UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS “Análisis comparativo de las propiedades físico mecánicas de un suelo arcilloso adicionado con óxido de calcio (cal) al 10% y cloruro de sodio (sal de maras) al 10%, 12% y 14% para subrasante de la via Urbana Colectora Programada en la Comunidad Campesina Pillao Matao-San Jeronimo-Cusco” Presentado por: Casa Maxi Danai Alondra Tapia Ataucuri Julio Cesar Para optar el título profesional de Ingeniero Civil Asesor: Mg. Eigner Román Villegas CUSCO-PERÚ 2022 Dedicatoria Dedico este trabajo a Dios y a la virgen de Copacabana por darme fuerzas en todo el camino de mi vida universitaria para cumplir con mi metas personales y profesionales. A mis padres Victor Casa Velásquez y Leonor Maxi Ayma por ser un apoyo incondicional y por todo el sacrificio que hacen para sacarme adelante. A mi hermana Nayda por estar a mi lado en cada paso que doy y por el apoyo moral que siempre me brinda. Danai Alondra Casa Maxi Dedico este trabajo de investigación a mis padres Carmen Ataucuri Meza y Ronald Tapia Venero por el apoyo incondicional que me han brindado hasta el día de hoy, apoyo sin el cual no hubiera sido posible alcanzar esta tan anhelada meta. A mis hermanos Virginia Isabel, Ronald Antauro, Francisco Alejandro, Jerónimo Inti y Omar Carlos por ser el motor y motivo de mis logros y además por ser el apoyo emocional que uno siempre necesita. Y a mis abuelas Virginia Venero Flores e Isabel Meza Quintana por el apoyo y cariño desinteresado durante mi camino hasta este momento. Julio Cesar Tapia Ataucuri pág. 2 Agradecimientos A la Universidad Andina del Cusco por la formación académica a la escuela profesional de Ingeniería Civil y a su plana de docentes por compartir sus conocimientos y experiencias profesionales. A nuestro asesor Mgt. Ing. Eigner Román Villegas por su asesoramiento, ideas y acompañamiento en todo el desarrollo de esta presente investigación. A nuestros ingenieros dictaminantes Ing. Jose Alberto Montesinos Cervantes, Ing. Cesar Augusto Chura Cortez e Ing. Heber Gutierrez Vallejo por sus consejos y enseñanzas durante el proceso de la tesis. Al Arq. Ferdinand Castro Rodríguez por el apoyo y la valiosa información brindada para el desarrollo de la presente investigación. Al laboratorio de “INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN E.I.R.L. Laboratorio de suelos y Materiales” por brindarnos sus instalaciones para realizar nuestros ensayos y así poder desarrollar la investigación. A todas las personas que de alguna u otra manera tuvieron que ver con el desarrollo de la investigación, a todos los que dieron su ayuda y apoyo para beneficio de esta. pág. 3 Resumen El presente estudio tiene por objetivo analizar y determinar en qué medida varían las propiedades físico mecánicas de un suelo arcilloso que es adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio (sal de maras) al 10%, 12% y 14% para subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco mediante los ensayos de laboratorio de análisis granulométrico (MTC E 107, E 204 - ASTM D 422 - AASHTO T-11, T-27 Y T-88), Límites de Atterberg (MTC E 110 Y E 111 - ASTM D 4318 - AASHTO T-89 Y T-90), Proctor Modificado (MTC E 115) y ensayo de valor soporte de los suelos CBR (MTC E 132 – ASTM D-1883) siendo una investigación cuantitativa. Durante la investigación fue empleada la técnica del reconocimiento de campo, seguidamente se evaluó el lugar para iniciar con el trazo y la excavación de 4 calicatas en un tramo representativo donde cada muestra fue ensayada indicando ser un suelo arcilloso, según AASHTO su clasificación A-6 y según SUCS su clasificación CL (arcilla inorgánica de plasticidad baja a media). Siendo un suelo arcilloso se trasladaron muestras de cada calicata para ser ensayadas en “Ingeniería y Construcción E.I.R.L”, laboratorio de materiales y suelos, enfocados en el ensayo de CBR que cuantifica la capacidad resistente como subrasante se obtuvo datos de la muestra patrón y muestras adicionadas con los diferentes porcentajes de aditivos. Teniendo los resultados de los ensayos de las 6 muestras representativas se realizó la comparación donde se concluye que el suelo arcilloso adicionado con 12% de cloruro de sodio incrementa su capacidad portante en promedio 49.66 % con relación al suelo natural, en vista que la muestra tiene mayor resistencia en subrasante y puede ser utilizada para mejorar las características físico-mecánicas del suelo arcilloso, actuando como un estabilizador químico. Palabras claves: Porcentaje de CBR, densidad máxima seca, limite líquido, limite plástico, índice de plasticidad, subrasante, cal, sal de maras. pág. 4 Abstract The purpose of this study is to analyze and determine to what extent the physical and mechanical properties of a clayey soil added with 10% calcium oxide (lime) compared to 10%, 12% and 14% sodium chloride (salt of maras) for subgrade in the rural community of Pillao Matao - San Jeronimo - Cusco by means of laboratory tests of granulometric analysis (MTC E 107, E 204 - ASTM D 422 - AASHTO T-11, T-27 and T-88), E 204 - ASTM D 422 - AASHTO T-11, T-27 and T-88), Atterberg Limits (MTC E 110 and E 111 - ASTM D 4318 - AASHTO T-89 and T-90), Modified Proctor (MTC E 115) and CBR soil support value test (MTC E 132 - ASTM D-1883) being a quantitative investigation. The technique used for the investigation was first the field reconnaissance, then the site was evaluated to start with the layout and excavation of 4 pits in a representative section where each sample was tested indicating that it was a clayey soil, according to AASHTO its A-6 classification and according to SUCS its CL classification (inorganic clay of low to medium plasticity). Being a clayey soil, samples were taken from each test pit to be tested in the soil and materials laboratory "Ingeniería y Construcción E.I.R.L." focused on the CBR test that quantifies the resistant capacity as a subgrade, data was obtained from the standard sample and samples added with different percentages of additives. Having the test results of the 6 representative samples, a comparison was made where it was concluded that the clayey soil added with 12% of sodium chloride increases its bearing capacity in average 49.66% with respect to the natural soil, being this the sample with the highest resistance in subgrade and can be used to improve the physical-mechanical properties of a clayey soil acting as a chemical stabilizer. Keywords: CBR percentage, maximum dry density, liquid limit, plastic limit, plasticity index, subgrade, lime, salt of maras. pág. 5 Introducción La estabilización de suelos es una técnica utilizada para optimizar las propiedades físico- mecánicas del suelo que no cumple con los requisitos para la construcción de infraestructuras. La estabilización de suelos arcillosos es una práctica común puesto que frecuentemente al momento de plantear algún proyecto de infraestructura nos topamos con suelos de este tipo que tienen por propiedades ser materiales plásticos, con susceptibilidades volumétricas en contacto con el agua y por ende que al estar sometidos a cargas se presentan asentamientos que son perjudiciales para las estructuras que serán construidas en este tipo de suelos. El propósito de hacer una investigación que analice las características del suelo arcilloso adicionado con cloruro de sodio (sal) y oxido de calcio (cal) es el de brindar posibilidades para estabilizar suelos arcillosos, puesto que ambos son compuestos químicos que, al ser adicionados en suelos arcillosos podrían tener como consecuencia la mejora de propiedades tales como límites de consistencia, densidad seca máxima, contenido óptimo de humedad, entre otras, haciéndolo más estable. La presente investigación cuenta con cinco capítulos, los cuales se componen de la siguiente forma: En el capítulo I se encuentra la Introducción, donde se desarrolla la descripción y el planteamiento del problema, posteriormente se delimitan los objetivos y por último se desglosa la justificación, limitación y delimitación espacial y temporal. El capítulo II denominado Marco Teórico, comprende estudios previos o los denominados antecedentes, están incluidas también las bases teóricas de las variables de estudio para finalizar con la operacionalización. En el capítulo III está el Método, en esta sección se desarrolla la metodología y el diseño de investigación, asimismo se define la población, muestra, las técnicas y sus respectivos instrumentos válidos y fiables. En el capítulo IV se encuentran los Resultados, en esta parte se describen los objetivos con respecto a los datos recogidos, por tanto, se presenta la clasificación de suelos, límites de consistencia, Proctor Modificado y CBR Ensayo de Soporte de California. pág. 6 En el capítulo V se halla la Discusión, en esta parte se presenta la descripción de hallazgos importantes, las comparaciones con literatura e implicancias de la investigación. Adicionalmente, el estudio culmina con conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y los respectivos anexos, los instrumentos y sus validaciones. pág. 7 Índice General Dedicatoria ...................................................................................................................................... 2 Agradecimientos .............................................................................................................................. 3 Resumen .......................................................................................................................................... 4 Abstract ........................................................................................................................................... 5 Introducción .................................................................................................................................... 6 Índice General ................................................................................................................................. 8 Indice de Tablas ............................................................................................................................ 11 Índice de Figuras ........................................................................................................................... 18 Capítulo I: Introducción ................................................................................................................ 23 1.1. Planteamiento del Problema ............................................................................................... 23 1.1.1. Descripción del problema ............................................................................................... 23 1.1.2.1. Formulación interrogativa del Problema General ............................................ 25 1.1.2.2. Formulación interrogativa de los Problemas Específicos ................................ 26 1.2. Justificación de la investigación ..................................................................................... 26 1.2.1. Justificación Técnica: ....................................................................................... 26 1.2.2. Justificación Social: ......................................................................................... 27 1.2.3. Justificación por viabilidad .............................................................................. 27 1.2.4. Justificación por relevancia .............................................................................. 28 1.3. Limitaciones de la investigación .................................................................................... 28 1.4. Objetivos de la investigación .......................................................................................... 29 1.4.1. Objetivo general .......................................................................................................... 29 1.4.2. Objetivos específicos ....................................................................................... 29 1.5. Delimitación del estudio ................................................................................................. 30 1.5.1. Delimitación espacial: ................................................................................................. 30 1.5.2. Delimitación temporal: ............................................................................................... 30 pág. 8 1.6. Metodología de la tesis ................................................................................................... 30 1.6.1. Tipo de investigación ....................................................................................... 30 1.6.2. Nivel de la investigación ............................................................................................. 30 1.6.3. Metodología de la investigación ................................................................................. 31 Capitulo II: Marco Teórico de la Tesis ......................................................................................... 32 2.1. Antecedentes de la tesis .................................................................................................. 32 2.1.1. Antecedentes a nivel local .......................................................................................... 32 2.1.2. Antecedentes a nivel nacional ..................................................................................... 32 2.1.3. Antecedentes a nivel internacional .................................................................. 33 2.2. Base teórico- científico ................................................................................................... 35 2.2.1. Pavimento ................................................................................................................... 35 2.2.1.1. Partes de un pavimento ........................................................................................... 35 2.2.1.2. Tipos de pavimento ................................................................................................. 36 2.2.2. Suelos: .............................................................................................................. 37 2.2.4. Estabilización de Suelos .................................................................................. 50 2.2.4.1. Tipos de estabilizaciones: ................................................................................ 50 2.2.5. Cloruro de sodio (NaCl): ................................................................................. 51 2.2.7. Estabilización de suelos con cloruros .............................................................. 54 2.2.8. Estabilización con cloruro de sodio (NaCl): .................................................... 55 2.2.9. Cal: ................................................................................................................... 57 2.2.10. Tipos de cal ...................................................................................................... 58 2.2.11. Estabilización con cal ...................................................................................... 58 2.2.12. Ensayos de Laboratorio: .................................................................................. 59 2.3. Definición de términos básicos: ....................................................................... 60 2.4. Hipótesis ......................................................................................................................... 60 2.4.1. Hipótesis general ......................................................................................................... 60 pág. 9 2.4.2. Sub hipótesis .................................................................................................... 60 2.5. Variables e indicadores ................................................................................................... 61 2.5.1.1. Variables Dependientes: .................................................................................. 61 2.5.1.2. Variables Independientes: ................................................................................ 61 2.5.1.3. Variables Intervinientes ................................................................................... 61 2.5.2. Cuadro de Operacionalización de Variables: .............................................................. 61 Capitulo III: Método. ..................................................................................................................... 63 3.1. Metodología de la investigación-Alcance de estudio ..................................................... 63 3.1.1. Tipo de investigación ....................................................................................... 63 3.1.2. Nivel o alcance de la investigación .................................................................. 63 3.1.3. Método de la investigación .............................................................................. 