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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PROYECTO DE TESIS

 ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DE SUELOS PROVENIENTES DE LA ZONA LADRILLERA, SAN JERÓNIMO - CUSCO, TRATADOS MEDIANTE LA MEZCLA DE CAL HIDRATADA Y FIBRAS DE POLIPROPILENO PARA SU USO COMO COM O BASE Y SUB-BASE. Presentado por

Delgado Farfán, Dalton Ysaacs Para optar al Título Profesional de Ingeniero Civil  Asesor:

Ing. Eigner Román Villegas

CUSCO – CUSCO – PERÚ  PERÚ 2016.

ÍNDICE GENERAL ÍNDICE GENERAL ............................................................................................... i 1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................... 9 1.1.  Ámbito de Influencia de la Tesis .......................... ............ ........................... .......................... ................... ...... 9 1.1.1. Ubicación Geográfica ..................................................................... 9 1.1.2.  Accesibilidad ................................ ................... .......................... .......................... .......................... ...................... ......... 10 1.1.3.  Ámbito de Influencia de la Teórica ......................... ............ .......................... ...................... ......... 11 1.2.

Descripción de la Situación Actual ........................... .............. .......................... .......................... ............. 11

1.2.1. Diagnóstico de la Situación Actual ............................................... 11 1.3.

Justificación ....................................................................................... 12

1.3.1. Justificación del Problema ............................................................ 12 1.4.

Formulación del Problema ................................................................. 12

1.4.1. Formulación Interrogativa del Problema General ......................... 12 1.4.2. Formulación Interrogativa de los Problemas Específicos ............. 13 1.5.

Objetivos ............................................................................................ 13

1.5.1. Objetivo General........................................................................... General........................................................................... 13 1.5.2. Objetivos Específicos ................................................................... 14 1.6.

Metodología de la Tesis ..................................................................... 15

1.6.1. Tipo de Investigación .................................................................... 15 1.6.2. Nivel de la Investigación ............................................................... 15 1.6.3. Método de Investigación ............................................................... 15 2.

MARCO TEÓRICO DE LA TESIS ............................................................. 16 2.1.  Antecedentes de la Tesis Tesis.......................... ............ ........................... .......................... ......................... ............... ... 16 2.1.1.  Antecedentes a Nivel Nacional Nacional ........................... .............. .......................... .......................... ............. 16 2.1.1.1. Tesis: “PRUEBAS CON UN PRODUCTO ENZIMÁTICO COMO  AGENTE ESTABILIZADOR DE SUELOS PARA CARRETERAS.”

i

Ravines Merino, María Alejandra. Universidad de Piura, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil. Piura, 2010. ................... ............. ...... 16 2.1.2.  Antecedentes a Nivel Internacional Internacional .......................... ............. .......................... .................... ....... 17 2.1.2.1. Tesis: “GUÍA BASICA PARA ESTABILIZACION DE SUELOS CON CAL EN CAMINOS DE BAJA INTENSIDAD VEHICULAR EN EL SALVADOR.” Huezo Maldonado, Maldon ado, Heber Manrique & Orellana Martinez,  Alber Cristian. Universidad de El Salvador Facultad de Ingeniería y  Arquitectura, Escuela de Ingeniería Ingeniería Civil. El Salvador, 2009................. ............ .... 17 2.1.2.2. Tesis: “ESTUDIO COMPARATIVO DE ESTABILIZACIÓN DE UN SUELO ARCILLOSO ALTAMENTE EXPANSIVO UTILIZANDO UN COPOLIMERO MULTIENZIMATICO.” Valdez Guzmán, Carlos Aurelio. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Ingeniería Civil. Michoacán. México, 2008. ........................................... 19 2.2.

Bases Teórico Científicas .................................................................. 20

2.2.1. Suelo. ........................................................................................... 20 2.2.2.  Arcilla. ......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ............. 20 2.2.2.1. Propiedades de las Arcillas .......................... ............. .......................... .......................... ............. 21 2.2.2.2. Clasificación de las Arcillas. ......................... ............ .......................... .......................... ............. 23 2.2.2.3. Minerales Constitutivos de las Arcillas. ......................... ............ ...................... ......... 25 2.2.2.4. Físico Química de las Arcillas ................................................ 26 2.2.2.5. Relaciones entre las Fases Sólida y Líquida de una Arcilla. .. 28 2.2.3. Cal (Carbonato de Calcio) ............................................................ 33 2.2.3.1. Tipos de Cal, Ventaja y Desventajas. .................................... 34 2.2.4. Fibras Sintéticas. .......................................................................... 35 2.2.4.1. Propiedades de las Fibras. .................................................... 35 2.2.4.2. Uso General de las Fibras Sintéticas. ......................... ............ ........................ ........... 37 2.2.4.3. Elección de Fibras Adecuadas Para Cada Aplicación. .......... 37 2.2.4.4. Fibras para el Refuerzo de Tierras. ....................................... 39 2.2.5. Polipropileno. ................................................................................ 42

ii

2.2.5.1. Características. ...................................................................... 45 2.2.5.2. Propiedades. .......................................................................... 45 2.2.6. Estabilidad de Suelos. .................................................................. 46 2.2.6.1. Propiedades de la Estabilidad de Suelos. .............................. 46 2.2.6.2. Tipos de Estabilizaciones....................................................... 52 2.2.6.3. Estabilización de Suelos mediante Métodos Físicos. ............ 57 2.2.6.4. Estabilización de Suelos mediante Otros Métodos. ............... 59 2.2.6.5. Estabilización con Cal. ........................................................... 60 2.2.6.6. Modificación con cal. .............................................................. 62 2.2.7. Pavimento. ................................................................................... 65 2.2.7.1. Características de un Pavimento. .......................................... 65 2.2.7.2. Clasificación de los pavimentos. ............................................ 66 2.2.7.3. Elementos que conforman la Estructura de un Pavimento. ... 67 2.2.8. Ensayos de Laboratorio. ............................................................... 70 2.2.8.1. Clasificación de Suelos. ......................................................... 70 2.2.8.2. Propiedades Índice (Límites de Attenberg) ............................ 71 2.2.8.3. Contenido de Humedad, Ceniza y Materia Orgánica. ............ 74 2.2.8.4. Gravedad Específica. ............................................................. 76 2.2.8.5. Contenido óptimo de Cal (Eades & Grimm Test). .................. 79 2.2.8.6. Ensayos de Compactación .................................................... 81 2.2.8.7. Resistencia a la Compresión Simple. .................................... 84 2.2.8.8. Consolidación. ....................................................................... 85 2.2.8.9. CBR. ...................................................................................... 87 2.2.8.10. Módulo de Resiliencia. ......................................................... 89 2.3.

Hipótesis ............................................................................................ 93

2.3.1. Hipótesis General ......................................................................... 93 2.3.2. Sub Hipótesis ............................................................................... 93

iii

2.4.

Variables e Indicadores ..................................................................... 94

2.4.1. Variables Independientes ............................................................. 94 2.4.2. Indicadores de Variables Independientes ..................................... 94 2.4.3. Variables Dependientes ............................................................... 95 2.4.4. Indicadores de Variables Dependientes ....................................... 95 2.5.

Cuadro de Operacionalización de Variables. ..................................... 96

2.6.

Matriz de Consistencia ....................................................................... 97

3.

CONTENIDO TENTATIVO DE LA TESIS ................................................. 98

4.

PLAN DE ACTIVIDADES ........................................................................ 106

5.

RECURSOS Y PRESUPUESTO ............................................................ 107

6.

REFERENCIAS ...................................................................................... 108

7.  ANEXOS ................................................................................................. 111

iv

Índice de Figuras Figura 1 - Mapa de Ubicación ............................................................................ 9 Figura 2 - Mapa de acesibilidad ....................................................................... 10 Figura 3 - Estructura Molecular de la Sílica. .................................................... 26 Figura 4 - Estructura Molecular de la Alumínica. .............................................. 26 Figura 5 - Formación de la doble capa en torno a un cristal de arcilla sumergido en agua. ........................................................................................................... 32 Figura 6 - Forma de las Fibras Sintéticas. ....................................................... 36 Figura 7 - Aspecto del Polipropileno Virgen. .................................................... 43 Figura 8 - Aspecto de Fibra de Polipropileno Fibrilado y Empaquetado de 19mm.de Longitud. .......................................................................................... 43 Figura 9 - Morfología de la Fibra de Polipropileno en SEM. ............................. 43 Figura 10 - Estabilización con cemento en Carreteras..................................... 55 Figura 11 - Estabilización con asfalto en Carreteras. ....................................... 57 Figura 12 - Estabilización con Cal en Carreteras. ............................................ 61 Figura 13 - La Capa Estabilizada con cal Soporta la erosión ........................... 61 Figura 14 - Arcilla Floculada............................................................................. 64 Figura 15 - Prueba no confinada de compresión ............................................. 85 Figura 16 - Esquema donde se indica cómo se obtiene el módulo de resiliencia a partir de la curva de tracción. ........................................................................ 90

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Índice de Tablas Tabla 1 - Cuadro de Ubicación Geográfica ........................................................ 9 Tabla 3 - Superficies específicas en algunas arcillas ....................................... 21 Tabla 4 - Capacidad de intercambio Catiónico de algunas arcillas .................. 22 Tabla 5 - Clasificación de los silicatos deacuerdo a los Silicatos ..................... 24 Tabla 6 – Tipos de cal ventajas y desventajas ................................................. 34 Tabla 7 - Características Representativas de fibras ......................................... 39 Tabla 8 - Relación entre Diámetro y Superficie Específica de las Fibras Sintéticas   ......................................................................................................................... 40 Tabla 9 - Características de Diversas Fibras de Polipropileno ......................... 44 Tabla 10 – Efectividad de los agentes estabilizadores según el tipo de suelo . 54 Tabla 11 - Pérdida en Testigos de Compresión de Suelos estabilizados con Cemento .......................................................................................................... 56 Tabla 12 - Contenido de Asfalto para Estabilizar ............................................. 57 Tabla 13 - Cantidad Mínima de Espécimen de material Húmedo Seleccionado como Representativo de la Muestra Total ........................................................ 75 Tabla 14 - Valores Típicos para el Factor de Corrección "α"  ........................... 78 Tabla 15 - Valores Típicos de G s  ..................................................................... 79 Tabla 16 - Método del Proctor Estandar .......................................................... 82 Tabla 17 - Método del Proctor Modificado ....................................................... 83 Tabla 18 - Valores de Carga Unitaria a utilizarse en la ecuación de CBR. ...... 88 Tabla 2 - Cuadro de Operacionalización de Variables ..................................... 96 Tabla 19 - Resumen del Plan de Actividades................................................. 106

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INTRODUCCIÓN El presente trabajo de investigación que lleva por título: “ Análisis de la Estabilidad de Suelos Provenientes de La Zona Ladrillera, San Jerónimo - Cusco, Tratados Mediante la Mezcla de Cal Hidratada y Fibras de Polipropileno para su uso como base y sub base”, se desarrolla en la especialidad de Geotecnia de Ingeniería Civil. Como lo indica el título se desarrolla en la Región Cusco, Provincia del Cusco, distrito de San Jerónimo donde se halla la Zona de Ladrillera de donde se ha optado realizar la toma de muestras. Para el presente trabajo de investigación se tiene como objetivo general determinar el comportamiento de estos suelos para lo cual se ha decidido comparar las propiedades de una muestra de suelo no mejorada y otra mejorada con cal hidratada y fibras de polipropileno, siendo las propiedades a analizar los límites de Atterberg, Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo, Esfuerzo a la Compresión Inconfinada, el CBR y el Grado de Consolidación. En base a las Normas Técnico Peruanas (NTP) y el Manual de Ensayo de materiales del MTC, se ha de mencionar que también se toma como referencia normas internacionales como son: ASTM D2974 Determinar del Contenido de Humedad, Ceniza y Materia Orgánica de turba y otros suelos orgánicos, ASTM D6276 Determinación de pH para mínimo contenido de cal (Eads –Grim Test) y ASTM D5102 Resistencia a la Compresión No Confinada mezcla suelo-cal. Los diferentes ensayos de laboratorio se realizaran en el Laboratorio de Suelos y Pavimentos así como el Laboratorio de Química de la Universidad Andina del Cusco que cuenta con los equipos necesarios para concretar estos ensayos. Siguiendo un orden preestablecido, el contenido general de este trabajo de investigación se da de la siguiente manera: Capítulo I, planteamiento del problema, justificación e importancia, objetivos a lograr, hipótesis y la definición de variables. Capítulo II, Antecedentes y aspectos teóricos pertinentes. Capítulo III, Metodología, procedimientos de recolección y análisis de datos. vii

Capítulo IV, resultados puntos más relevantes en el análisis de datos. Capítulo V, contraste de resultados con el marco teórico. Se dan las conclusiones y recomendaciones necesarias, citando las referencias usadas. Finalmente se consideran los anexos de las normas internacionales usadas en los ensayos. El presente trabajo de Investigación busca llegar a resultados concluyentes que incrementen el conocimiento sobre el tema de estabilización de suelos arcillosos, en este caso de la Zona Ladrillera. Brindar una solución para el tratamiento de las arcillas, ante su inestabilidad ante la presencia de agua y su baja resistencia a la carga vehicular. Por lo cual se ha centrado el estudio para su uso como material de base o sub-base, para la infraestructura vehicular. Por otro lado, en un fin didáctico debe ser una guía o un punto de referencia para el tratamiento del suelo arcilloso que se encuentre durante la ejecución de obras viales y su aprovechamiento correspondiente.

viii

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1.

Ámbito de Influencia de la Tesis

1.1.1. Ubicación Geográfica La zona elegida para el presente trabajo de investigación es la Zona Ladrillera por conocimientos previos de la existencia de un suelo tipo fino con alto contenido de arcillas.

Tabla 1 - Cuadro de Ubicación Geográfica Ubicación Geográfica Región

Cusco

Provincia

Cusco

Distrito

San Jerónimo

Coordenadas 13°33’ S Geográficas

71° 53’ O Fuente: Elaboración Propia

Figura 1 - Mapa de Ubicación

Fuente: Google Earth

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En el Gráfico 1 se delimita la Zona Ladrillera con un polígono de color Rojo cerrado. La cual es la zona de donde se ha destinado extraer las muestras para el presente trabajo de investigación.

1.1.2. Accesibilidad La Zona descrita anteriormente, que se muestra en la Figura 1 cuenta con vías adecuadas de acceso como son la Vía de Evitamiento. Existe una sola línea de transporte urbano “E.T. Pegaso.” Los vehículos de servicio privado tienen acceso por la vía de evitamiento pero solo se recomienda el uso de estos por un corto periodo debido a la presencia de vehículos de transporte de media y pesada carga los cuales dificultan el tránsito de vehículos menores.

Figura 2 - Mapa de acesibilidad

Fuente: Google Earth

10

1.1.3. Ámbito de Influencia de la Teórica El presente Trabajo de Investigación se encuentra dentro de la Especialidad de Geotecnia y Transportes de Ingeniería Civil.

1.2.

Descripción de la Situación Actual

1.2.1. Diagnóstico de la Situación Actual La Estabilización de Suelos siempre ha sido un estudio laborioso debido a la característica del suelo de variar sus propiedades en sentido vertical y horizontal. De la misma manera la necesidad de poder utilizar los suelos que se encuentran in situ durante la ejecución de una obra, en el presente estudio se enfocará para infraestructura vial, para aprovechar el uso de los recursos disponibles y disminuir los costos de operación. La Estabilización de suelos se logra por medios físicos o la aplicación de determinados productos químicos para lograr el mejoramiento de las propiedades mecánicas. Dentro de este último podemos encontrar el uso del carbonato de calcio, denominada en adelante simplemente cal, como aditivo para la estabilidad de suelos que debe cumplir ciertos requerimientos establecidos en la AASHTO M-216 ó NTP Nº 334.125:2002 Cal viva y cal hidratada para Estabilización de Suelos. De la misma manera el uso de las Fibras de Polipropileno, un método de estabilización no muy usado en suelos, sin embargo en edificaciones se le conoce como un aditivo para el Concreto Armado, que incrementa la resistencia a la flexión, en base a este hecho se utilizaría esta misma propiedad en la estabilidad de suelos. La aplicación por medio de una mezcla sobre un suelo arcilloso supone una solución, que podría incrementar las propiedades mecánicas de un suelo y resistir nuevas solicitaciones de carga. Para lo cual se realizarán los ensayos necesarios para demostrar el hecho de que ambos materiales en una proporción adecuada incrementan las propiedades mecánicas del suelo.

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Los primeros ensayos a realizar deben identificar las propiedades o características generales del suelo y de la cal, cada uno independientemente como la mezcla entre ambos. Buscando un punto de equilibrio en la mezcla de su pH, para evitar una carbonatación excesiva del suelo, lo cual servirá para encontrar también el contenido de humedad óptimo y el peso específico máximo de la mezcla suelo-cal con fibras de polipropileno, al ser las fibras elementos hidrofóbicos no intervienen en la proporción de agua a realizar. Consiguientemente, se procederá a realizar los ensayos de compresión inconfinada, CBR y consolidación unidimensional para suelo sin estabilizar y suelo estabilizado. Los resultados obtenidos habrán de compararse para cuantificar la mejoría entre ambos especímenes.

1.3.

Justificación

1.3.1. Justificación del Problema El presente Proyecto de Tesis es importante porque nos permite conocer el comportamiento de suelos provenientes de la zona Ladrillera del Distrito San Jerónimo de la provincia del Cusco que al ser estabilizados mediante la mezcla de cal hidratada y fibras de polipropileno, mejoran su comportamiento ante la acción de solicitaciones externas. Asimismo se puede aplicar los mismos principios en proyectos donde se puede hacer uso del material propio existente en la zona. Lo cual con lleva a una disminución de costo, añadiendo un valor agregado al proyecto. De esta forma mejorar la calidad de las vías a un menor costo.

1.4.

Formulación del Problema

1.4.1. Formulación Interrogativa del Problema General ¿En qué medida se modifican las magnitudes de las propiedades físico-mecánicas de un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eads Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San Jerónimo- Cusco?

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1.4.2. Formulación Interrogativa de los Problemas Específicos a) ¿Cuál es la diferencia del Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? b) ¿Cómo varía el esfuerzo a la Compresión Inconfinada de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? c) ¿Cuál es la diferencia del grado de consolidación de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? d) ¿En qué porcentaje varía el CBR de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? e) ¿Cómo varía el Módulo Resilente de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo?

1.5.

Objetivos

1.5.1. Objetivo General Determinar la proporción en la cual se modifican las magnitudes de las propiedades físico-mecánicas de un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno

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al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de modificación proveniente de la zona ladrillera del Distrito San JerónimoCusco.

1.5.2. Objetivos Específicos a) Analizar la diferencia del Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. b) Cuantificar la variación en el esfuerzo a la Compresión Inconfinada de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. c) Determinar la diferencia del grado de consolidación de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. d) Determinar el porcentaje en que varía el CBR de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. e) Cuantificar la variación del Módulo Resilente de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo.

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1.6.

Metodología de la Tesis

1.6.1. Tipo de Investigación En concordancia a lo que menciona (Hernandez Sampieri, 2007) y (Bernal, 2002) un enfoque cuantitativo usa la recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías. Lo cual supone una serie de postulados que expresen relaciones entre variables estudiadas de forma deductiva. La presente investigación es aplicativa pues usa los recursos disponibles y en beneficio de la sociedad. Por lo cual el tipo de investigación es: Cuantitativo y aplicativa.

1.6.2. Nivel de la Investigación En concordancia a lo que menciona (Hernandez Sampieri, 2007, pág. 105) el propósito de un estudio correlacional es conocer la relación que exista entre dos o más conceptos categorías o variables en un contexto en particular. Los estudios correlaciónales cuantifican las relaciones es decir, miden cada variable presuntamente relacionada y después miden y analizan la correlación. Por lo cual el tipo de investigación es: Correlacional.

1.6.3. Método de Investigación En concordancia a lo que menciona (Bernal, 2002, pág. 56) el método hipotético  – deductivo, consiste en procedimiento que parte de unas aseveraciones en calidad de hipótesis y busca refutar o f alsear tales hipótesis, deduciendo de ellas conclusiones que deben confrontarse con los hechos. Por lo cual el método de investigación es: Hipotético – Deductivo.

