzo y dedicación, quien con sus conocimientos, experiencia, consejos, paciencia y motivación ha logrado que nosotros pudiésemos terminar con éxito el presente proyecto. Gracias. A los Catedráticos de la facultad de Ingeniería Civil por su trabajo, conocimientos, esfuerzo y paciencia durante estos años. A las instituciones y profesionales que nos apoyaron antes y durante el desarrollo de esta investigación, la misma que esperamos sea de mucha utilidad para todos los alumnos, instituciones y personas involucradas en este amplio mundo de la ingeniería. Al personal administrativo y técnico del Laboratorio de Concreto y E.M.C. de la Facultad de Ingeniería Civil – UNSA. Por su constante colaboración y orientación en esta investigación. A todos los amigos y compañeros de la Facultad de Ingeniería Civil que han formado parte de nuestra vida estudiantil agradecerles su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía en los momentos vividos en el transcurso de nuestra vida universitaria. Leonel David Medina Cárdenas y Nico Stivens Quispe Yucra. iii.

(5) INTRODUCCIÓN Debido a los cambios climáticos registrados en los últimos años en nuestro país, y el descenso abrupto de las temperaturas registradas en los últimos años y su influencia directa en la calidad de las infraestructuras de concreto, se hace necesario la búsqueda de nuevas metodologías que nos ayuden a mitigar los efectos que causan estos cambios de temperatura. En ese sentido esta investigación pretende efectuar una contribución práctica a todas las personas vinculadas en el amplio mundo de la construcción e ingeniería, dando a conocer materiales económicos, de fácil manipulación y de buen comportamiento térmico. Se propone 5 tipos de protección tales como polietileno con papel, polietileno con aserrín, lamina de poliestireno expandido (tecnoport), lamina de polietileno con burbuja de aire y polietileno con espuma de poliuretano. Con estos materiales se compararan su comportamiento frente a los ciclos de hielo y deshielo utilizando 2 tipos de cemento (Tipo I y Tipo IP), 2 métodos de curados (aspersión y sumergido) y se analizaran sus resistencias de compresión en 3 edades distintas (7, 14 y 28 días). Se verá la influencia que tiene proteger el concreto en sus 7 primeros días en comparación al concreto protegido durante los 28 días de elaborado. Conforme el uso de cada tipo de material de protección se adquirirá un mejor comportamiento del concreto a los cambios de temperaturas y por lo tanto se obtendrá mejores resistencias finales que permitirán que el concreto resista las presiones internas propias de los ciclos de congelamiento y deshielo. Adicionalmente se realizara un análisis de costos con el propósito de establecer una relación entre resistencia a la compresión y costos. Finalmente se obtendrá el material más óptimo que satisfaga las consideraciones mencionadas anteriormente.. iv.

(6) RESUMEN El tema de tesis “PROTECCIÓN OPTIMA EN EL PROCESO DE CURADO Y SU INFLUENCIA EN LA RESISTENCIA DE LOS CONCRETOS EXPUESTOS A CICLOS DE CONGELAMIENTO Y DESHIELO” Es una investigación de tipo aplicada, explorativa y cuantitativa. El trabajo experimental desarrollado se comenzó con la elaboración de dos diseños patrón de concreto para dos tipos de cementos, teniendo en consideración la resistencia de diseño y los ensayos previamente elaborados de la caracterización de los agregados. Para la elaboración de los especímenes se usaron las probetas cilíndricas, cuyas dimensiones son de 4” x 8”. En grupos de 3 probetas de concreto para lo cual se utilizó 2 tipos de cementos comercializados en el medio: cemento TIPO IP y cemento TIPO I. Se efectuó una serie de tres especímenes o testigos de concreto para grupos de control óptimos, grupo de control congelado y grupos experimentales. Los grupos óptimos serán curados en condiciones ideales (sumergido). Los grupos de control congelado serán curados de 2 formas (sumergido y aspersión) y serán sometidos a los ciclos de congelamiento y deshielo. Finalmente los grupos experimentales serán conformados por testigos de concreto protegidos con: polietileno con papel, polietileno con aserrín, lamina de poliestireno expandido (tecnoport), lamina de polietileno con burbuja de aire, polietileno con espuma de poliuretano y con un aditivo que desarrolla una película impermeable (ANTISOL S), serán curados de 2 formas (sumergido y aspersión) e igualmente serán sometidos a los ciclos de congelamiento y deshielo. Los ciclos de congelamiento y deshielo simularan la exposición del concreto a condiciones climáticas en zonas donde las temperaturas llegan bajo el punto de congelación del agua. Dichas muestras fueron ensayadas a edades de 7, 14 y 28 días. Finalmente la última parte comprende la evaluación de los resultados obtenidos y el análisis estadístico de los mismos Concluyendo que la protección óptima para concretos expuestos a ciclos de congelamiento y deshielo es el polietileno con aserrín que nos asegurara que nuestra resistencia diseñada no sea tan afectada por los cambios de temperatura (congelamiento y deshielo). Como también se concluye que, si existe una relación directa entre la resistencia a la compresión del concreto y la temperatura interna de la protección. Adicionalmente al realizar la comparación de costos entre los distintos tipos de protección. Se obtuvo que el costo total del polietileno con aserrín y polietileno con papel son los más económicos. Finalmente se demostró la influencia que tiene proteger los 7 primeros días de elaborado los especímenes de concreto, por lo que no es necesario proteger los 28 días ya que la variación de la resistencia no es significativa.. v.

(7) ABSTRACT The thesis topic "OPTIMAL PROTECTION IN THE CURING PROCESS AND ITS INFLUENCE ON THE RESISTANCE OF THE CONCRETES EXPOSED TO FREEZING AND FREEZING CYCLES" This is an applied, exploratory and quantitative research. The experimental work developed began with the development of two standard concrete designs for two types of cements, taking into consideration the design strength and the previously elaborated tests of the characterization of the aggregates. For the elaboration of the specimens the cylindrical specimens were used, whose dimensions are of 4 "x 8". In groups of 3 concrete specimens for which 2 types of cements marketed in the medium were used: TYPE IP cement and TYPE I cement. A series of three specimens or concrete controls were performed for optimal control groups, frozen control group and experimental groups. Optimum groups will be cured under ideal conditions (submerged). The frozen control groups will be cured in two shapes (submerged and sprayed) and subjected to the freezing and thawing cycles. Finally the experimental groups will be made up of concrete cores protected with: polyethylene with paper, polyethylene with sawdust, expanded polystyrene sheet (tecnoport), polyethylene laminate with air bubble, polyethylene with polyurethane foam and with an additive that develops a film (SIKA ANTISOL S), will be cured in 2 ways (submerged and sprayed) and will also be subjected to freezing and thawing cycles. Freezing and thaw cycles will simulate the exposure of concrete to climatic conditions in areas where temperatures reach below freezing point. These samples were tested at ages of 7, 14 and 28 days. Finally the last part includes the evaluation of the results obtained and the statistical analysis of the same. Concluding that the optimum protection for concrete exposed to freezing and thawing cycles is the polyethylene with sawdust that will ensure that our designed resistance is not so affected by the Temperature changes (freezing and thawing). It also concludes that if there is a direct relationship between the compressive strength of the concrete and the internal temperature of the protection. In addition to the comparison of costs between different types of protection. It was found that the total cost of polyethylene with sawdust and polyethylene with paper are the most economical. Finally, it was demonstrated the influence that has to protect the first 7 days of the elaborated specimens of concrete, so it is not necessary to protect the 28 days since the variation of the resistance is not significant.. vi.