63 3.2. Diseño de la investigación .............................................................................................. 63 3.2.1. Diseño metodológico ....................................................................................... 63 3.2.2. Diseño de ingeniería ........................................................................................ 64 3.3. Población ........................................................................................................................ 65 3.3.1. Descripción de la población ............................................................................. 65 3.3.2. Cuantificación de la población ......................................................................... 65 3.4. Muestra ........................................................................................................................... 67 3.4.1. Descripción de la muestra ................................................................................ 67 3.4.2. Cuantificación de la muestra ............................................................................ 67 3.4.3. Método de muestreo ......................................................................................... 70 3.4.4. Criterios de evaluación de la muestra .............................................................. 70 3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos: .......................................................... 71 3.5.1 Técnicas de recolección de datos: .................................................................... 71 3.5.2. Instrumentos de recolección de datos: ........................................................... 211 Capitulo IV: Resultados de la investigación ............................................................................... 217 pág. 10 4.1. Contenido de humedad ................................................................................................. 217 Capitulo V: Discusión ................................................................................................................. 252 5.1. Descripción de los hallazgos más relevantes y significativos. ......................................... 252 5.2. Limitaciones del estudio. .................................................................................................. 253 5.3. Comparación crítica con la literatura existente. ............................................................... 253 5.4. Implicancias del estudio. .................................................................................................. 254 Indice de Tablas Tabla 1. Simbología para tipos de suelo según clasificación SUCS. ........................................ 39 Tabla 2. Tabla para clasificación de suelos Método AASHTO. ............................................... 41 Tabla 3. Tabla para clasificación de suelos Método AASHTO. ............................................... 41 Tabla 4. Cuadro de Operacionalización de Variables dependientes. ........................................ 62 Tabla 5. Diseño de la ingeniería del presente Proyecto de Investigación. ................................ 64 Tabla 6. Número de Calicatas par Exploración de Suelos ........................................................ 65 Tabla 7. Número de calicatas realizadas. .................................................................................. 66 Tabla 8. Número de ensayos granulométricos por calicata. ..................................................... 67 Tabla 9. Datos del suelo arcilloso natural. ................................................................................ 73 Tabla 10. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. ........................................................... 73 Tabla 11. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. ................................. 73 Tabla 12. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. ................................. 73 Tabla 13. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. ................................. 74 Tabla 14. Datos del suelo arcilloso natural. ............................................................................ 74 Tabla 15. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. ........................................................... 74 Tabla 16. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. ................................. 74 Tabla 17. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. ................................. 74 Tabla 18. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. ................................. 74 pág. 11 Tabla 19. Datos del suelo arcilloso natural. ............................................................................ 75 Tabla 20. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. ........................................................... 75 Tabla 21. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. ................................. 75 Tabla 22. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. ................................. 75 Tabla 23. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. ................................. 75 Tabla 24. Datos del suelo arcilloso natural. ............................................................................ 76 Tabla 25. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. ........................................................... 76 Tabla 26. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. ................................. 76 Tabla 27. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. ................................. 76 Tabla 28. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. ................................. 76 Tabla 29. Datos del suelo arcilloso natural. ............................................................................ 76 Tabla 30. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. ........................................................... 77 Tabla 31. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. ................................. 77 Tabla 32. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. ................................. 77 Tabla 33. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. ................................. 77 Tabla 34. Datos del suelo arcilloso natural. ............................................................................ 77 Tabla 35. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. ........................................................... 77 Tabla 36. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. ................................. 77 Tabla 37. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. ................................. 78 Tabla 38. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. ................................. 78 Calicata C-01 ......................................................................................................................... 81 Tabla 39. Muestra 1 de C-01 ................................................................................................... 81 Tabla 40. Muestra 2 de C-01 ................................................................................................... 82 Tabla 41. Muestra 3 de C-01 ................................................................................................... 83 Tabla 42. Muestra 4 de C-02 ................................................................................................... 84 Tabla 43. Muestra 5 de C-02 ................................................................................................... 85 pág. 12 Tabla 44. Muestra 6 de C-02 ................................................................................................... 86 Tabla 45. Muestra 7 de C-03 ................................................................................................... 87 Tabla 46. Muestra 8 de C-03 ................................................................................................... 88 Tabla 47. Muestra 9 de C-03 ................................................................................................... 89 Tabla 48. Muestra 10 de C-04 ................................................................................................. 90 Tabla 49. Muestra 11 de C-04 ................................................................................................. 91 Tabla 50. Muestra 12 de C-04 ................................................................................................. 92 Tabla 51. Datos del suelo arcilloso natural ............................................................................. 97 Tabla 52. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ............................................. 98 Tabla 53. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal .............................................. 98 Tabla 54. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal .............................................. 99 Tabla 55. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ............................................... 99 Tabla 56. Datos del suelo arcilloso natural ........................................................................... 100 Tabla 57. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................... 100 Tabla 58. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ............................................ 100 Tabla 59. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ............................................ 101 Tabla 60. Datos del suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ............................................ 102 Tabla 61. Datos del suelo arcilloso natural ........................................................................... 102 Tabla 62. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................... 103 Tabla 63. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ............................................ 103 Tabla 64. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ............................................ 104 Tabla 65. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ............................................. 104 Tabla 66. Datos del suelo arcilloso natural ........................................................................... 105 Tabla 67. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................... 105 Tabla 68. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ............................................ 106 Tabla 69. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ............................................ 106 pág. 13 Tabla 70. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ............................................. 107 Tabla 71. Datos del suelo arcilloso natural ........................................................................... 107 Tabla 72. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................... 108 Tabla 73. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ............................................ 108 Tabla 74. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ............................................ 108 Tabla 75. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ............................................. 109 Tabla 76. Datos del suelo arcilloso natural ........................................................................... 110 Tabla 77. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................... 110 Tabla 78. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ............................................ 111 Tabla 79. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ............................................ 111 Tabla 80. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ............................................. 112 Tabla 81. Suelo arcilloso natural ........................................................................................... 117 Tabla 82. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................................... 118 Tabla 83. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ........................................................... 119 Tabla 84. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ........................................................... 119 Tabla 85. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ........................................................... 120 Tabla 86. Suelo arcilloso natural ........................................................................................... 121 Tabla 87. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................................... 122 Tabla 88. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ........................................................... 123 Tabla 89. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ........................................................... 124 Tabla 90. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ........................................................... 125 Tabla 91. Suelo arcilloso natural ........................................................................................... 126 Tabla 92. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................................... 127 Tabla 93. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ........................................................... 128 Tabla 94. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ........................................................... 129 Tabla 95. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ........................................................... 130 pág. 14 Tabla 96. Suelo arcilloso natural ........................................................................................... 131 Tabla 97. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ........................................................... 132 Tabla 98. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ........................................................... 133 Tabla 99. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ........................................................... 134 Tabla 100. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 135 Tabla 101. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 136 Tabla 102. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 137 Tabla 103. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 138 Tabla 104. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 139 Fuente: Elaboración propia ......................................................................................................... 139 Tabla 105. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 140 Tabla 106. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 141 Tabla 107. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 142 Tabla 108. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 143 Tabla 109. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 144 Tabla 110. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 145 Tabla 111. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 151 Tabla 112. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 153 Tabla 113. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 155 Tabla 114. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 157 Tabla 115. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 159 Tabla 116. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 161 Tabla 117. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 163 Tabla 118. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 165 Tabla 119. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 167 Tabla 120. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 169 pág. 15 Tabla 121. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 171 Tabla 122. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 173 Tabla 123. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 175 Tabla 124. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 177 Tabla 125. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 179 Tabla 126. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 181 Tabla 127. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 183 Tabla 128. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 185 Tabla 129. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 187 Tabla 130. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 189 Tabla 131. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 191 Tabla 132. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 193 Tabla 133. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 195 Tabla 134. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 197 Tabla 135. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 199 Tabla 136. Suelo arcilloso natural ....................................................................................... 201 Tabla 137. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal ....................................................... 203 Tabla 138. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal ....................................................... 205 Tabla 139. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal ....................................................... 207 Tabla 140. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal ....................................................... 209 Tabla 141. Formato de Análisis Granulométrico ................................................................ 211 Tabla 142. Formato de Limites de Atterberg ....................................................................... 212 Tabla 143. Formato de Proctor Modificado ........................................................................ 213 Tabla 144. Formato de CBR ................................................................................................ 214 Tabla 145. Resultado de ensayo de Contenido de Humedad (Muestra 1) ........................... 217 Tabla 146. Resultado de ensayo de Contenido de humedad ( Muestra 2 ) .......................... 217 pág. 16 Tabla 147. Resultado de ensayo de Contenido de humedad ( Muestra 3 ) .......................... 218 Tabla 148. Resultado de ensayo de Contenido de humedad ( Muestra 4 ) .......................... 219 Tabla 149. Resultado de ensayo de Contenido de humedad ( Muestra 5 ) .......................... 219 Tabla 150. Resultado de ensayo de Contenido de humedad ( Muestra 6 ) .......................... 220 Tabla 151. Resultado de ensayo de Limite Liquido (Muestra 1) ........................................ 221 Tabla 152. Resultado de ensayo de Limite Liquido ( Muestra 2 ) ...................................... 222 Tabla 153. Resultado de ensayo de Limite Liquido ( Muestra 3 ) ...................................... 222 Tabla 154. Resultado de ensayo de Limite Liquido (Muestra 4) ........................................ 223 Tabla 155. Resultado de ensayo de Limite Liquido ( Muestra 5 ) ...................................... 224 Tabla 156. Resultado de ensayo de Limite Liquido ( Muestra 6 ) ...................................... 224 Tabla 157. Resultado de ensayo de Limite Plástico (Muestra 1) ........................................ 225 Tabla 158. Resultado de ensayo de Limite Plástico (Muestra 2) ........................................ 226 Tabla 159. Resultado de ensayo de Limite Plástico (Muestra 3). ....................................... 227 Tabla 160. Resultado de ensayo de Limite Plástico (Muestra 4). ....................................... 227 Tabla 161. Resultado de ensayo de Limite Plástico (Muestra 5). ....................................... 228 Tabla 162. Resultado de ensayo de Limite Plástico (Muestra 6). ....................................... 229 Tabla 163. Resultado de ensayo de Índice de Plasticidad (Muestra 1) ............................... 229 Tabla 164. Resultado de ensayo de Índice de Plasticidad (Muestra 2) ............................... 230 Tabla 165. Resultado de ensayo de Índice de Plasticidad (Muestra 3) ............................... 231 Tabla 166. Resultado de ensayo de Índice de Plasticidad (Muestra 4) ............................... 231 Tabla 167. Resultado de ensayo de Índice de Plasticidad (Muestra 5) ............................... 232 Tabla 168. Resultado de ensayo de Índice de Plasticidad (Muestra 6) ............................... 233 Tabla 169. Resultado de ensayo de Proctor Modificado (Muestra 1). ................................ 235 Tabla 170. Resultado de ensayo de Proctor Modificado (Muestra 2). ................................ 235 Tabla 171. Resultado de ensayo de Proctor Modificado (Muestra 3). ................................ 236 Tabla 172. Resultado de ensayo de Proctor Modificado (Muestra 4). ................................ 237 pág. 17 Tabla 173. Resultado de ensayo de Proctor Modificado (Muestra 5). ................................ 238 Tabla 174. Resultado de ensayo de Proctor Modificado (Muestra 6). ................................ 238 Tabla 175. Resultado de ensayo de CBR al 95% (Muestra 1). ............................................ 240 Tabla 176. Resultado de ensayo de CBR al 95% (Muestra 2). ............................................ 240 Tabla 177. Resultado de ensayo de CBR al 95% (Muestra 3). ............................................ 241 Tabla 178. Resultado de ensayo de CBR al 95% (Muestra 4). ............................................ 241 Tabla 179. Resultado de ensayo de CBR al 95% (Muestra 5). ............................................ 242 Tabla 180. Resultado de ensayo de CBR al 95% (Muestra 6). ............................................ 243 Tabla 181. Resultado de ensayo de CBR al 100 % (Muestra 1). ........................................ 244 Tabla 182. Resultado de ensayo de CBR al 100% (Muestra 2). .......................................... 244 Tabla 183. Resultado de ensayo de CBR al 100% (Muestra 3). .......................................... 245 Tabla 184. Resultado de ensayo de CBR al 100% (Muestra 4). .......................................... 246 Tabla 185. Resultado de ensayo de CBR al 100% (Muestra 5). .......................................... 247 Tabla 186. Resultado de ensayo de CBR al 100% (Muestra 6). .......................................... 248 Tabla 187. Formato de Análisis Granulométrico ................................................................ 261 Tabla 188. Formato de Limites de Atterberg ....................................................................... 262 Tabla 189. Formato de Proctor Modificado ........................................................................ 263 Tabla 190. Formato de CBR ................................................................................................ 264 Índice de Figuras Figura 1. Trocha Cusco – Quillabamba .................................................................................. 23 Figura 2. Trocha Cusco – Puerto Maldonado. ........................................................................ 24 Figura 3. Via Urbana Colectora Programada ......................................................................... 25 Figura 4. Grafica de Plasticidad del USCS. (Das, 2001) ........................................................ 39 Figura 5. Fórmula para hallar el Índice de Grupo, metodología AASHTO ........................... 40 Figura 6. Estructura de los Filosilicatos (tetraedros). ............................................................. 43 pág. 18 Figura 7. Estructura de los Filosilicatos (láminas). ................................................................ 44 Figura 8. Estructura interna de las Caolinitas. ........................................................................ 45 Figura 9. Estructura interna de las Ilitas. ................................................................................ 46 Figura 10. Estructura Interna de las Montmorillonitas. ............................................................ 46 Figura 11. Pozos de sal, Salineras de Maras – Urubamba – Cusco – Perú .............................. 53 Figura 12. Extracción de sal de Maras – Urubamba – Cusco – Perú. ...................................... 53 Figura 13. Empacado de Sal de Maras – Urubamba – Cusco – Perú. ...................................... 54 Figura 14. Uso de Cloruro de Sodio en grano. ......................................................................... 56 Figura 15. Control de polvo y estabilización de caminos con cloruros. ................................... 57 Figura 16. Plano de ubicación calicatas. ................................................................................... 67 Figura 17. Estratigrafía calicata Nº 01 ...................................................................................... 68 Figura 18. Estratigrafía calicata Nº 02. ..................................................................................... 69 Figura 19. Estratigrafía calicata Nº 03 ...................................................................................... 69 Figura 20. Estratigrafía calicata Nº 04 ...................................................................................... 70 Figura 21. Zona de estudio ....................................................................................................... 71 Figura 22. Excavación de suelos .............................................................................................. 72 Figura 23. Trituración y lavado del material ............................................................................ 79 Figura 24. Tamizado del material ............................................................................................. 80 Figura 25. Tamizado del material ............................................................................................. 94 Figura 26. Equipos para ensayo de Limite Liquido .................................................................. 94 Figura 27. Ensayo de Limite Liquito del suelos adicionado con los diferentes porcentajes de Oxido de Calcio y Cloruro de Sodio ............................................................................................. 95 Figura 28. Ensayo de Limite Liquito del suelos adicionado con los diferentes porcentajes de Oxido de Calcio y Cloruro de Sodio ............................................................................................. 96 Figura 29. Equipos para ensayo de Proctor Modificado ......................................................... 113 Figura 30. Trituración del material ......................................................................................... 113 pág. 19 Figura 31. Mezcla del material con el agua a diferentes porcentajes ..................................... 114 Figura 32. Compactado del molde Proctor ............................................................................. 115 Figura 33. Mezcla del material con los aditivos a diferentes porcentajes .............................. 115 Figura 34. Mezcla del material con los aditivos a diferentes porcentajes .............................. 116 Figura 35. Trituracion y mezclado del material ...................................................................... 146 Figura 36. Compactado y enrazado de la muestra .................................................................. 147 Figura 37. Peso de la muestra compactada y el molde ........................................................... 148 Figura 38. Moldes compactados y sumergidos en agua ......................................................... 149 Figura 39. Moldes sumergidos con diferentes porcentajes de aditivos .................................. 149 Figura 40. Moldes húmedos después de 96 horas sumergidos en agua .................................. 149 Figura 41. Penetracion de moldes CBR .................................................................................. 150 Figura 42. Variación Contenido de huemdad ( Muestra 1 ). .................................................. 217 Figura 43. Variación Contenido de humedad ( Muestra 2 ). .................................................. 218 Figura 44. Variación Contenido de humedad ( Muestra 3 ). .................................................. 218 Figura 45. Variación Contenido de humedad ( Muestra 4 ). .................................................. 219 Figura 46. Variación Contenido de humedad ( Muestra 5 ). .................................................. 220 Figura 47. Variación Contenido de humedad ( Muestra 6 ). .................................................. 220 Figura 48. Variación Limite Liquido ( Muestra 1 ). ............................................................... 221 Figura 49. Variación Limite Liquido ( Muestra 2 ). ............................................................... 222 Figura 50. Variación Limite Liquido ( Muestra 3 ). ............................................................... 223 Figura 51. Variación Limite Liquido ( Muestra 4 ). ............................................................... 223 Figura 52. Variación Limite Liquido ( Muestra 5 ). ............................................................... 224 Figura 53. Variación Limite Liquido ( Muestra 6 ). ............................................................... 225 Figura 54. Variación Limite Plástico (Muestra 1). ................................................................. 226 Figura 55. Variación Limite Plástico (Muestra 2). ................................................................. 227 Figura 56. Variación Limite Plástico (Muestra 3). ................................................................. 227 pág. 20 Figura 57. Variación Limite Plástico(Muestra 4). .................................................................. 228 Figura 58. Variación Limite Plástico (Muestra 5). ................................................................. 228 Figura 59. Variación Limite Plástico (Muestra 6). ................................................................. 229 Figura 60. Variación Índice de Plasticidad (Muestra 1). ........................................................ 230 Figura 61. Variación Índice de Plasticidad (Muestra 2). ........................................................ 231 Figura 62. Variación Índice de Plasticidad (Muestra 3). ........................................................ 231 Figura 63. Variación Índice de Plasticidad (Muestra 4). ........................................................ 232 Figura 64. Variación Índice de Plasticidad (Muestra 5). ........................................................ 233 Figura 65. Variación Índice de Plasticidad (Muestra 6). ........................................................ 234 Figura 66. Variación Densidad Seca Máxima (Muestra 1). ................................................... 235 Figura 67. Variación Densidad Seca Máxima (Muestra 2). ................................................... 236 Figura 68. Variación Densidad Seca Máxima (Muestra 3). ................................................... 237 Figura 69. Variación Densidad Seca Máxima (Muestra 4). ................................................... 238 Figura 70. Variación Densidad Seca Máxima (Muestra 5). ................................................... 238 Figura 71. Variación Densidad Seca Máxima (Muestra 6). ................................................... 239 Figura 72. Variación CBR al 95 % (Muestra 1). .................................................................... 240 Figura 73. Variación CBR al 95 % (Muestra 2). .................................................................... 241 Figura 74. Variación CBR al 95 % (Muestra 3). .................................................................... 241 Figura 75. Variación CBR al 95 % (Muestra 4). .................................................................... 242 Figura 76. Variación CBR al 95 % (Muestra 5). .................................................................... 243 Figura 77. Variación CBR al 95 % (Muestra 6). .................................................................... 243 Figura 78. Variación CBR al 100% (Muestra 1). ................................................................... 244 Figura 79. Variación CBR al 100% (Muestra 2). ................................................................... 245 Figura 80. Variación CBR al 100% (Muestra 3). ................................................................... 246 Figura 81. Variación CBR al 100% (Muestra 4). ................................................................... 247 Figura 82. Variación CBR al 100% (Muestra 5). ................................................................... 248 pág. 21 Figura 83. Variación CBR al 100% (Muestra 6). ................................................................... 248 Figura 84. Resumen de resultados Muestra 01. ...................................................................... 249 Figura 85. Resumen de resultados Muestra 02. ...................................................................... 249 ..................................................................................................................................................... 250 Figura 86. Resumen de resultados Muestra 03. ...................................................................... 250 Figura 87. Resumen de resultados Muestra 04. ...................................................................... 250 Figura 88. Resumen de resultados Muestra 05. ...................................................................... 251 Figura 89. Resumen de resultados Muestra 06. ...................................................................... 251 Figura 90. Certificado de Calibración Prensa CBR 01. .......................................................... 266 Figura 91. Certificado de Calibración Prensa CBR 02. .......................................................... 267 Figura 92. Certificado de Calibración Balanza 01. ................................................................. 