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2. MARCO TEÓRICO DE LA TESIS 2.1.

Antecedentes de la Tesis

2.1.1. Antecedentes a Nivel Nacional 2.1.1.1.

Tesis: “PRUEBAS CON UN PRODUCTO ENZIMÁTICO

COMO AGENTE ESTABILIZADOR DE SUELOS PARA CARRETERAS.”

Ravines

Merino,

María

Alejandra.

Universidad de Piura, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil. Piura, 2010. Esta tesis evalúa el producto: Perma-Zyme 22X, el cual es un aditivo a base enzimas orgánicas que se vende como posible mejorador de la estabilidad de suelos y permitiría incrementar la resistencia de suelos finos plásticos - arcillosos. Las pruebas se realizaron en el Laboratorio de Suelos de la Universidad de Piura con base en la Norma Técnica Peruana adecuada para cada ensayo realizado. El estudio se centra en un solo tipo de suelo y las variaciones sufridas en sus propiedades mecánicas después del uso del aditivo químico. Como resultado final se presentan una serie de cuadros y tablas que muestran una tendencia positiva a mejorar algunas propiedades. Las conclusiones a resaltar de esta tesis son: 

Las pruebas mecánicas demuestran que existe una tendencia a mejorar ciertas propiedades: -

Aumento del valor soporte relativo y de la resistencia. Se confirma una mejoría en los resultados de las pruebas CBR, con un aumento en los resultados de las pruebas de hasta el 200% en el material con aditivo con respecto al material sin aditivo.

-

Los mejores resultados se dieron en aquellas probetas en la cuales se trabajó con la mayor concentración de aditivo y con la condición de 72 horas de secado antes de colocarlas en la poza de curado. 16

-

Los resultados de CBR coinciden con los resultados de las pruebas hechas por el MTC, lo que confiere una mayor credibilidad a la investigación.

-

Existe la tendencia a la disminución de absorción de agua. El aditivo provoca la acción aglutinante sobre los materiales finos plásticos-arcillosos, por la cual en las probetas con mayor porcentaje de finos la absorción de agua (aunque no muy notoria) es menor.

-

Existe la tendencia a la disminución del hinchamiento. Mayor reducción en aquellas probetas a las cuales se dejó el aditivo actuar 72 horas antes de ponerlas en la cámara de curado.

La mayor reducción del hinchamiento lograda fue de un 50% con respecto a las probetas si aditivo.

2.1.2. Antecedentes a Nivel Internacional 2.1.2.1.

Tesis: “GUÍA BASICA PARA ESTABILIZACION DE

SUELOS CON CAL EN CAMINOS DE BAJA INTENSIDAD VEHICULAR EN EL SALVADOR.” Huezo Maldonado, Heber Manrique & Orellana Martinez, Alber Cristian. Universidad de El Salvador Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Escuela de Ingeniería Civil. El Salvador, 2009. Cuando en el ámbito de la construcción de caminos se encuentran suelos plásticos (arcillas), lo primero que se piensa es la manera de cómo solventar este problema y a menudo se soluciona con el desalojo de todo el material plástico generando así un mayor costo. Un buen tratamiento de los suelos plásticos mediante una estabilización, permitirá utilizar los suelos del lugar donde se realizará una obra, bajando costos de préstamo y acarreo de material. Con el diseño y técnica de construcción apropiado, el tratamiento con cal transforma químicamente los suelos plásticos en materiales utilizables como estructura de pavimento, mejorando características y propiedades del suelo entre estas la resistencia a la compresión y capacidad portante. 17

De ahí la importancia de desarrollar en base a una amplia investigación una “Guía básica para estabilización de suelos con cal en caminos de baja intensidad vehicular en El Salvador”, la cual es presentada en tres grandes áreas: La primera, generalidades sobre los suelos, pavimentos y cal; que corresponde a una investigación bibliográfica teórica referente al tema. La segunda, el diseño de la mezcla suelo-cal, que corresponde a los ensayos de materiales en laboratorio, regidos bajo las especificaciones de normas ASTM (American Society for Testing and Materials) y  AASHTO (American Association of State Highway and Transport Oficial) correspondientes a cada ensayo. La tercera, el proceso constructivo de la capa suelo-cal en proyecto de carretera realizando un tramo de prueba, y verificando la calidad de la capa terminada mediante ensayos. Además de presentar una serie de conclusiones y recomendaciones producto del desarrollo de esta investigación, así como la bibliografía utilizada para la misma. Las conclusiones a resaltar de esta tesis son: 

El suelo estabilizado con cal y analizados para fines de esta investigación, presenta resultados de resistencia a la compresión con un incremento del mas del 100% a los valores obtenidos para el mismo suelo sin cal a los 90 días de curado, tiempo que se define en la norma  ASTM D 5102-04, como el tiempo necesario en los que los especímenes de mezcla suelo-cal alcanzan una resistencia a la compresión aceptable.



La ganancia de resistencia a la compresión en suelos estabilizados con cal, depende de diversos factores como el buen diseño de la mezcla suelo-cal, tipo de cal implementada, mineralogía del suelo y proceso constructivo de la capa suelo-cal, de ahí la importancia de establecer un plan de control de calidad que asegure la correcta ejecución de todas las etapas antes mencionadas.



La ganancia de resistencia a compresión simple inconfinada de probetas elaboradas con la energía de compactación AASHTO T 180

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y AASHTO T 99 para 3 días con curado estándar, fue entre 20 y 30%, a los 7 días entre 40 y 50%, y a los 28 días entre 60 y 70%, de la resistencia obtenida a los 90 días. La resistencia a la compresión y los valores de CBR obtenidos en la



mezcla suelo-cal generada para fines de esta investigación, sirven como parámetros de comparación sobre las mejoras que se pueden obtener al adicionar cal a un suelo plástico; la aceptabilidad o rechazo de estos resultados de resistencia a la compresión y valores de CBR dependerán de las especificaciones técnicas y contractuales para cada obra en particular donde sea implementada esta técnica e estabilización.

2.1.2.2.

Tesis: “ESTUDIO COMPARATIVO DE ESTABILIZACIÓN

DE UN SUELO ARCILLOSO ALTAMENTE EXPANSIVO UTILIZANDO UN COPOLIMERO MULTIENZIMATICO.” Valdez Guzmán, Carlos Aurelio. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Facultad de Ingeniería Civil. Michoacán. México, 2008. Los técnicos de la construcción desde los inicios de la civilización, nos hemos enfrentado a diversos problemas planteados por el terreno, sobre el cual cimentamos nuestros caminos, puentes y edificaciones, en donde la utilización del terreno es visto como un material de construcción siendo conocido como suelo. El suelo, ha sido el de mayor uso y proporción por el hombre en las obras de infraestructura, esto se observa desde los caminos y puentes romanos, en la gran muralla china y el los mayas quienes lograron la construcción de terrazas para contener la erosión del suelos, secaron pantanos mediante la apertura de zanjas y utilizaron el suelo excavado para conformar campos de tierra elevados. Lo anterior sugiere, que desde hace ya bastante tiempo se comprendió que el terreno cercano a las obras, no siempre cumple con los requisitos necesarios para utilizarse en dichas obras. Por los tanto fue necesario utilizar diversas técnicas de mejoramiento o estabilización de un suelo para modificar las características del mismo y adecuarlo a sus necesidades. La conclusión a resaltar de esta tesis es: 19



El aditivo no llega a impermeabilizar completamente al material como se ve en el material 2, tal vez sea que (en este caso) exista algún mineral que esté afectando la reacción, todo esto pero deja muchas dudas acerca de su funcionamiento, la permeabilidad es otro parámetro que tiende a disminuir en todos los materiales aunque en el material 2 (nuevamente) esta no pare ser afectada por el aditivo. El único parámetro que invariablemente muestra un incremento por el agente o aditivo estabilizador es la compresibilidad del material. Donde debe entenderse por “material 2” a una “Arcilla inorgánic a de media a baja plasticidad (CL) de color gris.”

2.2.

Bases Teórico Científicas

2.2.1. Suelo. En concordancia con (Badillo & Rodríguez, 2005, pág. 34) en la presente investigación denominaremos suelo al: conjunto y agregado de partículas con organización definida y propiedades que varían vectorialmente. En la dirección vertical generalmente sus propiedades cambian mucho más rápido que en sentido horizontal. De la misma manera se considera el concepto de los mismos autores que entienden por suelo a: “todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidas de la definición las rocas ígneas o metamórficas y los depósitos sedimentarios altamente sementados, que no se desintegren rápidamente por acción de la intemperie, asimismo el agua juega un papel importante en el comportamiento mecánica del suelo por lo que debe considerarse como parte integral del mismo.”

2.2.2. Arcilla. Extrayendo el concepto de (Badillo & Rodríguez, 2005, pág. 37), la arcilla, es el producto final de la descomposición química de numerosos minerales (de aluminio y principalmente silicatos) que se encuentran en las rocas ígneas. Presentan diversas coloraciones dependiendo de su cantidad

de

impurezas.

Físicamente

se

consideran

partículas

20

extremadamente pequeñas y de superficie lisa, el diámetro de la partícula de arcilla es inferior a 0.002mm. De la misma manera (Ravines Merino, 2010) nos brinda el siguiente concepto: La fracción más fina de las partículas que forman el suelo se denomina arcilla, cuyas propiedades físico-químicas dependen de su morfología laminar (filosilicatos), de su tamaño de grano (inferior a 2 μmm) y de las sustituciones isomórficas en las láminas que dan lugar a la aparición de las cargas en éstas.

2.2.2.1. Propiedades de las Arcillas Según (García Romero & Suárez Barrios) Las principales propiedades de las arcillas son: 

Superficie específica: Se define como el área de la superficie externa más el área de la superficie interna (en caso de que exista) de las partículas constituyentes. Las arcillas poseen una elevada superficie específica, muy importante en la interacción sólido-fluido.

Tabla 2 - Superficies específicas en algunas arcillas Tipo de Arcilla

Superficie Específica (m2 /g)

Caolinita de alta cristalinidad

15

Caolinita de baja cristalinidad

50

Halloisita

60

Illita

50

Montmorillonita

80-300

Sepiolita

100-240

Paligorskita

100-200 Fuente: (García Romero & Suárez Barrios)



Capacidad de Intercambio catiónico: se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Para entender mejor este concepto se ha de mencionar a las esmecitas que son capaces de cambiar fácilmente los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlamianres, o en

21

otros espacios interiores de la estructura, por otros existentes en soluciones acuosas envolventes. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes. Donde el primero es conocido como carga permamente y supones un 80% de la carga neta de la partícula. o

Sustituciones isomórficas dentro de la estructura.

o

Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas.

o

Disociación de los grupos hidroxilos accesibles.

Tabla 3 - Capacidad de intercambio Catiónico de algunas arcillas Capacidad de Intercambio

Tipo de Arcilla

Catiónico (meq/100 g)

Caolinita

3-5

Halloisita

10 - 40

Illita

10 - 50

Clorita

10 - 50

Vermiculita

100 - 200

Montmorillonita

80 - 200

Sepiolita - Paligorskita

20 - 35 Fuente: (García Romero & Suárez Barrios)



Capacidad de Absorción: Está directamente ligada con la textura (superficie específica y porosidad). Acá se puede hablar de dos procesos físicos que se dan de forma aislada:   El

o

proceso

de

absorción,

que

es

aquel

proceso

fundamentalmente físico como la retención por capilaridad. o

El proceso de adsorción, que es aquel en el cual hay cierto tipo de interacción química entre la arcilla (en este caso) y el líquido adsorbido.



Hidratación e hinchamiento: El hinchamiento se da como consecuencia de la absorción de agua en el espacio interlaminar que genera la separación de las láminas. Esto se puede explicar de la siguiente forma: a medida que el agua penetra y las láminas se separan más entre sí, se generan fuerzas electrostáticas de repulsión entre las láminas, lo cual a la vez contribuye al proceso de hinchamiento logrando disociar unas láminas de otras a veces completamente.

22



Plasticidad: Ésta es la principal característica de este tipo de suelos, y principalmente es debido a la forma de la partícula y el tamaño de grano. La proporción agua/arcilla es de importancia ya que el agua va a lubricar las láminas causando el deslizamiento de éstas, esto se da cuando hay un esfuerzo generado por una carga mayormente.



Tixotropía: Esta propiedad se define como la pérdida de resistencia al amasarla, con su posterior recuperación con el tiempo. Aquellas arcillas que poseen esta propiedad al ser amasadas se convierten en líquido, al dejarlas luego en reposo, recuperarán su cohesión, así como su comportamiento sólido; para que muestre su comportamiento tixotrópico debe tener cierto porcentaje de agua con el cual se aproxima a su límite líquido. Muy por el contrario cuando este porcentaje de agua llega al nivel que se requiere para acercarse al límite plástico, la arcilla no tendrá la oportunidad de presentar su comportamiento tixotrópico.

2.2.2.2. Clasificación de las Arcillas. 2.2.2.2.1.

En función a su Volumen.

Como lo indica (Cruz Lopez, 2001) menciona la Clasificación del M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) que muestra la siguiente clasificación para las arcillas. 

Gruesas

: 0.002 a 0.0006 mm.



Mediana

: 0.0006 mm 0.0002.



Fina (Coloides)

: menores a 0.0002mm.

2.2.2.2.2.

En función a los Filosilicatos

Los filosilicatos se clasifican atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctaédricos o trioctaédricos. Como puede verse pertenecen a los filosilicatos grupos de minerales tan importantes como las micas y las arcillas.

23

Tabla 4 - Clasificación de los silicatos deacuerdo a los Silicatos DIOCTAÉDRICOS BILAMINARES 1:1

Caolinita Canditas

TRILAMINARES

TRIOCTAÉDRICOS

Nacrita

Antigorita Serpentina

Dickita

Luzardita

Halloisita

Bertierina

Pirofilita

T:O:T

Talco Montmorillonita

2:1

Esmectitas

Crisotilo

Beidellita

Saponita Esmectitas

-hectorita

Nontronita Vermiculitas

Vermiculitas

Illitas Moscovita Micas

Biotita

Paragonita

Micas

Flogopita Lepidolita

TOTO 2:1:1

CLORITAS

FIBROSAS

Paligorskita

Sepiolita Fuente: (García Romero & Suárez Barrios)

2.2.2.2.3.

En función a su estructura.

Como lo indican con (Badillo & Rodríguez, 2005, págs. 37-38) y de acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: a) Caolinitas (Al2O3-2SiO2-2H2O): Formadas por una lámina silícica y otra lumínica que se superponen indefinidamente. La unión entre todas las retículas es lo suficientemente firme para no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas (adsorción). En consecuencia, las arcillas caoliníticas serán relativamente estables en presencia del agua. b) Montmorilonitas [(OH)4Si8 Al4O20 *n H2O]: Formadas por una lámina alumínica entre dos silícicas, superponiéndose indefinidamente. En este caso la unión la unión retículas del mineral es débil, por lo que

24

las moléculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas eléctricas generadas por su naturaleza dipolar. Lo anterior produce un incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce, macrofisicamente, en una expansión. Estas arcillas en presencia de agua, presentarán fuerte tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorilonítico, originadas por la descomposición química de las cenizas volcánicas y presentan la expansividad típica del grupo en forma particular aguda, lo que las hace sumamente críticas en su comportamiento mecánico. c) Ilitas  [(OH)4*Ky(Si8-y Aly) (Al4 Fe4 Mg4 Mg6)O20, con y =1.5 por lo general]: Estructuradas análogamente que las montmorilonitas, pero su constitución interna manifiesta tendencia a formar grumos de materia, reducen el área expuesta al agua por unidad de volumen; por ello, su expansividad es menor que la de la montmorilonitas y en general, las arcillas ilíticas, se comportan mecánicamente en forma más favorable para el ingeniero.

2.2.2.3. Minerales Constitutivos de las Arcillas. Según (Badillo & Rodríguez, 2005), el comportamiento mecánico de las arcillas se ve decisivamente influido por su estructura en general y constitución mineralógica en particular. Las arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de láminas: 

Silícica:  Formada por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxígeno, disponiéndose el conjunto en forma de tetraedro. Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo de un átomo de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros. Un esquema hexagonal que se repite indefinidamente, constituye una retícula laminar.



Alumínica:  Dispuestos con un átomo de aluminio y seis de oxígeno alrededor Las láminas alumínicas están formadas por retículas de

25

octaedros, esquematizado en la fig. 1.2; siendo también el oxígeno el nexo entre cada dos octaedros vecinos para construir la retícula.

Figura 3 - Estructura Molecular de la Sílica.

Fuente: (Badillo & Rodríguez, 2005, pág. 38)

Figura 4 - Estructura Molecular de la Alumínica.

Fuente: (Badillo & Rodríguez, 2005, pág. 39)

2.2.2.4. Físico Química de las Arcillas De acuerdo a (Badillo & Rodríguez, 2005) La relación de área a volumen

alcanza

valores

de

consideración

y

fuerzas

electromagnéticas desarrolladas en la superficie de los compuestos minerales cobran significación. En general, se estima que esta

26

actividad en la superficie de la partícula individual es fundamental para tamaños menores de dos micras (0.002 mm.) La estructura interna de las arcillas se puede explicar por la siguiente teoría: la superficie de cada partícula de suelo posee carga eléctrica negativa, según se desprende de la estructura iónica. La intensidad de la carga depende de la estructuración y composición de

(+) y a cationes de diferentes elementos químicos, como: + ,  + , ++ , ++,  +++, +++, etc. Lo anterior conduce, en primer lugar, al la arcilla, así la partícula atrae iones positivos del agua

hecho de que cada partícula individual de arcilla se ve rodeada de una capa de moléculas de agua orientadas en forma definida y ligadas a su estructura (agua adsorbida).

2.2.2.4.1.

Intercambio Catiónico.

Los cristales de arcilla pueden cambiar los cationes adsorbidos en su película superficial; por ejemplo, una arcilla hidrogenada (con cationes

+) puede transformarse en sódica, si se hace que circule

a través de su masa, agua con sales de sodio en disolución. En realidad lo que ocurre es un intercambio de cationes entre el agua y las películas adsorbidas por las partículas minerales, lagunas veces en reacción rápida. La capacidad de intercambio crece con el grado de acidez de los cristales, es decir es mayor si el pH del suelo es menor; la actividad catiónica se hace notable, en general, para valores del pH menores que 7. La capacidad de intercambio también crece con la velocidad y concentración de la solución que circule por la masa del suelo. Las propiedades mecánicas de una arcilla pueden cambiar al variar los cationes contenidos en sus complejos de adsorción, pues a diferentes cationes ligados corresponden distintos espesores de la película adsorbida, lo que se refleja sobre todo en las propiedades de plasticidad y resistencia del suelo. Por esta razón el intercambio catiónico forzado se ha usado y se usa para tratas suelos con fines de comportamiento mecánico.

27

En general, los cationes pueden disponerse según su efecto benéfico decreciente en la resistencia de las arcillas de acuerdo con la lista:

++, +.

()+, +, +, +++,  +++, ++, ++, ++,

2.2.2.5. Relaciones entre las Fases Sólida y Líquida de una Arcilla. Según (Badillo & Rodríguez, 2005), las relaciones entre los cristales que componen las arcillas y el agua que los rodea han adquirido gran importancia, de la que se hace uso para explicar los comportamientos macrofísicos, a gran escala, de las arcillas, de interés ingenieril, no es más que un reflejo de la estimulación de toda una serie de fenómenos microfísicos, que ocurren en lo más íntimo de los suelos finos. Así, el estudio de estas relaciones a pequeña escala por así decirlo, cobra cada vez mayor interés.  Antes de exponer algunas ideas sobre las relaciones agua-cristal, parece conveniente mencionar sobre los tipos de nexos que existen entre los átomos, pues ello ayudará a la compresión de fenómenos de importancia. 

