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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PLAN DE TESIS

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA AMBIENTAL EN LA RESISTENCIA DE LA SUB-BASE Y BASE GRANULAR DE OBRAS DE PAVIMENTACIÓN EN EL DISTRITO DE PAUCARPATA, AREQUIPA 2019.

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

PRESENTADO POR: ELIZABETH KATERINE YANQUI FLORES

ASESOR: ING. LUIS ALFONSO SALAZAR HUANQUI

AREQUIPA, PERÚ AGOSTO, 2019

ÍNDICE Pág PORTADA…………………………………………….………………….……………..……..1 ÍNDICE …………………………………………………………………………….................2 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Descripción de la situación problemática .............................................................. 4 1.2 Formulación del Problema .................................................................................... 6 1.2.1 Problema principal .......................................................................................... 6 1.2.2 Problemas específicos ................................................................................... 6 1.3 Objetivos de la investigación................................................................................. 7 1.3.1 Objetivo General ............................................................................................ 7 1.3.2 Objetivos específicos...................................................................................... 7 1.4 Justificación de la investigación ............................................................................ 7 1.4.1 Importancia de la investigación ...................................................................... 8 1.4.2 Viabilidad de la investigación.......................................................................... 9 1.5 Limitaciones del Estudio .................................................................................... 9 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la investigación ....................................................................... 11 2.2 Bases teóricas .................................................................................................... 14 2.3 Definición de términos básicos............................................................................ 43 CAPÍTULO III HIPÓTESIS Y VARIABLES 3.1. Formulación de Hipótesis................................................................................... 49 3.1.1 Hipótesis general.......................................................................................... 49 3.1.2 Hipótesis específicas .................................................................................... 49 3.2. Variables y definición operacional ...................................................................... 50 3.2.1 Variable independiente ................................................................................. 50 3.2.2 Variable dependiente.................................................................................... 50 3.2.3 Operacionalización de variables ................................................................... 52 CAPÍTULO IV METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Diseño metodológico .......................................................................................... 54 4.1.1 Tipo de investigación: ................................................................................... 54 4.1.2 Nivel de investigación: .................................................................................. 55 2

4.1.3 Diseño de investigación: ............................................................................... 55 4.2 Población y muestra ........................................................................................... 55 4.2.1 Población: .................................................................................................... 55 4.2.2 Muestra: ....................................................................................................... 56 4.3 Técnicas de recolección de datos ....................................................................... 56 4.4 Técnicas estadísticas para el procesamiento de información .............................. 56 CAPÍTULO V ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 5.1 Recursos humanos, material y financiero ........................................................... 58 5.2 Cronograma de actividades ................................................................................ 59 FUENTES DE INFORMACIÓN ........................................................................................ 61 ANEXOS ......................................................................................................................... 63 MATRIZ DE CONSISTENCIA

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CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Descripción de la situación problemática

El clima depende de un gran número de factores que interactúan de manera compleja. Desde mediados del siglo XX, los modelos numéricos para simular procesos de circulación atmosférica han mejorado notablemente. La simulación y el pronóstico del clima han sido objetivos primordiales de los científicos atmosféricos. A manera de laboratorio, los modelos de circulación general de la atmósfera se han usado para estudiar, la variabilidad y el cambio climático. El cambio climático se ha convertido en uno de los grandes temas de interés a nivel mundial. La Organización Meteorológica Mundial de Naciones Unidas ha constituido lo que se llama el IPCC (por las siglas en inglés de Panel intergubernamental del Cambio Climático), con el fin de llevar el pulso de los cambios en el clima mundial y las repercusiones que esto conlleva en cotidianidad de las tareas del ser humano y en los panoramas de sostenibilidad de la vida en el planeta.

Los cambios en el clima se han vuelto más que evidentes, sobre todo en los últimos años, lo que hace pensar en las consecuencias que esto puede traer a la forma como tradicionalmente se han hecho todas las actividades humanas. 4

Específicamente, son de reciente interés las repercusiones que el cambio climático pueda traer a la forma en que están diseñadas y construidas las estructuras que dan servicios vitales a nuestras ciudades y comunidades en general. Este ha sido un tema de debate que ha llegado 'incluso a la firma de un protocolo por parte de varias asociaciones de ingenieros civiles, llamado "Protocolo la Ingeniería Civil y el Cambio Climático", que pretende que los profesionales en ingeniería busquen nuevas alternativas para desarrollar tecnologías y materiales que reduzcan las emisiones contaminantes, durante todo el ciclo de vida de tos sistemas de infraestructura; y plantea la necesidad de desarrollar e implementar herramientas, políticas y prácticas para la evaluación del riesgo y la adaptación de los cambios en infraestructura originados por el cambio climático (UPADI, 2009).

Tradicionalmente, el diseño estructural se ha basado en patrones climáticos del pasado, donde los eventos extremos en vientos, precipitaciones y temperaturas se contemplan, pero sin considerar las posibles alteraciones más allá de los patrones considerados como "normales"; principalmente se consideraba necesario acotar las predicciones, debido a que el diseño llevado a extremos muy altos suele resultar en infraestructuras mucho más costosas. El detalle es que estos eventos extremos presentaban períodos de retomo de hasta cientos de años, lo que ahora ya no es tan cierto, pues cada vez se vuelven más frecuentes según los registros recientes. Esos eventos que alcanzan niveles muy cercanos o incluso sobre los parámetros de diseño de las estructuras es lo que se vuelve preocupante, sobre todo para aquellas obras que son críticas para el funcionamiento de las comunidades y para la misma atención de las emergencias.

El cambio climático, además, puede acelerar el desgaste de la estructura por el uso en condiciones desfavorables, y puede afectar tanto la carga como la capacidad de la estructura, lo que evidencia la necesidad de implementar cambios prácticos en el mantenimiento y efectuar constantes evaluaciones y monitoreo de 5

las condiciones de esta. En cuanto al diseño, la solución parece ser buscar la resiliencia que pueda absorber los impactos ambientales que genera el cambio climático como, por ejemplo, manejar un margen de seguridad más robusto entre capacidad y cargas previstas e imprevistas.