(8) INDICE DE CONTENIDOS DEDICATORIA ................................................................................................................. ii AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................... iii INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. iv RESUMEN ......................................................................................................................... v ABSTRACT ...................................................................................................................... vi INDICE DE CONTENIDOS ............................................................................................. vii INDICE DE TABLAS ...................................................................................................... xiv INDICE DE GRAFICAS .................................................................................................. xvi INDICE DE FIGURAS................................................................................................... xviii CAPITULO I:...................................................................................................................... 1 1.. MARCO METODOLÓGICO .................................................................................. 1 1.1.. Antecedentes del Problema. ............................................................................. 2. 1.2.. Tipo de investigación. ....................................................................................... 2. 1.3.. Planteamiento del Problema. ........................................................................... 3. 1.4.. Análisis del Problema. ...................................................................................... 3. 1.5.. Formulación del Problema. .............................................................................. 3. 1.6.. Justificación e Importancia. .............................................................................. 3. 1.7.. Alcance y Delimitación...................................................................................... 4. 1.8.. Hipótesis. ........................................................................................................... 4. 1.9.. Objetivos. ........................................................................................................... 4. 1.9.1.. Objetivo General. ........................................................................................ 4. 1.9.2.. Objetivos Específicos. ................................................................................ 5. CAPITULO II: .................................................................................................................... 6 2.. CLIMA EN LA REGIÓN AREQUIPA .................................................................... 6 2.1.. Generalidades. ................................................................................................... 7. 2.2.. Ubicación Geográfica......................................................................................... 7. 2.3.. División Política. ................................................................................................ 7. 2.4.. Marco Conceptual.............................................................................................. 9. 2.4.1.. Helada. ........................................................................................................ 9 vii.

(9) 2.4.1.1.. Heladas Estáticas. ............................................................................... 9. 2.4.1.2.. Heladas dinámicas. ............................................................................. 9. 2.4.2.. Nevada. ....................................................................................................... 9. 2.4.3.. Friaje. ........................................................................................................ 10. 2.4.4.. Definición de Clima Frio. ......................................................................... 10. 2.5.. Nevadas que Afectan Distritos y Provincias en la Región Arequipa. .......... 10. 2.6.. Identificación y Caracterización del Fenómeno. .......................................... 11. 2.6.1.. Comportamiento Climático de la Temperatura Mínima Severa........... 11. 2.6.2.. Registros Históricos. ................................................................................ 12. 2.6.3.. Características del Área de Influencia del Fenómeno. .......................... 17. 2.7.. 2.6.3.1.. Región Costa. ..................................................................................... 17. 2.6.3.2.. Región Andina ................................................................................... 17. Análisis de Susceptibilidad. ............................................................................ 20. 2.7.1.. Factores Condicionantes. ........................................................................ 20. 2.7.1.1.. Altitud. ............................................................................................... 20. 2.7.1.2.. Latitud. ............................................................................................... 20. 2.7.1.3.. Topografía.......................................................................................... 21. 2.7.1.4.. Vientos. .............................................................................................. 22. CAPITULO III: ................................................................................................................. 24 3.. FUNDAMENTOS SOBRE EL CONCRETO ......................................................... 24. 3.1. Características de los materiales. .................................................................. 25 3.1.1.. Cemento. ................................................................................................... 25. 3.1.1.1.. Composición Química del Cemento ................................................. 25. 3.1.1.2.. Tipos de Cemento ............................................................................. 26. 3.1.2.. Agregados Para el Concreto. ................................................................... 27. 3.1.2.1.. Agregados Finos. ............................................................................... 28. 3.1.2.2.. Agregado. Grueso. ............................................................................. 28. 3.1.3.. El agua en el concreto. ............................................................................. 29. 3.1.4.. Aditivos Para el Concreto. ....................................................................... 29. 3.1.4.1.. Aditivos Acelerantes. ........................................................................ 30 viii.

(10) 3.2.. 3.1.4.2.. Aditivos Incorporadores de Aire. .................................................... 30. 3.1.4.3.. Curadores Químicos. ......................................................................... 31. 3.1.4.4.. Aditivos Naturales y de Procedencia Corriente. ............................. 31. Propiedades del concreto. .............................................................................. 31. 3.2.1.. Trabajabilidad. ......................................................................................... 32. 3.2.2.. Resistencia Mecánica. .............................................................................. 33. 3.3.. Enlace Cemento – Agregado. .......................................................................... 33. 3.4.. Etapas de Hidratación del Concreto. ............................................................. 35. 3.4.1.. Plástico. ..................................................................................................... 35. 3.4.2.. Fraguado Inicial. ....................................................................................... 36. 3.4.3.. Fraguado Final. ......................................................................................... 36. 3.4.4.. Endurecimiento. ....................................................................................... 36. 3.5.. Ensayos de Laboratorio. ................................................................................. 37. 3.5.1.. Resistencia a la Compresión del Concreto. ............................................ 37. 3.5.2.. Contenido de Humedad. .......................................................................... 38. 3.5.3.. Gravedad Específica. ................................................................................ 38. 3.5.4.. Peso Unitario. ........................................................................................... 39. 3.5.5.. Granulometría. ......................................................................................... 39. 3.5.6.. Ensayo de inalterabilidad de agregados por medio de sulfato de magnesio. ............................................................................................. 41. 3.6.. Diseño de Mezclas. .......................................................................................... 41. 3.7.. Daños por los Ciclos de Congelamiento y Deshielo en el Concreto............. 42. 3.8.. Mecanismo de Congelamiento y Deshielo en el Concreto. .......................... 43. 3.8.1.. Presión Hidráulica.................................................................................... 44. 3.8.2.. Presión Osmótica. .................................................................................... 45. 3.9.. Recomendaciones para el vaciado del concreto en climas fríos ................. 45. CAPITULO IV: ................................................................................................................. 46 4.. CURADO Y MATERIALES DE PROTECCIÓN PARA EL CONCRETO................ 46 4.1.. Curado del Concreto. ...................................................................................... 47. 4.1.1.. Periodos de Curado. ................................................................................. 47 ix.