Nexos Primarios: Ocurren entre átomos de un cristal de arcilla, son principalmente los siguientes: -

Nexos Iónicos:  Se establecen entre dos átomos que tengan incompleto el número de los electrones en sus bandas más exteriores. Así, un átomo pierde los electrones de su banda extrema, que pasan a ocupar los lugares de los electrones faltantes en la banda extrema del otro. El ejemplo clásico que ilustra este mecanismo es el cloruro de sodio; el sodio, con un solo electrón en su última órbita, lo cede al cloro que tiene únicamente siete electrones en su órbita extrema, completando el número ocho, lo que transforma al cloruro de sodio en una molécula estable. Los átomos que pierden o gana uno o más electrones por este tipo de mecanismo se denominan iones y poseen carga eléctrica desbalanceada, positiva o negativa según que hayan perdido

28

(catión) o ganado (anión) electrones. El nexo iónico es precisamente debido a las fuerzas eléctricas originadas entre esas cargas desbalanceadas. -

Nexos Covalentes: Ocurren entre dos átomos a cada uno de los cuales les falta uno o más electrones en sus bandas extremas; en esos casos dichos átomos pueden combinare para compartir un par o más de electrones de manera que un átomo suple con algunos de sus electrones la deficiencia del vecino, en tano que éste completa al primero compartiendo con él algunos de sus propios electrones. Como ejemplos de este nexo pueden citarse la molécula del oxígeno y la del agua. En el primer caso, dos átomos de oxígeno, deficientes en dos electrones cada uno, comparten dos pares de electrones para formar la molécula estable; en el caso del agua, un átomo de oxígeno al que falta un electrón en su órbita, en tal forma que el átomo de hidrógeno, a los que falta un electrón en su órbita, en tal forma que el átomo de oxígeno comparte finalmente un par electrones, con cada átomo de hidrógeno.

-

Nexo a través de un núcleo de hidrógeno: En ocasiones un átomo de hidrógeno se puede combinar con un átomo de oxígeno, de flúor o de nitrógeno principalmente, cediendo du único electrón al átomo más pesado. De esta manera, el núcleo del átomo de hidrógeno, con su carga positiva, pueden ejercer fuerzas de cierta consideración sobre átomos, iones o moléculas vecinas, está liga así establecida a través del núcleo de hidrógeno resulta mucho más débil que la iónica o que la covalente, estudiada más atrás y cuando se establece entre dos láminas de las que constituyen un cristal de arcilla, producen nexos de unión relativamente débiles y no muy estables.



Nexos Secundarios: aquellos que se establecen entre moléculas y a ellos corresponden niveles de energía relativamente bajos en comparación con los que ocurren entre los átomos. De los nexos que ahora se trata el más importante es el que resulta de la existencia de las llamadas fuerzas de Van der Waals. Estas fuerzas son hasta cierto punto una consecuencia de la naturaleza polar de la moléculas de muchas sustancias, entre ellas del agua; en

29

esta moléculas, lo centros de carga positiva y negativa no coinciden, de manera que la molécula en conjunto funcionan como un pequeño dipolo permanente. Cuando dos moléculas están próximas, el campo de cada una orienta a la otra de manera que el centro de carga positiva de una queda próximo al contrario de la otra, ejerciéndose entre ambas moléculas una fuerza neta de atracción. -

Fuerzas de Van der Waals: pueden ejercerse entre las moléculas que forman dos láminas de un cristal de arcilla, dando lugar a un nexo especial entre ellas que depende del medio que pueda existir entre láminas. Finalmente entre los cristales de suelo y el agua o entre cualquiera de estos dos iones libres que pueda haber en disolución en el agua del suelo, se distingue otro tipo de nexo molecular, llamado eléctrico, según el cual, las partes planas del cristal cargadas negativamente pueden captar iones positivos e incorporarlos así a su atmósfera de adsorción, o moléculas de agua polarizadas, que constituyen el elemento básico de dicha atmósfera de adsorción; también pueden establecerse atracciones entre moléculas de agua adsorbidas por el cristal e iones positivos en disolución. Se ve entonces que, según sea estas concepciones, la atmósfera de adsorción de un cristal mineral de sueño depende de la naturaleza y abundancia de iones en disolución en la propia agua que impregna el suelo.

Los nexos secundarios reseñados pueden, en conclusión, establecerse entre cualquier tipo de moléculas, serán pertenecientes al propio cristal de suelo, unas al cristal y otras al agua que lo rodea, amabas al cristal de suelo, unas al cristal y otras al agua que lo rodea, ambas ala agua o bien que ocurran entre esas moléculas y los iones en solución.

2.2.2.5.1.

Relaciones entre las partículas cristalinas de

arcilla y agua. Cuando una partícula cristalina de arcilla queda rodeada de agua, los átomos de oxígeno del cristal quedan en la superficie de estos, como consecuencia de su constitución interna, a la que ya 30

se ha hecho referencia en el cuerpo de este capítulo. Si el cristal se considerase como un ente ideal sería eléctricamente neutro, con todas sus cargas eléctricas positivas y negativas balanceadas.  Aunque la realidad es otra y en los vértices y aristas de los cristales se rompe de hecho la continuidad de la estructura, por lo que verdaderamente se tiene, por lo menos en estas zonas, cargas desbalanceadas. Las cargas negativas de los átomos de oxígeno en consecuencia, crean en la superficie del cristal real, un campo eléctrico hacia el exterior, con lo cual las moléculas de agua vecina se ionizan, de maneara que los iones de hidrógeno positivos resultan captados por el cristal, así como también lo hacen los cationes que pudiera haber en disolución en el agua. La atracción eléctrica del cristal disminuye rápidamente con la distancia, de manera que la concentración de cationes en la atmósfera del cristal disminuye también. Puesto que el agua que rodea al cristal es, por lo menos en un principio, eléctricamente neutra, la concentración de iones positivos cerca del cristal debe estar balanceada por un número igual de iones negativos moviéndose libremente en el fluido. La distribución de cationes cerca del cristal debe estar balanceada por un número igual de iones negativos moviéndose libremente en el fluido. La distribución de cationes cerca de la superficie del cristal aparece dibujada en el Gráfico 5. En la parte a) del gráfico, se supone una distribución uniforme de la carga eléctrica en la superficie del cristal lo cual no es tampoco del todo correcto. La atmósfera de cationes muy cercanos fuertemente unidos al cristal por vínculos eléctricos, así como el grupo de cationes ya ligeramente más desvinculados por su mayor lejanía a la superficie de la partícula, suelen considerarse como dos estratos diferentes, de manera que al sistema en conjunto se le suele llamar sistema de la doble capa difusa. La teoría se la electrostática permite calcular expresiones matemáticas para cuantificar al potencial eléctrico en la doble capa como una función de la distancia a la partícula.

31

Figura 5 - Formación de la doble capa en torno a un cristal de arcilla sumergido en agua.

Fuente: (Badillo & Rodríguez, 2005)

En la parte b) del gráfico, se muestra esquemáticamente la forma de la doble capa en el caso que el agua se le añadiese un electrolito; el aumento de iones libres reduce la tendencia de tales iones a a difundirse en el fluido y tiene el efecto final de reducir el espesor de la atmósfera de adsorción. El espesor de dicha atmósfera se ha estimado en 0.1 a 1 micrones en soluciones muy diluidas y se considera mucho más pequeño en soluciones concentradas. Se admite que el espesor de la doble capa varía inversamente son la raíz cuadrada de concentración de cationes. Cuando dos cristales de arcilla quedan suficientemente próximos uno del otro, sus respectivas atmósferas de adsorción se interaccionan de manera que entre ellas aparece un fuerza neta de repulsión. Los cálculos demuestran que la energía libre de los sistemas de doble capa aumentan cuando la superficie de acerca, de forma que es preciso realizar un trabajo exterior para disminuir la separación entre los dos cristales. Se ha visto también que la fuerza repulsiva entre partículas disminuye aproximadamente en forma exponencial cuando la distancia entre ellas aumenta pero de nuevo el fenómeno está influido por la concentración, la valencia y el tamaño de los cationes en la solución, así

32

como por la densidad superficial de carga en la partícula, por la constante dieléctrica del fluido y por la temperatura. La fuerza repulsiva no es la única existente entre dos cristales próximos no es la única que actúa, las fuerzas atractivas como consecuencia del efecto Van der Waals. La fuerza neta actuante entre dos partículas de arcilla será la suma algebraica de las dos fuerzas opuestas mencionadas. Las fuerzas de Van der Waals son independientes de la naturaleza del medio que exista entre las partículas, por lo que, para un tipo dado de arcilla, la fuerza neta entre partículas vecinas puede hacerse variar añadiendo cantidades convenientes de electrolito en una suspensión. Naturalmente que en este caso, cambia únicamente el potencial repulsivo de las partículas permanecen separadas y si se depositan lo harán en forma de un sedimento relativamente denso.

2.2.3. Cal (Carbonato de Calcio) Para la presente investigación se tomará el siguiente concepto. Según (National Lime Association, 2004), en el tratamiento de suelos se puede utilizar cal viva (óxido de calcio  – CaO), cal hidratada (hidróxido de calcio  – Ca[OH]2 ) o lechada de cal. La cal viva se produce de la transformación química del carbonato de calcio (piedra caliza  –  CaCO3) en óxido de calcio. La cal hidratada se obtiene cuando la cal viva reacciona químicamente con el agua. La cal hidratada (hidróxido de calcio) es la que reacciona con las partículas arcillosas y las transforma permanentemente en una fuerte matriz cementante. La cal más utilizada para el tratamiento de suelos es la cal alta en calcio, que contiene un máximo de 5% de óxido o hidróxido de magnesio. Sin embargo, en algunas ocasiones se utiliza cal dolomítica. La cal dolomítica contiene de 35 a 46% de óxido o hidróxido de magnesio. Con la cal dolomítica se puede lograr la estabilización, aunque la fracción de magnesio reacciona más lentamente que la fracción de calcio.  Algunas veces el término “cal” se utiliza para referirse a la cal agrícola que, por lo general, es piedra caliza finamente molida, un útil correctivo agrícola que no tiene la suficiente reactividad química para lograr la estabilización del suelo.

33

2.2.3.1. Tipos de Cal, Ventaja y Desventajas. Según (National Lime Association, 2004) estos son los tipos de cal con sus respectivas ventajas y desventajas:

Tabla 5 – Tipos de cal ventajas y desventajas Tipo Cal hidratada en polvo

Ventajas Puede

ser

Desventajas

aplicada

más Las partículas finas en polvo

rápidamente que la lechada. puede ser un problema y Utilizada para secar arcillas, pero generalmente es inadecuado no es tan eficaz como la cal viva.

en áreas pobladas.

Más económica porque es más Requiere 32 % de su peso en concentrada que la cal hidratada, agua para convertirse en cal conteniendo de 20 a 24 por ciento hidratada y puede haber más

de

óxido

de

calcio pérdida

adicional

"disponible". Debido a su mayor evaporación

por

la

significativa

densidad requiere de menos debido al calor de hidratación. instalaciones de almacenaje.

Puede requerir más mezcla

Cal viva

El tiempo de ejecución puede que la cal hidratada seca o

en seco

ampliarse

debido

a

que

la que las lechadas de cal,

reacción exotérmica causada por porque las partículas de cal el agua y la cal viva puede viva, que son más grandes, calentar el suelo. La cal viva seca primero deben reaccionar con es excelente para secar suelos el agua para formar la cal mojados. Tamaños de partícula hidratada y luego debe ser más grandes pueden reducir la mezclada con el suelo. generación de polvo.  Aplicación libre de polvo. Es más Velocidad lenta de aplicación. fácil lograr la distribución. Se Costos más altos debido al

Lechada aprovecha de cal

la

aplicación

por equipo

extra

requerido.

rociado. Se requiere menos agua Puede no ser práctico en adicional para la mezcla final.

suelos muy mojados. No es práctico para secar.

Fuente: Elaboración Propia. Basado en: (National Lime Association, 2004, págs. 11-12)

34

2.2.4. Fibras Sintéticas. Como lo indican (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007), las fibras pueden ser de origen natural o de origen artificial o sintético. Las fibras naturales de origen animal y vegetal son biodegradables y se usan sólo en los casos que se requiera dicha cualidad. Las fibras naturales minerales (amianto, asbesto) tienen diferentes usos industriales que hoy tienen prohibido su uso por ser cancerígenas. Otras fibras derivadas de metales (alambres) no se usan para refuerzo. Algunas como las de vidrio, podrían usarse pero son muy quebradizas y tienen una superficie muy lisa, por lo que su uso se restringe también a aplicaciones especiales. En cuanto a fibras sintéticas, sería muy largo enumerarlas todas, por lo que se va a mencionar las más usadas en el mercado, las de mayor producción. Estas fibras son: 

Poliacrilonitrilo PAN (estándar y alta tenacidad.)



Poliamidas (Varios tipos de poliamida.)



Poliéster PES (estándar y alta tenacidad.)



Polietileno PE (Varios tipos.)



Polipropileno PP (atáctico, isotáctico: estándar o alta tenacidad.)

Todas ellas, además, pueden tener tratamientos antibacterias y antimoho, así como otras características diferenciadas tanto físicas como químicas. Cabe mencionar también que, dado que la investigación no cesa, todos los años salen nuevas fibras, o nuevas familias de polímeros o nuevos tratamientos o modificaciones, por lo que la lista que se encuentra en este artículo se debe considerar como orientativa a día de hoy y naturalmente variará en el futuro.

2.2.4.1. Propiedades de las Fibras. 2.2.4.1.1.

Propiedades Mecánicas y Características Físicas.

Como lo indican (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007) las propiedades a mencionar son: 35



Tenacidad (N/tex). Deben tener una tenacidad suficiente y siempre mayor que el esfuerzo que deben soportar.



 Alargamiento (%). Para una misma tenacidad, cuanto menos alargamiento mejor, o lo que es lo mismo, a mayor módulo de elasticidad (N/tex), mejor es la fibra para refuerzo.



Densidad o peso específico de la fibra (g/cm 3). Cuanto menor sea, mayor será la superficie de fibra para un mismo peso dado.



Diámetro (µm). Cuanto menor sea el diámetro mayor será la superficie específica para un mismo peso.



Título (dtex). Peso en gramos de 10.000 m lineales de fibra o filamento.



Forma. Debido a las características de cada polímero y a la forma de obtención de las fibras y los dispositivos empleados, las fibras pueden tener diferentes formas:

Figura 6 - Forma de las Fibras Sintéticas.

Cilíndricas

Arriñonadas

Otras formas

Fuente: (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007) 

Superficie (mm2/m). También en función del polímero y de su forma de obtención, la superficie puede ser lisa o rugosa, con lo cual la superficie específica será superior en este segundo caso y por tanto mayor el rozamiento con otros materiales.



Resistencia a la compresión. Es la fuerza de rotura en relación con la sección en un ensayo de compresión.



Módulo de cizallamiento. Es el módulo de elasticidad medido en un ensayo de torsión.



Rizado (ondas/cm y amplitud de las ondas). Las fibras sin rizado no “enlazan” entre ellas. Las fibras con rizado pueden quedar retenidas unas con otras.

36

2.2.4.1.2.

Propiedades químicas y medioambientales.

Según (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007) las propiedades a mencionar son: 

Resistencia a los ácidos.



Resistencia a los álcalis.



Resistencia a los disolventes.



Resistencia a los rayos UV y a la intemperie.



Resistencia a los microorganismos.



Tasa de humedad.

  Biodegradabilidad.



2.2.4.2. Uso General de las Fibras Sintéticas. Las fibras sintéticas que son específicamente diseñadas para el concreto se fabrican a partir de materiales sintéticos que pueden resistir el medio alcalino del concreto a largo plazo. Las fibras sintéticas son añadidas al concreto antes o durante la operación de mezclado. El uso de proporciones típicas no requiere de ningún cambio en el diseño de la mezcla. (NRMCA).

2.2.4.3. Elección de Fibras Adecuadas Para Cada Aplicación. Como lo mencionan (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007). El factor o característica dominante a la que, al final, se debe remitir la selección es el coste final de la fibra en la proporción adecuada para cumplir con unas especificaciones o expectativas dadas. Si lo que se quiere es que la superficie específica de la fibra sea elevada, pues su misión ofrecer resistencia al deslizamiento, se elegirá una fibra de pequeño diámetro y a ser posible de sección no circular y rugosa para ofrecer una mayor superficie por unidad de peso. Si lo que se pretende es que sea biodegradable, se usarán fibras naturales animales o vegetales o sintéticas con diferentes componentes químicos que hagan descomponer a la fibra a lo largo de un cierto tiempo, ya sea por sí solas o en contacto con ciertas sustancias o con ciertos medios.

37

Si estas fibras deben estar en contacto con microorganismos, ácidos o álcalis, productos oxidantes, etc., se deberá revisar su comportamiento frente a estas sustancias. Todas estas premisas o pre-elecciones de fibras deben estar contrastadas por su coste y su facilidad de obtención en el mercado. Como se ha dicho, existen unas fibras que, por su proceso de obtención (por ejemplo, haberlas pigmentado y no haber logrado el color deseado) no son aptas para lo que fueron fabricadas, pero siguen siendo vírgenes para otras funciones: refuerzo de tierras, de hormigones, asfaltos, fabricación de Geotextiles, etc. En el caso de seleccionar una fibra para que sujete o arme tierras, cemento o asfalto, además de la compatibilidad o resistencia a los diferentes agentes que pueden atacarla o perjudicarla, t iene que tener una buena superficie específica y una tenacidad suficiente, o dicho de otro modo, tener un módulo adecuado, facilidad en encontrar cantidades suficientes en el mercado y precios o costes asequibles. Cuando se dice que una tenacidad o módulo de elasticidad es adecuada, lo que se quiere decir es que las fibras deben ser más tenaces que los materiales que deben armar. No es necesario que sean mucho más tenaces, ya que sólo se aprovecha la tenacidad compatible con el rozamiento, es decir, a mayor rozamiento mayor será la tenacidad necesaria para que las fibras no se rompan ni que el material se disgregue. La gran mayoría de fibras sintéticas tiene suficiente tenacidad para cumplir con los requisitos necesarios para su u so en refuerzo, incluso las fibras reprocesadas, si es que no se han degradado mucho al procesarlas una o más veces, suelen tener la tenacidad suficiente para la mayoría de aplicaciones.

38

2.2.4.4. Fibras para el Refuerzo de Tierras. Como lo mencionan (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007), se deben elegir las fibras en función de sus características técnicas y también en función de su facilidad de servicio y su coste. Hoy por hoy, las fibras sintéticas de mayor producción en el mercado, las más utilizadas y también las de menor coste (posiblemente por ser las que se producen a mayor escala) son PAN, PA 6.6, PA 6, PES, PE, PP.

Tabla 6 - Características Representativas de fibras Fibra Poliacrilonitrilo PAN Poliamida 6 PA6 Poliamida 6.6 PA66 Poliéster PES

Polietileno PE Polipropileno PP

P.E.

Tenacidad

A.Rot

Forma

g/cm3

N/tex

%

Secc.

1.17

0,2 0,4

17 45

Riñón

+++

1.12

0,4 0,57

18 30

Circular

1.14

0,4 0,44

15 42

1.38

0,37 0,50

0,95

0,91

Resistencia a Ácidos Álcalis

UV

Microorg.

++

++++

++++

++

++

++

+++

Circular

+

+++

+

++

13 40

Circular

+++

++

+++

+++

0,5

18 30

Circular

++++

++++

++

++++

0,4

20 25

Circular

++++

++++

+

++++

Fuente: (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007)

“dtex”:  Aareviatura de "decitex". Esta medida indica el peso, en gramos, de 10.000 metros de hilo. Es decir, que 10.000 metros de un hilo de 22 decitex pesan 22 gramos.