Las políticas que está desarrollando el país en materia de cambio climático no profundizan directamente en la evaluación de la potencial afectación a su infraestructura de primera necesidad. En la publicación de la Segunda Comunicación Nacional a la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático, que comprende las acciones desarrolladas en el país del año 2000 al 2005 y los proyectos por desarrollar en el siguiente quinquenio, no se tienen programas concretos enfocados a atender o por lo menos estudiar los efectos del cambio climático en las obras civiles. Sería conveniente que el país incluya entre sus políticas relacionadas con el tema, la necesidad de generar una evaluación de riesgo asociada a su capacidad de respuesta ante eventos extremos que dañen su infraestructura primaria y a la luz de esto se contemple una serie de acciones para mitigar posibles afectaciones severas que puedan poner en riesgo el flujo de la economía nacional.

1.2 Formulación del Problema

1.2.1 Problema principal

¿Cuál es la influencia de la temperatura ambiental en la resistencia de la subbase y base granular de obras de pavimentación en el distrito de Paucarpata, Arequipa 2019?

1.2.2 Problemas específicos A. ¿Cómo es y qué características tiene la temperatura ambiental en el distrito de Paucarpata, Arequipa?

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B. ¿Qué características tiene y cómo se encuentra la resistencia de la sub-base y base granular de obras de pavimentación en el distrito de Paucarpata, Arequipa?

C. ¿Qué grado de influencia tiene la temperatura ambiental en la resistencia de la sub-base y base granular de obras de pavimentación en el distrito de Paucarpata, Arequipa?

1.3 Objetivos de la investigación

1.3.1 Objetivo General

Establecer la influencia de la temperatura ambiental en la resistencia de la sub-base y base granular de obras de pavimentación el distrito de Paucarpata, Arequipa 2019. (MOVER LAS SANGRÍAS MÁS A LA IZQUIERDA)

1.3.2 Objetivos específicos

A. Establecer las características que tiene la temperatura ambiental en el distrito de Paucarpata, Arequipa.

B. Analizar las características que tiene la resistencia de la sub-base y base granular de obras de pavimentación en el distrito de Paucarpata, Arequipa.

C. Determinar el grado de influencia que tiene la temperatura ambiental en la resistencia de la sub-base y base granular de obras de pavimentación en el distrito de Paucarpata, Arequipa. (MOVER LAS SANGRÍAS MÁS A LA IZQUIERDA)

1.4 Justificación de la investigación (falta) 7

1.4.1 Importancia de la investigación En las últimas décadas el cambio climático ha sido tema de conversación en muchos organismos a nivel mundial, aunque hay muchos escépticos del tema, hay quienes responsablemente creemos en el fenómeno que experimenta el clima y tenemos la inquietud acerca de cómo afectara este cambio la vida en la tierra y las obras civiles.

Figura N° 1: Carreteras afectadas por el cambio climático

Fuente: Internet

Se han preguntado alguna vez como afectará el cambio climático a las obras civiles. Por ejemplo, para diseñar un puente sobre un río, un ingeniero debe estimar el caudal máximo que se espera en cierto periodo de retorno; sin embargo, hoy en día el cambio climático nos está planteando un escenario incierto, puesto que los caudales están aumentando descontroladamente, prueba de esto es que muchas estaciones

meteorológicas

han

registrados

excesos

en

las

precipitaciones hasta de 300 % y el nivel de los mares está aumentando año tras año, lo que obliga a los diseñadores a revisar los caudales y a incluir los efectos del cambio climático como una variable más dentro del diseño hidráulico. Los efectos del cambio climático no discriminan a las poblaciones; menor aún a las obras civiles que tienen que lidiar con el medio ambiente. Además, el documento subraya Ja necesidad de desarrollar e 8

implementar herramientas, políticas y prácticas para la evaluación del riesgo y adaptación de los cambios en infraestructura originados por el cambio climático. El protocolo señala que ambas prioridades deben ejecutarse a través de una legislatura sólida que permita establecer las políticas públicas adecuadas. 1.4.2 Viabilidad de la investigación La investigación es viable, debido a que el tema de investigación principal cuenta con el suficiente acceso a información primaria tanto en libros, tesis, revistas, etc.

El presente trabajo de investigación se realizará en un corto plazo aproximado de seis meses por la ejecución de todos los procesos de investigación tales como: planteamiento del problema, marco teórico, diseño de la investigación, toma y análisis de datos.

Se cuenta con acceso a la información basada en los estudios de campo que se plantea, por otro lado, el financiamiento será con recursos propios del investigador.

1.5 Limitaciones del Estudio No se dispone con el apoyo de gestores públicos y privados en tiempo concreto, muchos de los recursos y gastos de los materiales aparecerán con la autofinanciación previamente concretada por el investigador.

El investigador solo puede dedicar 2 días a la semana a la investigación. El investigador solo tiene acceso a 2 horas a la semana a los centros de información de trabajos en campo debido a que muchas de las obras estudiadas se encuentran en ejecución.

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Se limita a la evaluación superficial y datos obtenidos mediante ensayos CBR. Los ensayos a ejecutar serán básicos y fundamentales para poder realizar la evaluación como ensayo de resistencia de mezclas bituminosas empleados en el aparato Marshall, extracción cuantitativa de asfalto en mezclas para pavimentos, CBR (in situ).

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación 2.1.1 Antecedentes locales Efectuado la búsqueda y revisión de trabajos de investigación, relacionado con el tema de nuestro de estudio, en la región de Arequipa, no se ha encontrado ninguno, motivo por el cual no se considera en este apartado.

2.1.2 Antecedentes nacionales A. Tesis presentada por Meléndez Palma, José Hermógenes, titulada “Influencia de la temperatura en el deterioro de carpetas asfálticas en zonas de altura, Lima 2000”.