268 Figura 93. Certificado de Calibración Balanza 02. ................................................................. 269 Figura 94. Certificado de Calibración Balanza 03. ................................................................. 270 Figura 95. Certificado de Calibración Tamizador. ................................................................. 271 pág. 22 Capítulo I: Introducción 1.1. Planteamiento del Problema 1.1.1. Descripción del problema Las propiedades erráticas de los suelos arcillosos hacen que se dificulten los procesos constructivos en general y más específicamente en los diseños de pavimentos en un suelo con presencia de este tipo de material. La arcilla al estar en presencia de agua tiene una variación de volumen, lo que produce inestabilidad en estructuras que usan suelos con alta presencia de arcilla como soporte. La alta incidencia de lluvias en nuestra región que reciben las arcilla nos hace susceptibles a problemas generados por el comportamiento deformacional de los suelos en carreteras. Un claro ejemplo es el que se veía en la carretera Cusco – Puerto Maldonado o la carretera Cusco – Quillabamba antes de que éstas sean pavimentadas. Figura 1. Trocha Cusco – Quillabamba Fuente: https://rpp.pe/peru/cusco/la-convencion-agricultores-solicitan-ayuda-ante-desborde-de-rios- noticia-941631 pág. 23 Figura 2. Trocha Cusco – Puerto Maldonado. Fuente: https://elcomercio.pe/peru/madre-de-dios/105-aniversario-madre-dios-fotos-ineditas-region- noticia-485365-noticia/?foto=6 La C.C. de Pillao Matao reúne las características físico mecánicas y geotécnicas ideales en arcillas para poder realizar el presente estudio, puesto que presenta alta presencia de arcilla y por otro lado también se encuentra en una zona de altas precipitaciones pluviales (Cusco). Asimismo, podemos decir que el presente proyecto está dirigido a la estabilización de suelos para pavimentos, considerando que en la zona encontramos dos vías programadas en el “Plan de Desarrollo Urbano Cusco al 2023” (Sub Gerencia de Ordenamiento Territorial-Municipalidad del Cusco 2013) , una de ellas es la Vía Urbana Arterial Programada y la otra Vía Urbana Colectora Programada; para efectos de nuestro estudio abordaremos la Vía Urbana Colectora Programada. pág. 24 1.1.2. Formulación interrogativa del Problema 1.1.2.1.Formulación interrogativa del Problema General ¿En qué medida varían las propiedades físico mecánicas de un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco? Figura 3. Via Urbana Colectora Programada Fuente: “Plan de Desarrollo Urbano Cusco al 2023” (Sub Gerencia de Ordenamiento Territorial- Municipalidad del Cusco 2013)". pág. 25 1.1.2.2.Formulación interrogativa de los Problemas Específicos Problema específico N°1 ¿Cómo varía el porcentaje de humedad de un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante en la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco? Problema específico N°2 ¿Cómo varían los límites de consistencia de un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante en la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco? Problema específico N°3 ¿Cómo varía la Densidad Seca Máxima que tendrá un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % y comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante en la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco? Problema específico N°4 ¿Cómo varía el CBR (California Bearing Ratio) que presenta un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante en la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco? 1.2.Justificación de la investigación 1.2.1. Justificación Técnica: Poco se sabe sobre el uso de cloruro de sodio y óxido de calcio para mejorar las propiedades mecánicas de suelos arcilloso para subrasante en la comunidad campesina de Pillao Matao, en este sentido es necesario determinar si existen restricciones para el empleo de estos productos en suelos arcillosos de tipo CL (Arcilla de baja plasticidad), el cual es el tipo de arcilla que encontramos en la zona a estudiar. pág. 26 Es importante estudiar los aditivos para identificar su empleo en la estabilización de suelos arcillosos, puesto que el mejoramiento del comportamiento de este tipo de suelo se usa un material (Sal de Maras) que se produce en nuestra región, lo que también lo hace más beneficioso aún puesto que al tener el material en nuestra región supone un menor costo de adquisición para la estabilización del suelo que usaremos para nuestro estudio. Otro dato importante es que el Cloruro de Sodio ha demostrado tener efectos beneficiosos en los suelos tales como: • Reduce la permeabilidad en la superficie. • Rebaja el punto de congelación del agua del suelo. • Forma una costra dura en la superficie. • Ayuda a retener agua durante la compactación. • Aumenta la densidad seca máxima. (Mateos de Vicente, 2013) 1.2.2. Justificación Social: La principal población objetivo serán las personas que viven en áreas cuyos suelos presentan alta presencia de arcilla y pretenden construir carreteras o edificaciones, puesto que la inestabilidad de este material se podría corregir con el estabilizador que se evaluará en esta Tesis. También tenemos a los residentes de obra que trabajan en terrenos donde la presencia de arcilla es abundante y que podrían usar, de ser positivos, los resultados de esta investigación para poder estabilizar el suelo en el que están trabajando con Cloruro de Sodio (Sal de Maras) u Oxido de Calcio (Cal). Otros beneficiarios podrían ser investigadores, tesistas e ingenieros que deseen investigar en temas de estabilización de suelos que podrían utilizar esta Tesis como referencia para sus trabajos. Los proyectistas de carreteras que buscan estabilizadores de suelos también serán beneficiados con el presente estudio, pues tendrán una opción adicional a los otros ya conocidos agentes estabilizantes. 1.2.3. Justificación por viabilidad Este estudio fue factible, tomando en cuenta que uno de los materiales que serán utilizados para la adición al suelo (Sal de Maras) existe en abundancia en nuestra zona. Un claro ejemplo es la mina pág. 27 de sal que existe en la localidad de Maras. Por otro lado, el Óxido de Calcio (Cal) es un material que no presenta dificultad para poder ser adquirido en nuestra región. También podemos decir que ya existen antecedentes de investigaciones realizadas sobre este tema. Y por otro lado contamos con instalaciones apropiadas para realizar los ensayos en laboratorios de la Universidad Andina del Cusco. Cabe mencionar que otros aspectos como el acceso al material necesario para poder realizar este estudio, recursos para el transporte de muestras y tiempo para realizar los ensayos fueron viables y cubiertos durante la realización de la investigación. 1.2.4. Justificación por relevancia Teniendo en cuenta que en la región hay épocas en las cuales se tiene altas precipitaciones pluviométricas y nuestro estudio cobra una elevada relevancia puesto que la solución planteada con el uso de Cloruro de Sodio (Sal de Maras) y Oxido de Calcio (Cal) les hace frente a los problemas que causa el agua sobre suelos arcillosos. Un dato relevante de la región es la longitud de las vías en la zona, donde existe un total de 2648.6 km de vías, de las cuales 2094.6 son carreteras no pavimentadas (MTC, 2013), lo que hace que estudios nos sirvan para dotar de soluciones en el marco de estabilizar suelos que son utilizados como medio de transporte para muchas personas que buscan movilizarse de manera segura y más rápida. El mejoramiento de las carreteras implica un mayor desarrollo económico para los puntos que éstas conectan, teniendo esto presente podemos afirmar que de manera indirecta el estudio e investigación de nuevos agentes estabilizantes para suelos cobran vital relevancia en un contexto de mejoras económicas y desarrollo. 1.3. Limitaciones de la investigación Las limitaciones de este estudio son las siguientes: • El suelo a estabilizar será de tipo arcilloso presente en la CC Pillao Matao. • El tipo de estabilización que aplicaremos será la estabilización química. • Un estabilizador a utilizar será el Cloruro de Sodio producido en la localidad de Maras, Provincia de Urubamba, Región del Cusco. pág. 28 • Otro de los estabilizadores a utilizar es el Óxido de Calcio (Cal) industrial. • El acceso a la zona de estudio y a la cantera de Sal es parcial por efectos de las restricciones impuestas por el Gobierno a causa de la pandemia global producida por el COVID-19. • La etapa de la realización de ensayos se programó en el laboratorio privado “INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN E.I.R.L.” ya que, el acceso a los laboratorios de la Universidad Andina del Cusco era restringido por la emergencia sanitaria debido a la pandemia relacionada al COVID-19. 1.4.Objetivos de la investigación 1.4.1. Objetivo general Determinar en qué medida varían las propiedades físico mecánicas de un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. 1.4.2. Objetivos específicos Objetivos específico N°1 Determinar en qué medida varía el porcentaje de humedad de un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. Objetivos específico N°2 Determinar en qué medida varían los límites de consistencia que tendrá un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. Objetivos específico N°3 Obtener la variación de la Densidad Seca Máxima que tendrá un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para pág. 29 subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. Objetivos específico N°4 Determinar en qué medida varía el CBR (California Bearing Ratio) que presenta un suelo arcilloso adicionado con Oxido de Calcio (Cal) al 10 % comparado con Cloruro de Sodio al 10%, 12% y 14% para subrasante Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. 1.5.Delimitación del estudio 1.5.1. Delimitación espacial: El presente estudio fue realizado en la Comunidad Campesina de Pillao Matao, San Jerónimo, Cusco. La zona específica a esta dentro de las Vías programadas en el “Plan de Desarrollo Urbano Cusco al 2023”, y tiene la clasificación de Vía Urbana Colectora Programada. 1.5.2. Delimitación temporal: Los ensayos fueron realizados entre los meses de septiembre y octubre del año 2021. 1.6.Metodología de la tesis 1.6.1. Tipo de investigación La investigación estará determinada por la naturaleza del objeto de investigación, en este sentido fue cuantitativa, porque los datos recibidos del laboratorio fueron recopilados y procesados estadísticamente (según Sampieri). 1.6.2. Nivel de la investigación La investigación fue de nivel descriptivo-correlacional, (según Sampieri) porque fue determinado a través de ensayos, una correlación entre porcentajes de adición de Cloruro de Sodio (Sal de Maras), Oxido de Calcio (Cal), asimismo se dieron a conocer los efectos que las combinaciones de estos compuestos causan en un suelo arcilloso; y también determinar con cuál de las combinaciones el suelo a estudiar ofrece una mejora en su comportamiento físico mecánico frente a un suelo sin adición de estos. pág. 30 1.6.3. Metodología de la investigación Se trata de una investigación Experimental. (Según Sampieri), por el hecho de que se experimentó con Cloruro de Sodio (Sal de Maras) y Oxido de Calcio (Cal), compuestos químicos que fueron añadidos a un suelo arcilloso. pág. 31 Capitulo II: Marco Teórico de la Tesis 2.1. Antecedentes de la tesis 2.1.1. Antecedentes a nivel local • Título: “Análisis y evaluación de la estabilidad de suelos de arcilla en APV Picol Orcompugio mediante la adición de 10% de cal y 15%, 25% y 30% de puzolana volcánica de cantera Racci a lecho de carretera pavimentada según Manual de Carreteras, suelo, geología, geotecnia y pavimento” • Autores: Mamani Garcia, Jherson Ramirez Rondán, Mario Brennan Indrex. • Universidad: Universidad Andina del Cusco • Año: 2020 • Resumen: Este trabajo de investigación tuvo de objetivo determinar cómo se modifican las propiedades físicas, mecánicas y químicas de la arcilla mediante la adición de cal al 10% y puzolana volcánica al 10%, 15%, 25% y 30% para mejorar la calidad de las vías de APV. Picol Orcompugio. Asimismo, fue de enfoque cuantitativo, nivel correlacional, método hipotético-deductivo y durante el estudio realizaron una exploración del área de estudio, la cual supuso la producción de 6 calicatas para conseguir materiales con las siguientes características: mayor finura y mayor índice de plasticidad. Los resultados revelan que, estabilizar el suelo con cal combinado al 10% y puzolana volcánica al 15%, 25% y 30%; se comprobó un aumento de la densidad de CBR y se obtuvo un material con un contenido de CBR del 95 % por encima del 6 % de CBR, asimismo se verificó un aumento en la densidad máxima seca en un selo de arcilla, es decir con puzolana volcánica al nivel 15% aumentó un 6,67%, al 25% acrecentó un 8,48%, y al 30% aumentó 10,3%. Aunque se presentaron incrementos, también se evidencio que el límite líquido, limite plástico e índice de plasticidad tuvo una disminución. Comprobándose así que material estabilizador hace que la arcilla sea cada vez más alcalina. Por otra parte, combinar sólo 10% de cal con puzolana volcánica al 25% y 30% en tierra estabilizada; es adecuado para su uso como sustrato de acuerdo con las directrices de carreteras 2.1.2. Antecedentes a nivel nacional • Título: “Mejorar el CBR de suelos de arcilla con cloruro de sodio”, pág. 32 • Autor: Greisi Meliza Díaz Chacón. • Universidad: Universidad Privada del Norte, Lima – Perú. • Año: 2018 • Resumen: El principal objetivo fue determinar la mejora de CBR de suelos de arcilla con cloruro de sodio. Para desarrollar este estudio se recolectó una muestra de arcilla de Santa Bárbara-Cajamarca, la cual posteriormente se analizó y ensayó en un laboratorio de la UPN. De acuerdo con los datos, las pruebas de: humedad, granulación, peso específico, Límite de Atterberg, Radio Proctor Modificado y Radio de Rodamiento California (CBR), permitieron demostrar el mejoramiento de suelos arcillosos con 14, 16 y 18% de cloruro de sodio. Al finalizar la tesis se logra determinar la mejora de CBR de arcillas utilizando NaCl, confirmando así la hipótesis de que la CBR de arcillas mejora al 20% al agregar un porcentaje entre 14% y 18% de NaCl. . En general, el índice CBR para 0,1” varió un 44,44 % con respecto a la muestra de referencia, para 0,2” el índice CBR cambió un 29,90 % con respecto a la muestra de referencia. Al determinar que hay una mejora en CBR, se obtienen los siguientes resultados: CBR es 0.1”: en la muestra estándar, CBR es 4.05%, como porcentaje de NaCl es 14%, CBR es 5.02%, agregue 16% NaCl , CBR es de 4,45%, y al aumentar un 18% de NaCl se obtiene un CBR de 5,85%. Para un CBR de 0.2” el resultado es que en la muestra estándar obtenemos un CBR de 4.85%, agregando 14% NaCI obtenemos un CBR de 5.82%, según 16% NaCI obtenemos un CBR de 6.1%, y cuando aumentando NaCl al 18%, el CBR se obtiene al 6,30%. 