Desde el punto de vista de la fabricación, aunque todas ellas pueden, en teoría, fabricarse a diámetros muy pequeños, en la práctica r esulta que, por ejemplo, las fibras PE y PP no se fabrican a menos de 3 dtex mientras que las demás se fabrican normalmente hasta 1,5 dtex. Por todo ello, se

39

muestra la Tabla anterior con las características representativas de estas fibras para estos usos. En principio, todas ellas deben ser válidas para el refuerzo de suelos, pero para hallar una relación entre diámetro y superficie específica, se muestra la siguiente tabla:

Tabla 7 - Relación entre Diámetro y Superficie Específica de las Fibras Sintéticas Fibra Poliacrilonitrilo Poliamida 6 Poliamida 6.6 Poliéster Polietileno Polipropileno

1,65 dtex 3,3 dtex Φ  Superficie Φ  Superficie µm m2 /Kg µm m2 /Kg 12 300.00 19 200.00 13 290.00 20 176.00 13 270.00 20 177.00 11 260.00 17 170.00 14 300.00 21 200.00 15 290.00 22 199.00

Φ  µm 26 27 27 25 29 30

6,6 dtex Superficie m2 /Kg 150.00 131.00 131.00 116.00 145.00 146.00

Fuente: (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007)

Como puede observarse, la superficie específica es muy similar de una fibra a otra y, realmente, la diferencia está más en el diámetro o finura que en la clase de polímero. Otra cosa a contemplar puede ser la posible compatibilidad e incompatibilidad de las fibras con el medio a reforzar por el hecho de que algunas (PAN) son susceptibles de hacer ciertas uniones físico-químicas mientras que otras como el PP, PE y PES no tienen tantas posibilidades. También, desde el punto de vista de “manejabilidad” o práctica de uso, las fibras como el polipropileno son mucho más “volátiles” que las demás, lo cual requiere ciertos cuidados cuando hay que colocarlas con viento. En cuanto a la longitud de las fibras se puede admitir que fibras cortas y largas sirven para refuerzo y que las muy cortas sólo para refuerzo, mientras que las largas pueden ejercer también funciones de retención

40

o filtro. El uso, pues, de unas o de otras, o de ambas, dependerá de las funciones que queramos que realicen. También se puede “fabricar in situ” una especie de Geotextil: bastará esparcir por la superficie del suelo una capa de fibras que pueden ser cortas si sólo tenemos que reforzar el terreno o cortas y largas o sólo largas si además queremos que hagan funciones de filtro (o hasta drenaje y protección). A continuación podemos poner la siguiente capa o tongada de tierra. Por orden creciente de precios las fibras usadas, así como sus correspondientes fibras reprocesadas, son:   Polipropileno



  Poliester



  Poliacronitilo



  Polietileno



  Poliamida



Para elegir la longitud de las fibras para “armado”, deberemos tener en cuenta la granulometría del suelo. Así, por ejemplo, una fibra de 4 mm de longitud no puede “armar” áridos de más de 50 mm de diámetro, ni al contrario, no se puede armar un árido fino de 2 mm con una fibra de 100 mm puesto que lo más fácil es que se apelmace y que se hagan “pelotas” de fibra. Las longitudes “estándar” que se encuentran en el mercado son 25mm, 60mm, 80mm, 110mm, si bien, pueden conseguirse longitudes menores y mayores para casos especiales. Las fibras se apelmazan y forman grumos o pelotas. Deben tener un tratamiento superficial para que se dispersen bien. A ello ayuda el que la fibra sea mejor o peor conductora de electricidad. Una fibra mala conductora se electriza más fácilmente. Para repartir en la tierra, las fibras que mejor se reparten son las de PAN, seguidas de las de PES y las de PP.

41

2.2.5. Polipropileno. El Polipropileno es un termoplástico que es un subproducto gaseoso de la refinación de gasolina alquilada. Todo esto desarrollado en presencia de un catalizador, bajo un cuidadoso control de temperatura y presión. El Polipropileno se puede clasificar en tres tipos (homopolímero, copolímero rándom y copolímero de alto impacto), los cuales pueden ser modificados y adaptados para determinados usos. (Billmeyer & Fred, 2004) El polipropileno es un polímero de hidrocarburo sintético cuya fibra está hecha usando procesos de extrusión por medio de estiramiento en caliente del material a través de un troquel; son hidrófobas, y por lo tanto tienen como desventaja el tener pobres características de adherencia con la matriz del cemento, un bajo punto de fusión, alta combustibilidad y un módulo de elasticidad relativamente bajo Las fibras largas de polipropileno pueden resultar difíciles de mezclar debido a su flexibilidad y a la tendencia a enrollarse alrededor de las orillas extremas de las hojas de las mezcladoras; las fibras de polipropileno son tenaces, pero tienen baja resistencia a la tensión y bajo módulo de elasticidad (IMCYC, 2007). Las fibras de polipropileno son hidrofóbicas, por lo cual no absorben agua y no son corrosivas; tienen una excelente resistencia al ataque de los álcalis, químico y clorhídrico, y tienen una baja conductividad térmica. Por estas características, no tienen un efecto significativo (Salcedo Gonzales, 2010). Las fibras de polipropileno se caracterizan por ser incoloras, y pueden obtenerse del entretejido miniatura de malla de una película de polipropileno virgen, (Barreda, Iaiani, & Sota, 2000) como se muestra en el siguiente gráfico.

42

Figura 7 - Aspecto del Polipropileno Virgen.

Fuente: (Barreda, Iaiani, & Sota, 2000)

Figura 8 - Aspecto de Fibra de Polipropileno Fibrilado y Empaquetado de 19mm.de Longitud.

Fuente: (Salcedo Gonzales, 2010)

Figura 9 - Morfología de la Fibra de Polipropileno en SEM.

Fuente: (Salcedo Gonzales, 2010)

43

Tabla 8 - Características de Diversas Fibras de Polipropileno Referencia Comercial

Módulo de Esfuerzo a Elongación Elasticidad la Tensión en la fractura (GPa) (MPa) (%)

Punto de Fusión (°C)

Morfología

P. E. (g/cm3)

Diámtero (μm)

Long. (mm)

F1 Mod

0.91

-

19

1.5

30-35

20-30

-

F1

0.90

-

12, 19, 51

3.5

560-770

-

-

Mono

0.92

-

19

3.9

527

-

163

Mono,Multi Mono

0.92 -

-

25 13, 19, 32, 51

4.8

527

-

163

Fibratex PP

Mono

0.92

-

25

4.8

25

257

Imerfibra 5

F2

0.95

85

50

3.9

482

>8

166

Fibercon Microfibra

Multi

0.91

-

19

-

562

-

160-163

Pasafiber

Mono

0.90

-

19

-

560

-

160-163

F2

0.90

-

19, 38

2.3

620-756

-

-

Mono

0.93

-

19, 38

5

448-724

-

-

-

50

3.5 - 6.8

600-650

-

-

Sikafiber AD Adifibra Fiberstrand 100 Fibradur Fibratex

Pasafiber ST Promesh Fibers Tuf-Strand SF Walia Fibercon TRM Compostos Wrigley Fibers FITESA Strux 90/40 L30 Concrefil Prefib

F2

0.92

-

-

-

550-700

21

-

-

0.91

18

6

-

-

-

160-170

-

0.90

15

0.1

-

-

-

165

Mono F2 Mono Mult F2

0.91 0.91 0.91 0.92 0.91 0.92 0.91 0.92 0.90

15 15 50 -

0.5, 1.3 6, 12, 24 30 50 19 30 12, 25, 42

3.5 4.3 3.5 9.5 3.5-3.6 9.5 -

600 550 550-750 620 320-400 620 300-350

25 20-30

165 165 160 160-170 160 -

Fuente: (Salcedo Gonzales, 2010)

Donde: P.E.

: Peso específico

F1

: Fibra

F2

: Fibrilado

F1 Mod

: Fibra Modificada

Mult

: Multifilamento

Mono

: Monofilamento

Mult F2

: Multifilamento Fibrilado7

Las fibras se fabrican por procedimientos de alambre estirado con sección transversal circular o por extrusión de películas plásticas con sección transversal rectangular, y aparecen como bultos de fibrilados o como 44

monofilamentos; las fibras fibriladas son formadas por la expansión de una película plástica que está separado en tiras, por eso los bultos de fibra en malla se forman, con sección transversal rectangular, los cuales son cortados en las longitudes especificadas y fibrilados, estando disponibles comercialmente en longitudes de 6.5 a 63.5 mm (Salcedo Gonzales, 2010). La Tabla 9 muestra las principales características de las fibras de polipropileno, de acuerdo con diferentes referencias y f uentes.

2.2.5.1. Características. Según (Billmeyer & Fred, 2004) las características del polipropileno son: 

Optima relación Costo / Beneficio.



Versatilidad: compatible con la mayoría de las técnicas de procesamiento existentes y usado en diferentes aplicaciones comerciales, como, packaging, industria automotriz, textiles, menaje, medicina, tuberías, etc.



Buena procesabilidad: es el material plástico de menor peso específico (0,9 g/cm3), lo que implica que se requiere de una menor cantidad para la obtención de un producto terminado.



Barrera al vapor de agua: evita el traspaso de humedad, lo cual puede ser utilizado para la protección de diversos alimentos.



Buenas propiedades organolépticas, químicas, de resistencia y transparencia.

2.2.5.2. Propiedades. Según, (Billmeyer & Fred, 2004) las propiedades que tiene el polipropileno son: 

Es el más ligero de los plásticos importantes, con una densidad de 0.905. Su alta cristalinidad le proporciona una elevada resistencia a la tracción, rigidez y dureza. La elevada relación de resistencia a peso resultante es ventajosa para muchas aplicaciones. Tiene un

45

elevado punto de fusión conservando una alta resistencia a la tracción a temperaturas elevadas. 

Posee excelentes excelentes propiedades propiedades eléctricas, un carácter químico inerte y resistencia a la humedad típicos de los polímeros de hidrocarburos. Se halla completamente libre de cuarteamiento por tensiones ambientales. No obstante, es inherentemente menos estable al calor, la luz y los ataques oxidantes que el polietileno y debe estabilizarse con antioxidantes y absorbentes de luz ultravioleta para que su procesado y comportamiento a la intemperie sean satisfactorios.

2.2.6. Estabilidad Estabilidad de Suelos. De acuerdo a la, ( CE.010, 2010), (CE.020, 2012) y (Glosario de términos de uso frecuente en proyectos de infraestructura vial, 2008) se entiende por estabilización al: “proceso “p roceso mecánicos e incorporación de productos químicos, naturales o sintéticos, mediante el cual se mejora las condiciones físicas de un suelo natural en corte o de los materiales de préstamo en relleno con el objeto de hacerlos estables. Tales estabilizaciones, por lo general se realizan en las superficies de rodadura o capas inferiores de la carretera, y son conocidas como suelo cemento, suelo cal y otros diversos. ”

2.2.6.1. Propiedades de la Estabilidad de Suelos. Según (Montejo, 2002) las propiedades más importantes que se deben tomar en cuenta al momento de realizar la estabilidad de suelos son:

2.2.6.1.1.

Estabilidad Volumétrica.

La expansión y contracción de muchos suelos, originados por los cambios de humedad se puede presentar en forma rápida o acompañado a las variaciones estacionales o con la actividad del ingeniero. Por tanto, si las expansiones que se desarrollan debido a un incremento de humedad no se controlan en alguna forma, estas presiones pueden ocasionar graves deformaciones y rupturas en el pavimento y, en general, en cualquier obra. Es por ello que resulta

46

necesario detectar los suelos expansivos, su composición y el tratamiento más adecuado.  Actualmente las soluciones para evitas cambios volumétricos en suelos expansivos consisten en introducir humedad al suelo en forma periódica, aplicar cargas que equilibren la presión de expansión, utilizar membranas impermeables y apoyar la estructura a profundidades tales, que no se registre variación estacional en la humedad. Otro medio podría consistir en modificar la arcilla expansiva transformándola en una masa rígida o granular cuyas partículas estén lo suficientemente ligadas para resistir la presión expansiva interna de la arcilla, lo cual puede lograrse por medios químicos o térmicos. En estos caos, cuando la capa a estabilizar sea de poco espesor, deberá tenerse en cuenta que el suelo subyacente es aún susceptible de expandirse, pero tales movimientos podrían tolerarse, siempre y cuando la capa estabilizada se mueva en forma uniforme.

2.2.6.1.2.

Resistencia.

La resistencia de los suelos, con algunas excepciones, es en general más baja cuanto mayor sea su contenido de humedad. Los suelos arcillosos al secarse, alcanzan grandes resistencias teniéndose inclusive la condición más alta de resistencia cuando se calientan a temperaturas muy elevadas como sucede en la fabricación de tabiques y ladrillos. Existen casos en donde la disminución de la humedad puede significar reducción en la resistencia, pues se han presentado casos de deslizamientos de tierra provocados por arcillas que se secaron y se agrietaron, provocando con ello que el comportamiento del material sea el de un suelo friccionante fr iccionante que puede tener menor resistencia que su se considera como cohesivo a humedades mayores. La acción abrasiva del tránsito, por ejemplo, puede hacer que un material cohesivo se pulverice y pierda su cohesión. Por otro lado, dependiendo de la humedad y energía de compactación, compactación, se pueden lograr diferentes características de resistencia en un suelo 47

arcilloso, ya que un suelo compactado del lado seco en la curva de compactación presenta, con la humedad de compactación, un comportamiento relativamente elástico y con una resistencia relativamente alta; mientras que este mismo suelo compactado con una alta humedad, no obstante que su peso volumétrico seco sea alto, presentaría resistencias bajas y comportamiento plástico o viscoso: este efecto se debe, en general, a que una alta humedad produce en una arcilla efectos de repulsión entre sus partículas, propiciando con ello que la cohesión sea menor que en el caso de emplear humedades de compactación bajas. De otra parte, se ha visto que en suelos finos, tiene una importancia decisiva la forma de aplicación de la energía compactación, sobre todo cuando de emplean humedades más altas que la óptima pues, por ejemplo, la energía aplicada por impactos puede ocasionar que un suelo compactado del lado húmedo presente resistencias del orden de hasta un cuatro de veces menor que la resistencia, que a igualdad de circunstancias, presenta el mismo suelo compactado en forma estática. La explicación a lo anterior reside en la diferente estructuración que adoptan las arcillas al ser compactadas mediante procedimientos de compactación diferentes.  Algunos de los principales procedimientos para incrementar el peso volumétrico de un suelo son: 

Compactación mediante amasado, vibración o impactos.

  Vibroflotación.



  Precarga.



  Drenaje.





Adición de agentes que reduzcan reduzcan la fricción y cohesión entre las partículas.

Resulta evidente que los procedimientos que sirvan para mantener a un suelo sin que se produzcan cambio volumétricos, son también adecuados para mantener la resistencia en ele suelo, como lo es la adición de agentes que transformen a aun suelo fino en una masa 48

rígida o granular. Estos agentes pueden ser químicos o térmicos teniendo entre los primeros al Cemento Portland y la Cal como los más comunes. El procedimiento de vibroflotación es especialmente aplicable en la compactación de arenas o suelos con alta permeabilidad y consiste en la inserción, en el suelo arenoso suelto, de un dispositivo vibratorio, capaz de aplicar un chiflón de agua simultáneamente con el vibrado, de tal manera que al encontrarse dicho dispositivos dentro del suelo inyectando agua y vibrando se produce la licuación de la arena lográndose con ello su compactación. El incremento del peso volumétrico de un suelo arcilloso mediante precarga consiste en la colocación de una carga superficial sobre el suelo en cuestión, con el objeto de preconsolidarlo. Después de la precarga, el suelo tiene todas las características deseables de un terreno preconsolidado, si se compara con uno normalmente consolidado, es decir que es menos compresible y más resistente, aumentándose con ello la capacidad de carga y disminuyéndose los asentamientos. Es muy importante, sin embargo, tener presente que este método de estabilización puede requerir de periodos largos, dependiendo éstos de condiciones tales como las trayectorias de drenaje, permeabilidad de los suelos, espesor de las capas, coeficientes de consolidación y grado de saturación. El drenaje de un suelo hace que reduzca la cantidad y/o presión en el agua intersticial, lo que suele permitir el aumento del peso volumétrico de un suelo y, de esta manera, mejorar su resistencia. Se suelen utilizar drenes de arena verticales conjuntamente con la precarga, para provocar una rápida consolidación.

2.2.6.1.3.

Permeabilidad.

No es difícil modificar substancialmente la permeabilidad de formaciones de suelo por métodos tales como la compactación, la inyección, etc. En materiales arcillosos, el uso de defloculantes (por ejemplo polifosfatos) se puede reducir la permeabilidad también 49

significativamente; el uso de floculantes (muchas veces hidróxido de cal o yeso) aumenta correspondientemente el valor de la permeabilidad. En los suelos la permeabilidad se plantea, en términos generales, en dos problemas básicos como lo son el relacionado con la disipación de las presiones de poro relacionado con el flujo del agua a través del suelo. El tener presiones de por excesivas puede originar deslizamientos en explanaciones y el flujo de agua puede originar tubificaciones y arrastres. Si se compacta un suelo arcillosos con humedades muy bajas o prácticamente en seco, se obtendrá finalmente un alta permeabilidad en el suelo debido a que los grumos que no se disgregan, resistiendo al esfuerzo de compactación y permitiendo con ello que se forme una gran cantidad de vacíos intersticiales. Mientras más alta sea la humedad de compactación se producirán menores permeabilidades en el suelo compactado, ya que éste tiene mayores oportunidades de deformarse, eliminándose así grandes vacíos.

2.2.6.1.4.

Comprensibilidad.

Los cambios en volumen o comprensibilidad, tiene una importante influencia en las propiedades de los suelos, pues si se modifica la permeabilidad, se alteran las fuerzas existentes entre las partículas tanto en magnitud como en sentido, lo que tiene una importancia decisiva en la modificación de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y se provocan desplazamientos. En el caso de arcillas saturadas, si no se permite el drenaje y se aplican esfuerzos, éstos serán tomados por el agua en el momento en que se permitía el drenaje, los esfuerzos son transmitidos gradualmente al esqueleto o estructura, fenómeno conocido como consolidación.  Ahora bien, la compresibilidad de un suelo puede presentar variaciones importantes, dependiendo de algunos factores tales como

50

la relación de la carga aplicada respecto a la que el suelo soportaba anteriormente, tiempo de aplicación de la cargas una vez que se ha disipado la presión de poro en exceso de la hidrostática, naturaleza química del líquido intersticial, aunados estos factores a los originados por el muestreo, sensitividad del suelo y aún la forma de ejecutar las pruebas que se utilizan para estudiar la consolidación. Es un tanto obvio que al remoldear un suelo se modifica su compresibilidad, por lo que esta característica se puede modificar mediante procedimientos de compactación. Se ha encontrado que la humedad de compactación tiene una gran importancia en la compresibilidad de suelos compactados, pues si se compactan dos especímenes al mismo peso volumétrico pero uno en la rama seca de la curva de peso volumétrico contra la humedad y el otro en la rama húmeda, se tendrá que para las presiones de consolidación bajas el espécimen compactado del lado húmedo será más compresible debido a que su estructura se encuentra más dispersa, pero para grandes presiones se tienen en el lado seco, lo cual provoca que éste sea ahora más compresible. Bajo presiones muy altas, ambas muestras llegan a la misma relación de vacíos ya que se llega a una orientación similar.

2.2.6.1.5.

Durabilidad.

Se involucran en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia al intemperismo, a la erosión o a la abrasión del tráfico; de esta manera, los problemas de durabilidad en las vías terrestres suelen estar muy asociados a suelos situados relativamente cerca de la superficie de rodamiento. En rigor, estos problemas pueden afectar tanto a los suelos naturales como a los estabilizados, si bien en estos últimos los peores comportamientos suelen ser consecuencia de diseños inadecuados, tales como una mala elección de agente estabilizador o un serio error en su uso, tal como podría ser el caso cuando de ignora la bien conocida susceptibilidad de los suelos arcillosos estabilizados con cemento a la presencia de sulfatos.

51

 Actualmente, una deficiencia importante en los estudios de las estabilizaciones es la carencia de ensayos adecuados para determinar la durabilidad los ensayos de intemperismo a veces no son los apropiados para el estudio de agregados para pavimentos por no reproducir de forma eficiente el ataque a que estarán expuestos. En las pruebas con aplicación de efectos cíclicos, no se tiene aún una correlación precisa entre el tránsito y las pruebas en que se somete a los especímenes a efectos de secado y humedecimiento que son más bien de orden cualitativo que cuantitativo. Por lo cual la durabilidad es uno de los aspectos más difíciles de cuantificar y la reacción común ha sido la de sobrediseñar, lo cual a veces puede no ser lo más adecuado. La ejecución de un suelo estabilizado in situ incluye las siguientes operaciones: 

Estudio de la mezcla y obtención de la fórmula de trabajo.



Preparación de la superficie existente.



Disgregación del suelo.



Humectación o desecación del suelo.



Distribución de la cal o del cemento.



Ejecución de la mezcla.

  Compactación.





Terminación de la superficie.



Curado y protección superficial.