El objetivo fue profundizar el conocimiento del comportamiento de las carpetas asfálticas en altura, estudiando específicamente la influencia de la temperatura, por considerarse uno de los elementos más críticos e influyentes en la falla del pavimento.

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Concluyó que las propiedades del asfaltado evaluadas en tres épocas distintas nos han permitido un acercamiento al efecto de altura en el envejecimiento de las propiedades de asfalto a través del tiempo, debido a que el nivel de deterioro tiene relación con el grado de endurecimiento del asfalto. Además, el modelo desarrollado presenta el comportamiento del pavimento ante la acción del gradiente térmico en un determinado periodo de tiempo, expresado como proporción de daño y ello representa la cuantificación del gradiente térmico en el nivel de esfuerzos y deformaciones de carpetas asfálticas construidas en zonas de altura.

B. Tesis presentada por Gutierrez Nahui, Harold Jesus, titulada “Variación de la temperatura y su influencia en la fisuración en concretos masivos, Lima 2017”.

El objetivo fue estudiar la variación de la temperatura y su influencia en la fisuración de concretos masivos, los criterios de aplicación de la tecnología y el control en obra para minimizar la aparición de fisuras.

Concluyó que para una temperatura máxima del concreto de 69°C se presenta fisuras y la cantidad de fisuras aumenta al incrementar la temperatura

máxima

a

la

que

llega

el

concreto

masivo,

presentándose una tendencia a la fisuración del concreto masivo con el incremento de temperatura máxima del concreto, que servirá para poder estimar y aplicar estos procedimientos en el diseño, y durante el proceso constructivo para evitar las fisuras, y los costos de reparación que se generarían. 2.1.3 Antecedentes internacionales A. Tesis presentada por Óscar Javier Reyes Ortiz, Javier Fernando Camacho Tauta, Fredy Reyes Lizcano, titulada “Influencia de la 12

temperatura y nivel de energía de compactación en las propiedades dinámicas de una mezcla asfáltica, Bogotá 2005”.

El objetivo fue estudiar las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas calientes conducentes a obtener combinaciones de materiales más económicos y resistentes. En el pasado se han realizado grandes esfuerzos para establecer índices o factores que relacionen empíricamente la temperatura del asfalto con su penetración,

densidad,

estabilidad,

viscosidad

y

punto

de

ablandamiento.

Concluyó que la temperatura de compactación de una mezcla asfáltica afecta sus propiedades dinámicas y mecánicas, llegando a obtenerse descensos hasta del 40% del módulo dinámico, lo que repercute en el tiempo de vida útil de la estructura. B. Tesis presentada por Luis Marcelo Lenzi, titulada “Evaluación del impacto del cambio climático en los procesos hidrológicos de la cuenca del Arroyo Feliciano, Entre Ríos, Argentina, La Coruña 2017”.

El objetivo fue evaluar el impacto del cambio climático, en la respuesta hidrológica de la cuenca del arroyo Feliciano, y sobre la infraestructura (puentes y caminos) de la Provincia de Entre Ríos, Argentina.

Concluyó que el régimen de escurrimiento es de tipo pluvial. En general, la cuenca de aportes presenta suelos con muy baja capacidad de infiltración debido al predominio de suelos Vertisoles (25%) y Alfisoles (39%); su régimen de lluvias origina períodos con altos volúmenes de escorrentía superficial (principalmente en otoño) seguidos de otros muy escasos, que se tornan nulos o casi nulos en épocas de estiaje prolongado. Además, el análisis de la serie de caudales diarios muestra una gran variabilidad en su distribución temporal, con coeficientes de dispersión y rango de caudales (Qmáx 13

– Qmín) muy elevados, que hacen que los caudales medios y módulos determinados sean prácticamente una abstracción numérica. 2.2 Bases teóricas 2.2.1 Temperatura

La temperatura, es la propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico. El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el grado de caliente o frío relativo y de la observación de que las variaciones de calor sobre un cuerpo producen una variación de su temperatura, mientras no se produzca la fusión o ebullición. La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores. Cuando se aporta calor a una sustancia, se eleva su temperatura, así los conceptos de temperatura y calor, aunque están relacionados, son diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía producido por las diferencias de temperatura.

Figura N° 2: Temperatura ambiental

Fuente: Internet (FUENTE A LA IZQ DE LA IMAGEN)

La radiación solar que llega a la superficie de la Tierra se transforma en calor. El calor en un estado latente de la energía de un cuerpo, que se manifiesta por un movimiento vibratorio molecular que se acelera cuando aumenta la temperatura y se desacelera cuando ésta disminuye. 14

Según Valdivia (1977), “El valor o índice de este estado latente se llama temperatura, o sea el factor numérico que sirve para especificar la cantidad de calor o energía radiante de un cuerpo sea este sólido, líquido o gaseoso”. ( p. 24)

2.2.2 Transmisión del calor

La transmisión del calor se realiza se realiza mediante los siguientes procesos físicos: ► Conducción ► Convección ► Radiación

2.2.3 Termómetros

Los instrumentos para medir la temperatura se llaman termómetros. El principio de la expansión o dilatación de los cuerpos cuando se calientan se usa generalmente, en la construcción de los termómetros. El mercurio, el alcohol, el toluol, etc. Respectivamente se utilizan en los termómetros líquidos; el invar y el bronce o el invar y el acero, se emplean en los termómetros de resistencia eléctrica y los termocuplas o cuplas termométricas.

Los primeros hacen uso de la variación de Ja resistencia eléctrica en algunos conductores por efectos de cambios de temperatura. Los segundos usan el efecto termoeléctrico, es decir el principio de las transformaciones directas de la energía térmica en energía eléctrica. La escala básica empleada, en los termómetros es la Celsius o Centígrada (C). Sin embargo, en algunos países, se continúa utilizando la escala Fahrenheit (F).