(11) 4.2.. Métodos de curado. ......................................................................................... 48. 4.2.1.. Curado con agua. ...................................................................................... 48. 4.2.1.1.. Anegamiento o Inmersión. ............................................................... 48. 4.2.1.2.. Rociado de Niebla o Aspersión. ....................................................... 49. 4.2.1.3.. Costales, Carpetas de Algodón y Alfombras. ................................... 49. 4.2.1.4.. Curado con Tierra. ............................................................................ 49. 4.2.1.5.. Arena y Aserrín. ................................................................................ 49. 4.2.1.6.. Paja o Heno. ....................................................................................... 50. 4.2.2.. Curado con Materiales Selladores. ......................................................... 50. 4.2.2.1.. Película Plástica. ................................................................................ 50. 4.2.2.2.. Papel Impermeable. .......................................................................... 51. 4.2.2.3.. Compuestos Líquidos Para Formar Membrana. ............................. 51. 4.3.. Control de la Durabilidad Frente al Congelamiento y Deshielo. ................. 51. 4.4.. Protección del Concreto.................................................................................. 52. 4.4.1.. Materiales para la Protección del Concreto. .......................................... 53. 4.4.1.1.. Fibra de Celulosa. .............................................................................. 53. 4.4.1.2.. Lana Mineral. ..................................................................................... 53. 4.4.1.3.. Paja. .................................................................................................... 53. 4.4.1.4.. Polietileno con Arena........................................................................ 53. 4.4.1.5.. Frazadas de Lana Mineral. ............................................................... 54. 4.4.1.6.. Mantas Aislantes. .............................................................................. 54. 4.4.1.7.. Lona Alquitranada. ........................................................................... 54. 4.4.1.8.. Calentadores Hidrónicos. ................................................................. 54. 4.4.2.. Materiales Utilizados en la Investigación. .............................................. 54. 4.4.2.1.. Polietileno. ......................................................................................... 54. 4.4.2.2.. Papel. .................................................................................................. 55. 4.4.2.3.. Lamina de Poliestireno Expandido. ................................................. 56. 4.4.2.4.. Lamina de Polietileno con Burbuja.................................................. 57. 4.4.2.5.. Espuma de Poliuretano. ................................................................... 59 x.

(12) 4.4.2.6.. Aserrín. .............................................................................................. 60. 4.4.2.7.. Película Impermeable (Aditivo). ..................................................... 61. CAPITULO V: .................................................................................................................. 62 5.. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y RECOLECCIÓN DE DATOS ....................... 62 5.1.. Generalidades. ................................................................................................. 63. 5.2.. Diseño Experimental. ...................................................................................... 63. 5.3.. Análisis de las Propiedades de los Elementos Empleados. ......................... 65. 5.3.1.. Cemento. ................................................................................................... 65. 5.3.1.1.. Cemento Tipo IP ................................................................................ 65. 5.3.1.2.. Cemento Tipo I .................................................................................. 66. 5.3.2.. Agregados. ................................................................................................ 67. 5.3.2.1.. Análisis Granulométrico. .................................................................. 69. 5.3.2.2.. Propiedades Físicas. ......................................................................... 71. 5.4.. Método ACI Para Diseño de Mezclas.............................................................. 73. 5.5.. Equipos Utilizados........................................................................................... 74. 5.5.1.. Congeladora. ............................................................................................. 74. 5.5.2.. Termómetro Digital. ................................................................................ 75. 5.5.3.. Moldes Utilizados. .................................................................................... 75. 5.5.4.. Máquina de Compresión. ......................................................................... 76. 5.5.5.. Mezcladora de Concreto. ......................................................................... 76. 5.6.. Elaboración de los Especímenes de Concreto. ............................................. 77. 5.6.1.. Dosificación de los Materiales. ................................................................ 78. 5.6.2.. Mezclado y Colocado del Concreto a los Moldes Cilíndricos. ............... 78. 5.6.3.. Ensayos al Concreto Fresco. .................................................................... 80. 5.7.. Procesamiento de los Especímenes de Concreto Endurecido. .................... 81. 5.7.1.. Curado de los Especímenes de Concreto Endurecido. .......................... 81. 5.7.2.. Protección de los Especímenes de Concreto Endurecido. .................... 83. 5.8.. Sometimiento de los Especímenes a Ciclos de Congelamiento y Deshielo............................................................................................................ 85. 5.9.. Ensayos al Concreto Endurecido. .................................................................. 89 xi.

(13) 5.9.1.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión Grupo de Control (Gc1-Gc4). .................................................................. 91. 5.9.2.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión Grupo de Control (Gc2-Gc3). .................................................................. 91. 5.9.3.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge1-Ge7). ............................................................. 94. 5.9.4.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge2-Ge8). ............................................................. 97. 5.9.5.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge3-Ge9). ........................................................... 100. 5.9.6.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge4-Ge10). ......................................................... 103. 5.9.7.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge5-Ge11). ......................................................... 106. 5.9.8.. Resultados de los Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge6-Ge12). ......................................................... 109. CAPITULO VI: ............................................................................................................... 111 6.. ANÁLISIS DE RESULTADOS .......................................................................... 111 6.1.. Generalidades. ............................................................................................... 112. 6.2.. Análisis Comparativo de la Influencia de las Condiciones Ambientales de Climas Fríos. ....................................................................... 112. 6.3.. Análisis Comparativo de la Resistencia a la Compresión. ......................... 115. 6.3.1.. Análisis Comparativo de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Cemento. ............................................................................... 115. 6.3.1.1.. Comparativo de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Cemento con Curado Sumergido...................................... 115. 6.3.1.2.. Comparación de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Cemento con Curado Aspersión. ...................................... 117. 6.3.2.. Análisis Comparativo de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Curado. .................................................................................. 118. 6.3.2.1.. Comparación de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Curado con Cemento Tipo IP. ........................................... 118. 6.3.2.2.. Comparación de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Curado con Cemento Tipo I. ............................................. 120 xii.