2.2.6.2. Tipos de Estabilizaciones. De acuerdo a (Braja, 2006, pág. 664) en diferentes ocasiones las capas superiores de un suelo no son adecuadas y deben retirarse y reemplazarse con un material mejorado sobre el cual pueda construirse un cimentación estructural. El suelo usado como relleno debe estar bien compactado para soportar una carga estructural determinada. En función a lo anterior debemos citar los diferentes tipos de estabilización de suelos más conocidos.

52

2.2.6.2.1.

Estabilización de Suelos mediante Métodos

Químicos. Como lo menciona (Valle Areas, 2010) este tipo de estabilización se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución de los suelos involucrados en el proceso. Las más resaltantes se dan a conocer.

2.2.6.2.2.

Estabilización con el uso de Aditivos.

El uso de aditivos en suelos es poco convencional, pero (Fernandez Calvo, Martínez Santamaría, & Thode Mayoral, 2007) mencionan diferentes tipos de fibras que se usan, como son Poliacrilonitrilo, Poliamidas, Poliéster, Polietileno y Polipropileno cuyas conclusiones nos dicen que las proporciones de peso de fibra con respecto al total del suelos debe ser de 0.2%. En la misma línea (Lopez Lara & Hernández Zaragoza, 2010) menciona el uso de un poliuretano, que comúnmente se aplica para sellado de grietas en la construcción. Dicho polímero se aplica en la estabilización de cambios volumétricos de suelos expansivos. También (Montejo, 2002) menciona que las resinas sintéticas empleadas para la fabricación de plásticos y las naturales como el vinsol pueden utilizarse como impermeabilizantes de suelos en cantidades del 1 al 2% porque, para contenidos mayores, la absorción de agua, medida por cualquier ensayo, aumenta. Las resinas no producen en los suelos aumentos de resistencia de ninguna consideración y actúan solamente sobre suelos ácidos. Tienen además, como desventajas, el elevado costo, su degradación por parte de los micro-organismos del suelo y la dificultad práctica que presenta su mezcla con el suelo en pequeñas cantidades. Como se indica en (CE.020, 2012) El aditivo estabilizador debe cumplir normas internacionales de certificación ISO. El aditivo debe ser capaz de mezclarse íntima y homogéneamente con el suelo y curarse de acuerdo a especificaciones técnicas propias del producto.

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Los métodos, dosificaciones y pruebas de control, deberán ser verificados por el profesional responsable junto al proveedor del aditivo, antes de su empleo. El producto terminado de suelo con aditivo, deberá presentar mejores características de resistencia, con control volumétrico y de polvo superficial, tanto en la etapa de construcción como de servicio. Se debe emplear aditivos que reduzcan el agua contenida entre las partículas del suelo aumentando los vacíos y facilitando su compactación. De requerirse mejoras en el comportamiento estructural, debe emplearse aditivos en suelos que contengan más de 25% de finos cohesivos. La efectividad de los agentes estabilizadores debe cumplir con lo indicado en el siguiente cuadro:

Tabla 9 – Efectividad de los agentes estabilizadores según el tipo de suelo TAMAÑO Arcillas Arcillas Limos Limos Arenas Arenas DE SUELO Finas Gruesas Finos Gruesos Finas Gruesas Tamaño de 0.0006 0.002 0.01 0.006 <  –  – 0.4 – 2.0 Partícula 0.0006 (mm) 0.002 0.01 0.06 0.4 Estabilidad Muy Muy Muy Regular Regular Bueno Bueno Bueno Volumétrica pobre SI SI SI Cal NO NO NO NO SI SI Cemento SI SI Asfalto Fuente: (CE.020, 2012)

2.2.6.2.3.

Estabilización con Cemento.

De acuerdo a lo que menciona (Braja, 2006, pág. 706) el cemento como estabilizador se usa en suelos arenosos y arcillosos. Como es el caso de la cal, ayuda a disminuir el límite líquido e incrementar el índice plástico y la manejabilidad de suelos arcillosos, en estos suelos la estabilización es más efectiva cuando el límite líquido es menor que 45-50 y el índice plástico es menor que aproximadamente 25.  Asimismo se incrementa la resistencia de los suelos y esta crece con el tiempo de curado. Los suelos granulares y arcillosos con baja plasticidad son los más apropiados para la estabilización con cemento. Las arcillas cálcicas son más fácilmente estabilizadas por la adición

54

de cemento, mientras que la arcilla sódica e hidrogenada, de naturaleza expansiva responden mejor a la estabilización con cal. La (CE.020, 2012) nos da ciertas recomendaciones con respecto a la estabilización con cemento: Los finos pasantes al tamiz N°200, en el suelo, se encuentre entre 5% y 35%, antes de ser mezclados con cemento. Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se recomienda los de fraguado y endurecimiento normales. En casos de querer contrarrestar los efectos de la materia orgánica, se empleará cementos de alta resistencia. En zonas con bajas temperaturas, los suelos se mezclarán con cementos de fraguado rápido o con cloruro de calcio como aditivo. Las estabilizaciones con cemento sólo se podrán llevar a cabo cuando la temperatura ambiente, a la sombra, sea superior a diez grados Celsius (10°C) y cuando no haya lluvia.

Figura 10 - Estabilización con cemento en Carreteras.

Fuente: https://pbs.twimg.com/media/BzZjW5uCUAEu65Q.jpg

La capa estabilizada con cemento tendrá un espesor mínimo de 10 cm, pudiendo recibir capas de cobertura (tratamiento superficial asfáltico) de poco espesor (1.5 cm) para tránsito ligero a medio o podrá servir de apoyo a un pavimento rígido o flexible de alta calidad, en el cual el suelo no debe contener materias perjudiciales al fraguado o la resistencia. El suelo se deberá controlar con 55

ensayos de granulometría, verificando que el límite líquido sea menor de 50% y el índice de plasticidad menor de 25%. Los contenidos de cemento se determinarán mediante ensayos de compactación, durabilidad y compresión simple. Los trabajos de compactación deberán ser terminados en un lapso no mayor de dos (2) horas desde el inicio de la mezcla. Si durante dicho plazo no se logran las condiciones de compactación exigidas más adelante (compactación) de esta especificación, el tramo se pondrá en observación y se considerará separadamente a los f ines de los controles del Supervisor. La compactación deberá ser el 95% como mínimo, del ensayo Próctor Modificado. Los testigos de Compresión deben cumplir con el siguiente cuadro:

Tabla 10 - Pérdida en Testigos de Compresión de Suelos estabilizados con Cemento SUELO POR ESTABILIZAR  A-1; A-2-4; A-2-5; A-3  A-2-6; A-2-7; A-4; A-5  A-6; A-7

PÉRDIDA MÁXIMA (%) 14 10 7 Fuente: (CE.020, 2012)

2.2.6.2.4.

Estabilización con Asfalto.

La (CE.020, 2012) nos da ciertos alcances con respecto a la estabilización con asfalto: Se

empleará

asfalto

o

bitumen,

para

lograr

propiedades

impermeabilizantes, adhesivas y de preservación, en el suelo. En suelos friccionantes puede considerarse, además de la química, estabilización mecánica. La estabilización de cada suelo, debe ser investigada en forma independiente, a partir de la granulometría, plasticidad, densidad y otras propiedades del suelo. Para un peso específico del material igual a 1.64 gr/cm3, le debe corresponder 10% de asfalto y para 1.75 gr/cm3, no es necesaria su aplicación, tal como lo muestra a continuación el siguiente cuadro: 56

Tabla 11 - Contenido de Asfalto para Estabilizar Contenido de Asfalto (%) Peso Específico del Material (gr/cm3)

0

2

4

6

8

10

1.75

1.71

1.68

1.66

1.64

1.64

Fuente: (CE.020, 2012)

Figura 11 - Estabilización con asfalto en Carreteras.

Fuente: http://img.youtube.com/vi/S6b9roy6r9U/0.jpg

2.2.6.3. Estabilización de Suelos mediante Métodos Físicos. Como lo menciona (Montejo, 2002) cuando se diseñan mezclas de suelos, para lograr con ellas determinadas propiedades deseables, la granulometría suele ser el requisito más relevante en la fracción gruesa, en tanto que la plasticidad los es, naturalmente, en la fina. El tamaño máximo de las partículas de la mezcla tiene importancia, puesto que tamaños demasiado grandes son difíciles de trabajar y producen superficies muy rugosas; una proporción demasiado grande de tamaños gruesos conduce a mezclas muy segregables. La presencia de contenidos importantes de materiales finos, menores que el tamiz N°40, hace difícil lograr buenas características de resistencia y deformabilidad, además de que puede conducir a superficies demasiado lisas y fangosas, cuando están húmedas y pulverulentas, cuando están secas.

57

2.2.6.3.1.

Estabilización por Compactación.

De acuerdo a la (CE.020, 2012). El proceso de estabilización por compactación, se debe emplear en todas aquellas obras donde la materia prima es el suelo (base del corte de laderas, terraplenes, canales de agua, suelo de cimentación, rellenos artificiales, diques, terraplenes para vías, etc.). El proceso debe producir lo siguiente:  Aumentar la resistencia al corte para mejorar la estabilidad del suelo.



 Disminuir la compresibilidad para reducir los asentamientos.



 Disminuir la relación de vacíos para reducir la permeabilidad y así mismo



el potencial de expansión, contracción o exposición por congelamiento.

En todo momento se tendrá en cuenta la prueba de compactación Proctor estándar o modificado con energía de compactación, de laboratorio, dado por la fórmula siguiente:

 =  (∗ ∗ ∗ ) Donde: E = Energía de compactación N = Número de golpes por capa n = Número de capas de suelo P = Peso del pisón h = Altura de caída libre del  pisón V

=

Volumen

de

suelo

compactado

58

2.2.6.4. Estabilización de Suelos mediante Otros Métodos. De acuerdo a (Montejo, 2002) los siguientes métodos, son los más resaltantes:

2.2.6.4.1.

Estabilización con Ácido Fosfórico.

Las cantidades requeridas para mejorar los suelos son similares a las de cemento y cal, siendo su costo muchas veces mayor. La ventaja más importante del ácido fosfórico en la contención de suelos, consiste en el rápido desarrollo de la acción cementante, además que se obtienen densidades mayores a las correspondientes al suelo sin tratar, aspecto que lo diferencia de otros estabilizadores. Se ha estimado que la cantidad necesaria para estabilizar un suelo, está en función de la cantidad arcillosa de este. Se citan los siguientes ejemplos: 

Suelos del tipo A-7-6 (14) con IP = 22 requiere 2%



Suelos del tipo A-7-5 (20) con IP = 46 requiere 4%

También se ha observado que este método de estabilización no es efectivo en suelos con grandes cantidades de carbonato de calcio, dado que este consume gran cantidad de este ácido, disminuyendo la acción correctora del estabilizante.

2.2.6.4.2.

Estabilización con Cloruro de Sodio.

La sal como estabilizante es apropiada en todos los suelos, con excepción de aquellos que presentan materia orgánica. La sal puede agregarse al suelo seco, en cristales o en forma de salmuera y produce un capa con superficie lisa y uniforme. Aunque no se conoce completamente el mecanismo por medio del cual se produce la estabilización, se cree que se producen reacciones coloidales a través de las cuales el ión sodio del aditivo desplaza los iones naturales de los minerales arcillosos del suelo. La principal desventaja que se presenta es la solubilidad de la sal, lo que hace que pueda ser fácilmente lavada por el agua de percolación, lo que se traduce en una escasa durabilidad de la capa estabilizada. Un estudio realizado con 59

arcilla de baja comprensibilidad de Manaure indicó que la adición de sal produce modificaciones de escasa importancia en los límites líquidos y plástico, aumentos en la humedad óptima de compactación y disminuciones en la densidad máxima y, curiosamente, en la resistencia a la compresión inconfinada.

2.2.6.4.3.

Estabilización con Soda Caustica.

El hidróxido de calcio estabiliza adecuadamente los suelos de tipo laterítico a los cuales hacia fácilmente compactables. Sin embargo, su costo, sus efectos cáusticos y la carbonatación rápida que sufre al contacto con el aire, son desventajas que hacen que su uso sea demasiado limitado.

2.2.6.4.4.

El drenaje como Sistema de Estabilización.

Los mecanismos a través de los cuales el agua actúa sobre la estabilidad de una masa de suelo, siendo los más importantes: 

Al saturarse un suelo que antes estaba parcialmente saturado, se pierde la tensión superficial existente en el interior de la masa, la cual le proporcionaba una cohesión aparente.



El peso de la masa de suelo aumenta al crecer su humedad.



El flujo de agua puede disolver algunos cementantes que pudieran existir dentro del suelo. Esta, por ejemplo, es la causa de la poca durabilidad con sal.



El flujo de agua en la masa de suelo produce elevación de nivel piezométrico, lo que trae como resultado aumento de las presiones neutras y la consecuentemente disminución de la resistencia al corte.

2.2.6.5. Estabilización con Cal. De acuerdo a (Braja, 2006, pág. 704) cuando se agrega cal a suelos arcillosos, ocurren dos reacciones químicas puzolánicas: intercambio catiónico y floculación-aglomeración. Asimismo el autor agrega que en la mayoría de casos la cantidad cal usada para la estabilización varía entre 5 a 10 %; mientras que (CE.020, 2012) nos indica que la dosificación está en función del tipo de arcilla y comprendida entre el 2 y 8%.

60

Figura 12 - Estabilización con Cal en Carreteras.

Fuente:http://prefanicsa.com.ni/wp-content/uploads/2014/05/Calidra-en-estabilizacion-de-Suelos-05.jpg

Según (National Lime Association, 2004), la estabilización del suelo cambia considerablemente de acuerdo a sus características. Produciendo resistencia y estabilidad a largo plazo, en forma permanente, en particular en lo que concierne a la acción del agua.

Figura 13 - La Capa Estabilizada con cal Soporta la erosión

Fuente: (National Lime Association, 2004)

La cal, sola o en combinación con otros materiales, puede ser utilizada para tratar una gama de tipos de suelos. Las propiedades mineralógicas

61

de los suelos determinarán su grado de reactividad con la cal y la resistencia final que las capas estabilizadas desarrollarán. En general, los suelos arcillosos de grano fino (con un mínimo del 25% que pasa el tamiz 200 -75μm y un Índice de Plasticidad mayor que 10) se consideran buenos candidatos para la estabilización. Los suelos que contienen cantidades significativas de material orgánico (mayor que 1%) o sulfatos (mayor que el 0.3%) pueden requerir cal adicional y/o procedimientos de construcción especiales. 

Subrasante (o subbase): La cal puede estabilizar permanentemente el suelo fino empleado como una subrasante o subbase, para crear una capa con un valor estructural significativo en el sistema del pavimento. Los suelos tratados pueden ser del lugar (subrasante) o bien, de materiales de préstamo. La estabilización de la subrasante por lo general implica mezcla en el lugar y generalmente requiere la adición de cal de 3 a 6 % en peso del suelo seco.



Bases: La cal puede estabilizar permanentemente materiales que no cumplen con las características mínimas para funcionar como una base (como la grava con arcilla, gravas "sucias", o bases contaminadas en general) que contienen al menos el 50 por ciento de material grueso retenido en la malla o tamiz N° 4. La estabilización de bases es utilizada para la construcción de caminos nuevos y para la reconstrucción de caminos deteriorados, y generalmente requiere la adición de 2 a 4 % de cal respecto al peso del suelo seco. La mezcla en el lugar se usa comúnmente para la estabilización de bases, sin embargo, la mezcla en planta también puede ser utilizada. La cal también se usa para mejorar las características de las mezclas de suelo y agregados en "el reciclaje de espesor completo."

2.2.6.6. Modificación con cal. De acuerdo a (National Lime Association, 2004), el tratamiento con cal puede mejorar considerablemente la trabajabilidad y la resistencia a corto plazo del suelo, de tal forma que permite que los proyectos puedan ser ejecutados más fácilmente. Los ejemplos incluyen tratamiento de suelos finos o materiales de base granular para construir caminos temporales u otras plataformas de construcción.

62

Típicamente se utiliza del 1 al 4 % de cal en peso con respecto al suelo para la modificación, que es generalmente una menor cantidad que la utilizada para la estabilización permanente de suelos. Los cambios hechos al suelo modificado con cal pueden o no ser permanentes. La diferencia principal entre la modificación y la estabilización es que, con la modificación, generalmente no se le concede ningún crédito estructural a la capa modificada con cal en el diseño de pavimento. La modificación con cal trabaja mejor en suelos arcillosos.

2.2.6.6.1.1.

La Química del Tratamiento con Cal.

De acuerdo a (National Lime Association, 2004) “Cuando la cal y el agua se añaden a un suelo arcilloso, comienzan a ocurrir reacciones químicas casi inmediatamente.”

2.2.6.6.1.2.

Secado.

Si se usa la cal viva, la misma se hidrata inmediatamente (i.e., químicamente se combina con el agua) y libera calor. Los suelos se secan, porque el agua presente en el suelo participa en esta reacción, y porque el calor generado puede evaporar la humedad adicional. La cal hidratada producida por estas reacciones iniciales, posteriormente reaccionará con las partículas de arcilla (como se discute posteriormente). Estas reacciones subsecuentes, lentamente producirán un secado adicional porque las mismas reducen la humedad, mejorando el soporte. Si se utilizan la cal hidratada o la lechada de cal hidratada, en lugar de la cal viva, el secado ocurre sólo por los cambios químicos del suelo, que reducen su capacidad para retener agua y aumentan su estabilidad.

2.2.6.6.1.3.

Modificación.

Después de la mezcla inicial, los iones de calcio (Ca++) de la cal hidratada emigran a la superficie de las partículas arcillosas y desplazan el agua y otros iones. El suelo se hace friable y granular, haciéndolo más fácil para trabajar y compactar (Gráfico 14). En esta etapa, el Índice de Plasticidad

63

del suelo disminuye drásticamente, así como lo hace su tendencia a hincharse y contraerse. El proceso, llamado "floculación y aglomeración", generalmente ocurre en el transcurso de horas.

Figura 14 - Arcilla Floculada

Fuente: (National Lime Association, 2004)

2.2.6.6.1.4.

Estabilización.

Cuando se añaden las cantidades adecuadas de cal y agua, el pH del suelo aumenta rápidamente arriba de 10.5, lo que permite romper las partículas de arcilla. La determinación de la cantidad de cal necesaria es parte del proceso de diseño y se estima por pruebas como la de Eades y Grim (ASTM D6276). Se liberan la sílice y la alúmina y reaccionan con el calcio de la cal para formar hidratos de calcio-silicatos (CSH) e hidratos de calcio-aluminatos (CAH). CSH y CAH que son productos cementantes similares a aquellos formados en el cemento de Portland. Ellos forman la matriz que contribuye a la resistencia de las capas de suelo estabilizadas con cal Cuando se forma esta matriz, el suelo se transforma de un material arenoso granular, a una capa dura relativamente impermeable, con una capacidad de carga significativa. El proceso se inicia en unas horas y puede continuar durante años, en un sistema

64

diseñado correctamente. La matriz formada es permanente, duradera, y significativamente impermeable, produciendo una capa estructural que es tan fuerte como flexible.

2.2.7. Pavimento. Teniendo un concepto concordante entre ( CE.010, 2010) y (Montejo, 2002) se entiende como pavimento al: “sistema estructural a base de capas que le dan las propiedades y resistencias necesarias para cumplir con las solicitaciones funcionales y estructurales. A nivel de capacidad funcional, debe poseer una calidad aceptable en la carpeta de rodadura, una adecuada fricción superficial, una buena geometría por seguridad, y determinado aspecto estético. A nivel estructural debe soportar las solicitaciones a las que se somete todo el paquete estructural (base, subbase y subrasante), teniendo en cuenta las cargas impuestas por el tránsito y las condiciones ambientales.”

2.2.7.1. Características de un Pavimento. Según (Montejo, 2002) para cumplir adecuadamente sus funciones un pavimento debe reunir los siguientes requisitos: 

Resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito, con una durabilidad y económico.



Resistente ante los agentes de intemperismo.



Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de circulación de los vehículos. Además de resistir al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de los vehículos.



Presentar un regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, que permitan comodidad a los usuarios en función de las longitudes de onda de las deformaciones y velocidad de circulación.



Presentar condiciones adecuadas con respecto al drenaje.



El ruido de rodadura, en el interior de los vehículos que afectan al usuario, así como en el exterior, que influyen en el entorno, debe ser adecuadamente moderado.



Poseer el color adecuado para evitar reflejos o deslumbramientos y ofrecer un adecuada seguridad al tránsito.