Para el establecimiento de estas de estas ·escalas se ha considerado como puntos de referencia dos temperaturas fijas, una del hielo 15

fundente; y, la otra, la del vapor de agua hirviente con presión normal, es decir, a la presión atmosférica de 1 013.25 milibares y a 45° de latitud. En 1724, Fahrenheit dividió el intervalo de las dos temperaturas fijas en 180 partes y llamó 32 al que es el punto 0 en la escala Celsius y, 212 al de ebullición.

Posteriormente, Celsius, dividió en 100 partes (escala Centigrada) y llamó 0 al punto de fusión del hielo y 100 al de ebullición del agua. Existe, además, una tercera escala, la de Kelvin (K) o Absoluta, donde el 0 absoluto, es la temperatura más baja físicamente posible (- 273° C), o sea el punto en el cual un gas teóricamente dejaría de ejercer presión. En esta escala, el punto de fusión del hielo es 27.3° y el punto de ebullición 373°. La temperatura absoluta difiere de la Centígrada por la constante 273.

Las constantes básicas de referencia para las distintas escalas, son: el punto de fusión del hielo (0° C, 32° F, 273° K), y el punto de ebullición del agua (100° C, 212° F, y 373°K). De modos que 100° C equivale a 180° F o sea 1° C= 1,8° F o 1° F = 9/5°C.

Los tipos fundamentales de termómetros que se usan en meteorología, son:

A. Termómetros de dilatación ► Termómetros líquidos ► Termómetros bimetálicos

B. Termómetros eléctricos ► Termómetros de resistencia eléctrica. ► Termómetros termocuplas

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A. Termómetros de dilatación A.1 Los termómetros líquidos

Fabricados de mercurio, alcohol, toluol, etc., que se emplean en las observaciones rutinarias de la temperatura del aire, del suelo y del agua. Los termómetros de mercurio pueden medir hasta temperaturas de -38° C que es el punto de congelación del mercurio.

Para

temperaturas

más

bajas

se

emplean

especialmente los termómetros con alcohol etílico, que tiene un punto de congelación mucho más bajo. Entre los termómetros líquidos se mencionan los siguientes: ► El termómetro de máxima ► El termómetro de mínima ► El geotermómetro ► El hidrotermómetro ► El catatermómetro

A.2 Los termómetros bimetálicos

Están hechos a base de la diferencia del coeficiente de expansión de dos metales. Se emplean para medir temperaturas muy altas que, generalmente, no pueden efectuarse con los termómetros corrientes de mercurio, por ejemplo, en hornos, etc. Cuando se necesita obtener un registro continuo de la temperatura, es necesario hacer uso de los termógrafos que se basan en el principio de los termómetros bimetálicos. Los termógrafos emplean cualquiera de los elementos sensibles siguientes: ► La lámina bimetálica ► El tubo de Bourdon 17

► El tubo tipo cable de acero y mercurio compensado

B. Termómetros eléctricos

B.1 Los termómetros de resistencia eléctrica

Que se basan en la resistencia que ofrece un alambre de platino y níquel en espiral al paso de la corriente eléctrica y que varían con la temperatura. El cambio en la resistencia del elemento producirá modificaciones de la corriente en un puente Wheatstone

o

galvanómetro,

que

puede

ser

calibrado

directamente en grados de temperatura en lugar de ohms. Estos termómetros se usan con fines de investigación meteorológica.

B.2 Los termocuplas o termopilas

Que usan dos metales diferentes generalmente hierro y constatan (aleación de cobre y níquel) que al ponerse en contacto producen una corriente eléctrica que es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos metales en sus dos contactos; uno de los cuales se llama contacto de medida y el otro contacto de referencia. Para obtener la medida, e contacto de referencia debe estar a temperatura constante. Los valores se leen en un galvanómetro. Estos termómetros también se usan para fines de investigación. (Valdivia, 1977, p. 25-28)

2.2.4 Emplazamiento de los termómetros

Al colocar los instrumentos destinados a la medición de las temperaturas o su registro, con objeto de que indiquen correctamente las temperaturas del aire, deben tenerse en cuenta ciertos factores:

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1. Los instrumentos deben estar protegidos de la radiación solar directa; lo que se desea obtener es la temperatura del aire. y no la que alcanzan los instrumentos cuando los rayos del sol inciden sobre ellos. Los termómetros deben estar también protegidos de las radiaciones procedentes de las paredes, mamparas o tabiques, o cualquier otro foco de calor.

2. Requieren que a su alrededor exista buena ventilación, ya que, si el aire en su vecindad no está en movimiento, el instrumento no indicara la temperatura del aire. En consecuencia, cualquier garita utilizada para instalar el termómetro, debe permitir el paso del aire a través de ·ella sin la menor obstrucción con tal objeto, las garitas deben construirse con paredes en las que existan paredes en las que existan aberturas que permitan la circulación del aire. (Donn, 1978, p. 55-56)

2.2.5 Registro de temperatura

Para propósitos climatológicos es conveniente contar con diferentes representaciones de valores de temperatura. Probablemente, el valor básico de temperatura más usado ·es la media diaria y de la cual se puede obtener los valores mensuales y anuales. 2.2.5.1 La temperatura horaria Se obtiene de las bandas termo gráficas después de efectuada la corrección correspondiente.

2.2.5.2 La temperatura media diaria

En estaciones con termógrafo, se consigue tomando la medida de las veinticuatro lecturas horarias. En aquellas estaciones sin termógrafo la media diaria se computa de las maneras siguientes:

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a. Sumando y promediando las temperaturas máxima y mínima del día.

b. Sumando y promediando las lecturas de las observaciones diarias (en el Perú las observaciones se realizan a las 0700, 1200 y 1900 hora local).

2.2.5.3 La temperatura media mensual

Se halla sumando las medias diarias y dividiendo entre el número de días del mes; y la temperatura media anual se obtiene sumando y promediando las doce medias mensuales.