(14) 6.3.3.. 6.4.. Análisis Comparativo de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Protección. ............................................................................ 122. 6.3.3.1.. Comparación de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Protección con Cemento Tipo IP. ..................................... 122. 6.3.3.2.. Comparación de la Resistencia a la Compresión Según el Tipo de Protección con Cemento Tipo I. ....................................... 124. Análisis Comparativo de Costos. .................................................................. 126. 6.4.1.. Análisis de Costos. .................................................................................. 126. 6.4.2.. Comparación de Costos ......................................................................... 126. 6.4.2.1.. Costos por Metro Cuadrado de Concreto (Tipo de Cemento) ......................................................................................... 126. 6.4.2.2.. Costos por Metro Cuadrado de Concreto (Tipo de Protección). ..................................................................................... 127. CONCLUSIONES. .......................................................................................................... 131 RECOMENDACIONES. ................................................................................................. 133 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 134 ANEXOS: ....................................................................................................................... 136. xiii.

(15) INDICE DE TABLAS Tabla 2.1: Arequipa Población Censada, Superficie y Densidad Poblacional, Según Provincias, 2007. ................................................................................. 8 Tabla 2.2: Departamentos con Frecuencia de heladas entre 180 a 365 días Promedio Multianual 1964-2011 ................................................................ 13 Tabla 3.1: Tamices estándar ASTM .............................................................................. 40 Tabla 3.2: Requerimientos de Granulometría del Agregado Fino............................. 40 Tabla 3.3: Requerimientos de Granulometría del Agregado Grueso ........................ 41 Tabla 4.1: Tiempo Después Del Vaciado según el Clima (Abanto Castillo, 2009). ............................................................................................................ 47 Tabla 4.2: Espesores según el Tipo de Burbuja .......................................................... 59 Tabla 4.3: Características de Residuos Madereros Corrientes .................................. 61 Tabla 5.1: Matriz de ensayos que sirvió como control de probetas de concreto usando Cemento Tipo IP............................................................... 64 Tabla 5.2: Matriz de ensayos que sirvió como control de probetas de concreto usando Cemento Tipo I. ................................................................ 64 Tabla 5.3: Composición química y propiedades físicas del Cemento Tipo IP. ......... 65 Tabla 5.4: Composición química y propiedades físicas del Cemento Tipo I. ............ 66 Tabla 5.5: Resumen Granulométrico de Piedra Chancada. ........................................ 69 Tabla 5.6: Resumen Granulométrico de Agregado Fino. ........................................... 70 Tabla 5.7: Propiedades físicas de los agregados. ........................................................ 73 Tabla 5.8: Resumen de los diseños de mezcla. ........................................................... 74 Tabla 5.9: Registro de temperaturas de la congeladora y la temperatura dentro de las protecciones. .......................................................................... 88 Tabla 5.10: Ensayo de Resistencia a la Compresión Grupo de Control (Gc1). ......... 91 Tabla 5.11: Ensayo de Resistencia a la Compresión Grupo de Control (Gc4). ......... 91 Tabla 5.12: Ensayo de Resistencia a la Compresión Grupo de Control (Gc2). ......... 92 Tabla 5.13: Ensayo de Resistencia a la Compresión Grupo de Control (Gc3). ......... 92 Tabla 5.14: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge1). ............................................................................................................. 94 xiv.

(16) Tabla 5.15: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge7). ............................................................................................................. 95 Tabla 5.16 : Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge2). ..................................................................................... 97 Tabla 5.17: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge8). ............................................................................................................. 98 Tabla 5.18: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge3). ........................................................................................................... 100 Tabla 5.19: Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge9). ................................................................................... 101 Tabla 5.20: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge4). ........................................................................................................... 103 Tabla 5.21: Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge10). ................................................................................. 104 Tabla 5.22: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge5.............................................................................................................. 106 Tabla 5.23: Ensayos de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge11). ................................................................................. 107 Tabla 5.24: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge6). ........................................................................................................... 109 Tabla 5.25: Ensayo de Resistencia a la Compresión del Grupo Experimental (Ge12). ......................................................................................................... 109 Tabla 6.1: Costo por metro cuadrado del cemento tipo IP ...................................... 126 Tabla 6.2: Costo por metro cuadrado del cemento tipo I ........................................ 126 Tabla 6.3: Costo Unitario de Protección de concreto con polietileno con papel ............................................................................................................ 128 Tabla 6.4: Costo Unitario de Protección de concreto con polietileno con aserrín.......................................................................................................... 128 Tabla 6.5: Costo Unitario de Protección de concreto con lamina de poliestireno expandido .............................................................................. 128 Tabla 6.6: Costo Unitario de Protección de concreto con polietileno con burbujas de aire .......................................................................................... 129. xv.

(17) Tabla 6.7: Costo Unitario de Protección de concreto con polietileno con espuma de poliuretano .............................................................................. 129 Tabla 6.8: Costo Unitario del aditivo curador de concreto ...................................... 129. INDICE DE GRAFICAS Grafica 2.1: Arequipa Población Censada, Superficie y Densidad Poblacional, Según Provincias, 2007. ............................................................ 8 Grafica 2.2: Temperatura Mínima Mensual de las estaciones El Frayle, Yauri y Mazo Cruz. ........................................................................................ 14 Grafica 5.1: Curva de distribución granulométrica de Piedra Chancada. ................. 69 Grafica 5.2: Curva de distribución granulométrica de Agregado Fino...................... 70 Grafica 5.3: Variación de la Temperatura Respecto a Tiempo (P.+Papel). .............. 87 Grafica 5.4: Variación de la Temperatura Respecto a Tiempo (P.+Aserrín). .......... 87 Grafica. 5.5: Variación de la Temperatura Respecto a Tiempo (L.P.Expandido). ........................................................................................... 87. Grafica 5.6: Variación de la Temperatura Respecto a Tiempo (L.P.Burbuja). ......... 87 Grafica 5.7: Variación de la Temperatura Respecto a Tiempo (P.+E. Poliuretano). ................................................................................................. 88 Grafica 5.8: Variación de la temperatura respecto al tiempo. ................................... 89 Grafica 5.9: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. GRUPO DE CONTROL (TIPO IP) ..................................................................................... 93 Grafica 5.10: Curva: Edad - Resistencia a la Compresión. GRUPO DE CONTROL (TIPO I). ....................................................................................... 93 Grafica. 5.11: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. PLASTICO+PAPEL (TIPO IP). ...................................................................... 96. Grafica. 5.12: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. PLASTICO+PAPEL (TIPO I). ........................................................................ 96. Grafica. 5.13: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. PLASTICO+ASERRÍN (TIPO IP). ................................................................ 99. Grafica. 5.14: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. PLASTICO+ASERRÍN (TIPO I). .................................................................... 99 xvi.