2.1.3. Antecedentes a nivel internacional • Título: “Analizar y estabilizar arcilla negra con cloruro de sodio (NaCl), arena pómez, cal y cemento para mejorar sus propiedades mecánicas” • Autor: Jonny Antonio Robles Díaz. • Universidad: Universidad Nacional de Ingeniería, Managua-Nicaragua. • Año:2018 • Resumen: El objetivo fue determinar la estabilización de arcilla negra con cloruro de sodio (NaCl), arena pómez, cal y cemento, para mejorar sus propiedades físicas y mecánicas. Para el desarrollo de este estudio experimental se realizó un pozo de 1m x 1m visto en planta por 1m de profundidad, para evaluar la arcilla, de este proceso se tomaron tres (3) muestras alteradas, que fueron llevadas a un laboratorio para su respectivo análisis de pág. 33 acuerdo con las normas de la A.S.T.M. A partir de la evaluación técnica se selecciona la muestra que mejores propiedades físico-químicas obtiene. Finalmente, se encontró que la resistencia adquirida de la arcilla negra al cloruro de sodio (6,5, 6,6 y 6,9 kg/cm2) y arena de piedra pómez (6,1, 6,4 y 6,8 kg/cm2) es ligeramente superior a la resistencia del suelo natural ( 5, 6, 6.2). y 5,8 kg/cm2), aunque por debajo del requerimiento establecido de 21 kg/cm2 (Norma I.N.V. E-614), por lo que el segundo estabilizador no aplica a este suelo, mientras que el estabilizador con cemento logró valores de resistencia superiores (13,8, 19,2 y 26,2 kg/cm2) que la cal apagada (11,5, 17,2 y 23,0 kg/cm2). Además, se encontró que al estabilizar la arcilla existente con cemento se logró aumentar su CBD de 0 a 24.7, obteniendo mejores propiedades físico-mecánicas. • Título: Estabilizar el suelo con cloruro de sodio para uso vial. • Autores: Paul Garnica Anguas Alfonso Pérez Salazar José Antonio Gómez López Edda Yhaaraby Obil Veiza, • Universidad: Instituto Mexicano del Transporte, México. • Año: 2002 • Resumen: El objetivo fue analizar el comportamiento de suelos arcillosos mezclados con cloruro de sodio, con el fin de determinar la estabilización de suelos. El cloruro de sodio en particular, debido a su bajo costo, es más utilizada en las carreteras, en algunos casos con más o menos éxito dependiendo de las condiciones específicas de cada caso. Se analizaron los cambios en las propiedades físico-mecánicos de suelos cuando se les adiciona sales en diferentes medidas. La sal se utiliza de dos formas diferentes: diluida y granulada. Las propiedades físicas analizadas son los límites de densidad, y por ende su clasificación en SUCS y el potencial de hidrógeno (pH), así como la compactación. Las posiciones de los suelos en el gráfico de plasticidad en estado natural están arriba de la línea A y a la derecha de la línea B. por lo tanto, se clasifican como arcillas altamente compresibles (CH); a medida que aumenta el contenido de sal, el suelo tiende a desplazarse hacia la izquierda de la curva de rendimiento superior para clasificarse como suelo CL. Se demostró que el intervalo entre la salinidad y la prueba no afectó los índices de plasticidad de los suelos analizados. pág. 34 Por otro lado, se observa que en la compactación del suelo aumenta la densidad de materia seca y disminuye el contenido óptimo de humedad al aumentar el contenido de sal. Esto puede deberse a un aumento en la cantidad de cristales de sal que se adhieren a los minerales del suelo. Cabe señalar que un aumento en el contenido de agua de las muestras significó una disminución en las propiedades de expansión para ambos suelos. El módulo de elasticidad tiende a disminuir con el aumento del contenido de sal ya sea salmuera o grano. Por tanto, la estabilización de suelos con cloruro de sodio para su uso en vías disminuye la resistencia a la compresión. Con base en los resultados, la estabilización de suelos con cloruro de sodio da resultados diferentes para los suelos tratados, produciendo propiedades aún más desfavorables para los suelos utilizados como pavimentos. Por ello, es importante realizar un análisis previo del efecto del producto en la estabilización. Cabe señalar que, se observó una disminución en la propiedad de expansión, que aumentó a medida que aumentaba el contenido de humedad del suelo. Este método se puede utilizar cuando el contenido de agua supera el nivel óptimo de compactación. Como se mencionó, la sal afecta la tensión superficial del agua en el suelo de una manera que minimiza su evaporación. Esta puede ser una propiedad importante para suelos compactados cuyo contenido de humedad corresponde al brazo húmedo de la curva de compactación de Proctor. 2.2. Base teórico- científico 2.2.1. Pavimento La vía está formada por un conjunto de revestimientos superpuestos de forma relativamente horizontal, diseñadas y construidas técnicamente con materiales adecuados y debidamente compactados. Estas construcciones estratificadas dependen del subsuelo vial obtenido a través de la excavación durante la exploración y deben soportar adecuadamente las cargas de tráfico recurrentes durante el periodo de vida para el que fue diseñado (Montejo, 2006). 2.2.1.1.Partes de un pavimento • Capa de rodadura o desgaste: parte superficial de la carretera, que puede ser de hormigón bituminoso, cemento Portland o adoquines; además tiene la función de soportar directamente el peso de los vehículos. pág. 35 • Capa base: capa rodante, tiene por función principal soportar, distribuir y transferir cargas de tráfico. Esta capa será de material granular drenate (CBR > 80%) o tratada con asfalto, cal o cemento. • Sub base: capa específica con un grosor de diseño que sirve de soporte a la base y al respaldo. Es empleado también como drenaje o controlador capilar con contener material granular (CBR > 40%), cemento o tratada con cal (MTC, 2013). • Sub rasante: es una parte importante de la estructura de la carretera, y su construcción debe estar sujeta a estándares específicos, como reglamentos, normas y guías de diseño de carreteras emitidas por el MTC. Asimismo, brinda apoyo directo a la vía, se construye entre el terreno natural plano o el pavimento. Esta capa inferior de las excavaciones en el terreno natural, contendrá la estructura de pavimentación y se construirá con materiales de suelos seleccionados con propiedades aceptables y compactados en diferentes capas para una construcción estable del cuerpo, de tal manera que no se vea afectada por el tránsito. Son factores esenciales en el diseño de la estructura del pavimento, el soporte de la vía en condiciones de uso, en conjunto con el tráfico y las propiedades de los materiales. En la fase de construcción, el último 0,30 m de suelo debajo del subrasante debe compactarse al 95 % de la densidad seca máxima alcanzada en la prueba Proctor modificada (MTC, 2013). La capa subrasante se ubica en la parte inferior de la estructura de pavimento, y debe tener un CBR menor igual a 6%. Si esto se incumple, se debe de estabilizar de la forma más adecuada, económica y técnicamente (Sarmiento y Arias, 2015, p. 21). 2.2.1.2.Tipos de pavimento • Pavimentos flexibles: capa asfáltica que rueda sobre capas granulares de mortero asfáltico, tratamiento superficial bicapa, micro pavimentos, macadam asfáltico, mezclas asfálticas en frío y caliente. • Pavimento semirrígido: la estructura consiste en una capa asfáltica sobre un sustrato tratado con cemento o cal. Son parte de este tipo de pavimentos los adoquinados. • Pavimento Rígido: es una estructura que consiste específicamente de una sub-base granular, sin embargo, esta puede ser granular y ser fijada con cemento, asfalto o cal; pág. 36 también posee una capa de soporte hecho de losas de concreto de cemento hidráulico como aglutinante, agregado o aditivo (MTC, 2013). 2.2.2. Suelos: Según la NTP: 339.134, el suelo es un conjunto de cuerpos naturales en la superficie terrestre, constituidos por líquidos, sólidos y gases. Cuenta con horizontes o capas que difieren de la materia original debido a la adición, pérdida, movimiento y conversión de energía y materia. Asimismo, tiene la capacidad de sustentar las raíces de las plantas en el entorno natural (Cruz, 2009). El suelo consta de tres fases: líquida, sólida y gaseosa. En la mayoría de los suelos, la fase sólida consiste en elementos minerales que forman el marco estructural en el que se absorben el humus o las partículas orgánicas. Entre los elementos de la fase sólida hay vacíos porosos que son rellenados con componentes líquidos o gaseosos. La textura del suelo, tiene una proporción relativa al tamaño de la arena, arcilla y limo, que al combinarse crean capas de textura. Para determinar el comportamiento del suelo ante las estructuras que lo afectan, se tienen en cuenta tres grupos de parámetros: a. Parámetros de identificación: granulometría (distribución de los tamaños de las partículas que componen el agregado) y plasticidad (la diferencia de densidad del árido en función a la cantidad del agua). b. Parámetros de estado: humedad (agua en el agregado) y densidad, relacionados con el grado de compactación de las partículas constituyentes. c. Parámetros estrictamente geo mecánicos: resistencia al corte, deformación o permeabilidad. 2.2.2.1. Clasificación de suelos Los suelos más comunes se describen y clasifican en el campo de acuerdo con las normas ASTM. • Arena y grava: suelos de características granulares, redondo o angular, casi alterados por las rocas minerales. Este suelo no tiene cohesión entre sus piezas. • Limos: suelo de grano fino, pero menos maleable que la arcilla, que muchas veces contiene materia orgánica dividida, aunque a veces contienen restos visibles de plantas u otra materia orgánica en descomposición. • Arcillas: suelo compuesto de partículas como resultado de la descomposición química y mineral de los componentes de las rocas, debido a las malas condiciones climáticas en pág. 37 general. Es un suelo resistente cuando está mojado, muy duro cuando está seco y de muy baja permeabilidad. Además, hay dos tipos de sistemas de clasificación de suelos que se usan comúnmente con fines de ingeniería, el Sistema de clasificación uniforme de suelos (USCS), empleado en ingeniería y geología para describir la textura y volumen del suelo y el sistema de clasificación AASHTO. El USCS Y AASHTO utilizan resultados del análisis granulométrico y determinaciones de límites de Atterberg (LL, LP, IP) en las clasificaciones de los suelos. Los componentes estructurales del suelo son: grava, arena, limo y arcilla. • Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) El SUCS presentado por Arthur Casagrande, se utiliza para describir el tamaño y textura de los granos del suelo. Este sistema se puede aplicar a materiales no consolidados y a suelos de menos de 3” y es representado por BB (Das, 2001). Los granos gruesos y finos del suelo se pueden identificar a través del tamiz No. 200. La tierra gruesa se retiene en el tamiz mientras que la fina pasa a través de ella. Por lo tanto, se dice que el suelo es grueso si más del 50% de sus partículas se mantienen en el tamiz No. 200 y fino si más del 50% de sus partículas son más pequeñas que el tamiz. El sistema estándar considera que los suelos blandos se dividen en grupos: limo inorgánico (M), arcilla inorgánica (C), y arcilla orgánica (0). Cabe resaltar, el suelo grueso se divide en arena y grava y son tamizados con el No. 4, entonces para que sea parte de grava más del 50% debe ser retenido por el tamiz No. 4 y será considerado arena si atraviesa el instrumento. Estos suelos a su vez se subdividen de acuerdo al límite líquido, para identificarlos se tienen que encontrar en alguno de los dos grupos cuya frontera es Ll = 50%. Si el límite líquido del suelo es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L (low compresibility), si supera los 50 se añade la letra H (hight compresibility). De esta forma se obtiene: pág. 38 (Geoxnet, 2019) Tabla 1. Simbología para tipos de suelo según clasificación SUCS. Tipo de Suelo Prefijo Subgrupo Sufijo Grava G Bien gradada W Arena S Pobremente gradada P Limo M Limoso M Arcilla C Arcilloso C Orgánico O Limite liquido alto (>50) L Turba Pt Limite liquido bajo (<50) H (Geoxnet, 2019) Figura 4. Grafica de Plasticidad del USCS. (Das, 2001) • Método AASHTO Este método clasifica los suelos, según la composición granulométrica, el límite líquido y el índice plástico, en siete grupos del A-1 al A-7. Los suelos con partículas que pasan por el tamiz No. 200 (0.075 mm) menos del 35% constituyen los grupos A1, A2, A3 y sus subgrupos. pág. 39 Este método clasifica a los suelos, de acuerdo a su composición granulométrica, su límite líquido y su índice de plasticidad, en siete grupos de A-1 a A-7. Los suelos cuyas partículas pasan el tamiz No. 200 (0,075 mm) en un porcentaje menor al 35 %, forman los Grupos A1, A2, A3 y los subgrupos que corresponden. En cambio, los suelos finos limo-arcillosos que contienen más del 35 % de material fino que pasa el Tamiz No. 200, constituyen los Grupos A-4, A-5, A-6, A-7 y los correspondientes subgrupos. Por otro lado, la arcilla fina que contiene más del 35% de finos pasa por el tamiz No. 200 formando los grupos A-4, A-5, A-6, A-7 y sus subgrupos especiales. La ventaja de este método radica en la posibilidad de evaluar la calidad del suelo a través del “Índice de Grupo”. Los suelos que tienen similar comportamiento se encuentran en el mismo grupo y están representados por un determinado Índice. La ventaja de este método es la capacidad de evaluar la calidad del suelo mediante un "índice de grupo". Los suelos con comportamiento similar están en el mismo grupo y están representados por un indicador determinado. Los índices de grupo de los materiales granulares están comprendidos entre 0 y 4, los correspondientes a suelos limosos entre 8 y 12, y los correspondientes a suelos arcillosos entre 11 y 20 o un número mayor. Los indicadores de grupo para materiales granulares son de 0 a 4, el índice de humus es de 8 a 12 y el índice de arcilla es de 11 a 20 o un número mayor. El índice de grupo debe ser escrito entre paréntesis, su valor puede ser determinado mediante la fórmula siguiente: El índice del conjunto debe escribirse entre paréntesis, y su valor puede determinarse mediante la siguiente fórmula: IG = (F-35) [0,2 +0,005(LL-40)] + 0,01(F-15) (IP-10) Figura 5. Fórmula para hallar el Índice de Grupo, metodología AASHTO donde: F = Porcentaje que pasa el tamiz No. 200 LL = Límite Líquido IP = Índice de Plasticidad (Eddyhrbs, 2011) pág. 40 Tabla 2. Tabla para clasificación de suelos Método AASHTO. Clasificación general Material Granular (35% o menos del total pasa No.200) A-1 A-2 Grupo de clasificación A-3 A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 Análisis de tamices (Porcentaje que pasa) 50 No. 10 máx. 30 50 51 No. 40 máx. máx. máx. 15 25 10 35 35 35 35 No. 200 máx. máx. máx. máx. máx. máx. máx. Características de la fracción que pasa No. 40 40 41 40 41 Limite Liquido máx. min. máx. min. 10 10 11 11 Índice de plasticidad 6 max. NP máx. máx. min. min. Fragmentos Tipo usuales de materiales que Arena pétreos, grava y Limos o gravas arcillosas y arena consta fina arena Valoración general del subgrupo Excelente a bueno Fuente: Principles of Goetechnical Engineering,Braja M. Das,1998 Tabla 3. Tabla para clasificación de suelos Método AASHTO. Material limo-arcilloso (más del 35% del total Clasificación general pasa No.200) A-7 Grupo de clasificación A-4 A-5 A-6 A-7-5(a) A-7-6(b) Análisis de tamices (porcentaje que pasa) No. 10 No. 40 No. 200 36 min. 36 min. 36 min. 36 min. Características de la fracción que pasa No. 40 Limite liquido 40 max. 41 min. 40 max. 41 min. Índice de plasticidad 10 max. 10 max. 11 min. 11 min. Tipos usuales de materiales que consta Suelos limosos Suelos arcillosos pág. 41 Valoración general del subgrupo Regular a pobre (a) Para A-7-5, IP < LL - 30 (b) Para A-7-5, IP > LL - 30 Fuente:Principles of Goetechnical Engineering,Braja M. Das,1998 2.2.3. Arcilla Roca sedimentaria descompuesta compuesta por un grupo de silicatos de aluminio hidratados debido a la descomposición de rocas con feldespato, ejemplo, el granito. Tiene diferentes colores dependiendo de las impurezas que contenga, desde rojo hasta blanco cuando está puro (García Romero, E., & Suarez Barrios, M. 2008). 2.2.3.1.Estructura de los filosilicatos Las propiedades de las arcillas son el resultado de las características estructurales. Por ello, para entender las propiedades será necesario identificar la organización de los filosilicatos. La arcilla, tiene una estructura basada en la superposición de planos de iones oxígeno e hidroxilos. El grupo tetraédrico (SiO) 4-4 se fusiona y comparte tres de los cuatro oxígenos con otros grupos vecinos y forma capas que se extienden infinitamente con la fórmula (Si2O ) 2- 5 , formando la unidad de los filosilicatos. Estas capas tetraédricas están unidas por otras capas octaédricas de gibbsita. Entre estos se encuentran Al3+ o Mg2+, los cuales pueden ser reemplazados por Fe2+ o Fe3+ y en algunas circunstancias por Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn. El nivel del enlace entre las dos capas está formado por oxígenos tetraédricos que no se comparten con otros tetraedros (oxígenos apicales), y por (OH)-, por lo tanto, un (OH)- queda en el centro de cada hexágono formado de 6 oxígenos en la parte superior. El resto del (OH)- se reemplaza por oxígeno tetraédrico (Figura 6). pág. 42 Figura 6. Estructura de los Filosilicatos (tetraedros). Pueden ocurrir enlaces similares en superficies opuestas de la corteza octaédrica. Así, el filosilicatos se puede formar a partir de dos capas: tetraédrica más octaédrica y denominada belaminar, 1:1, o T:O; o con tres capas: octaédrica y dos tetraédrica, denominada trilaminar, 2:1 o T:O:T. Y las denominadas laminillas son una mezcla de una capa octaédrica más una o dos capas tetraédricas (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). Si todos los espacios octaédricos están llenos, la lámina se considera triédrica (el Mg2 predomina en la corteza octaédrica). Si solo 2/3 de los sitios octaédricos están ocupados y el 1/3 restante queda vacante, se dice que es diedro (Al3+ es el octaédrico predominante). En algunas placas de silicato (esmectitas, vermiculitas, micas...) las capas son eléctricamente no neutras debido a la sustitución de ciertos cationes por otros de diferente carga. pág. 43 El equilibrio de carga se mantiene, en el espacio interfacial, o entre dos capas sucesivas, cationes (mica), cationes húmedos (vermiculita y esmectita) o grupos hidroxilo dispuestos en forma octaédrica, como la clorita. Esta es conocida como T:O:T:O o 2:1:1. Los cationes más comunes entre las placas son alcalinos (Na y K) o alcalinotérreos (Mg y Ca). Las fuerzas de unión entre diferentes unidades estructurales son más débiles que entre iones de la misma placa, por lo que los filosilicatos tienen una orientación de exfoliación pronunciada, paralela a las placas. Figura 7. Estructura de los Filosilicatos (láminas). La sepiolita y la paligorskita también pertenecen a este grupo de minerales, aunque son estructuralmente diferentes a los filosilicatos. Estructuralmente, se compone de láminas discontinuas de mica (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). A