Cuando se desea representar las temperaturas que caracterizan el clima de una región se recurre a los promedios llamados "temperaturas

normales";

que

son

índices

fundamentales

climatológicos que sirven para estudiar, comparar y clasificar los climas, y que pueden decirse que son las temperaturas medias; que debieran registrarse en un lugar determinado si el tiempo no acusara diferencias de un año a otro. Estando el Perú en la región tropical se requiere, por lo menos, 10 años de observaciones continuas para establecer la normal de temperatura.

2.2.5.4 La temperatura normal diaria

Es la temperatura ideal que debiera registrarse cada día. Esta se halla sumando las temperaturas medias correspondientes a un día fijo de una serie disponible de años de registro. Por ejemplo, si disponemos de 10 años de registro y deseamos conocer la temperatura normal del día 23 de enero sumamos las temperaturas medias diarias de este día durante los 10 años y las dividimos entre 10.

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De esta manera, por 'comparación de la media diaria de cualquier día del año con su normal diaria, se puede conocer la desviación diaria de su valor normal.

2.2.5.5 La temperatura normal mensual

Es la temperatura que debiera registrarse cada mes. Esta se consigue

sumando

las

temperaturas

medias

mensuales

correspondiente a un mes dado (enero, por ejemplo) de una serie de años y dividiendo el total entre el número de años de dicha serie. En la misma forma se procede con los restantes once meses (figura 3). Así, al finalizar cada mes, por comparación de la media mensual con su normal mensual se conocerá si ha sido más frío o más caluroso de lo que corresponde.

Figura N° 3: Variación anual de la temperatura normal (19251960) Puerto Chicama (Or41'S- 79°26'W) La Libertad Perú

Fuente: Internet

2.2.5.6 La temperatura normal anual

Es la temperatura media que debiera registrarse cada año. Se obtiene sumando y promediando las temperaturas medias anuales 21

del número de años registrados. Es un valor muy usado para comparar climas de diversas regiones. (Valdivia, 1977, p. 28- 29).

2.2.6 Variación de la temperatura

La temperatura es uno de los elementos más importantes del tiempo, que ejerce gran influencia en la vida humana, así como en los animales y plantas. Es, pues, un elemento determinante de las condiciones de la vida y productividad en las diversas regiones de la tierra. Asimismo, el conocimiento exacto de las variaciones de temperatura es fundamental para valorizar un clima desde el punto de vista agrícola, ganadero, industrial, etc.

a. Variación diurna

Se define como el cambio de temperatura entre el día y la noche, producido por la rotación de la Tierra. Durante el día la radiación solar es en general mayor que la terrestre, por lo tanto, la superficie de la Tierra se torna más caliente. Durante la noche, en ausencia de la radiación solar, sólo actúa la radiación terrestre, y consecuentemente, la superficie se enfría. Dicho enfriamiento continúa hasta la salida del sol. Por lo tanto, la temperatura mínima ocurre generalmente poco antes de la salida del sol.

b. Variación estacional

Esta variación se debe a la inclinación del eje terrestre y el movimiento de traslación de la Tierra alrededor del sol. El ángulo de incidencia de los rayos solares varía, estacionalmente, en forma diferente para los dos hemisferios. El hemisferio norte es más cálido en los meses de junio, julio y agosto, en tanto que el hemisferio sur recibe más energía solar en diciembre, enero y febrero. 22

c. Variaciones con la Latitud

La mayor inclinación de los rayos solares en altas latitudes, hace que éstos entreguen menor energía solar sobre estas regiones, siendo mínima dicha entrega en los polos. En tanto que sobre el Ecuador los rayos solares llegan perpendiculares, siendo allí máxima la entrega energética.

d. Variaciones con los tipos de superficie

En primer lugar, la distribución de continentes y océanos produce un efecto muy importante en la variación de la temperatura, debido a sus diferentes capacidades de absorción y emisión de la radiación. Las grandes masas de agua tienden a minimizar los cambios de temperatura, mientras que los continentes permiten variaciones considerables en la misma.

Sobre los continentes existen diferentes tipos de suelo: Los terrenos pantanosos, húmedos y las áreas con vegetación espesa tienden a atenuar los cambios de temperatura, en tanto que las regiones desérticas o áridas permiten cambios grandes en la misma.

e. Variación con la altura

A través de la primera parte de la atmósfera, llamada troposfera, la temperatura decrece con la altura. Este decrecimiento se define como Gradiente vertical de Temperatura y es en promedio de 6,5ºC/1000m. Sin embargo, ocurre a menudo que se registre un aumento de la temperatura con la altura: Inversión de temperatura. Durante la noche la Tierra irradia (pierde calor) y se enfría mucho más rápido que el aire que la circunda; entonces, el aire en contacto con ella será más frío mientras que por encima la temperatura será mayor. Otras veces se

23

debe al ingreso de aire caliente en algunas capas determinadas debido a la presencia de alguna zona frontal.

2.2.7 Clima urbano frente a clima rural

Al construir ciudades, los hombres, sin proponérselo, han producido "células" de condiciones climáticas, decididamente distintas de las que existen, a su alrededor, en el medio rural en que están enclavadas. Realmente existe un efecto térmico urbano, y aunque en menor extensión también un efecto sobre la precipitación; gran parte de las diferencias existentes entre dos regiones, depende de la presencia de pavimentación y edificio, compuestos de alguna clase de piedra u hormigón que cubre buena parte de la superficie del suelo en las ciudades. Aparte de ello, en los recientes años se ha producido un efecto adicional, en virtud de la contaminación atmosférica, que ha contribuido substancialmente a una modificación del clima urbano, especialmente en las grandes ciudades. (Donn, 1978, p. 523).