(18) Grafica 5.15: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. TECNOPORT (TIPO IP) ........ 102 Grafica 5.16: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. TECNOPORT (TIPO I). ....................................................................................................... 102 Grafica 5.17: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. BURBUJAS DE AIRE (TIPO IP). ........................................................................................... 105 Grafica 5.18: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. BURBUJAS DE AIRE (TIPO I). ....................................................................................................... 105 Grafica. 5.19: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. PLASTICO+ESPUMA (TIPO IP). ................................................................ 108. Grafica. 5.20: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión. PLASTICO+ESPUMA (TIPO I). ................................................................... 108. Grafica 5.21: Curva: Edad Vs. Resistencia a la Compresión (ADITIVO). ................. 110 Grafica 6.1: Variación de la temperatura respecto al tiempo. ................................. 112 Grafica 6.2: Variación de la temperatura respecto al tiempo. ................................. 113 Grafica 6.3: Diferencia entre temperatura ambiente y temperatura dentro de la protección. .......................................................................................... 114 Grafica 6.4: Análisis comparativo de la resistencia de compresión según el tipo de cemento (SUMERGIDO). ................................................................ 115 Grafica 6.5: Análisis comparativo de la resistencia de compresión según el tipo de cemento (ASPERSIÓN). ................................................................. 117 Grafica 6.6: Comparación de la resistencia a la compresión según el tipo de Curado (Cemento Tipo IP). ........................................................................ 118 Grafica 6.7: Comparación de la resistencia a la compresión según el tipo de Curado (Cemento Tipo I). .......................................................................... 120 Grafica 6.8: Comparación de la resistencia a la compresión según el tipo de Protección (Cemento Tipo IP). .................................................................. 122 Grafica 6.9: Comparación de la resistencia a la compresión según el tipo de Protección (Cemento Tipo I). .................................................................... 124 Grafica 6.10: Costo de concreto según el tipo de cemento....................................... 127 Grafica 6.11: Costo por Metro Cuadrado de las Protecciones. ................................ 130. xvii.

(19) INDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Temperatura Mínima Mensual Normal durante el período de bajas temperaturas (1981 – 2010) (SENAMHI) ........................................ 12 Figura 2.2: Mapa de Frecuencia de Heladas del periodo promedio 1964 – 2011 (SENAMHI) .......................................................................................... 15 Figura. 2.3: Mapa de Temperatura Mínima Promedio Multitrimestral (junio – agosto). ............................................................................................ 16. Figura 2.4: Mapa de Regiones Naturales del Perú (Centro Nacional de Estimación, Prevención y Reducción del Riesgo de Desastres CENEPRED, 2014)......................................................................................... 19 Figura. 2.5: Condiciones de configuración y exposición de terreno (Pereyra, et al, 2002) (SENAMIHI, 2010) ................................................... 21. Figura 2.6: Brisas en valle y montaña (www.upct.es) .............................................. 23 Figura 3.1: Esquema Típico de la Estructura del Concreto Endurecido (Fuente: Propio). .......................................................................................... 32 Figura 3.1: Daño 1 producido por hielo y deshielo. (Menéndez, 2005) .................. 43 Figura 3.2: Daño 2 producido por hielo y deshielo. (Menéndez, 2005) .................. 43 Figura 3.3: Presión hidráulica. (Fernandez Cánovas, 2007) .................................... 44 Figura 3.4: Presión Osmótica (Al-Assadi, 2009). ....................................................... 45 Figura 4.1: Protección del concreto en obra. ............................................................. 52 Figura 4.2: La película de polietileno. ......................................................................... 55 Figura 4.3: Bolsas de papel. ......................................................................................... 56 Figura 4.4: Lamina de Poliestireno Expandido .......................................................... 57 Figura 4.5: Lamina de polietileno con burbuja. ......................................................... 57 Figura 4.6: Film burbuja de 2 capas o Simple. ........................................................... 58 Figura 4.7: Film burbuja de 3 capas o Cerrado. ......................................................... 58 Figura 4.8: Espuma de Poliuretano. ............................................................................ 60 Figura 4.9: Tipos de Aserrín. ....................................................................................... 60 Figura 4.10: Película Impermeable (ANTISOL) ......................................................... 61 Figura 5.1: Cemento Yura Tipo IP ............................................................................... 66 xviii.

(20) Figura 5.2: Cemento Wari Tipo I ................................................................................. 67 Figura 5.3: Proceso de cuarteo del agregado ............................................................. 68 Figura 5.4: Proceso de tamizado del agregado fino ................................................... 68 Figura 5.5: Cantidades de agregado producto. .......................................................... 68 Figura 5.6: Maquina Tamizadora de Agregado. ......................................................... 68 Figura 5.7: Ensayo para Peso específico Agregado Grueso. ...................................... 71 Figura 5.8: Ensayo para Peso específico Agregado Fino. .......................................... 71 Figura 5.9: Cono Normalizado y un pisón. ................................................................. 72 Figura 5.10: Ensayo para Peso Unitario Agregado Fino. ........................................... 72 Figura 5.11: Ensayo para Peso Unitario Agregado Grueso. ...................................... 72 Figura 5.12: Horno para el Ensayo Contenido de Humedad. .................................... 72 Figura 5.13: Ensayo para determinar materiales más finos que pasan por el tamiz N°200. .............................................................................................. 72 Figura 5.14: Determinación de la inalterabilidad de agregados por medio de sulfato de magnesio. ................................................................................ 72 Figura 5.15: Congeladoras utilizadas para la simulación de climas. ........................ 75 Figura 5.16: Congeladoras utilizadas para la simulación de climas. ........................ 75 Figura. 5.17: Los moldes que se utilizan para la elaboración de los especímenes. ................................................................................................. 76. Figura 5.18: Máquina de Compresión. ........................................................................ 76 Figura 5.19: Mezcladora de concreto. ......................................................................... 77 Figura 5.20: Materiales para la elaboración del concreto. ........................................ 80 Figura 5.21: Elaboración de cilindros de concreto. ................................................... 80 Figura 5.22: Confección de probetas de concreto...................................................... 80 Figura 5.23: Identificación de probetas luego del desmoldado. ............................... 80 Figura 5.24: Determinación del Asentamiento del concreto (Slump). .................... 81 Figura 5.25: Verificación de la temperatura del concreto fresco. ............................ 81 Figura 5.26: Curado Sumergido aplicado a los especímenes de concreto. .............. 82 Figura 5.27: Curado aspersión aplicado a los especímenes de concreto. ................ 83 Figura 5.28: Protección del G.e.1-7. Con Polietileno con Papel. ............................... 84 xix.