65

2.2.7.2. Clasificación de los pavimentos. De acuerdo a (Manual de Carreteras - "Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos", 2013) existen diversos pavimentos y se clasifican en: pavimentos flexibles, pavimentos semi-rígidos y pavimentos rígidos concordante con (Montejo, 2002) quien a su vez añade los pavimentos articulados. En esta investigación solo se tocará los más conocidos, Pavimentos Flexibles y Rígidos.

2.2.7.2.1.

Pavimentos Flexibles.

Un concepto adecuado es de (Montejo, 2002): Están formados por una carpeta bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y subbase.

2.2.7.2.2.

Pavimentos Semi-rígidos.

Un concepto adecuado es de (Montejo, 2002): estos pavimentos guardan la misma estructura de un pavimento flexible , una de sus capas se encuentra rigidizada artificialmente con un aditivo. El empleo de estos aditivos tiene la finalidad básica de corregir o modificar las propiedades mecánicas de los materiales locales que no son aptos para la construcción de capas del pavimento.

2.2.7.2.3.

Pavimentos Rígidos.

Un concepto adecuado es de (Montejo, 2002): aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa de concreto hidráulico, apoyada sobre la subrasante o sobre una capa, de material seleccionado, la cual se denomina subbase del pavimento rígido. El concreto hidráulico posee un coeficiente de elasticidad elevado, la distribución de esfuerzos se produce en una zona muy amplia. Además como el concreto es capaz de resistir, en cierto grado, esfuerzos a la tensión.

66

2.2.7.2.4.

Pavimentos Articulados.

Un concepto adecuado es de (Montejo, 2002): Están compuestos por una capa de rodadura que está elaborada con bloques de concreto prefabricados, llamados adoquines de espesor uniforme e iguales entre si. Esta puede ir sobre una capa delgada de arena la cual, a su vez, se apoya sobre una capa de base granular o directamente sobre la subrasante, dependiendo de la calidad de ésta y de la magnitud y frecuencia de las cargas que circulan por dicho pavimento.

2.2.7.3. Elementos que conforman la Estructura de un Pavimento. 2.2.7.3.1.

Pavimento Flexible.

2.2.7.3.1.1.

Subrasante.

De acuerdo a (Montejo, 2002) de esta capa depende, en gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea flexible o rígido. Como parámetro de evaluación de esta capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas de tránsito. Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia como variaciones de volumen (hinchamiento-retracción). Los cambios de volumen de un suelo de subrasante de tipo expansivo pueden ocasionar graves daños en las estructuras que se apoyen sobre éste, por esta razón se debe impermeabilizar la estructura de ser el caso. Otra forma de enfrentar este problema es mediante la estabilización de este tipo de suelo. Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno. El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que esta debe cumplir con los requisitos de

67

resistencia e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la humedad, entre otros parámetros. (Huezo Maldonado & Orellana Martinez, 2009).

2.2.7.3.1.2.

Sub-Base

Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento. La sub-base debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento. Se utiliza además como capa de drenaje y controlador de ascensión capilar de agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. (Huezo Maldonado & Orellana Martinez, 2009).

2.2.7.3.1.3.

Sub-Base Estabilizadas

Es la capa formada por la combinación de piedra o grava trituradas, combinadas con material de relleno, mezclados con materiales o productos estabilizadores, preparada y construida aplicando técnicas de estabilización, para mejorar sus condiciones de estabilidad y resistencia, para constituir una base integrante del pavimento destinada fundamentalmente a distribuir y transmitir las cargas originadas por el tránsito, a la subrasante. (Huezo Maldonado & Orellana Martinez, 2009).

2.2.7.3.1.4.

Base.

Es la capa de pavimento que tiene como función primordial, distribuir y transmitir las cargas ocasionadas por el tránsito, a la sub-base y a través de ésta a la subrasante, y es la capa sobre la cual se coloca la capa de rodadura. Las bases especificadas son las siguientes:

68

2.2.7.3.1.5.

Base granular.

Material constituido por piedra de buena calidad, triturada y mezclada con material de relleno o bien por una combinación de piedra o grava, con arena y suelo, en su estado natural. Todos estos materiales deben ser clasificados para formar una base integrante dela estructura de pavimento. Su estabilidad dependerá de la graduación de las partículas, su forma, densidad relativa, fricción interna y cohesión, etc.

2.2.7.3.1.6.

Base estabilizada.

 Al igual que en una sub-base estabilizada esta capa se forma de la combinación de piedra o grava trituradas, combinadas con material de relleno, mezclados con materiales o productos estabilizadores, preparada y construida aplicando diferentes técnicas de estabilización, esto con la finalidad de transmitir y distribuir las cargas originadas por el tránsito a la capa de sub-base.

2.2.7.3.1.7.

Superficie de rodadura.

Capa superior de la estructura del pavimento construida de mezcla asfáltica.

2.2.7.3.2.

Pavimento Rígido

2.2.7.3.2.1.

Sub-rasante y sub-base

En los pavimentos Rígidos, la sub-rasante y sub-base cumplen las mismas funciones que en los Pavimentos Flexibles, y pueden ser generadas de igual manera, tal como se describió anteriormente.

2.2.7.3.2.2.

Superficie de rodadura.

Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la sub-base y sub-rasante, dado que no usan capa de base.

69

2.2.8. Ensayos de Laboratorio. 2.2.8.1. Clasificación de Suelos. En concordancia a (Braja, 2006, pág. 13) los sistemas de clasificación de suelos los dividen en grupos y subgrupos con base en propiedades ingenieriles comunes tales como la distribución granulométrica, el límite líquido y plástico. Los dos sistemas principales de clasificación que se usan en la actualidad son el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos el Sistema AASHTO, este último se usa principalmente para la clasificación de las subrasantes de las carreteras.

2.2.8.1.1.

Método SUCS.

Como lo indican (Badillo & Rodríguez, 2005) y (Braja, 2006) este sistema se basa, el sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS) usándose también la Carta de Plasticidad. Fue originalmente propuesto por A. Casagrande y adoptado por el cuerpo de ingenieros del ejército de los Estados Unidos, este sistema se usa en todo trabajo de geotecnia.

2.2.8.1.2.

Método AASHTO.

Como lo indican (Badillo & Rodríguez, 2005) y (Braja, 2006) este sistema fue propuesto por el Comité sobre clasificación de materiales para subrasantes y caminos de tipo granular del Highway

Research

Board.

Se

basa

en

la

distribución

granulométrica límite líquido e índice de plasticidad. Siendo 8 grupos principales, A-1 al A-8, dividiéndose en dos fracciones: -

Grano Grueso: Grupos A-1, A-2 y A-3 cuando el 35% o menos de la muestra que pasa el tamiz N°200.

-

Grano Fino, Grupos A-4, A-5, A-6 y A-7 cuando más del 35% de la muestra que pasa el tamiz N°200.

70

Por simple inspección visual se logra catalogar en el grupo A-8 a los suelos con alto contenido orgánico como son: las bostas y compostas orgánicas. Para una subdivisión en el grupo A-7 se recurre al límite líquido y al índice de grupo (GI), entre el mayor sea el valor del índice de grupo menor será su utilidad como material de subrasante. Un GI=20 o más indica un material muy pobre para usar se con ese propósito.

 = (  35)[0.20.005(40)] 0.01(  35)( 10)  Al momento de calcular el índice de grupo para un suelo de los grupos A-2-6 o A-2-7, use solo la ecuación de índice de grupo parcial relativa al índice de plasticidad.

 = (  35)( 10) Donde:

= % que pasa la malla N°200. = Límite Líquido. = Índice de plasticidad. 2.2.8.2. Propiedades Índice (Límites de Attenberg) Como lo indica (Bowles, 1981). Los Límites Líquido y Plástico son dos de los cinco “límites” propuestos por A. Atterberg, los cuales son: 

Límite de cohesión: Es el contenido de Humedad con el cual las boronas de suelos son capaces de pegarse unas a otras.



Límite de pegajosidad: Es el contenido de humedad con el cual el suelo comienza a pegarse a las superficies metálicas, tales como la cuchilla de la espátula.



Límite de Contracción: Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción del suelo.



Límite Plástico: Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico.

71



Límite Líquido: Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.

Los límites líquido y plástico son utilizados con objetivos de identificación y clasificación, asimismo ambos límites algunas veces son útiles para predecir la máxima densidad en estudios de compactación y detectar el problema de potencial de volumen. El límite líquido en ocasiones se puede utilizar para estimar asentamientos en problemas de consolidación.

Gráfico 1 - Localización Relativa de los Límites de Contracción, Plástico y Líquido sobre la escala de Contenido de Humedad

Fuente: (Braja, 2006, pág. 15)

Los ensayos de Límites de Atterberg deben hacerse sobre suelos tamizados a través de la malla N°40. Comúnmente el suelo traído del campo se encuentra en un estado de humedad demasiado alto para pasar a través de la malla N°40. Es entonces permisible (y sugerido por la Norma ASTM D421-58, “Preparación Seca de Muestras de Suelo para Análisis Granulométrico y determinación de Constantes de Suelo”) secar al aire el suelo para obtener la fracción de suelos que pase por el tamiz en la mayoría de los casos. El secar al horno la muestra de suelo para preparar el material que debe tamizarse a través de la malla N°40, disminuye generalmente el valor registrado en pruebas de límite líquido y plástico y por consiguiente deben evitarse como procedimiento.

72

2.2.8.2.1.

Límite Líquido.

(Braja, 2006) Añade el concepto límite líquido, definiéndolo como el contenido de agua con el cual se obtiene un cierre en la ranura de 12.7 mm (1/2 pulg) al aplicar 25 golpes. Para esto se determina por medio de la Cuchara de Casagrande. Por otro lado (Bowles, 1981) menciona que el límite líquido es una medida de la resistencia al corte del suelo a un determinado contenido de humedad. Asimismo también es análogo a un ensayo de resistencia y Casagande en 1932 encontró que cada golpe necesario para cerrar el surco en la cazuela corresponde a un esfuerzo cortante cercano a un g por cm 2. Otros han obtenido resultados similares de forma que se puede decir que el límite líquido representa para todos los suelos un valor resistencial al corte entre 20 y 25 g x cm2. Otra observación fundamental de las investigaciones hechas consiste en el límite líquido aumenta a medida de que el tamaño de los granos o partículas presentes en la muestra disminuyen.

2.2.8.2.2.

Límite Plástico.

(Braja, 2006) Añade el concepto límite plástico, definiéndolo como el contenido de agua para el cual el suelo se desmorona al moldearlo en un rollito de 3.18 mm (1/8pulg) de diámetro. Por otro lado (Bowles, 1981) menciona que Además se ser el límite inferior del rango de comportamiento plástico de un suelo, el límite plástico tiende a incrementar en el valor numérico a medida que disminuyen el tamaño de las partículas presentes en la muestra. Si en dos suelos se encuentran presente el mismo tipo de partículas según tamaño, será mayor el límite líquido en aquel que tenga más partículas dentro de un mismo rango. El límite plástico es también una medida de la resistencia al corte del suelo.

73

2.2.8.2.3.

Índice de Plasticidad.

(Braja, 2006) Nos indica que: “La diferencia entre el límite líquido y el límite plástico de un suelo se define como índice de plasticidad.”

 =   (Huezo Maldonado & Orellana Martinez, 2009) nos indican que el índice de plasticidad es una medida de cuanta agua puede absorber un suelo antes de disolverse en una solución. Mientras más alto es este número, el material es más plástico y más débil. Generalmente la cal reacciona con suelos plástico que tengan un IP entre 10 a 50, reduciendo así significativamente el IP, creando de esta manera un nuevo material con resistencia estructural. Suelos con IP menores a 10, usualmente, no reaccionan tan fácilmente con la cal.

2.2.8.3. Contenido de Humedad, Ceniza y Materia Orgánica. 2.2.8.3.1.

Contenido de Humedad

(Bowles, 1981) Menciona que el contenido de humedad es la cantidad de agua presente en una cantidad dad de suelo en términos de su peso en seco.

 =   100% Donde:

=es el peso de agua presente en la masa de suelo. = es el peso de los sólidos en el suelo. Podría definirse el contenido de humedad como la relación del peso de agua presente y el total de peso de la muestra; sin embargo, esto daría una cantidad en el denominador de la fracción que podría depender la cantidad de agua presente.

74

De acuerdo al (MTC E 108 - 2000, 2000) La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo siguiente:

Tabla 12 - Cantidad Mínima de Espécimen de material Húmedo Seleccionado como Representativo de la Muestra Total

Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%) 2 mm o menos 4.75 mm

Masa mínima Masa mínima recomendada de recomendada de espécimen de espécimen de Tamaño de ensayo húmedo ensayo húmedo malla Estándar para contenidos para contenidos de humedad de humedad reportados a ± reportados a ± 0.1% 1% 2.00 mm (N° 20 g 20 g* 10) 4.760 mm (N° 4)

100 g

20 g*

9.5 mm

9.525 mm (3/8”)

500 g

50 g

19.0 mm

19.050 mm (¾”)

2.5 kg

250 g

37.5 mm

38.1 mm (1½”)

10 kg

1 kg

75.0 mm

76.200 mm (3”)

50 kg

5 kg Fuente: (MTC E 108 - 2000, 2000)

Si se usa toda la muestra, ésta no tiene que cumplir los requisitos mínimos dados en la tabla anterior. En el reporte se indicará que se usó la muestra completa El uso de un espécimen de ensayo menor que el mínimo indicado requiere discreción, aunque pudiera ser adecuado para los propósitos del ensayo. En el reporte de resultados deberá anotarse algún espécimen usado que no haya cumplido con estos requisitos.

2.2.8.3.1.

Contenido de Ceniza.

2.2.8.3.2.

Contenido de Materia Orgánica.

75

2.2.8.4. Gravedad Específica. Según (Bowles, 1981) la gravedad específica de cualquier sustancia se define como el peso unitario del material en cuestión dividido por el peso unitario del agua destilada a 4°C. Así, si se consideran solamente los granos del suelo se obtiene G s como:

  =   ° La misma forma de ecuación que se utiliza para definir la gravedad específica del conjunto, la única diferencia en esa definición es el

.

La gravedad específica del material puede también

calcularse utilizando cualquier relación de peso de la substancia al peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales de material y substancia:

 = ⁄⁄ El problema consiste en obtener el volumen de un peso conocido de granos de suelo y dividirlo por el peso del mismo volumen de agua, es decir, aplicar la ecuación anterior pues esta forma es más difícil de captar como también de evaluar en el laboratorio. El volumen de un peso conocido de partículas de suelo puede obtenerse utilizando un recipiente de volumen sumergido dentro de una masa de agua desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo sumergido. Como el método de trabajo del laboratorio para determinar la gravedad específica del suelo utilizando un frasco volumétrico es en realidad un método indirecto (se desplaza indirectamente el volumen del material), se derivará a continuación una expresión para calcular la gravedad específica:   Sea



 = peso del frasco volumétrico vacío y seco

76

  Sea



 =  peso de la botella más agua destilada o agua común

hasta la marca del frasco hasta la marca de volumen y pesarlo. Sea este valor 

.

Si el agua no fuera desplazada dentro de la botella por los sólidos de suelo, cuando se le añade

, el peso total debería ser:  =   

como el agua es reemplazada (es decir una cantidad igual a puede añadirse a la botella debido a que

 no

  ocupa parte de su

volumen ), al completar el volumen del frasco, el peso del agua ha sido desplazada por las partículas de suelo y no cabe ahora en la botella será:

 =    =      

De la definición de

, sin considerarse un cambio de densidad (ni

volumen) con la temperatura, la gravedad específica es:

 = 

pues involucran volúmenes iguales, también es posible lo anterior de la siguiente forma:

 =     

Puede obtenerse un incremente pequeño en precisión si se tiene en cuenta el efecto de la temperatura sobre la densidad del agua expresando de la siguiente forma:



  =      

Donde , la corrección de temperatura, se calcula como:

  = °

Y es la relación entre los pesos unitarios del agua a la temperatura T del ensayo y a 20°C de tal forma que el valor de

 obtenido a la

temperatura T (que será muy grande si T es mayor que 20°C) se



reduce adecuadamente. Nótese que  es también

 del agua a la

temperatura del ensayo T.

77

Tabla 13 - Valores Típicos para el Factor de Corrección "α" Valores Típicos para el Factor de Corrección "α" T °C α ϒsat (g/cm3) 16 1.0007 0.99897 18 1.0004 0.99862 20 1.0000 0.99823 22 0.9996 0.99780 24 0.9991 0.99732 26 0.9986 0.99681 Fuente: (Bowles, 1981, pág. 64)

La fuente más seria de error en la determinación experimental de la gravedad no es ni la temperatura (especialmente si la temperatura del ensayo se mantiene entre 18° C y 22° C) ni la utilización de agua común. La mayor fuente de error proviene de la inadecuada de aireación de la mezcla suelo-agua. El agua contiene, en condiciones normales, aire disuelto. Las partículas de suelo también contienen aire, y si este aire no se remueve de ambos materiales, el volumen de

 bastante grande. Lo cual da un menor valor de   ya que       , resulta mayor aire produce una disminución en el peso

otra fuente de error, que puede ser importante, es la utilización de balanzas desajustadas o la práctica de pesar en diferentes balanzas durante el ensayo. Se puede lograr la de aireación adecuada de la mezcla suelo-agua aplicando vacío y/o calentamiento. El vacío sólo es normalmente suficiente para arenas, limos y arcillas. En suelos orgánicos, es aconsejable dejar hervir cerca de 30 minutos la mezcla suelo-agua, añadiendo agua a medida que se necesite para mantener el frasco volumétrico medio lleno. El intervalo de tiempo de aplicación del vacío puede variar entre unos pocos minutos; 6 a 8 horas para suelos plásticos a 4 a 6 horas para suelos de baja plasticidad.

78

La eficiencia de la remoción de aire puede mejorarse para cualquier suelo haciéndolo hervir durante 10 minutos y teniendo suficiente cuidado de que la muestra no se seque completamente o que el material salpique fuera del frasco. El desairiamiento puede verificarse de la siguiente forma: 

Aplicando vacío al frasco lleno entre la mitad y los ¾ con mezcla suelo agua, por un tiempo.



Llenando el frasco hasta unos 20 mm por debajo de la marca del frasco agua deaireada y con temperatura estabilizada.



Volviendo a aplicar el vacío por varios minutos y marcando con un lápiz de color adecuado el nivel del agua en el cuello del frasco.



Retirando cuidadosamente la tapa para romper el vacío y si el nivel de agua sube más de 3mm. El desairiamiento será suficiente.

Se presentan valores típicos de

 que pueden ser utilizados como

guía para calibrar los resultados de ensayo de laboratorio:

Tabla 14 - Valores Típicos de Gs Valores Típicos de Gs Tipo de Suelo Gs  Arena 2.65 - 2.67  Arena Limosa 2.67 - 2.70  Arcilla Inorgánica 2.70 - 2.75 Suelos con micas de hierro 2.75 - 3.00 Suelos orgánicos Variable, puede ser inferior a 2.00 Fuente: (Bowles, 1981, pág. 64)

2.2.8.5. Contenido óptimo de Cal (Eades & Grimm Test). En concordancia al (ASTM International, 2003) y (Foccal, 2013). El objetivo de este método es proporcionar una referencia más precisa de la cantidad de cal que debe ser adicionada para lograr una estabilización de suelos arcillosos, sin embargo; es importante realizar pruebas de laboratorio para verificar la capacidad de soporte final del suelo estabilizado.

79

  Tomar una muestra de suelo seco o húmedo de



aproximadamente 2 kg y almacenar en bolsa o envase de plástico herméticamente cerrado. 

Tamizar la muestra con una malla No. 40 (425 micras) procurando desbaratar todos los grumos manualmente para hacer pasar todo el material a través de la malla.



Pesar una serie de 5 muestras de 20 g c/u y colocarlas en frascos individuales con tapa roscada.



Pesar por separado una serie de muestras de cal equivalentes al 3, 4, 5, 6 y 7% del peso de la muestra de suelo.



Adicionar a cada uno de los frascos una de las muestras de cal y marcar cada frasco con la cantidad adicionada.



Mezclar perfectamente las muestras de suelo y cal en los frascos.