2.2.8 Efecto térmico

Las estructuras y las actividades de las gentes en las ciudades determinan una alteración, pequeña, pero evidente, en el clima. Durante el día, las ciudades resultan, tan solo, ligeramente más cálidas en verano, y algo menos frías en invierno que. sus alrededores, pero, en cambio, el enfriamiento nocturno es mucho más acusado en las zonas rurales. La disminución de temperatura que tiene lugar, durante Ja noche, en el "campo" por lo general. Supera a la que ocurre en la ciudad en unos 3° a 6° C. las razones, en virtud de las que se registra este efecto bien conocido, son diversas:

1. La atmosfera contaminada de las ciudades retrasa el escape de la radiación de longitud de onda larga, con lo cual el suelo y el aire, en contacto con el mismo, se mantienen más calientes. 24

2. Las zonas cubiertas de vegetación se hacen más frías, por la noche, debido a la radiación que tiene lugar de forma relativamente rápida e intensa, por parte de las superficies oscuras y regulares de las hojas y césped, a lo que hay que agregar el enfriamiento por transpiración (evaporación) de la humedad de la vegetación.

3. Las superficies naturales planas irradian hacia arriba, mientras que la radiación procedente de las irregulares estructuras que constituyen los edificios, lo hace tanto hacia arriba como hacia abajo, con lo cual la superficie del suelo se calienta. Por otra parte, la irregularidad del terreno, afectado por las construcciones, aumenta ligeramente la absorción de calor durante el día, con lo cual, de nuevo, los días y noches se mantienen algo más cálidos.

4. Las ciudades producen cantidades relativamente grandes de calor, debido a las instalaciones productoras de energía o a las combustiones que tienen lugar para distintos propósitos; al cabo del año, tal energía representa una gran proporción de la absorbida a partir de la radiación solar.

5. Los edificios están formados por células con aire cálido inmovilizado ya sea en forma de habitaciones o en, espacios vacíos entre muros; todo ello determina un retraso en el rápido enfriamiento que se inicia al caer la tarde.

6. El hormigón, asfalto o pavimentos de piedra, son más densos que la roca y los materiales análogos que constituyen el suelo, y de los que aquellos están hechos, de forma que poseen una capacidad calorífica total superior a la de los suelos naturales.

25

2.2.9 Sub base granular Es un material granular grueso, que se compone de un porcentaje de triturados, arena y una pequeña parte de materiales finos. Su capa se encuentra entre la base granular y la sub rasante. Sus principales usos son: en la construcción de vías como capa en la instalación de pavimentos asfálticos y pavimentos de concreto, como material de soporte de sardineles y bordillos.

Figura N° 4: Sub base granular

Fuente: Internet

2.2.9.1 Clases de sub base granular

Se definen tres clases de sub base granular en función de la calidad de los agregados (clases A, B y C).

Tabla N° 1: Uso típico de las diferentes clases de sub base granular

Fuente: Internet 26

2.2.9.2 Requisitos de calidad para los agregados Los agregados para la construcción de la sub base granular deberán satisfacer los requisitos de calidad indicados en la Tabla N° 2. Además, se deberán ajustar a alguna de las franjas granulométricas que se muestran en la Tabla N° 3. Tabla N° 2: Requisitos de los agregados para sub bases granulares

Fuente: Internet

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Tabla N° 3: Franjas granulométricas del material de sub base granular

Fuente: Internet

Para prevenir segregaciones y garantizar los niveles de compactación

y

resistencia

exigidos

por

la

presente

especificación, el material que produzca el Constructor deberá dar lugar a una curva granulométrica uniforme y sensiblemente paralela a los límites de la franja, sin saltos bruscos de la parte superior de un tamiz a la inferior de un tamiz adyacente y viceversa.

2.9.2.3 Equipos

Para la construcción de la sub base granular se requieren equipos para la explotación de los materiales, eventualmente una planta de trituración, una unidad clasificadora y, de ser necesario, un equipo de lavado. Además, equipos para mezclado, cargue, transporte, extensión, humedecimiento y compactación del material, así como herramientas menores.

2.9.2.4 Ejecución de los trabajos

1. Explotación de materiales y elaboración de agregados.

28

2. Preparación de la superficie existente: El Interventor sólo autorizará la colocación de material de sub base granular cuando la superficie sobre la cual se debe asentar tenga la compactación apropiada y las cotas y secciones indicadas en los planos o definidas por él, con las tolerancias establecidas.

Además,

deberá

estar

concluida

la

construcción de las cunetas, desagües y filtros necesarios para el drenaje de la calzada. Si en la superficie de apoyo existen

irregularidades

que

excedan

las

tolerancias

determinadas en la especificación de la capa de la cual forma parte, de acuerdo con lo que se prescribe en la unidad de

obra

correspondiente,

el

Constructor

hará

las

correcciones necesarias, a satisfacción del Interventor.

3. Fase de experimentación.

FALTA 4. Transporte y almacenamiento del material.

FALTA 5. Extensión y conformación del material: El material se deberá disponer en un cordón de sección uniforme donde el Interventor verificará su homogeneidad. Si la capa de sub base granular se va a construir mediante la combinación de dos (2) o más materiales, éstos se deberán mezclar en un patio fuera de la vía, por cuanto su mezcla dentro del área del proyecto no está permitida. En caso de que sea necesario humedecer o airear el material para lograr la humedad óptima de compactación, el Constructor empleará el equipo adecuado y aprobado, de manera que no

29

perjudique la capa subyacente y deje el material con una humedad uniforme. Este, después de humedecido o aireado, se extenderá en todo el ancho previsto en una capa de espesor uniforme que permita obtener el espesor y el grado de compactación exigidos, de acuerdo con los resultados obtenidos en la fase de experimentación. En todo caso, la cantidad de material extendido deberá ser tal, que el espesor de la capa compactada no resulte inferior a cien milímetros (100 mm) ni superior a doscientos milímetros (200 mm). Si el espesor de sub base compactada por construir es superior a doscientos milímetros (200 mm), el material se deberá colocar en dos o más capas, procurándose que el espesor de ellas sea sensiblemente igual y nunca inferior a cien milímetros (100 mm). El material extendido deberá mostrar una distribución granulométrica uniforme, sin segregaciones evidentes. El Interventor no permitirá la colocación de la capa siguiente, antes de verificar y aprobar la compactación de la precedente. En operaciones de bacheo o en aplicaciones en áreas reducidas, el Constructor propondrá al Interventor los métodos de extensión que garanticen la uniformidad y la calidad de la capa.