(21) Figura 5.29: Protección del G.e.2-8. Con Polietileno con Aserrín. ............................ 84 Figura 5.30: Protección del G.e.3-9. Con Lamina de Poliestireno Expandido (Tecnoport). .................................................................................................. 85 Figura. 5.31: Protección del G.e.4-10. Con Lamina de Polietileno con Burbuja de Aire. ............................................................................................ 85. Figura. 5.32: Protección del G.e.5-11. Con Polietileno con Espuma de Poliuretano. ................................................................................................... 85. Figura 5.33: Protección del G.e.6-12. Con Película Impermeable (Antisol). ........... 85 Figura 5.34: Colocación de los especímenes de concreto protegidos a la congeladora. .................................................................................................. 86 Figura. 5.35: Disposición de los especímenes de concreto protegidos dentro de la congeladora.............................................................................. 86. Figura 5.36: Sensor de temperatura al inicio del ciclo. ............................................. 86 Figura 5.37: Colocación de los especímenes de concreto en la máquina de compresión. ................................................................................................... 90 Figura 5.38: Ensayo de compresión de probetas Especímenes de concreto. .......... 90. xx.

(22) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO. CAPITULO I: 1. MARCO METODOLÓGICO. 1.

(23) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO. 1.1.. Antecedentes del Problema.. Existen varias investigaciones referidas sobre los efectos negativos que tiene el concreto expuesto a ciclos de congelamiento y deshielo, donde dan soluciones referentes a su estructura del concreto como es la incorporación de aire, fibras de polipropileno, etc. Pero hay pocas investigaciones referentes a la protección que se le da al concreto en su fase de endurecimiento. En la presente investigación veremos la importancia que tiene proteger al concreto en su fase de endurecimiento, sometidos a ciclos de congelamiento y deshielo. Así como veremos su correcto uso en obra y su diferencia en costo de los materiales que resulten óptimos. Y así su durabilidad será mejorada, el ACI define la durabilidad del hormigón de cemento como su capacidad para resistir la acción de las condiciones ambientales, los ataques químicos, la abrasión o cualquier otro tipo de deterioro. Según Becker el problema principal es causado debido a los constantes ciclos de hielo y deshielo ya que un solo ciclo no causaría mayores daños en la estructura. Y el principal daño que presenta es la superficie del concreto en forma de grietas y/o fisuras y es debido a que los poros capilares contienen agua y por el efecto de los ciclos de hielo y deshielo provocan tensiones de tracción internas. Según Power nos habla sobre los mecanismos de deterioro que sufre el concreto por efectos de los ciclos de hielo y deshielo, como son la presión hidráulica, presión osmótica, formación de lente de hielo y otros. La durabilidad de las estructuras de hormigón es un tema complejo en el que interviene un número elevado de variables, asociadas a orígenes distintos: tipo de proyecto, ejecución, materiales, uso, mantenimiento, materiales de protección y medio en el que se encuentra la estructura, entre otras cosas. 1.2. Tipo de investigación. -. Investigación correlacionar: La presente investigación es correlacional, debido a que el propósito de la misma tiene como objetivo evaluar la relación existente entre la resistencia a la compresión, el tipo de curado y protección de la muestra. 2.

(24) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO. -. Investigación Experimental: Para realizar esta investigación es necesario recurrir a procedimientos experimentales para demostrarla.. 1.3. Planteamiento del Problema. En la actualidad existe una demanda cada vez más creciente de infraestructura capaz de garantizar seguridad, comodidad, economía y además ser amigable con el medio ambiente, es por eso que el uso de una nueva metodología en el concreto capaz de resolver el problema que ocasiona el clima frío se hace cada vez más necesario. Siendo el Perú un país donde podemos encontrar una diversidad de climas y microclimas, por lo tanto el concreto al ser el material más usado en la construcción necesita adaptarse a los nuevos requerimientos cada vez más específicos. 1.4. Análisis del Problema. La exposición del concreto a condiciones climáticas en las que la temperatura es inferior al punto de congelación del agua, puede ser una fuente importante de deterioro prematuro de las estructuras expuestas, como por ejemplo puede causar fisuras o descascaramiento del mismo, también afecta en su fase de endurecimiento (no llega a su resistencia de diseño), a causa de los ciclos de congelamiento y deshielo. Donde estos daños causan perdidas económicas debido a demoliciones (por no llegar a su resistencia), resanes, etc. 1.5. Formulación del Problema. En esta investigación se buscara materiales que protejan al concreto de los ciclos de congelamiento y deshielo en su fase de endurecimiento, para que su resistencia a la compresión no se vea afectada por dichos ciclos. Así como se realizara un análisis de costos de cada material. 1.6. Justificación e Importancia. -. Permitirá conocer la importancia de la protección en el proceso de curado del concreto, expuestos a ciclos de congelamiento y deshielo, para que la resistencia no sea afectada.. -. Encontrar el material de protección óptima y económica que ayude al concreto a llegar a su resistencia de diseño. 3.

(25) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO. 1.7. Alcance y Delimitación. En la presente investigación propondrá la utilización de materiales que protejan al concreto en su fase de endurecimiento con el objetivo de disipar el impacto que ocasiona los ciclos de congelamiento y deshielo en la resistencia del concreto. En la investigación no se consideró el comportamiento del concreto frente a climas de congelamiento permanente o perpetuos requiriendo para esté un estudio exclusivo para este tipo de climas. 1.8. Hipótesis. El uso de un material de protección óptimo para el concreto, para evitar el congelamiento del agua propia del concreto durante el periodo de bajas temperaturas, así evitara que el concreto pierda su resistencia final. Las variables de las hipótesis son las siguientes: a) Las variables independientes a manipular son: -. Vi1: La forma de Curado: sumergido y aspersión.. -. Vi2: Temperatura: serán por ciclos de congelamiento y deshielo.. -. Vi3: Protección de la probeta de concreto: serán polietileno con papel, polietileno con aserrín, lamina de poliestireno expandido (tecnoport), lamina de polietileno con burbuja de aire, polietileno con espuma de poliuretano y con un aditivo que desarrolla una película impermeable (ANTISOL S).. -. Vi4: Tipo de cemento: Cemento tipo IP y Cemento tipo I.. b) La variable dependiente es: -. Vd1: Resistencia a compresión.. 1.9. Objetivos. 1.9.1. Objetivo General. Encontrar experimentalmente el material de protección más óptimo en el proceso de curado que influya en la resistencia. de los concretos expuestos a ciclos de congelamiento y. deshielo.. 4.