diferencia de las placas de silicato que son laminares, los filosilicatos tienen un hábito fibroso (Figura 8), porque la capa básica de oxígeno es continua, pero el oxígeno de arriba sufre una inversión periódica cada 8 sitios octaédricos (Sepiolita) o cada 5 sitios (paligorskitas) (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). pág. 44 2.2.3.2.Grupos Fundamentales de minerales de arcilla: Según su estructura reticular en forma de placas, los minerales arcillosos se clasifican en tres grupos principales: caolinitas, ilitas, y montmorilonitas. • Grupo de las Caolinitas. El grupo caolín (AlO 2 SiO HO) proviene de una modificación del feldespato ortoclasa (potasio), un componente esencial del granito. Está formado por una serie de abrazaderas a partir de dos placas, una de sílice y otra de aluminio altamente aglomerado (yeso). La malla de dos capas tiene un grosor de 0,7 nm (nm = 10 m) y la malla de dos capas continúa superponiéndose, formando un grano de unas 100 capas. Figura 8. Estructura interna de las Caolinitas. • El grupo de Ilitas, ((OH)4 Ky (Si8-y Aly) (Al4Fe4Mg4Mg6) O20 se deriva de la descomposición de la mica en condiciones marinas y también de la descomposición potasio. Su estructura básica incluye la distribución de tres redes de hojas, presentadas, ya que la categoría K proporciona la relación. Un octaedro suele ser de gibsita. hay una sustitución de un isómero (aun así, no afecta la forma cristalina) de aluminio por silicio en láminas tetraédricas que producen una carga negativa neta equilibrada igual a los cationes K compartidos entre las redes. pág. 45 Figura 9. Estructura interna de las Ilitas. • Grupo Montmorillonitas, ((OH)4Si8Al4O20 nH2O) es el resultado de la degradación de ilita y la descomposición química sódica de conjuntos de cenizas volcánicas, es parte de este grupo la bentonita. • Su estructura básica consiste en una red de tres capas distribuida, donde la lámina octaédrica es casi siempre yeso, pero con 2+3+ de átomos de Mg a cambio del Al, lo que da como resultado una carga neta negativa en la red, equilibrada por cationes en una solución como H, Na+ u otros minerales presentes en el espacio entre cada red. Figura 10. Estructura Interna de las Montmorillonitas. pág. 46 2.2.3.3.Propiedades Físico Químicas de las arcillas: Importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales se encuentran en sus propiedades físicas y químicas. Estos rasgos provienen principalmente de: • Tamaño de partícula extremadamente fino (menos de 2 mm). • Su forma laminar (filosilicatos). • Sustitución de propiedades, lo que provoca la aparición de cargas en las placas y la presencia de cationes débilmente enlazados en el espacio de la interlámina. Del resultado de los factores se obtiene, por un lado, un alto valor superficial y, al mismo tiempo, una superficie activa de gran presencia, con enlaces insaturados. Por esta razón, puede reaccionar con una variedad de sustancias sobretodo polares, también contiene propiedades plásticas en mezclas de arcilla y agua que tienen una alta relación sólido/líquido y son capaces de hincharse bajo ciertas condiciones. Por otro lado, la presencia de cargas en las placas es compensada por la entrada en el espacio entre los cationes débilmente enlazados y por el estado de hidratación alterado, el cual puede ser fácilmente reemplazado (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). 2.2.3.3.1. Superficie especifica El área de superficie específica de arcillas está definida como la superficie externa más la interna de las partículas constituyentes, por unidad de masa, calculada en m2/g. La arcilla tiene un área de superficie específica alta, lo que es importante para una serie de usos industriales, ya que la interacción entre sólidos y líquidos depende directamente de esta propiedad (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008) Estos son algunos ejemplos de superficies de arcilla específicas: pág. 47 2.2.3.3.2. Capacidad de Intercambio catiónico Esta es una propiedad esencial de la esmectita, puesto que tiene la capacidad para reemplazar los iones adheridos a la superficie exterior de su cristal, en el espacio intersticial, o en otros espacios interiores de la estructura, con otros iones presentes en soluciones acuosas envolventes La capacidad de intercambio catiónico (CEC) calcula la sumatoria de todos los cationes intercambiables que un metal puede absorber a un pH dado. Es equivalente a una medida de la carga negativa total de un metal. Las cuales pueden ser realizadas de tres maneras diferentes: • Sustituciones isomórficas dentro de la estructura. • Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas. • Disociación de los grupos hidroxilos accesibles. El primer tipo se denomina carga permanente y representa el 80% de la carga real de la partícula; es independiente de la condición del pH y la actividad iónica. Los últimos tipos difieren según su pH y actividad iónica (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). 2.2.3.3.3. Capacidad de absorción El principal campo de aplicación de la arcilla, es la absorción puesto que es parte de los materiales que pueden absorben agua o partículas como esmectitas, sepiolita y paligorskita. Esta capacidad de absorción está directamente relacionada con la superficie específica y la porosidad. En este sentido, existen dos procesos que rara vez ocurren aisladamente: absorción y adsorción La adsorción se expresa como porcentaje de absorbato en relación a la masa y depende de la sustancia de la arcilla, en cambio la absorción de agua de arcillas es superior al 100% en relación con el peso (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). 2.2.3.3.4. Hidratación e hinchamiento La humectación y el secado en el espacio interfacial son característicos de la esmectita y su importancia es crucial en diversas aplicaciones industriales. Aunque la hidratación y la deshidratación se desarrollan independientemente del tipo de cationes intercambiables presentes, el grado de hidratación se correlaciona con la naturaleza del catión interlaminar y la carga de la lámina. La absorción de agua en el espacio entre capas hace que las capas de la película se separen, provocando la hinchazón. El proceso requiere del equilibrio entre la atracción electrostática de la placa catiónica y la energía de hidratación. Cuando se introducen capas de agua y aumenta la pág. 48 separación entre las placas, la fuerza dominante es la repulsión electrostática entre las placas, lo que contribuye a que el hinchamiento pueda separar por completo unas placas de otras. Cuando el catión entre placas es sodio, la esmectita es altamente expandible, lo que puede conducir a la disociación completa de los cristales individuales, lo que da como resultado un alto grado de dispersión y desarrollo de características coloidales. Por el contrario, si tuvieran cationes de Ca o Mg reemplazables, su capacidad de hincharse sería mucho menor (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). 2.2.3.3.5. Plasticidad La arcilla está hecha de plástico especial y se debe al hecho de que el agua crea una capa sobre las partículas estratificadas, generando un efecto lubricante que permite el fácil deslizamiento de partículas cuando se ejerce presión. La alta plasticidad proviene de la morfología laminar, el tamaño pequeño de la partícula y su propiedad de hinchamiento. En general, esta ductilidad se puede medir determinando los índices de Atterberg (límite líquido, plástico y de contracción). Estos a su vez definen una separación aleatoria entre los cuatro estados o modos de acción de los suelos sólidos, semisólidos, plásticos y semilíquidos o viscosos (Jimenez Salas & de Justo Alpañes, 1975). La relación entre el límite líquido y la plasticidad proporciona una excelente información sobre la composición, la naturaleza y la calidad de los granos de arcilla. Por lo que se presentan discrepancias entre los límites de Atterberg para diferentes minerales arcillosos, dependiendo del intercambio catiónico. Gran parte de esta diferencia se debe al tamaño del grano y el acabado del cristal, es decir si las partículas son pequeñas e imperfectas es más plástico el material (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). 2.2.3.3.6. Tixotropía Es el fenómeno que consiste en la pérdida de la resistencia durante el mezclado y su posterior recuperación en el tiempo. Cuando la arcilla tixotrópica se mezcla se convierte en líquido. Si se les da un respiro, recuperan su forma sólida. Para que la arcilla tixotrópica presente esta característica, debe tener un contenido de agua cercano a su límite líquido. En cambio, alrededor de sus límites plásticos, no hay posibilidad de fenómenos tixotrópicos (Garcia Romero & Suárez Barrientos, 2008). pág. 49 2.2.4. Estabilización de Suelos Es el proceso de mejora de las propiedades físicas del suelo mediante técnicas mecánicas y la combinación de productos químicos, naturales o artificiales. Dicha estabilización se suele realizar en suelos de mala tierra o suelo pobre, en cuyo caso se denomina suelo estabilizado de cemento, limo, cal, suelo asfáltico y otros productos misceláneos. La estabilización implica hacer resistente los suelos a la ingeniería mecánica y el tiempo. Al aplicar técnicas variadas se puede agregar un nuevo suelo hasta incorporar uno o más estabilizadores, para finalmente realizar la compactación (MTC, 2014). 2.2.4.1. Tipos de estabilizaciones: 2.2.4.1.1. Estabilización mecánica Se forma por el endurecimiento del suelo resultante de procesos de compactación. Compactación: se realiza periódicamente en los subsuelos, bases y en carpetas asfálticas (Cuchillo Caytuiro, 2015). 2.2.4.1.2. Estabilización física Esto se utiliza para mejorar la tierra haciendo cambios físicos en ella. Hay varios métodos como: Mezcla de suelo: este estabilizador es muy utilizado, pero no puede producir los efectos deseados por sí solo, requiriendo siempre al menos una compactación adicional. Por ejemplo, suelos de grano grueso poseen una alta fricción interna, por lo que son capaces de soportar grandes pesos, pero esta cualidad no los hace lo suficientemente estables para ser duros en el camino, porque sus granos no tienen afinidad. Con el tiempo y el paso de los vehículos puede zafarse e incluso desviarse. Por otro lado, las arcillas tienen gran tenacidad y poca fricción, lo que las hace inestables en condiciones de alta humedad. La combinación correcta de estos dos suelos puede dar como resultado un material estable en el que la gran fricción interna de uno y las fuerzas cohesivas del otro pueden usarse para mantener unidas las partículas (Cuchillo Caytuiro, 2015). • Geotextiles • Vibro flotación (Mecánica de Suelos) • Consolidación Previa 2.2.4.1.3. Estabilización fisicoquímica Busca modificar las propiedades del suelo mediante la adición de estabilizadores. 2.2.4.1.4. Estabilización Química pág. 50 Se adaptan a la aplicación de productos químicos, a menudo productos "patentados", como: • Escoria de vaciado: Se encuentra comúnmente en los aglomerantes asfálticos, proporciona mayor resistencia, resistencia al agua y una vida útil más prolongada. • Polímeros: Comúnmente utilizados en ligantes asfálticos, brindan mayor resistencia, impermeabilidad y mayor vida útil. • Caucho de llantas: comúnmente utilizado en ligantes asfálticos, brinda mayor durabilidad, es resistente al agua y dura más. • Cal: económica para arcilla (reduce plasticidad) • Cemento Pórtland: para arena fina o grava (mayor resistencia) • Productos asfálticos: para materiales pulverulentos, no aglutinantes (emulsiones, muy utilizadas) • Cloruro de sodio y cloruro de calcio: Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los polvos) • Escorias de fundición: Se encuentra comúnmente en los aglomerantes asfálticos, proporciona mayor resistencia al agua y una vida útil más prolongada. • Polímeros: comúnmente utilizados en carpetas asfálticas, brindan mayor resistencia, impermeabilidad y mayor vida útil • Hule de neumáticos: Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil (Cuchillo Caytuiro, 2015). 2.2.5. Cloruro de sodio (NaCl): Compuesto químico de fórmula NaCl, las sales se distinguen por su enlace iónico, que da como resultado un punto de fusión relativamente alto. El cloruro de sodio está formado por cristales, es fácilmente soluble en agua, tiene la propiedad de absorber y retener agua en forma de líquido o vapor, y se puede encontrar en el mercado en forma de cristales o polvos finos, esta propiedad significa que el cloruro de sodio puede enlazar partículas (Garnica Anguas, Pérez Salazar, Gómez López, & Obil Veiza, 2002). El cloruro de sodio (NaCl) se obtiene a través de tres métodos diferentes, el primero utilizando la luz solar, que consiste en colocar agua de mar en lugares donde el sol evapora el agua. El segundo método consiste en explotar los depósitos de sal y el tercer método utiliza un horno industrial que evapora el agua de mar y recoge los desechos que se convierten en sal (Reyes Ortiz, Camacho Tauta, & Troncoso Rivera, 2006). pág. 51 2.2.6. Sal de Maras Salineras de Maras se encuentra a 50 kilómetros al noreste de Cusco, a 3200 m.s.n.m. Está ubicado geográficamente en la parte baja de la subcuenca y a la izquierda del río Salineras, para desembocar en el Vilcanota, y es administrado por las comunidades campesinas de Maras y Pichingoto. Tiene tres vías de acceso: desde San Francisco de Maras, tomando la via runañan hacia salineras, también por la vía pavimentada desde el pueblo de San Francisco, y cruzando el puente inca Tarabamba. Las salinas consisten en un conjunto de unos 4.500 pozas de sal, situados en forma de terrazas en las laderas del cerro Qaqawiñay, variando sus tamaños entre unos 5 metros lineales y ocupando una superficie total de 1,5 a 2 hectáreas (Silva Guerra, 2006). Las terrazas están formadas por muros irregulares de piedra construidos con argamasa de tierra, formando terraplenes que definen cuencas en pequeños depósitos de unos 5 metros cuadrados. El sistema de conducción de agua salina se recoge a través de un canal de riego principal que se ramifica en una serie de pequeños canales que alimentan las cuencas. La conexión y mantenimiento del acueducto de agua salada está relacionada con un camino que, por su diseño y características, se cree que se originó en la época prehispánica. Este proceso es muy parecido a la tecnología de riego en la agricultura prehispánica, que se caracterizaba por la conductividad y distribución equitativa del agua (Silva Gonzales & Loza Garcia, 2007). 2.2.6.1.Historia Las primeras piscinas de sal poco profundas en Maras probablemente fueron construidas por la civilización Wari entre los años 500 y 1100 d.C. gran parte de estos estanques, construidos a lo largo de las laderas de la montaña Qoripujio, no tienen más de 5 metros cuadrados de tamaño y 30 centímetros de profundidad. Durante los siglos XII y mediados del XIV, la minería de Maras pasó a manos del Imperio Inca. Los Incas sazonaban su comida y la conservaban con sal. Aunque es probable que emplearan el mineral para la momificación o ceremonias de índole religioso. La propiedad y administración del lugar se encomendó a familias residían cerca de Maras. Y durante generaciones hasta la actualidad, el proceso de extraer sal de las cuencas se ha mantenido (MARASAL, s.f.). pág. 52 Figura 11. Pozos de sal, Salineras de Maras – Urubamba – Cusco – Perú Fuente: https://saldemaras.pe 2.2.6.2.Producción La producción de sal comprende dos etapas, la primera es la fase de producción que está a cargo de 633 personas que vierten salmuera una vez cada tres días en pozos de poca profundidad, seguidamente esperan hasta que el sol y el viento dejen una fina capa de sal cristalizada. Posteriormente, cuando aparece un capa de cristal de 3 a 4 cm de espesor se realiza una extracción mensual, de donde se extrae alrededor de 150 a 200 kg; por último la sal es secada hasta ser entregada en sacos de 50 kg (MARASAL, s.f.). Figura 12. Extracción de sal de Maras – Urubamba – Cusco – Perú. Fuente: https://saldemaras.pe/produccion/ pág. 53 La segunda etapa es la fabricación para el comercio, según norma técnica el producto debe de cumplir con estándares de calidad. Por lo tanto, requiere de un proceso industrializado de tamizado, selección, molienda, adición de yodo y flúor, para finalmente ser empaquetado y distribuido a los consumidores (MARASAL, s.f.). Figura 13. Empacado de Sal de Maras – Urubamba – Cusco – Perú. Fuente: https://saldemaras.pe/produccion/ Finalmente se obtiene dos productos sal para consumo (sal rosada fina y gruesa gourmet) y sal industrial que es utilizada para la ganadería, industrias, teniendo un menor costo. 