6. Compactación: Una vez que el material extendido de la sub base granular tenga la humedad apropiada, se conformará ajustándose

razonablemente

a

los

alineamientos

y

secciones típicas del proyecto y se compactará con el equipo aprobado por el Interventor, hasta alcanzar la densidad seca especificada. Aquellas zonas que, por su reducida extensión, su pendiente o su proximidad a obras de arte no permitan la utilización del equipo que normalmente se utiliza, se compactarán por los medios adecuados para el caso, en 30

tal forma que la densidad seca que se alcance no sea inferior a la obtenida en el resto de la capa.

La

compactación

se

efectuará

longitudinalmente,

comenzando por los bordes exteriores y avanzando hacia el centro, traslapando en cada recorrido un ancho no menor de la mitad del ancho del rodillo compactador. En las zonas peraltadas, la compactación se hará del borde inferior al superior.

7. Construcción de la sub base granular sobre un afirmado existente: Si el proyecto contempla que el afirmado existente forme parte de la capa de sub base granular, aquel se deberá escarificar en una profundidad de cien milímetros (100 mm) o la que especifiquen los documentos del proyecto o indique el Interventor, y se conformará y compactará de manera de obtener el mismo nivel de compactación exigido a la sub base granular, en un espesor de ciento cincuenta milímetros (150 mm). Si el espesor del afirmado es menor de cien milímetros (100 mm), el Interventor podrá autorizar que el material de sub base granular se mezcle con el del afirmado, previa la escarificación de éste.

8. Apertura al tránsito: Sobre las capas en ejecución se prohibirá la acción de todo tipo de tránsito mientras no se haya completado la compactación. Si ello no es factible, el tránsito que necesariamente deba pasar sobre ellas, se distribuirá de forma que no se concentren ahuellamientos sobre la superficie. El Constructor deberá responder por los daños producidos por esta causa, debiendo proceder a la reparación de los mismos con arreglo a las indicaciones del Interventor.

31

9. Limitaciones en la ejecución: No se permitirá la extensión de ninguna capa de material de sub base granular mientras no haya sido realizada la nivelación y comprobación del grado de compactación de la capa precedente. Tampoco se podrá ejecutar la sub base granular en momentos en que haya lluvia o fundado temor que ella ocurra, ni cuando la temperatura ambiente sea inferior a dos grados Celsius (2° C). (mover las sangrías a la izq.) 10. Bacheos: Las excavaciones para la reparación de un pavimento asfáltico existente de estructura convencional (capas asfálticas densas, base granular y subͲ base granular), cuya profundidad sea superior a trescientos milímetros (300 mm) se deberán rellenar con material de subͲbase granular desde el fondo de la excavación hasta una profundidad de doscientos cincuenta milímetros (250 mm) por debajo de la rasante existente, material que deberá ser compactado con el equipo adecuado hasta alcanzar la densidad seca especificada. Teniendo en cuenta que algunos pavimentos asfálticos de la red vial nacional tienen estructuras muy gruesas y complejas, debido a que han sido sometidos a varias intervenciones de rehabilitación, el eventual uso de materiales de subͲbase granular en las operaciones de bacheo en ellos se deberá definir en los documentos del respectivo proyecto, o, en su defecto, será establecido por el Interventor.

11. Conservación: El Constructor deberá conservar la capa de sub base granular en las condiciones en las cuales le fue aceptada por el Interventor hasta el momento de ser recubierta por la capa inmediatamente superior, aun 32

cuando aquella sea librada parcial o totalmente al tránsito público.

Durante dicho lapso, el Constructor deberá reparar, sin costo adicional para el Instituto Nacional de Vías, todos los daños que se produzcan en la sub base granular y restablecer el mismo estado en el cual ella se aceptó.

12. Manejo ambiental.

2.2.9.5 Funciones de la sub base granular A. Función económica

Una de las principales funciones de esta capa es netamente económica; en efecto, el espesor total que se requiere para que el nivel de esfuerzos en la sub rasante sea igual o menor que su propia resistencia, puede ser construido con materiales de alta calidad; sin embargo, es preferible distribuir las capas más calificadas en la parte superior y colocar en la parte inferior del pavimento la capa de menor calidad la cual es frecuentemente la más barata. Esta solución puede traer consigo un aumento en el espesor total del pavimento y, no obstante, resultar más económica.

B. Capa de transición

La sub base bien diseñada impide la penetración de los materiales que constituyen la base con los de la sub rasante y por otra parte actúa como filtro de la base impidiendo que los finos de la sub rasante contaminen menoscabando su calidad. 33

C. Disminución de las deformaciones

Algunos cambios volumétricos de la capa sub rasante, generalmente asociados a cambios en su contenido de agua (expansiones), o a cambios extremos de temperatura (heladas), pueden absorberse con la capa sub base, impidiendo que dichas deformaciones se reflejen en la superficie de rodamiento.

D. Resistencia

La sub base debe soportar los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos a través de las capas superiores y transmitidos a un nivel adecuado a la sub rasante.

E. Drenaje

En muchos casos la sub base debe drenar el agua, que se introduzca a través de la carpeta o por las bermas, así como impedir la ascensión capilar.

2.2.10 Base granular Es un material granular grueso, el cuál dentro de la estructura de pavimentos, se encuentra entre el asfalto o el concreto y la sub-base granular. También está compuesta por un porcentaje de triturados, arena y una pequeña parte de materiales finos.

