Caracterización térmica, estructural y mecánica de la Ignimbrita Aeropuerto de Arequipa

Abstract

El presente trabajo de tesis consiste en el estudio de las propiedades térmicas, estructural y mecánicas de la Unidad Blanca de la Ignimbrita Aeropuerto de Arequipa (UB-IAA), que es una roca volcánica que aflora en los yacimientos de la provincia de Arequipa. Esta roca volcánica ha sido utilizada en el sector de la construcción desde la época colonial hasta la actualidad, y en el ámbito científico se tiene información de su geología, composición química, estudios petrográficos, pero no de sus propiedades térmicas. En este trabajo de tesis las propiedades térmicas que se determinaron para la UB-IAA, fueron la conductividad térmica y la difusividad térmica. La conductividad térmica se midió empleando el equipo LAMBDA-UNI, ubicado en el Laboratorio de Ingeniería Física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), que se ha construido cumpliendo las normas ASTM C 177 y ASTM C 1043. Por otro lado, la conductividad térmica obtenido fue de 0,270 ± 0,045W.m-1K-1. La medición de difusividad térmica se realizó en el Laboratorio de Materiales Nanoestructurados de la Facultad de Ciencias de la UNI y se determinó empleando el Método de Ångström y se obtuvo el valor de (5,67 ± 0,46)x10-7 (m2s-1). La caracterización estructural de la UB-IAA se realizó por estudios de difracción de rayos X (DRX), los minerales presentes y su contenido fueron la cristobalita 29 %, sanidina 28 %, anortita 22 %, albita 17% y biotita 4 %. Los principales elementos químicos encontrados en la UB-IAA según espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y su% At fueron oxígeno 51,16 %, silicio 26,86 %, sodio 7,12 %, aluminio 6,08 %, cloro 5,42 %, potasio 1,81 %, calcio 1,12% y hierro 0,46% en concordancia con los resultados obtenidos por DRX en donde se tiene la presencia mayoritaria de estos elementos. Los resultados de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) mostraron que la UB-IAA tiene morfología heterogénea y porosa. En cuanto a la caracterización de las propiedades mecánicas estas se realizaron en el Laboratorio de Ensayo de Materiales (LEM) de la Facultad de Civil de la UNI, y se estudiaron las propiedades mecánicas como unidad de albañilería según el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE E 0.70). Para La resistencia a la compresión uniaxial de la UB-IAA se obtuvo el valor de 91 kg.cm-2. La UB-IAA no esta presente como unidad de albañilería en el RNE E 0.70, sin embargo, según los resultados de alabeo, variación dimensional y resistencia a la compresión, presenta propiedades similares como unidad de albañilería al ladrillo tipo II. Se determinó el valor de absorción de humedad por saturación de 24 horas y se obtuvo el valor promedio de 17,2 %.

This thesis work consists in the study of the thermal, structural and mechanical properties of the White Unit of the Ignimbrita Arequipa Airport (UB-IAA), a volcanic rock that emerges in the deposits of the province of Arequipa. This volcanic rock has been used in the construction sector from the colonial era to the present, and in the field Scientist has information on its geology, chemical composition, petrographic studies, but not about its thermal properties. The thermal properties that were determined in this thesis work for UB-IAA are thermal conductivity and thermal diffusivity. The thermal conductivity was determined using the LAMBDA-UNI equipment, located in the Physical Engineering Laboratory at the Faculty of Science of the National University of Engineering, which has been built in compliance with ASTM C 177 and ASTM C 1043 standards. The value of the The thermal conductivity obtained was 0,270 ± 0,045W.m-1K-1. The measurement of thermal diffusivity was carried out in the Nanostructured Materials Laboratory of the Faculty of Sciences of the UNI and was determined using the Method of Ångström and the value of (5,67 ± 0,46)x10-7 (m2s-1) was obtained. The structural characterization of UB-IAA was carried out by X-ray diffraction studies (DRX) and the main phases present and its percentage content which were cristobalite 29 %, sanidine 28 %, anorthite 22 %, albite 17% and biotite 4 %. The main chemical elements found in the UB-IAA according to dispersive energy spectroscopy (EDS) and% At were oxygen 51,6 %, silicon 26,86 %, aluminum 6,08 %, chlorine 5,42 %, potassium 1,81 %, calcium 1,12% and iron 0,46% in accordance with the results obtained by DRX in which there is a majority presence of these elements. Scanning Electron Microscopy (MEB) results showed that UB-IAA has heterogeneous and porous morphology. Regarding the characterization of the mechanical properties, these were carried out in the Materials Testing Laboratory (LEM) of the Civil Faculty of the UNI, the mechanical properties were studied as a masonry unit according to the National Building Regulation (RNE E 0.70 ). For the uniaxial compression resistance of the UB-IAA, the value of 91 kg.cm-2 was obtained. The UB-IAA is not present as a masonry unit in RNE E 0.70. However, according to the results of warping, dimensional variation and compression resistance, it has similar properties as a brick masonry unit type II. The moisture absorption value was determined by 24 hours saturation and the average value of 17,2 %.