2.2.7. Estabilización de suelos con cloruros La forma de cloro puede ser molecular (CL2) o como un ion de cloruro (Cl–) de tal manera que pueda combinarse con diversos átomos positivos como el cloruro de sodio o el cloruro de potasio. La mezcla de iones de cloruro con estos cationes forma cloruro de sodio (Na+), ácido clorhídrico (H+), cloruro de potasio (K+) o cloruro de cromo (CR+), entre otras moléculas importantes. El cloruro de magnesio es una sal, la composición química es MgCl2 incoloro, soluble en agua, muy soluble en aire húmedo, es decir, absorbe la humedad del aire y la disuelve hasta formar una solución líquida. Posee diversas propiedades físicas, por lo que es útil para emplearlo como estabilizador químico en suelo no pavimentados o afirmados. El cloruro de calcio que se usa para estabilizar las vías, proviene de la combinación del CL más H para producir ácido clorhídrico puro, por lo que el cloruro de calcio es una reacción química del pág. 54 ácido con carbonato de calcio; tiene la capacidad de absorber la humedad del aire y los materiales hasta reducir el punto de evaporación y mejorar el suelo. La dosis recomendada es de 1%-2% en peso, en base a suelo seco, la compactación y acabado es similar al estabilizador con cloruro de calcio; se suele utilizar disuelto en agua por riego al inicio de la estación seca (MTC, 2013). 2.2.8. Estabilización con cloruro de sodio (NaCl): La estabilización con NaCl beneficia las características del suelo que es utilizado como base o subbase. Al igual que otros métodos de estabilización, el NaCl requiere un método apropiado de mezcla con suelo estabilizado para reducir los riesgos para la salud de los trabajadores del sitio y obtener mejores resultados (Paz, 2010). El NaCl (cloruro de sodio), sal de mesa o sal de mesa, conocida en su forma mineral como halita. Se ha utilizado en diversos estudios para determinar su efecto sobre las propiedades mecánicas de bases granulares, sobre todo para evitar evaporación de agua y bajar el punto de congelación, con excelentes resultados favorables porque controla los cambios de humedad en las capas aumentando su resistencia o hacerlos permanentes (Garnica Anguas, Pérez Salazar, Gómez López, & Obil Veiza, 2002). Al igual que con la mayoría de las aplicaciones de estabilizadores, el NaCl se puede aplicar directamente al suelo tratado y se pueden determinar los porcentajes para estabilizar adecuadamente. Se aplica de las siguientes formas: • En grano. • En salmuera. a) En grano. Este método de aplicación consiste en aplicar cloruro de sodio de forma directa en el suelo hasta que se homogenice. No es 100% efectivo porque cuando el suelo se mezcla con químicos, algunas áreas tienen un porcentaje más bajo de NaCl que otras. Aunque, no es necesario realizar pruebas de laboratorio, la homogeneización por métodos prácticos es simple, lo que hace que la mezcla de suelo con cloruro de sodio sea correcta, de modo que el cloruro de sodio estará presente en toda la muestra de suelo (Paz, 2010). pág. 55 Figura 14. Uso de Cloruro de Sodio en grano. Laboratorio de Mecánica de Suelos, CII-USAC b) En salmuera. De acuerdo con Roldan (2010), la principal propiedad del NaCl es que es fácilmente soluble en agua, por lo que su uso eficiente en las proporciones adecuadas en el suelo es una ventaja dado que facilita la homogeneización del suelo. El agua salada rellena los vacíos existentes en el suelo proporcionando efectividad al agregar humedad. Sin embargo, al hacer salmuera, existe el riesgo de dañar el equipo utilizado para hacer la salmuera, puesto que el material es altamente oxidante. pág. 56 Figura 15. Control de polvo y estabilización de caminos con cloruros. Fuente:https://www.youtube.com/watch?v=kr99E6NkwV4. 2.2.8.1.Ventajas y desventajas de cloruro de sodio (NaCl) • Ventajas - Es un estabilizador natural. - Mejora la resistencia y cohesión de los suelos - Bajo punto de congelamiento. - Tránsito más seguro, mejor visibilidad, superficie de rodada más suave. - Caminos tratados con sal demandan mantención mínima, y su reparación es sencilla y económica en comparación con otros caminos estabilizados con productos no salinos. - Bajo costo y la facilidad de su aplicación • Desventajas - Tiene mejores resultados en climas fríos con problemas de congelamiento. - Su eficacia decrece ante la presencia de material orgánico Fuente: (Library, s.f.) 2.2.9. Cal: Es el término para todas las formas de materia en las que pueden estar presentes el óxido de calcio (CaO) y el hidróxido de calcio Ca(OH)2. La estabilización conseguida a partir de la arcilla con cal pág. 57 en la construcción se remonta a más de 5000 años. Las pirámides de Shersi en el Tíbet se construyeron a partir de una mezcla prensada de arcilla y cal, en China y la India, la cal estabilizada se utilizó de diversas formas a lo largo de la historia. Y aunque hubo un descenso de calidad por los procesos preparatorios como la cocción, la mezcla y la cremación. Luego, al introducir la madera como componente de la estructura, se utiliza cal para tratarla; evitando así la infestación de polillas y la propagación de termitas, una plaga común de la madera a su vez con la sal, es resistente al agua y al sol (Ruiz de Torres Moustaka, 2013). 2.2.10. Tipos de cal La cal de construcción según norma europea UNE_EN 459-1 estipula los siguientes tipos según composición química: • Cal viva: incluye óxidos de calcio y magnesio. Obtenido después de calentar piedra caliza o dolomita. • Cal hidratada: Elaborada calentando cal viva, compuesta por hidróxido. • Cal hidráulica: cal compuesta principalmente por hidróxido de calcio, silicato y aluminatos de calcio. Tiene tendencia a solidificarse y endurecerse cuando se mezcla con agua y/o bajo el agua. La reacción con el dióxido de carbono atmosférico es parte del proceso de curado. 2.2.11. Estabilización con cal La cal se puede utilizar para la agricultura en diversos grados o en cantidades variables, según el uso previsto. Para el secado temporal y la mejora del suelo, se utiliza una cantidad mínima de cal . Tal procesamiento crea un lugar de trabajo para la construcción de caminos temporales. Un mayor grado de limpieza, respaldado por métodos apropiados de investigación, diseño y construcción, conduce a una estabilidad permanente (Alvarez & Echeverri, 1999). La introducción de cal en la arcilla cambia las propiedades físicas que caracterizan su comportamiento original. Si bien se ha mencionado que dependiendo de la mineralidad del suelo, tasa y forma de encalado se produce en mayor o menor medida un proceso u otro, es posible resumir y discutir los efectos más generales de mejora: • Reduce la humedad natural del suelo • Modificar la medición de partículas • Mayor permeabilidad pág. 58 • Gran capacidad de trabajo • Índice de plasticidad reducido • Capacidad reducida para cambiar el volumen • Cambiar las características de compactación • Incremente instantáneamente la consistencia • Mayor resiliencia a medio y largo plazo (Bauza Castello, 2003) 2.2.12. Ensayos de Laboratorio: • Análisis granulométrico de suelos por tamizado: Cuantificación de la distribución granulométrica del suelo. • Determinación del contenido de humedad de un suelo: La humedad del suelo es la relación entre la masa de agua en una determinada masa de suelo y la masa de partículas sólidas, expresada como porcentaje. • Determinación del límite liquido de los suelos: El contenido de humedad, indicado por el porcentaje se encuentra en el borde entre las condiciones líquidas y plásticas. • Determinación del límite plástico (L.P.) de los suelos e índice de plasticidad (i.p.): El LP es la humedad más baja en el que se pueden formar grumos de tierra de aproximadamente 3,2 mm (1/8 de pulgada) de diámetro haciendo rodar la tierra entre la mano y una superficie lisa (vidrio), sin que las barras colapsen. • Compactación de suelos en laboratorio utilizando una energía modificada (proctor modificado): Esta prueba cubre los procedimientos de compactación utilizados en el laboratorio para determinar la relación entre el contenido de agua y la unidad de masa seca del suelo (curva de compresión) compactado en un molde de 101,6 de diámetro o 152,4 mm (4 o 6 pulgadas) con una fuerza de 44,5 N (10 lbf) a una caída de 457 mm (18”) produce energía de compresión (2700 kN-m/m3 (56 000 ft-lb-f/ft3)). Nota 1. Los suelos, mezclas o agregados se consideran suelos de grano fino, grueso o como grava, limo o roca triturada. Nota 2. El equipo y procesos fueron tambien propuestos por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos en 1945. La prueba de tensión ajustada a veces se denomina prueba de compactación de máquina modificada. pág. 59 • CBR de suelos (laboratorio): Este método de prueba se utiliza para evaluar la durabilidad del subrasante, subbase y base, incluidos los materiales reciclados para su uso en la pavimentación de carreteras y aeropuertos. El valor CBR obtenido de esta prueba es una parte integral de varios métodos de diseño de pavimentos plásticos (MTC, 2016). 2.3. Definición de términos básicos: • Análisis Mecánico: Sirve para determinar la granulometría en un material o la determinación cuantitativa de la distribución de tamaños. • CAL – Oxido de calcio CaO: Adopta la denominación de cal rápida e hidrat6ada, según su proceso de producción. • Contracción (factores): Parámetros relativos a cambios de volumen de un suelo. • Relaciones humedad/densidad (Proctor): Humedad vs. P.U. de suelos compactados. (MTC, 2014) 2.4. Hipótesis 2.4.1. Hipótesis general La adición de NaCl (Sal de Maras) y CaO (Cal) , cada uno con sus respectivos porcentajes de adición, mejorara las propiedades físico mecánicas de un suelo arcilloso para la subrasante de la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. 2.4.2. Sub hipótesis Sub hipótesis N°1 El contenido de humedad que presenta un suelo arcilloso estabilizado con oxido de calcio (cal) al 10% presenta una mayor reducción con respecto al contenido de humedad del suelo arcilloso estabilizado con NaCl (Sal) al 14% para subrasante de la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. Sub hipótesis N°2 pág. 60 El índice de plasticidad que presenta un suelo arcilloso estabilizado con oxido de calcio (cal) al 10% disminuye con respecto al suelo estabilizado con Cururo de Sodio al 14% para subrasante de la Vía Urbana Colectora Programada para subrasante en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. Sub hipótesis N°3 La Densidad Seca Máxima aumentará su valor para un suelo adicionado con Cloruro de Sodio al 14% con respecto al suelo adicionado con Óxido de Calcio (Cal) al 10 % para subrasante de la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. Sub hipótesis N°4 El valor de CBR al 100 % del suelo con adición de Oxido de Calcio (Cal) al 10 % obtendrá un mayor valor que el suelo adicionado con Cloruro de Sodio al 14% para subrasante de la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao - San Jerónimo – Cusco. 2.5. Variables e indicadores 2.5.1. Identificación de variables 2.5.1.1.Variables Dependientes: • Contenido de humedad. • Índice de Plasticidad. • Densidad Seca Máxima. • CBR. 2.5.1.2.Variables Independientes: • % del NaCl de Maras en peso con respecto al peso seco del material. • % del CaO en peso con respecto al peso seco del material. 2.5.1.3.Variables Intervinientes: • Tipo de suelo. 2.5.2. Cuadro de Operacionalización de Variables: pág. 61 Tabla 4. Cuadro de Operacionalización de Variables dependientes. VARIABLES CONCEPTO INDICADORES UNIDAD DE INSTRUMENTOS MEDIDA DE MEDICIÓN CONTENIDO DE La humedad del suelo es la Peso húmedo del % Humedad Hoja de Laboratorio HUMEDAD relación entre el peso del agua material y peso en una parte del suelo y el seco del material. peso de las partículas sólidas, expresada en porcentaje. ÍNDICE DE Atterberg definió el índice de Limite Plástico y % Humedad Hoja de Laboratorio PLASTICIDAD plasticidad para describir el Limite Liquido. rango de humedad presente en suelos con plásticos. DENSIDAD SECA Esto corresponde a la mayor Peso del suelo, gr/cm3 Hoja de Laboratorio MÁXIMA densidad que el suelo puede volumen del suelo alcanzar después de la y contenido de compactación con una humedad optimo humedad óptima. de la muestra. VALOR DE CBR El índice CBR es el Densidad seca % CBR Hoja de Laboratorio porcentaje de presión ejercida máxima, contenido por el pistón sobre la de humedad superficie para una optimo, carga determinada penetración aplicada y respecto a la presión deformación de la correspondiente a la misma muestra. penetración en la muestra de referencia. pág. 62 Capitulo III: Método. 3.1.Metodología de la investigación-Alcance de estudio 3.1.1. Tipo de investigación La investigación fue determinada por la naturaleza del objeto de investigación, en este sentido es cuantitativa. Ya que se recogerá y procesará los datos numéricos de las muestras obtenidos del laboratorio. Según (Hernandez Sampieri, Fernandez Collado, & Baptista Lucio, 2014) 3.1.2. Nivel o alcance de la investigación El nivel de estudio que se utilizará será Descriptivo-Correlacional (Según Sampieri), pues lo que se buscará en la presente tesis de investigación es determinar, a raíz de ensayos, una correlación entre porcentajes de adición de Cloruro de Sodio (Sal de Maras), Oxido de Calcio (Cal) y los efectos que la combinación de estos compuestos causan en un suelo arcilloso; y también determinar con cuál de las combinaciones el suelo a estudiar ofrece una mejora en su comportamiento físico mecánico frente a un suelo sin adición de estos. 3.1.3. Método de la investigación Según Sampieri, este estudio utiliza el método experimental porque comienza con una hipótesis que se pretende probar a través de una serie de pasos, como los resultados de pruebas de laboratorio que permitieron inferir y averiguar relaciones entre variables para probar hipótesis y compararlos con experiencia. 3.2.Diseño de la investigación 3.2.1. Diseño metodológico Este es un estudio experimental. (según Sampieri), que consiste en realizar pruebas de laboratorio donde se adiciona Cloruro de Sodio (Sal de Maras) y Oxido de Calcio (Cal) a diferentes cantidades a un suelo arcilloso que producirá cambios en las propiedades físicas, mecánicas y químicas. pág. 63 3.2.2. Diseño de ingeniería Tabla 5. Diseño de la ingeniería del presente Proyecto de Investigación. INICIO “ANALISIS COMPARATIVO DE LAS PROPIEDADES FISICO MECANICAS DE UN SUELO ARCILLOSO ADICIONADO CON OXIDO DE CALCIO (CAL) AL 10% Y CLORURO DE SODIO(SAL DE MARAS) AL 10%, 12% Y 14% PARA SUBRASANTE DE LA VÍA URBANA COLECTORA PROGRAMADA EN LA COMUNIDAD CAMPESINA PILLAO MATAO-SAN JERONIMO-CUSCO” Selección de los puntos de muestreo Extraccion del material Ensayo de laboratorio caracterizacion del material de estudio Ensayo de analisis Ensayo de limites de granulometrico consistencia Determinacion del tipo de suelo no suelo arcilloso si suelo arcilloso selección de material arcilloso selección de material aditivo Oxido de Calcio (Cal) Cloruro de Sodio (Sal de Maras) Ensayos de laboratorio Límites de consistencia. Proctor Modificado. Ensayo CBR (California Bearing Ratio Nuevos datos Analisis de datos Resultados Conclusiones Fin pág. 64 3.3.Población 3.3.1. Descripción de la población Según Hernández Sampieri, la población es la suma total de todos los casos que obedecen a un conjunto de especificaciones. La población de la presente investigación estuvo conformada por el suelo de la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao. 3.3.2. Cuantificación de la población Según el Manual de Carreteras Suelos, Geología, Geotécnica y Pavimentos, Sección Suelos y Pavimentos indica el número de calicatas según el tipo de carretera en la siguiente tabla: Tabla 6. Número de Calicatas par Exploración de Suelos Profundidad Número mínimo de Tipo de Carretera Observación (m) Calicatas -Calzada 2 carriles por sentido: 4 calicatas x Autopistas: carreteras de km x sentido. 1.50m respecto IMDA mayor de 6000 -Calzada 3 carriles por al nivel de veh/día, de calzadas sentido: 4 calicatas x subrasante del separadas, cada una con km x sentido proyecto dos o más carriles -Calzada 4 carriles por Las calicatas se sentido: 6 calicatas x ubicarán km x sentido longitudinalmente -Calzada 2 carriles por y en forma sentido: 4 calicatas x Carreteras Duales o alternada km x sentido Multicarril: carreteras de 1.50m respecto -Calzada 3 carriles por IMDA entre 6000 y 4001 al nivel de sentido: 4 calicatas x veh/dia, de calzadas subrasante del km x sentido separadas, cada una con proyecto -Calzada 4 carriles por dos o más carriles sentido: 6 calicatas x km x sentido Carreteras de Primera 1.50m respecto Clase: carreteras con un al nivel de IMDA entre 4000- 2001 4 calicatas x km subrasante del Las calicatas se veh/día, de una calzada de proyecto ubicarán dos carriles. longitudinalmente Carreteras de Segunda 1.50m respecto y en forma Clase: carreteras con un al nivel de alternada IMDA entre 2000-401 3 calicatas x km subrasante del veh/día, de una calzada de proyecto dos carriles pág. 65 Carreteras de Tercera 1.50m respecto Clase: carreteras con un al nivel de IMDA entre 400-201 · 2 calicatas x km subrasante del veh/día, de una calzada de proyecto dos carriles Carreteras de Bajo 1.50m respecto Volumen de Tránsito: al nivel de carreteras con un IMDA ≤ 1 calicata x km subrasante del 200 veh/día, de una proyecto calzada. Fuente: Elaboración Propia, teniendo en cuenta el Tipo de Carretera establecido en la RD 037-2008- MTC/14 y el Manual de Ensayo de Materiales del MTC Para efectos de este estudio se realizó 4 calicatas siendo una carretera de bajo volumen de transito y teniendo una longitud de 1600 m. La población se cuantifica como el estrato geológico o los tipos de suelos que se encontró en la Vía Urbana Colectora Programada en la comunidad campesina Pillao Matao donde se realizaron 4 calicata C-01, C-02, C-03 y C-04, con una profundidad de 1.50 m. Tabla 7. Número de calicatas realizadas. N.