Figura N° 5: Base granular

34

Fuente: Internet

2.2.10.1 Clases de base granular Se definen tres clases de base granular en función de la calidad de los agregados (clases A, B y C), como se indica en la Tabla N°4. Tabla N° 4: Uso típico de las diferentes clases de base granular

Fuente: Internet

2.2.10.2 Requisitos de calidad para los agregados

35

Tabla N° 5: Requisitos de los agregados para bases granulares

Fuente: Internet Tabla N° 6: Franjas granulométricas del material de base granular

36

Fuente: Internet

Para prevenir segregaciones y garantizar los niveles de compactación

y

resistencia

exigidos

por

la

presente

especificación, el material que produzca el Constructor deberá dar lugar a una curva granulométrica uniforme y sensiblemente paralela a los límites de la franja, sin saltos bruscos de la parte superior de un tamiz a la inferior de un tamiz adyacente y viceversa.

2.2.10.3 Equipo

Para la construcción de la base granular se requieren equipos para la explotación de los materiales, una planta de trituración, una unidad clasificadora y, de ser necesario, un equipo de lavado. Además, equipos para mezclado, cargue, transporte, extensión, humedecimiento y compactación del material, así como herramientas menores.

2.2.10.4 Ejecución de los trabajos 1. Explotación de materiales y elaboración de agregados.

2. Preparación de la superficie existente: El Interventor sólo autorizará la colocación de material de base granular cuando la superficie sobre la cual se debe asentar tenga la compactación apropiada y las cotas y secciones indicadas en los planos o definidas por él, con las tolerancias establecidas. Además, deberá estar concluida la construcción de las cunetas, desagües y filtros necesarios para el drenaje de la calzada. Si en la superficie de apoyo existen irregularidades que excedan 37

las tolerancias determinadas en la especificación de la capa de la cual forma parte, de acuerdo con lo que se prescribe en la unidad de obra correspondiente, el Constructor

hará

las

correcciones

necesarias,

a

satisfacción del Interventor.

3. Fase de experimentación

4. Transporte y almacenamiento del material

5. Extensión y conformación del material: El material se deberá disponer en un cordón de sección uniforme donde el Interventor verificará su homogeneidad. Si la capa de base granular se va a construir mediante la combinación de dos (2) o más materiales, éstos se deberán mezclar en un patio fuera de la vía, por cuanto su mezcla dentro del área del proyecto no está permitida. En caso de que sea necesario humedecer o airear el material para lograr la humedad óptima de compactación, el Constructor empleará el equipo adecuado y aprobado, de manera que no perjudique la capa subyacente y deje el material con una humedad uniforme. Este, después de humedecido o aireado, se extenderá en todo el ancho previsto en una capa de espesor uniforme que permita obtener el espesor y el grado de compactación exigidos, de acuerdo con los resultados obtenidos en la fase de experimentación. En todo caso, la cantidad de material extendido deberá ser tal, que el espesor de la capa compactada no resulte inferior a cien milímetros (100 mm) ni superior a doscientos milímetros (200 mm). Si el espesor de base compactada por construir es superior a doscientos milímetros (200 mm), el material 38

se deberá colocar en dos o más capas, procurándose que el espesor de ellas sea sensiblemente igual y nunca inferior a cien milímetros (100 mm).

El material extendido deberá mostrar una distribución granulométrica uniforme, sin segregaciones evidentes. El Interventor no permitirá la colocación de la capa siguiente, antes de verificar y aprobar la compactación de la precedente. En operaciones de bacheo o en aplicaciones en áreas reducidas, el Constructor propondrá al Interventor los métodos de extensión que garanticen la uniformidad y calidad de la capa.

6. Compactación: Una vez que el material extendido de la base

granular

tenga

la

humedad

apropiada,

se

conformará ajustándose a los alineamientos y secciones típicas del proyecto y se compactará con el equipo aprobado por el Interventor, hasta alcanzar la densidad seca especificada.

Aquellas zonas que, por su reducida extensión, su pendiente o su proximidad a obras de arte no permitan la utilización del equipo que normalmente se utiliza, se compactarán por los medios adecuados para el caso, en tal forma que la densidad seca que se alcance no sea inferior a la obtenida en el resto de la capa. La compactación

se

efectuará

longitudinalmente,

comenzando por los bordes exteriores y avanzando hacia el centro, traslapando en cada recorrido un ancho no menor de la mitad del ancho del rodillo compactador. En las zonas peraltadas, la compactación se hará del borde inferior al superior.

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7. Apertura al tránsito: Sobre las capas en ejecución se prohibirá la acción de todo tipo de tránsito mientras no se haya completado la compactación. Si ello no es factible, el tránsito que necesariamente deba pasar sobre ellas, se distribuirá de forma que no se concentren ahuellamientos sobre la superficie. El Constructor deberá responder por los daños producidos por esta causa, debiendo proceder a la reparación de los mismos con arreglo a las indicaciones del Interventor.

8. Limitaciones en la ejecución: No se permitirá la extensión de ninguna capa de material de base granular mientras no haya sido realizada la nivelación y comprobación del grado de compactación de la capa precedente. Tampoco se podrá ejecutar la base granular en momentos en que haya lluvia o fundado temor que ella ocurra, ni cuando la temperatura ambiente sea inferior a dos grados Celsius (2° C).

9. Bacheos: En las excavaciones para reparación de un pavimento existente de estructura convencional (capas asfálticas densas, base granular y sub-base granular) que tengan una profundidad superior a trescientos milímetros (300 mm), se empleará material de base granular para su relleno por encima de la sub-base granular descrita en el numeral 320.4.10 del Artículo 320, “Sub-base granular”, y hasta una profundidad de setenta y cinco milímetros (75 mm) por debajo de la rasante existente. Si la excavación tiene una profundidad mayor de ciento cincuenta milímetros y menor o igual a trescientos milímetros (> 150 y < 300 mm), ella se rellenará con material de base granular hasta setenta y cinco milímetros 40

(75 mm) por debajo de la rasante existente. En las excavaciones para reparación del pavimento existente cuya profundidad sea menor o igual a ciento cincuenta milímetros (