Agregar 100 ml de agua a cada uno de los frascos, utilizar de preferencia agua de la que será utilizada en la obra, cerrar perfectamente cada frasco y agitar vigorosamente cada 15-20 minutos, durante 1 hr.



Posteriormente se medirá el pH de la solución obtenida, con ayuda de un potenciómetro o papel pH (con escala 1-14).

Los resultados obtenidos se pueden interpretar en base a lo siguiente: 

La mezcla que arroje como resultado un pH de 12.4, indicará el porcentaje de cal que habrá de ser adicionado al suelo para lograr una estabilización completa.



Si 2 mezclas arrojan resultados iguales de 12.4, se considerará como referencia el porcentaje de adición menor.



Si ninguna muestra reporta un % ≥ 12.4, se deberán preparar otras muestras, utilizando % más elevados de cal (8, 9, 10%...) hasta conseguir el pH requerido.

Después de conocer el % de cal a adicionar, se podrán calcular los kg/m2 de cal necesaria mediante la siguiente f órmula:

80

    = 100 Donde:

 ∶  Cantidad de cal requerida por área de suelo (kg/m2)  ∶ Densidad del suelo seco (kg/m3)  ∶ Profundidad de la capa a tratar (m)   ∶  Porcentaje de cal determinado en la prueba Los resultados se deben registrar en un formato adecuado a fin de contar con referencias posteriores. Adicionalmente, se recomienda hacer un registro fotográfico para complementar la pr ueba.

2.2.8.6. Ensayos de Compactación En concordancia a (Bowles, 1981) y

(Montejo, 2002) y a la

Normativa Peruana. Los ensayos de compactación pueden ser de dos formas:

2.2.8.6.1.

Ensayo Estándar

 A modo de resumen El ensayo consiste en tomar 3kg de suelo, pasarlos a través del tamiz N°4, añadir agua y compactarlos en un molde 944 cm 3 en tres capas con 25 golpes por capa de un martillo de compactación de 24.5 N con caída de 0.305m en el suelo. Esto libera una energía nominal al suelo de:

5)(0.305) = 593.7 ⁄  = 3(25)(24. 9.4410−(1000) Luego de compactada de esta manera la muestra es removida del molde y desbaratada nuevamente hasta obtener grumos de tamaño aproximado del tamiz N°4 de acuerdo con estimación visual, se toman muestras para contenido de humedad, se añade más agua, de mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar nuevamente el suelo en el molde. Esta secuencia de repite un número de veces suficiente para obtener datos que permitan dibujar una curva de densidad seca contra contenido de humedad con un punto de pendiente “0” (un valor máxi mo) y suficientes puntos alrededor de ese máximo para definir adecuadamente su localización. La ordenada de este diagrama es 81

la densidad seca. La ordenada máxima se conocer como la densidad máxima y el contenido de humedad al cual se presenta se denomina contenido de humedad óptimo (CHO). Por lo expuesto anteriormente y en contraste con lo que estipula la Norma Peruana y podemos dividir el ensayo de Compactación de Proctor Estándar en diferentes métodos como se aprecia en la siguiente tabla.

Tabla 15 - Método del Proctor Estandar M TODO Peso del Pisón de Compactación Altura de caída Molde Material

MÉTODOS DE ENSAYO PROCTOR ESTÁNDAR A B 24.4 N

24.4 N

24.4 N

30.48 cm 4” de diámetro (101,6mm)

30.48 cm 4” de diámetro (101,6mm) El que pasa por el tamiz de 3/8” (9,5 mm).

30.48 cm 6“ (152,4mm) de diámetro

2.5 kg

5.9 kg

El que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm)

Cantidad de material recomendada para el 2.5 kg ensayo 3 Capas Golpes por capa 25

Uso

Otros Usos

C

3 25 Cuando más del 20% del peso del material Cuando el 20% ó es retenido en el menos del peso del tamiz Nº 4 (4,75mm) material es retenido y 20% ó menos de en el tamiz Nº 4 (4,75 peso del material es mm). retenido en el tamiz 3/8“ (9,5 mm). Si el método no es Si el método no es especificado; los especificado, y los materiales que materiales entran en cumplen éstos los requerimientos de requerimientos de gradación pueden ser gradación pueden ser ensayados usando ensayados usando Método C. Método B o C.

El que pasa por el tamiz ¾” (19,0 mm).

3 56 Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8” (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾” (19,0 mm)

Fuente: Elaboración. Propia Basado en: (MTC E 116-2000, 2000)

82

2.2.8.6.2.

Ensayo Modificado

Las características básicas son las mismas del ensayo patrón de compactación, esto es, usar la fracción menor del Tamiz N°4, o consultar las normas ASTM o AASHTO para casos en los cuales haya presentes gravas mayores, desarrollar la curva tal como la del experimento patrón: añadir incremento de agua al suelo, compactar, desbaratar la muestra, tomar un contenido de humedad hasta obtener todos los puntos de la curva. El ensayo de compactación modificado introduce una energía nominal de compactación al suelo de 2710 kJ/m 3  o cerca de cinco veces la energía de compactación del Experimento patrón. Para esta energía se obtiene un incremento entre 5 y 10% en densidad y un valor reducido del CHO sobre los datos correspondientes en el experimento patrón. Los datos para el ensayo de compactación modificado también se representan en curvas de densidad seca contra contenido de humedad.

Tabla 16 - Método del Proctor Modificado MÉTODOS DE ENSAYO PROCTOR MODIFICADO MÉTODO A B C Peso del Pisón de 44.5 N 44.5 N 44.5 N Compactación 45.72 cm 45.72 cm 45.72 cm Altura de caída 4” de diámetro 4” de diámetro 6“ (152,4mm) de Molde (101,6mm) (101,6mm) diámetro El que pasa por El que pasa por El que pasa por Material el tamiz Nº 4 el tamiz de 3/8” el tamiz ¾” (19,0 (4,75 mm) (9,5 mm). mm). Cantidad de material 2.5 kg 5.9 kg recomendada para el 2.5 kg ensayo Capas 5 5 5 Golpes por capa 25 25 56 Cuando más del Cuando más del Cuando el 20% ó 20% del peso del 20% en peso del menos del peso material es material se del material es retenido en el retiene en el Uso retenido en el tamiz Nº 4 tamiz 3/8” (9,53 tamiz Nº 4 (4,75 (4,75mm) y 20% mm) y menos de mm). ó menos de peso 30% en peso es del material es retenido en el 83

retenido en el tamiz 3/8“ (9,5 mm).

Otros Usos

Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B o C.

tamiz ¾” (19,0 mm)

Si el método no es especificado, y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C.

Fuente: Elaboración Propia. Basado en: (MTC E 115 - 2000, 2000)

2.2.8.7. Resistencia a la Compresión Simple. De acuerdo a (Braja, 2006) la prueba de compresión no confinada es un tipo de prueba triaxial no consolidad y no drenada en

 = 0  como se muestra en la siguiente figura en esta fuerza se aplica un esfuerzo axial ∆  a la muestra para genera falla (  ∆ = ∆ ). El correspondiente la que la presión de confinamiento

círculo de Mohr que se muestra. Observemos que para este caso: Esfuerzo total principal mayor =

∆ = 

Esfuerzo total principal menor = 0

84

Figura 15 - Prueba no confinada de compresión

Fuente: (Braja, 2006)

 Al esfuerzo axial en la falla

∆ =   generalmente se le

denomina resistencia a la compresión no confinada. La resistencia a la compresión no confinada se usa como un indicador de la consistencia de las arcillas. Las pruebas de compresión no confinada a veces se efectúan en suelos no saturados. Manteniendo constante la relación de vacíos de una meuestra de suelo. La resistencia a al compresión no confinada disminuye rápidamente con el grado de saturación.

2.2.8.8. Consolidación. Cuando se somete un suelo cohesivo saturado a un incremento de carga, ocurre un traspaso de esta carga del agua a la estructura de suelo en el tiempo. Inicialmente, de acuerdo a la teoría, ese incremento de carga exterior lo toma integralmente el agua debido a que, por una

85

parte, es incompresible, y por otra, el suelo del que e stamos hablando presenta una baja permeabilidad. Este incremento de carga tomado por el agua produce excesos en la presión neutra por sobre las presiones hidrostáticas. Al cabo de un tiempo t, parte de este exceso de presión neutra es disipado, transfiriéndose esa parte de la carga a la estructura de suelo, resultando en un incremento de tensiones efectivas. El resultado de este incremento gradual de tensiones verticales efectivas produce asentamientos en terreno. Cuando el suelo es permeable, como es el caso de un suelo granular, o cuando la carga se aplica a un suelo fino seco (o con bajo grado de saturación), el proceso de deformación con reducción en el índice de vacíos tiene lugar en un período tan corto que es posible considerar el proceso como instantáneo. En estos casos existe una deformación vertical prácticamente inmediata, pero no se reconoce como consolidación.

2.2.8.8.1.

Procesos en la Consolidación.

El proceso de consolidación se estudia en dos niveles: 

Consolidación Primaria: Permite estimar los asentamientos que se van a producir una vez que la carga es totalmente transferida a la estructura de suelo. Esta etapa que corresponde al fin de la consolidación primaria, se obtiene de este ensayo y es representada por la curva de consolidación. Es necesario decir que existe una consolidación secundaria y corresponde a las deformaciones acumuladas después de que se completa la consolidación primaria y ocurre no para incrementos de la tensión efectiva sino que para una tensión efectiva constante



Proceso Transiente: Este proceso corresponde a la transferencia gradual de los excesos de presión neutra a la estructura de suelo en el tiempo, lo que nos permite calcular, a partir del ensayo de laboratorio, la variación de los asentamientos en el tiempo, así como las presiones neutras y tensiones efectivas en cada punto de la masa de suelo, igualmente en el tiempo.

86

Una arcilla puede encontrarse en terreno normalmente consolidada (arcilla NC) o preconsolidada (arcilla PC). Se dice que una arcilla es normalmente consolidada cuando nunca fue sometida en su pasado geológico a cargas mayores que las existentes ahora en terreno. Por otro lado, si la arcilla estuvo en el pasado cargada por estratos de suelo que fueron posteriormente erosionados, o por cargas de hielo en una época glacial, se la denomina preconsolidada (también existe la preconsolidación por secamiento o por descenso de la napa freática con posterior recuperación). El ensayo permite igualmente conocer si se trata de una arcilla NC o PC tras comparar la tensión efectiva que la muestra tiene en terreno (a partir de la estratigrafía y profundidad de la muestra) con la presión de preconsolidación que, como se verá más adelante, se obtiene de la curva de consolidación.

2.2.8.9. CBR. Según (Bowles, 1981), se obtiene de la relación de la carga unitaria (lbs/pulg2) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración (19.4cm 2) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. Se puede representar mediante la siguiente ecuación:

    100%  =    ó De la anterior ecuación podemos decir que el número de CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la práctica, el símbolo de porcentaje se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero. Los valores de carga a utilizarse en la ecuación son:

87

Tabla 17 - Valores de Carga Unitaria a utilizarse en la ecuación de CBR. Penetración

Carga Unitaria

mm

pulg

MPa

psi

2.5

0.10

6.9

1000

5.0

0.20

10.3

1500

7.5

0.30

13.0

1900

10.0

0.40

16.0

2300

12.7

0.50

18.0

2600 Fuente: (Bowles, 1981, pág. 190)

Desarrollado como una forma de clasificación de la capacidad de un suelo para ser utilizado como sub-rasante o material de base en construcción de carreteras. Asimismo, según la ASTM, el CBR mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, pero de la aseveración anterior es evidente que este número no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.5 mm. Sin embargo, si el valor de CBR para una penetración de 5.00 mm es mayor, el ensayo debería repetirse. Si un segundo ensayo produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5.0 mm de penetración, dicho valor debe aceptarse como valor final del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para un suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar o modificada.  A menudo se compactan dos moldes de suelo, uno para penetración inmediata y otro para penetración después de dejarlo saturar por un periodo de 96 horas. El segundo espécimen saturado con una sobrecarga igual al peso del pavimento que se utilizará en el campo

88

pero en ningún caso el peso de la sobrecarga será menor de 4.5 Kg. Es necesario durante este periodo tomar registros de expansión para instantes escogidos arbitrariamente y al final de este periodo se saturación se hace la penetración para obtener el valor del CBR para el suelo en condición de saturación completa. En ambos ensayos de penetración para determinar los valores de cbr se coloca una sobrecarga sobre la muestra de la misma magnitud de la que se utilizó durante el ensayo de expansión. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos proósitos: 

Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura.



Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la saturación en el campo.

El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una tasa de deformación unitaria de 1.27 mm/min. Se toman lecturas de carga contra penetración a cada 0.5 mm de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm a partir del cual se toman lecturas de con incrementos de 2.5 mm hasta obtener una penetración total de 12.7 mm.

2.2.8.10. Módulo de Resiliencia. Tomando el concepto de (Callister, 2007), el Módulo de Resiliencia

 , es la energía de deformación por unidad de volumen que se requiere para deformar un material hasta el límite elástico. Asimismo, la Resiliencia es la capacidad de un material de absorber energía elástica cuando es deformado y de ceder energía cuando se deja de aplicar. Matemáticamente, el Módulo de Resilencia de un probeta sometida a una carga uniaxial es justamente el área bajo la curva tensióndeformación hasta la fluencia.

∈   = ∫   ∈

89

Figura 16 - Esquema donde se indica cómo se obtiene el módulo de resiliencia a partir de la curva de tracción.

Fuente: (Callister, 2007)

Suponiendo que la región es elástica lineal.

 = 12  en donde

 es la deformación en el límite elástico.

Las unidades de resiliencia son el producto de las unidades de los ejes del diagrama de tensión-deformación (J/m 3 o Pa). Representando la absorción de energía por unidad de volumen de material Tomando en cuenta que

 =   e incorporándola a la ecuación

anterior obtenemos:

     1  1     = 2  = 2     = 2 90

Por consiguiente, los materiales resilientes son aquellos que tienen un límite elástico muy alto y un módulo de elasticidad muy bajo. Para entenderlo de mejor manera (Moreno Rubio, 2005) nos brinda los siguiente conceptos. Los materiales que constituyen los pavimentos se ven sometidos a cargas dinámicas de diversas magnitudes que le son transmitidas por el tráfico. Con el fin de tener en cuenta la naturaleza cíclica de las cargas que actúan en los materiales que conforman una estructura de pavimento, así como el comportamiento no lineal y resiliente de los materiales, se han realizado en el mundo varios trabajos experimentales, tanto en modelos a escala natural como en muestras de material probadas en el laboratorio, obteniéndose valiosa información sobre el comportamiento esfuerzodeformación de los materiales. Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suele denominarse plásticas a aquéllas que permanecen en el pavimento después de cesar la carga. Bajo carga móvil la deformación permanente se va acumulando y para ciclos intermedios la deformación permanente para cada ciclo disminuye, hasta que prácticamente desaparece en los ciclos finales. La muestra llega así a un estado tal en que toda la deformación es recuperable, en ese momento se tiene un comportamiento resiliente. De aquí se desprende el concepto de módulo resiliente, el cual está definido como el esfuerzo desviador repetido aplicado en compresión triaxial entre la deformación axial recuperable. Así pues, el concepto de módulo resiliente está ligado invariablemente a un proceso de carga repetida. Como se ha observado en los estudios llevados a cabo sobre módulo resiliente, este parámetro no es una propiedad constante del material, sino que depende de muchos factores. Los principales son: número de aplicaciones del esfuerzo, tixotropía, magnitud del esfuerzo desviador, método de compactación y condiciones de compactación.

91

La metodología actual para diseño de pavimentos utilizada por el método AASHTO considera que la propiedad fundamental para caracterizar los materiales constitutivos de la sección de una carretera es el parámetro denominado módulo resiliente. Es por ello que el especialista encargado del diseño, construcción y conservación de tales estructuras, debe de tener el conocimiento básico de lo que el parámetro módulo resiliente representa, de la prueba de laboratorio a partir de la cual se obtiene y de los factores que hay que considerar para la selección del valor adecuado para su uso en una determinada metodología de diseño

92

2.3.

Hipótesis

2.3.1. Hipótesis General La variación de las magnitudes de las propiedades físico-mecánicas será favorable entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San JerónimoCusco.

2.3.2. Sub Hipótesis a) El Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo de un suelo serán menores, entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San Jerónimo- Cusco. b) El esfuerzo a la Compresión Inconfinada será mayor entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San Jerónimo- Cusco. c) El grado de consolidación será menor entre un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. d) El CBR será mayor entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo.

93

e) El Módulo Resilente será mayor entre un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo.

2.4.

Variables e Indicadores

2.4.1. Variables Independientes  A. Propiedades Físicas: En la presente investigación se denominará como propiedades físicas a aquellas que caracterizan al suelo y dan a conocer las propiedades fundamentales. En el ámbito que involucra esta investigación. B. Propiedades Mecánicas: En la presente investigación se denominará como propiedades Mecánicas a aquellas que caracterizan la capacidad del suelo de soportar esfuerzos y deformaciones. En el ámbito que involucra esta investigación.

2.4.2. Indicadores de Variables Independientes Para Propiedades Físicas: a) Índice 1:

Granulometría (adimensional).

b) Índice 2:

Límites de Atterberg (%)

c) Índice 3:

Contenido de Humedad (%).

d) Índice 4:

Gravedad Específica (adimensional).

e) Índice 5:

Contenido de pH (%).

Para Propiedades Mecánicas: a) Índice 1: Valor del Contenido Humedad Óptimo (CHO-%), valor del Peso Específico Seco Máximo ( ϒdmax-Kg/cm3). b) Índice 2: Valor del Esfuerzo a la Compresión Inconfinada (quKg/cm3) c) Índice 3: Valor del Asentamiento (S-cm) Valor del tiempo de asentamiento (t-min). d) Índice 4: Índice CBR (%). e) Índice 5: Valor del Módulo Resilente (Kg/cm3).

94

2.4.3. Variables Dependientes  A. % adición de Fibras de polipropileno: El Polipropileno es un termoplástico que es un subproducto gaseoso de la refinación de gasolina alquilada. Ver 2.2.4. Polipropileno

2.4.4. Indicadores de Variables Dependientes a) Índice

1: Porcentaje de adición de fibras de polipropileno en

función al peso suelo seco al:   0.2%



  0.3%



  0.4%



95

2.5.

Cuadro de Operacionalización de Variables. Tabla 18 - Cuadro de Operacionalización de Variables

Denominación

VARIABLE

DEFINICIÓN

s s

et b

ei r

n

n el

Y1 d

ai e a p V e

El Polipropileno es un termoplástico % adición de que es un subproducto gaseoso de la Fibras de refinación de gasolina alquilada. polipropileno Ver 2.2.4. Polipropileno

D

En la presente investigación se

Nivel Porcentaje de adición de fibras de polipropileno en función al peso suelo seco:   0.2%   0.3%   0.4%  

Clasificación del Suelo.

a aquellas que caracterizan al suelo y dan a conocer las propiedades fundamentales. En el ámbito que

Composición del Suelo

involucra esta investigación. s et

INSTRUMENTOS

Valores del porcentaje de adición de fibras de polipropileno en función al peso suelo seco.

Balanza electrónica de Precisión (±0.01g)



denominará como propiedades físicas Propiedades Físicas

INDICADORES

n ie d



Granulometría (adimensional).



Límites de Atterberg (%).



Contenido de Humedad (%)



Ceniza (%)



Materia Orgánica. (%).



Gravedad Específica (adimensional).



Contenido de pH (%).



Valor del Contenido Humedad Óptimo



Valor del Peso Específico Seco Máximo

n e

p

e nI

(CHO-%)

Relaciones Humedad-Densidad.

X1 d

En la presente investigación se

s

(ϒdmax

denominará como propiedades el b

Mecánicas a aquellas que V

a

r

ai

Propiedades Mecánicas

caracterizan la capacidad del suelo de soportar esfuerzos y deformaciones. En el ámbito que involucra esta investigación.

Guía de Laboratorio N° 03, 04, 05, 06 y 07

Guía de Laboratorio N° 08

-Kg/cm3).

Valor del Esfuerzo a la Compresión

Resistencia a la Compresión Inconfinada. (3, 7, 28 Y 90 días)



Consolidación Unidimensional (hasta 3 días) Radio de Soporte de California (CBR) (a los 4 días, de 55, 26 y 12 golpes)



Asentamiento (S-cm).