(26) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO I: MARCO METODOLÓGICO. 1.9.2. Objetivos Específicos. -. Comparar los distintos tipos de materiales de protección para el concreto como son: polietileno con papel, polietileno con aserrín, lamina de poliestireno expandido (tecnoport), lamina de polietileno con burbuja de aire, polietileno con espuma de poliuretano y con un aditivo que desarrolla una película impermeable (SIKA ANTISOL S).. -. Comparar la influencia en la resistencia a la compresión por tipo de cemento (Tipo I y Tipo IP) en el concreto sometidos a ciclos de congelamiento y deshielo.. -. Comparar la influencia que tiene el tipo de curado (sumergido y aspersión) en la resistencia a la compresión del concreto.. -. Identificar la importancia de proteger el concreto en sus 7 primeros días de elaborado, durante el proceso de congelamiento y deshielo en la resistencia concreto.. 5. del.

(27) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. CAPITULO II: 2. CLIMA EN LA REGIÓN AREQUIPA. 6.

(28) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. 2.1. Generalidades. El Perú se encuentra en la zona intertropical de Sudamérica comprendida entre la línea del Ecuador y el Trópico de Capricornio, cubre un área de 1 285 215 km², que lo convierte en el vigésimo país más grande en tamaño de la Tierra y el tercero de América del Sur y posee la mayoría de micro climas del mundo lo que le da gran diversidad de recursos naturales. La existencia de condiciones geográficas y climáticas diversas, como su ubicación en el Cinturón de Fuego del Pacifico, y la presencia de la Cordillera de los Andes y el Anticiclón del Pacifico, entre otros, hace que el territorio peruano sea muy complejo. Igualmente, su ubicación en la zona tropical y subtropical de la costa occidental del continente sudamericano, determina que se encuentra expuesto a cambios climáticos que en muchos casos generan desastres, como son el Fenómeno El Niño, precipitaciones extremas, inundaciones, sequías, heladas, granizadas, vientos fuertes, entre otros. Asimismo, debido a la presencia de la Cordillera de los Andes nuestro territorio se caracteriza por tener tres áreas geográficas definidas, costa, sierra y selva, presentando casi todos los climas observados en el mundo (Centro Nacional de Estimación, Prevención y Reducción del Riesgo de Desastres - CENEPRED, 2014) 2.2. Ubicación Geográfica. El departamento de Arequipa está ubicado en la zona occidental del territorio peruano, encontrándose sus puntos extremos entre las coordenadas geográficas: 14°36’06’’ y 17°17’54’’ latitud sur, y 70°50’24’’ y 75°05’52’’ latitud oeste. Sus límites son: por el este con Puno y Moquegua; por el Norte con los departamentos de Ica, Ayacucho, Apurímac y Cusco; por el Sur y Oeste con el Océano Pacífico o Mar de Grau. 2.3. División Política. El departamento de Arequipa está constituido políticamente por 8 provincias y 109 distritos, siendo la provincia de Arequipa la que reúne la cantidad la mayor cantidad de distritos (29), mientras que Islay solo cuenta con seis (06). Las provincias que conforman el departamento son: 7.

(29) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. Arequipa que tiene una superficie de 10430.12 Km2., Camana 4558.48 km2., Caravelí 13139.41 Km2., Castilla 7634.85 Km2., Caylloma 11990.24 Km2., Condesuyos 6958.40 Km2., Islay 3886.03 Km2. Y la Union 4746.40 Km2. En relación a la densidad poblacional se observa que la provincia de Arequipa (82.86 Hab./Km2.), presenta la densidad más alta a nivel de departamento, producto del fenómeno migratorio, de acuerdo con la dinámica demográfica Arequipa, Islay y Camana presentan una tendencia más marcada a incrementar su densidad demográfica, en tanto que el resto de las provincias prácticamente no la modifican. Tabla 2.1: Arequipa Población Censada, Superficie y Densidad Poblacional, Según Provincias, 2007.. Grafica 2.1: Arequipa Población Censada, Superficie y Densidad Poblacional, Según Provincias, 2007.. 8.

(30) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. 2.4. Marco Conceptual. 2.4.1. Helada. Es un fenómeno geodinámico externo que consiste en la solidificación de lluvias que cubre generalmente campos y lagunas cuando la temperatura baja más allá de lo normal. 2.4.1.1. Heladas Estáticas. Particularmente en la sierra, durante la estación de invierno, se pueden presentar cielos despejados por varios días. Durante la noche, la tierra pierde calor y con mayor intensidad durante las noches claras. Esta pérdida de calor por varias noches puede producir heladas y normalmente a niveles superiores de 3,000 m.s.n.m. no son frecuentes y son difíciles de predecir. 2.4.1.2. Heladas dinámicas. Nuestro territorio está expuesto, igual que una gran porción del continente sudamericano, a la invasión esporádica de masas de aire polar, de origen antártico. La invasión ocurre normalmente por la zona oriental de la Cordillera de los Andes, precedida por una perturbación atmosférica que avanza de sur a norte, seguida de días claros con aire seco y temperaturas muy bajas, alcanzando en algunos casos excepcionales hasta la zona de Iquitos y el sur de Colombia y Venezuela. Esta invasión que conlleva heladas es más frecuente en la estación de invierno, pudiendo registrarse en otras estaciones del año, con perjuicios graves a la agricultura en el verano. Estas invasiones de aire polar pueden predecirse con 2 o 3 días de anticipación, el SENAMHI tiene a su cargo la responsabilidad de este tipo de predicción. 2.4.2. Nevada. Precipitación de cristales de hielo que toman diferentes formas: estrella, cristales hexagonales ranurados, etc. Existen casos en los que, aun a temperaturas bajo cero, los cristales pueden estar rodeados de una delgada capa de agua líquida y cuando chocan unos con otros incrementan su tamaño en forma de grandes copos.. 9.