Valor del tiempo de asentamiento (t-min).

Módulo de Resilencia

Guía de Laboratorio N° 01 y 02

Inconfinada (q u-Kg/cm3).

Guía de Laboratorio N° 09 Guía de Laboratorio N° 10

Índice CBR (%).

Guía de Laboratorio N° 11

Valor del Módulo Resilente (Kg/cm 3).

Guía de Laboratorio N° 12 Fuente: Elaboración Propia.

96

3. Matriz de Consistencia Análisis de la estabilidad de suelos provenientes de la Zona de Ladrillera, San Jerónimo - Cusco tratados mediante la mezcla de c al y Fibras de Polipropileno para su uso como Base y Sub – Base PROBLEMA 1.Problema Central ¿En qué medida se modifican las magnitudes de las propiedades físicomecánicas de un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eads Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San Jerónimo- Cusco? 1.1. Preguntas Específicas: 1. ¿Cuál es la diferencia del Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? 2. ¿Cómo varía el esfuerzo a la Compresión Inconfinada de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? 3. ¿Cuál es la diferencia del grado de consolidación de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? 4. ¿En qué porcentaje varía el CBR de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo? 5. ¿Cómo varía el Módulo Resilente de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo?

OBJETIVOS 2.Objetivo General Determinar la proporción en la cual se modifican las magnitudes de las propiedades físico-mecánicas de un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de modificación proveniente de la zona ladrillera del Distrito San JerónimoCusco. 2.1. Objetivos Específicos: 1. Analizar la diferencia del Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo.

HIPÓTESIS 3. Hipótesis Central La variación de las magnitudes de las propiedades físico-mecánicas será favorable entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San JerónimoCusco. 3.1. Sub Hipótesis: 1. El Contenido de Humedad Óptimo y el Peso específico Seco Máximo de un suelo serán menores, entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona ladrillera del Distrito San Jerónimo- Cusco. 2. Cuantificar la variación en el esfuerzo 2. El esfuerzo a la Compresión Inconfinada a la Compresión Inconfinada de un suelo, será mayor entre un suelo estabilizado con cal estabilizado con cal hidratada, determinada hidratada, determinada por el Eades Grim Test, por el Eades Grim Test, y fibras de y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del peso del suelo seco del peso del suelo seco del suelo seco y otro suelo sin proceso de y otro suelo sin proceso de estabilización estabilización proveniente de la zona de proveniente de la zona ladrillera del Distrito San ladrillera San Jerónimo. Jerónimo- Cusco. 3. Determinar la diferencia del grado de 3. La consolidac ión será menor entre un consolidación de un suelo, estabilizado con suelo, estabilizado con cal hidratada, cal hidratada, determinada por el Eades Grim determinada por el Eades Grim Test, y fibras Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin del suelo seco del peso del suelo seco y otro proceso de estabilización proveniente de la suelo sin proceso de estabilización proveniente zona de ladrillera San Jerónimo. de la zona de ladrillera San Jerónimo.

VARIABLES INDICADORES METODOLOGÍA 4.1 Variables 5.1 De las Variables 6.1Tipo de Investigación Dependientes Dependientes Valores del porcentaje de Cuantitativo y aplicativa. adición de fibras de 6.2 Nivel de Investigación % adición de polipropileno en función al Correlacional Fibras de peso suelo seco: polipropileno. •  0.2% 6.3 Método de Investigación •  0.3% Hipotético - Deductivo •  0.4% 6.4 Diseño 4.2 Variables 5.2 Indicadores de las Cuasi-experimental Independientes Variables Independientes 6.5 Población   Granulometría (adimensional). Límites de Atterberg (%). Contenido de Humedad (%) Ceniza (%) Materia Orgánica. (%). Gravedad Específica (adimensional). Contenido de pH (%).





Propiedades Físicas



  



4. El CBR será mayor entre un suelo estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. 5. El Módulo Resilente será mayor entre un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo.

 









4. Determinar el porcentaje en que varía el CBR de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo. 5. Cuantificar la variación del Módulo Resilente de un suelo, estabilizado con cal hidratada, determinada por el Eades Grim Test, y fibras de polipropileno al 0.20, 0.30 y 0.40% del peso del suelo seco y otro suelo sin proceso de estabilización proveniente de la zona de ladrillera San Jerónimo.

Suelos del Distrito de San Jerónimo, Provincia del Cusco 6.5 Muestra La muestra es coincidente con la Población (tipo censal). Muestra Única, Suelos provenientes de la Zona Ladrillera del Distrito de San Jerónimo, Provincia del Cusco. 6.7 Instrumentos Fichas de Laboratorio para: Muestreo de suelos Reducir muestras a tamaño de muestreo Análisis Granulométrico por tamizado Clasificación de Suelos SUCS y AASHTO Propiedades Índice (Límites de Attenberg) Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad Contenido de Humedad, ceniza y Materia Orgánica Gravedad Específic a del suelo. Determinaci ón del pH para contenido mínimo de cal (Eads –Grim Test) Ensayo de Compactación Resistencia a la Compresión Inconfinada CBR en Laboratorio.   Consolidación. Módulo Resilente.

Propiedades Mecánicas





 

Valor del Contenido Humedad Óptimo (CHO - %) Valor del Peso Específico Seco Máximo (ϒdmax Kg/cm3). Valor del Esfuerzo a la Compresión Inconfinada (qu-Kg/cm3). Valor del Grado de Consolidación: Índice CBR (%). Valor del Módulo Resilente (Kg/cm3).









 

  

Fuente: Elaboración Propia.

97

4. CONTENIDO TENTATIVO DE LA TESIS 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.1.

Identificación del Problema.

1.1.1.

Descripción.

1.1.2.

Formulación Interrogativa del Problema. 1.1.2.1. Formulación Interrogativa del Problema. 1.1.2.2.

Formulación

Interrogativa

de

los

Problemas

Específicos. 1.2.

Justificación e Importancia del Problema.

1.2.1.

Justificación Técnica.

1.2.2.

Justificación Social.

1.2.3.

Justificación por Viabilidad.

1.2.4.

Justificación por Relevancia.

1.3.

Limitaciones de la Investigación.

1.3.1.

Limitación de Territorio.

1.3.2.

Limitaciones con respecto a los materiales.

1.3.3.

Limitación de Recursos.

1.3.4.

Limitaciones Normativas.

1.3.5.

Limitaciones Económicas.

1.3.6.

Limitación de Tiempo.

1.4.

Objetivos de la Investigación.

1.4.1.

Objetivo General.

1.4.2.

Objetivos Específicos.

1.5.

Hipótesis.

1.5.1.

Hipótesis General.

1.5.2.

Sub hipótesis.

1.6.

Definición de Variables.

1.6.1.

Variables Independientes. 1.6.1.1. Indicadores de las Variables Independientes.

1.6.2.

Variables Dependientes. 1.6.2.1. Indicadores de las Variables Dependientes. 98

1.6.3.

Cuadro de Operacionalización de Variables.

2. Marco Teórico de la Tesis. 2.1.

Investigación Actual.

2.1.1.

Antecedentes a Nivel Nacional.

2.1.2.

Antecedentes a Nivel Internacional.

2.2.

Aspectos Teóricos Pertinentes.

2.2.1.

Suelo. 2.2.1.1. Arcilla. 2.2.1.1.1. Propiedades de las Arcillas. 2.2.1.1.2. Clasificación de las Arcillas. 2.2.1.1.3. Minerales Constitutivos de las Arcillas. 2.2.1.1.4. Físico Química de las Arcillas. 2.2.1.1.5. Relaciones entre la Fase Sólida y Líquida de una Arcilla.

2.2.2.

Cal (Carbonato de Calcio) 2.2.2.1. Tipos de Cal, Ventaja y Desventajas.

2.2.3.

Fibras Sintéticas. 2.2.3.1. Propiedades de las Fibras. 2.2.3.1.1. Propiedades Mecánicas y Características Físicas. 2.2.3.1.2. Propiedades químicas y medioambientales. 2.2.3.2. Uso General de las Fibras Sintéticas. 2.2.3.3. Elección de Fibras Adecuadas Para Cada Aplicación. 2.2.3.4. Fibras para el Refuerzo de Tierras.

2.2.4.

Polipropileno. 2.2.4.1. Características. 2.2.4.2. Propiedades.

2.2.5.

Estabilidad de Suelos. 2.2.5.1. Propiedades de la Estabilidad de Suelos. 2.2.5.1.1. Estabilidad Volumétrica. 2.2.5.1.2. Resistencia. 2.2.5.1.3. Permeabilidad. 2.2.5.1.4. Comprensibilidad. 2.2.5.1.5. Durabilidad. 99

2.2.6.

Tipos de Estabilizaciones. 2.2.6.1.

Estabilización

de

Suelos

mediante

Métodos

Químicos. 2.2.6.1.1. Estabilización con el uso de Aditivos. 2.2.6.1.2. Estabilización con Cemento. 2.2.6.1.3. Estabilización con Asfalto. 2.2.6.2. Estabilización de Suelos mediante Métodos Físicos. 2.2.6.2.1. Estabilización por Compactación. 2.2.6.3. Estabilización de Suelos mediante Otros Métodos. 2.2.6.3.1. Estabilización con Ácido Fosfórico. 2.2.6.3.2. Estabilización con Cloruro de Sodio. 2.2.6.3.3. Estabilización con Soda Caustica. 2.2.6.3.4. El drenaje como Sistema de Estabilización. 2.2.6.4. Estabilización con Cal. 2.2.6.4.1. Modificación con cal. 2.2.6.4.2. La Química del Tratamiento con Cal. 2.2.7.

Pavimento. 2.2.7.1. Características de un Pavimento. 2.2.7.2. Clasificación de los pavimentos. 2.2.7.2.1. Pavimentos Flexibles. 2.2.7.2.2. Pavimentos Semi-rígidos. 2.2.7.2.3. Pavimentos Rígidos. 2.2.7.2.4. Pavimentos Articulados. 2.2.7.3. Elementos que conforman la Estructura de un Pavimento. 2.2.7.3.1. Pavimento Flexible. 2.2.7.3.2. Pavimento Rígido

2.2.8.

Ensayos de Laboratorio. 2.2.8.1. Clasificación de Suelos. 2.2.8.1.1. Método SUCS. 2.2.8.1.2. Método AASHTO. 2.2.8.2. Propiedades Índice (Límites de Attenberg) 2.2.8.2.1. Límite Líquido. 2.2.8.2.2. Límite Plástico. 100

2.2.8.2.3. Índice de Plasticidad. 2.2.8.3. Contenido de Humedad. 2.2.8.4. Gravedad Específica. 2.2.8.5. Contenido óptimo de Cal (Eades & Grimm Test). 2.2.8.6. Ensayos de Compactación. 2.2.8.6.1. Ensayo Estándar. 2.2.8.6.2. Ensayo Modificado. 2.2.8.7. Resistencia a la Compresión Simple. 2.2.8.8. Consolidación. 2.2.8.8.1. Procesos en la Consolidación. 2.2.8.9. CBR (Radio de Soporte de California) 2.2.8.10. Módulo de Resiliencia. 3. METODOLOGÍA. 3.1.

Metodología de la Investigación.

3.1.1.

Tipo de Investigación.

3.1.2.

Nivel de la Investigación.

3.1.3.

Método de Investigación.

3.2.

Diseño de la Investigación.

3.2.1.

Diseño Metodológico.

3.2.2.

Diseño de Ingeniería. 3.2.2.1. Determinación del Suelo. 3.2.2.1.1. Determinación de las Propiedades del Suelo. 3.2.2.1.2. Preparación del Suelo. 3.2.2.2. Determinación de la Cal. 3.2.2.3. Determinación de las Fibras de Polipropileno. 3.2.2.4. Determinación del Agua. 3.2.2.5. Determinación de la Dosificación de la Muestra Patrón de la mezcla de Suelo con Cal. 3.2.2.6. Determinación de la Dosificación de la Muestra Patrón de la mezcla de Suelo con Cal y Fibras de Polipropileno. 3.2.2.7. Elaboración de los especímenes. 3.2.2.7.1. Especímenes para ensayo de Compactación del Suelo.

101

3.2.2.7.2. Especímenes para ensayo de Compresión no Confinada. 3.2.2.7.3. Especímenes para ensayo de CBR. 3.2.2.7.4. Especímenes para ensayo de Consolidación. 3.2.2.6. Determinación del Módulo Resilente. 3.2.2.7. Recolección de Datos. 3.2.2.8. Análisis de Datos. 3.2.2.9. Resultados, Conclusiones y Recomendaciones. 3.3.

Población y Muestra.

3.3.1.

Población. 3.3.1.1. Descripción de la Población. 3.3.1.2. Cuantificación de la Población.

3.3.2.

Muestra. 3.3.2.1. Descripción de la Muestra. 3.3.2.2. Cuantificación de la Muestra. 3.3.2.3. Método de Muestreo. 3.3.2.4. Criterios de Evaluación de Muestra.

3.3.3. 3.4.

Criterios de Inclusión.

Instrumentos.

3.4.1.

Instrumentos de Recolección de Datos. 3.4.1.1. Clasificación de Suelos. 3.4.1.1.1. Método SUCS. 3.4.1.1.2. Método AASHTO. 3.4.1.2. Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad. 3.4.1.3. Contenido de Humedad. 3.4.1.4. Gravedad Específica. 3.4.1.5. Contenido de pH y Contenido Óptimo de Cal. 3.4.1.6. Ensayo de Compactación - Proctor Modificado (Método A) 3.4.1.7. Resistencia a la Compresión No Confinada. 3.4.1.8. CBR en Laboratorio. 3.4.1.9. Consolidación. 3.4.1.10. Módulo de Resilencia.

3.4.2.

Instrumentos de Ingeniería. 102

3.5.

Procedimientos de Recolección de Datos.

3.5.1.

Clasificación de Suelos. 3.5.1.1. Método SUCS y AASHTO. 3.5.1.2. Equipos Utilizados. 3.5.1.3. Procedimiento. 3.5.1.4. Toma de Datos.

3.5.2.

Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad. 3.5.2.1. Equipos Utilizados. 3.5.2.2. Procedimiento. 3.5.2.3. Toma de Datos.

3.5.3.

Contenido de Humedad. 3.5.3.1. Equipos Utilizados. 3.5.3.2. Procedimiento. 3.5.3.3. Toma de Datos.

3.5.4.

Gravedad Específica. 3.5.4.1. Equipos Utilizados. 3.5.4.2. Procedimiento. 3.5.4.3. Toma de Datos.

3.5.5.

Contenido de pH y Contenido Óptimo de Cal. 3.5.5.1. Equipos Utilizados. 3.5.5.2. Procedimiento. 3.5.5.3. Toma de Datos.

3.5.6.

Ensayo de Compactación - Proctor Modificado (Método A) 3.5.6.1.1. Equipos Utilizados 3.5.6.1.2. Procedimiento. 3.5.6.1.3. Toma de Datos.

3.5.7.

Resistencia a la Compresión No Confinada. 3.5.7.1. Equipos Utilizados 3.5.7.2. Procedimiento. 3.5.7.3. Toma de Datos.

3.5.8.

CBR en Laboratorio. 3.5.8.1. Equipos Utilizados 3.5.8.2. Procedimiento 3.5.8.3. Toma de Datos 103

3.5.9.

Consolidación. 3.5.9.1. Equipos Utilizados 3.5.9.2. Procedimiento 3.5.9.3. Toma de Datos

3.5.10.

Módulo de Resilencia.

3.5.10.1. Equipos Utilizados 3.5.10.2. Procedimiento 3.5.10.3. Toma de Datos 3.6.

Procedimientos de Análisis de Datos

3.6.1.

Clasificación de Suelos. 3.6.1.1. Método SUCS. 3.6.1.1.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.1.1.2. Diagramas. 3.6.1.1.3. Análisis dela Prueba. 3.6.1.2. Método AASHTO. 3.6.1.2.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.1.2.2. Diagramas. 3.6.1.2.3. Análisis de la Prueba.

3.6.2.

Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad. 3.6.2.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.2.2. Diagramas. 3.6.2.3. Análisis dela Prueba.

3.6.3.

Contenido de Humedad. 3.6.3.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.3.2. Diagramas. 3.6.3.3. Análisis dela Prueba.

3.6.4.

Gravedad Específica. 3.6.4.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.4.2. Diagramas. 3.6.4.3. Análisis de la Prueba.

3.6.5.

Contenido de pH y Contenido Óptimo de Cal. 3.6.5.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.5.2. Diagramas. 3.6.5.3. Análisis dela Pruebas. 104

3.6.6.

Ensayo de Compactación - Proctor Modificado (Método A) 3.6.6.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.6.2. Diagramas. 3.6.6.3. Análisis dela Prueba.

3.6.7.

Resistencia a la Compresión No Confinada. 3.6.7.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.7.2. Diagramas. 3.6.7.3. Análisis dela Prueba.

3.6.8.

CBR en Laboratorio. 3.6.8.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.8.2. Diagramas. 3.6.8.3. Análisis dela Prueba.

3.6.9.

Consolidación. 3.6.9.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.9.2. Diagramas. 3.6.9.3. Análisis dela Prueba.

3.6.10.

Consolidación.

3.6.10.1. Procesamiento y Cálculos de la Prueba. 3.6.10.2. Diagramas. 3.6.10.3. Análisis dela Prueba. 4. RESULTADOS. 5. DISCUSIÓN. 6. CONCLUSIONES. 7. RECOMENDACIONES. 8. REFERENCIAS. 9. ANEXOS.

105

5. PLAN DE ACTIVIDADES En el siguiente cuadro se puede apreciar un resumen en función al tiempo de duración de los ensayos de Laboratorio necesarios a realizar para el presente trabajo de investigación.

Tabla 19 - Resumen del Plan de Actividades N°

ENSAYO A REALIZAR

TIEMPO DE DURACIÓN (días)

1 Muestreo de suelos

02

2 Toma de muestras de suelos

02

3 Reducir muestras a tamaño de muestreo

02

4  Análisis Granulométrico por tamizado

02

5

Propiedades Índice (Límites de Attenberg)

6 Clasificación de Suelos

LL LP

02

IP SUCS  AASHTO

01

7 Contenido de Humedad

02

8 Contenido de Ceniza

02

9 Contenido de Materia Orgánica

02

10 Gravedad Específica del suelo.

02

11 Contenido óptimo de cal

01

12 Ensayo de Compactación

06

13 Compresión Inconfinada (3,7,28 y 90 Días)

90

14 CBR en Laboratorio. (4 Días)

04

15 Módulo de Resilencia

03

16 Consolidación (1140 min - 24 horas).

03 Fuente: Elaboración Propia

Ver más detalle en el Anexo de Plan de Actividades

106

6. RECURSOS Y PRESUPUESTO

DESCRIPCIÓN

N° de Veces

ACOPIO DE INFORMACIÓN Búsqueda y Análisis de información en 3 Internet Compra y alquiler de libros, revistas 1 folletos y boletines de especialidad MATERIAL DE ESCRITORIO Material Indispensable (Papeles y 1 lapiceros) Material Informático (Computadora, 1 Impresora, etc.) ENSAYOS DE LABORATORIO (*) Muestreo de suelos 1 Reducir muestras a tamaño de 4 muestreo  Análisis Granulométrico por tamizado 1 Clasificación de Suelos (SUCS Y 1  AASHTO) Propiedades Índice (Límites de 1  Atterberg) Contenido de Humedad, Ceniza y 3 Materia Orgánica Gravedad Específica del suelo. 3 Determinación del pH para contenido 7 mínimo de cal (Eads –Grim Test) Ensayo de Compactación 4 Resistencia a la Compresión 5 Inconfinada CBR en Laboratorio. 4 Consolidación. 4 IMPRESIONES Impresión de avances e informe final 2 VIÁTICOS Movilidad 2 TOTAL

COSTO (S/.)

Parcial (S/.) 260.00

20.00

60.00

200.00

200.00

170.00 20.00

20.00

150.00

150.00

4905.00 0.00 0.00 20.00

80.00

80.00

80.00

40.00

40.00

45.00

45.00

20.00

60.00

30.00

90.00

120.00

840.00

100.00

400.00

150.00

750.00

220.00 410.00

880.00 1640.00 240.00 120.00 240.00 200.00 100.00 200.00

5775.00 Fuente: Elaboración Propia

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