(31) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. 2.4.3. Friaje. Es una estación prolongada que afecta a áreas geográficas de forma plana del relieve, duran varias semanas alcanzándose temperaturas de varios grados bajo cero durante días enteros. Este fenómeno atmosférico es producido por vientos helados de hasta 40 Km/h provenientes de la Antártida, asociado acondiciones de baja presión y de presentación cíclica. 2.4.4. Definición de Clima Frio. El clima frio se define como un período donde la temperatura promedio diaria desciende a 4ºC en más de tres días sucesivos El Comité 306 del ACI (American Concrete Institute) define el clima frío como un período. donde por más de 3 días consecutivos, las siguientes condiciones existan: -. La temperatura promedio del aire es menor de 4 ºC.. -. La temperatura del aire no es mayor de 10 °C (50 °F) por más de media hora en un período de 24 horas.. Para los fines de esta Norma (EO-60) se considera como clima frío a aquel en que, en cualquier momento del vaciado, la temperatura ambiente pueda estar por debajo de 5º C. 2.5. Nevadas que Afectan Distritos y Provincias en la Región Arequipa. En general, la temperatura del aire a nivel nacional, empieza a disminuir paulatinamente desde el mes de abril, acentuándose el descenso en la estación de invierno (junio-agosto) para luego empezar su incremento hacia los meses de verano. La temporada de las bajas temperaturas, se caracteriza por la presencia de heladas, mayor frecuencia e incremento en su intensidad, aunado algunas veces con la presencia de nevadas y granizadas; la temporada de bajas temperaturas incrementa potencialmente la ocurrencia de días con olas de frio. Durante el presente periodo se vienen registrando Heladas meteorológicas (temperaturas iguales o inferiores a 0°C) en gran parte de las zonas alto andinas y altiplánicas que se encuentran por encima de los 3,500 msnm. Esta situación viene afectando de manera significativa la vida y salud de las personas; así como, sus bienes y medios de vida 10.

(32) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. 2.6. Identificación y Caracterización del Fenómeno. 2.6.1. Comportamiento Climático de la Temperatura Mínima Severa. La temperatura mínima del aire, es una variable meteorológica que ocurre en las primeras horas del día, coincidiendo muchas veces con la salida del sol. Su comportamiento está sujeto a diversos factores, como la altitud, latitud, transparencia atmosférica, estacionalidad, entre otras. Por lo que sus valores difieren significativamente desde valores positivos a valores por debajo de los 0°C, en el territorio peruano. En la temporada de bajas temperaturas, descenso que empieza a ser notorio desde el mes de mayo acentuándose éste en los meses de junio y julio. A fin de identificar los valores que caracterizan a las regiones, se ha utilizado el clima, correspondiente a los meses de mayo a agosto. Costa Sur: La franja costera de la región Arequipa (provincias de Caraveli, Camana e Islay) la TMS presenta valores que fluctúan de 10.1°C a 13.0°C. En tanto que la TMS de 6.1°C a 10.0°C, cubren mayor área de las provincias de Arequipa (Caraveli, Camana, Caylloma e Islay). Sierra Sur: La región de Arequipa predomina la TMS entre el rango comprendido de 10.0°C a -18.0°C. 11.

(33) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. Figura 2.1: Temperatura Mínima Mensual Normal durante el período de bajas temperaturas (1981 – 2010) (SENAMHI). 2.6.2. Registros Históricos. En el Perú la variabilidad climática ha incrementado los impactos por bajas temperaturas (heladas y friaje en las regiones de la sierra y selva respectivamente), en los últimos diez años.. 12.

(34) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. La vulnerabilidad se da por exposición a mayor número de días con temperaturas muy bajas, principalmente en la sierra central y sur. La población a nivel nacional, principalmente alto andina, expuesta a la recurrencia de heladas de 30 a 365 días, con temperaturas mínimas promedio menores a 4º C, afecta a una población total de 1´965,442 habitantes, siendo los departamentos con mayor incidencia: Puno, Junín, Huancavelica Ayacucho y Arequipa (véase Tabla 2.2). Los departamentos mencionados registran en total 27 distritos con frecuencia de heladas de 180 a 365 días en un periodo promedio multianual 1964 – 2011, siendo la provincia de Espinar-Cusco que registra 8 distritos y la Provincia de Caylloma con 6 distritos. (Centro Nacional de Estimación, Prevención y Reducción del Riesgo de Desastres - CENEPRED, 2014) Tabla 2.2: Departamentos con Frecuencia de heladas entre 180 a 365 días Promedio Multianual 1964-2011. Los registros de las temperaturas mínimas en el territorio durante la temporada de bajas temperaturas (abril-setiembre) en el periodo 2001 – 2011, muestran un comportamiento muy variado, tal como se aprecia en la Grafica 2.2. En la estación ubicada en el altiplano de la región de Arequipa (Estación El Frayle), durante las estaciones de otoño e invierno, la temperatura mínima registró valores comprendidos dentro de su variabilidad climática a valores inferiores a su patrón del mes.. 13.

(35) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. Grafica 2.2: Temperatura Mínima Mensual de las estaciones El Frayle, Yauri y Mazo Cruz.. Para la caracterización de las heladas se utilizó la Figura 2.2. Frecuencia de Heladas con temperaturas menores o iguales a 0°C del periodo promedio 1964 – 2011, identificando las zonas geográficas con mayor recurrencia de heladas.. 14.

(36) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. Figura 2.2: Mapa de Frecuencia de Heladas del periodo promedio 1964 – 2011 (SENAMHI). Figura 2.3. Temperatura mínima promedio multitrimestral correspondiente a los meses de junio, julio y agosto (Periodo 1981 – 2010), fue también utilizado para la caracterización de 15.

(37) Protección Óptima en el Proceso de Curado y su Influencia en la Resistencia de los Concretos Expuestos a Ciclos de Congelamiento y Deshielo CAPITULO II: CLIMA EN LA REGION AREQUIPA. las heladas. En este mapa se observa que en la Sierra Sur existe la presencia de dos núcleos con rangos de temperatura mínima promedio, para estos tres meses, que oscilan entre -8 y 16°C, mientras que para la Sierra Central las temperaturas mínimas promedio referidas sólo llegan a -4°C.. Figura 2.3: Mapa de Temperatura Mínima Promedio Multitrimestral (junio – agosto).. 16.

Figure

Tabla 2.1: Arequipa Población Censada, Superficie y Densidad Poblacional, Según Provincias, 2007
Figura  2.1: Temperatura Mínima Mensual Normal durante el período de bajas temperaturas (1981 – 2010)  (SENAMHI)
Tabla 2.2: Departamentos con Frecuencia de heladas entre 180 a 365 días Promedio Multianual 1964-2011
Figura  2.2: Mapa de Frecuencia de Heladas del periodo promedio 1964 – 2011 (SENAMHI)
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