º de Calicata Progresivas C-01 0 + 200 C-02 0 + 600 C-03 1 + 000 C-04 1 + 400 Fuente: Elaboración Propia pág. 66 Figura 16. Plano de ubicación calicatas. 3.4.Muestra 3.4.1. Descripción de la muestra Una muestra es esencialmente un subconjunto de una población (Sampieri). La muestra de la presente investigación está compuesta el suelo arcilloso de la comunidad Pillao-Matao que se clasifico según el método SUCS Arcilla inorgánica de plasticidad baja a media (CL) y según la clasificación AASHTO A-6 (3). 3.4.2. Cuantificación de la muestra La muestra se cuantifica en 03 muestras por cada calicata que fue clasificada mediante el ensayo el ensayo de Análisis Granulométrico teniendo un total de 12 muestras ,muestras que nos ayudaran a tener mejores resultados generando tendencia en los graficos.. Tabla 8. Número de ensayos granulométricos por calicata. pág. 67 Ensayos de C-01 C-02 C-03 C-04 Laboratorio N.º de muestra N.º de muestra N.º de muestra N.º de muestra Análisis Granulométrico 03 03 03 03 Total 12 Fuente: Elaboración Propia UBICACIÓN: C.C. PILLAO MATAO - SAN JERONIMO - CUSCO - CUSCO PROFUNDIDAD: -1.50 m CALICATA N° 01 PERFIL ESTRATIGRAFICO PROF. SIMBOLO MUESTRA N° GRUPO SUCS NOMBRE DESCRIPCION (m) SUCS 0.00 -0.50 ARCILLA DE ARCILLA INORGANICA DE M-1, M-2, M-3. CL BAJA PLASTICIDAD BAJA A MEDIA. PLASTICIDAD -1.00 -1.50 Figura 17. Estratigrafía calicata Nº 01 pág. 68 ESCALA GRAFICA UBICACIÓN: C.C. PILLAO MATAO - SAN JERONIMO - CUSCO - CUSCO PROFUNDIDAD: -1.50 m CALICATA N° 02 PERFIL ESTRATIGRAFICO PROF. SIMBOLO MUESTRA N° GRUPO SUCS NOMBRE DESCRIPCION (m) SUCS 0.00 -0.50 ARCILLA DE ARCILLA INORGANICA DE M-4, M-5, M-6. CL BAJA PLASTICIDAD BAJA A MEDIA. PLASTICIDAD -1.00 -1.50 Figura 18. Estratigrafía calicata Nº 02. UBICACIÓN: C.C. PILLAO MATAO - SAN JERONIMO - CUSCO - CUSCO PROFUNDIDAD: -1.50 m CALICATA N° 03 PERFIL ESTRATIGRAFICO PROF. SIMBOLO MUESTRA N° GRUPO SUCS NOMBRE DESCRIPCION (m) SUCS 0.00 -0.50 ARCILLA DE ARCILLA INORGANICA DE M-7, M-8, M-9. CL BAJA PLASTICIDAD BAJA A MEDIA. PLASTICIDAD -1.00 -1.50 Figura 19. Estratigrafía calicata Nº 03 pág. 69 ESCALA ESCALA GRAFICA GRAFICA UBICACIÓN: C.C. PILLAO MATAO - SAN JERONIMO - CUSCO - CUSCO PROFUNDIDAD: -1.50 m CALICATA N° 04 PERFIL ESTRATIGRAFICO PROF. SIMBOLO MUESTRA N° GRUPO SUCS NOMBRE DESCRIPCION (m) SUCS 0.00 -0.50 ARCILLA DE M-10, M-11, M- ARCILLA INORGANICA DE CL BAJA 12. PLASTICIDAD BAJA A MEDIA. PLASTICIDAD -1.00 -1.50 Figura 20. Estratigrafía calicata Nº 04 3.4.3. Método de muestreo El método es no probabilístico porque la selección de ítems no depende de la probabilidad, sino de razones relacionadas con las características o objetivos del investigador (Hernandez Sampieri, Fernandez Collado, & Baptista Lucio, 2014). 3.4.4. Criterios de evaluación de la muestra Teniendo seleccionada la muestra se evaluaron por medio de los siguientes ensayos de laboratorio: • Análisis granulométrico (MTC E 107), se realizó primero el ensayo de granulometría para clasificar nuestro suelo natural. • Límite líquido (MTC E 110) • Límite plástico (MTC E 111) • Proctor Modificado (MTC E 115) evaluación de resultados del suelo natural y suelo adicionado con oxido de calcio (cal) y cloruro de sodio (sal de maras). • CBR (MTC E 132) evaluación de resultados del suelo natural y suelo adicionado con oxido de calcio (cal) y cloruro de sodio (sal de maras). pág. 70 ESCALA GRAFICA 3.5.Técnicas e instrumentos de recolección de datos: 3.5.1 Técnicas de recolección de datos: Lo datos necesarios para dicho estudio fueron obtenidos a raíz de ensayos de laboratorio, los cuales fueron: 3.5.1.1.Exploración y toma de muestras a) Instrumentos utilizados Para dicha toma de datos fue necesario utilizar: • Equipos de excavación (Pico, pala) • Equipos de medición (wincha) • Equipos de protección (guantes de seguridad, zapatos de seguridad, casco y chaleco) • Sacos, baldes y bolsas plásticas para el transporte del material hacia el laboratorio. b) Procedimiento Una vez identificada la zona del estudio, procedimos a hacer una visita a campo para poder determinar de manera preliminar las zonas más idóneas para poder extraer el material necesario y así realizar los ensayos pertinentes. Teniendo una longitud de 1600 m, elegimos hacer 4 calicatas cada 400 m y así tener muestras representativas de nuestra zona de estudio. Figura 21. Zona de estudio pág. 71 Después de definir el área, se procede a la selección de puntos de reconocimiento para empezar con la excavación y extraer material para seguidamente llevar al laboratorio para los estudios de suelos. Figura 22. Excavación de suelos 3.5.1.2.Ensayo de determinación del contenido de humedad de un suelo a) Equipo Para dicho ensayo de laboratorio se utilizaron los siguientes equipos y/o herramientas: • Estufa de secado para el material. • Balanza de precisión. • Bowl o depósitos. • Combos de goma. • Bandejas metálicas. b) Procedimiento • El primer ensayo realizado al material extraído es el de determinación del contenido de humedad de éste. Para dicho cometido nos disponemos a obtener una muestra representativa con ayuda de combos de goma y bandejas de metal. pág. 72 • En cuanto se obtuvo la muestra representativa nos dispusimos a hacer el uso de bowl de metal y la balanza de precisión para poder obtener el peso húmedo del material. • Luego de hacer uso de la estufa para hacer el secado del material, procedemos a hacer enfriar el recipiente con el material secado, para después pesarlo y poder obtener así el peso seco del material. • Al final de este proceso, se efectúan los cálculos apropiados para obtener datos acerca de la humedad en la muestra. c) Datos obtenidos • Muestra 1 Tabla 9. Datos del suelo arcilloso natural. Tabla 10. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. Tabla 11. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. Tabla 12. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. pág. 73 Tabla 13. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. • Muestra 2 Tabla 14. Datos del suelo arcilloso natural. Tabla 15. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. Tabla 16. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. Tabla 17. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. Tabla 18. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. pág. 74 • Muestra 3 Tabla 19. Datos del suelo arcilloso natural. Tabla 20. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. Tabla 21. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. Tabla 22. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. Tabla 23. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. pág. 75 • Muestra 4 Tabla 24. Datos del suelo arcilloso natural. Tabla 25. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. Tabla 26. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. Tabla 27. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. Tabla 28. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. • Muestra 5 Tabla 29. Datos del suelo arcilloso natural. pág. 76 Tabla 30. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. Tabla 31. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. Tabla 32. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. Tabla 33. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. • Muestra 6 Tabla 34. Datos del suelo arcilloso natural. Tabla 35. Datos del suelo arcilloso natural + 10% cal. Tabla 36. Datos del suelo arcilloso natural + 10% de cloruro de sodio. pág. 77 Tabla 37. Datos del suelo arcilloso natural + 12% de cloruro de sodio. Tabla 38. Datos del suelo arcilloso natural + 14% de cloruro de sodio. 3.5.1.3.Ensayo de granulometría a) Equipo Para dicho ensayo de laboratorio se utilizaron los siguientes equipos y/o herramientas. • Tamiz 200 para lavado, balde y manguera. • Serie de Tamices: 3/8”, Nº4, Nº10, Nº20, Nº40, Nº50, Nº80, Nº100, Nº200, fondo y tapa. • Balanza digital. • Tamizadora mecánica. • Bandejas, bowl, cucharón, brocha, escobilla metálica, martillo de goma, bandejas. b) Procedimiento Una vez teniendo el material en laboratorio se procedió a obtener una muestra representativa del mismo, luego de esto con ayuda de un martillo de goma se comenzó a triturar la muestra a fin de deshacernos de la presencia terrones de material que teníamos en nuestra muestra de suelo, culminado esto procedimos a lavar la muestra de suelo con ayuda de la malla 200, una manguera y un balde. pág. 78 Figura 23. Trituración y lavado del material Una vez culminado el proceso de lavado se procedió a hacer el secado del material para su posterior ensayo granulométrico. Luego de secar y dejar enfriar el material nos dispusimos a escoger los tamices correspondientes para nuestro ensayo, dicho ensayo se realizó con ayuda de una maquina tamizadora, la cual tamizó el material por un espacio de 5 minutos. Una vez que se completa el tamizado, comienza el pesaje del material restante en cada tamiz, con cuidado se fueron retirando uno a uno cada tamiz y vaciando su contenido en un bowl previamente pesado y tarado en la balanza electrónica, ayudándonos con una escobilla metálica o una brocha (dependiendo la delicadeza del tamiz utilizado) para sacar todo el material retenido. pág. 79 Figura 24. Tamizado del material Repitiendo este proceso con cada tamiz y anotando los pesos retenidos se procede a realizar el procesamiento de los datos obtenidos como el grafico de la curva granulométrica. Este procedimiento se repite para cada muestra que se tiene de las calicatas. pág. 80 c) Datos obtenidos • Calicata C-01 Tabla 39. Muestra 1 de C-01 Fuente: Elaboración Propia pág. 81 Tabla 40. Muestra 2 de C-01 Fuente: Elaboración Propi pág. 82 Tabla 41. Muestra 3 de C-01 Fuente: Elaboración Propia pág. 83 • Calicata C-02 Tabla 42. Muestra 4 de C-02 Fuente: Elaboración Propia pág. 84 Tabla 43. Muestra 5 de C-02 Fuente: Elaboración Propia pág. 85 Tabla 44. Muestra 6 de C-02 Fuente: Elaboración Propia pág. 86 • Calicata C-03 Tabla 45. Muestra 7 de C-03 Fuente: Elaboración Propia pág. 87 Tabla 46. Muestra 8 de C-03 Fuente: Elaboración Propia pág. 88 Tabla 47. Muestra 9 de C-03 Fuente: Elaboración Propia pág. 89 • Calicata C-04 Tabla 48. Muestra 10 de C-04 Fuente: Elaboración Propia pág. 90 Tabla 49. Muestra 11 de C-04 Fuente: Elaboración Propia pág. 91 Tabla 50. Muestra 12 de C-04 Fuente: Elaboración Propia pág. 92 3.5.1.4.Límites de consistencia a) Equipos • Copa Casagrande. • Ranurador. • Espátula Casagrande. • Vidrio Esmerilado • Malla N.º 40, fondo y tapa. • Taras. • Balanza de precisión • Cucharas, bandejas, bowl. • Bolsas plásticas. b) Procedimiento Para determinar los límites de consistencia de nuestras muestras primero utilizamos el tamiz N.º 40 para poder obtener el material necesario para realizar el ensayo correspondiente. Para las muestras que necesitaron ser mezcladas con los aditivos (Oxido de Calcio y Cloruro de Sodio) se escogió por mezclar el material con el aditivo correspondiente antes de que este pase por el tamiz. pág. 93 Figura 25. Tamizado del material Una vez teniendo el material necesario para realizar los ensayos se dispuso a saturar dicho material por 12 horas (un día antes). 3.5.1.4.1. Limite Liquido. La primera prueba a realizar es determinar el límite líquido, el cual se halla con ayuda de la Copa Casagrande, en este caso será necesario entre 150 a 200 gr de muestra, además para dicho ensayo se necesita usar la espátula Casagrande para poder enrazar el material para ensayo en la Copa Casagrande y luego de esto con ayuda del ranurador se procede a hacer una abertura al centro, el ensayo consiste en hacer caer la copa Casagrande y contar en cuantos golpes la ranura antes hecha se llega a juntar, del mencionado proceso se tomarán 3 muestras para hallar su respectivo contenido de humedad , uno que cierre entre los 25 a 35 golpes, otro entre los 20 a 30 golpes y el ultimo entre los 15 a 25 golpes Figura 26. Equipos para ensayo de Limite Liquido Al terminar dicho proceso se hará uso de taras metálicas de peso conocido y de una balanza de precisión para determinar la masa inicial de la muestra, después de secar la muestra, y por ultimo determinar el contenido de humedad de las tres probetas. Estos datos serán utilizados para poder hallar el límite liquido con ayuda de una gráfica. pág. 94 Figura 27. Ensayo de Limite Liquito del suelos adicionado con los diferentes porcentajes de Oxido de Calcio y Cloruro de Sodio 3.5.1.4.2. Limite Plástico Para dicho ensayo será necesario utilizar una muestra de 20 gr y una superficie en la cual se pueda manipular el material de tal manera que se lleguen a formas cilindros, el ensayo consiste en realizar cilindros del material y que dichos cilindros se agrieten justo cuando este tenga un diámetro de 3.2 pág. 95 mm (1/8”). Si no se alcanza dicho cilindro se agrega o quita agua según sea el caso hasta lograr el objetivo trazado anteriormente. El proceso se repite dos veces y se utilizan taras metalizas de pesos conocidos para poder hallar el contenido de humedad de la muestra en dicho momento y así determinar el límite plástico de la muestra ensayada. Este proceso se repite con la muestra patrón y con la muestra mezclada con los diferentes aditivos a estudiar en la presente tesis (Oxido de Calcio y Cloruro de Sodio). Figura 28. Ensayo de Limite Liquito del suelos adicionado con los diferentes porcentajes de Oxido de Calcio y Cloruro de Sodio pág. 96 c) Datos obtenidos Datos obtenidos de 06 muestras • Muestra 1 Tabla 51. Datos del suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración Propia pág. 97 Tabla 52. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración Propia Tabla 53. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 98 Tabla 54. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración Propia Tabla 55. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración Propia • Muestra 2 pág. 99 Tabla 56. Datos del suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración Propia Tabla 57. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración Propia Tabla 58. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal pág. 100 Fuente: Elaboración Propia Tabla 59. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 101 Tabla 60. Datos del suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración Propia • Muestra 3 Tabla 61. Datos del suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración Propia pág. 102 Tabla 62. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración Propia Tabla 63. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 103 Tabla 64. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración Propia Tabla 65. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 104 • Muestra 4 Tabla 66. Datos del suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración Propia Tabla 67. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración Propia pág. 105 Tabla 68. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración Propia Tabla 69. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 106 Tabla 70. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración Propia • Muestra 5 Tabla 71. Datos del suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración Propia pág. 107 Tabla 72. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración Propia Tabla 73. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración Propia Tabla 74. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal pág. 108 Fuente: Elaboración Propia Tabla 75. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 109 • Muestra 6 Tabla 76. Datos del suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración Propia Tabla 77. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración Propia pág. 110 Tabla 78. Datos del suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración Propia Tabla 79. Datos del suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración Propia pág. 111 Tabla 80. Datos de suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración Propia 3.5.1.5.Proctor modificado a) Equipos • Molde Proctor de 6“+ collarín. • Pisón o martillo Proctor Modificado. • Enrasador de metal. • Martillo de goma. • Balanza. • Bandejas. • Bowl. • Malla Nº4. • Probeta plástica. • Cucharón. • Brocha. pág. 112 Figura 29. Equipos para ensayo de Proctor Modificado b) Procedimiento: Para el presente ensayo se necesitó alrededor de 6 kg de material por cada molde usar. Una vez pesada la muestra se procedió a triturarla con ayuda del martillo de goma. Figura 30. Trituración del material Para este ensayo se agrega agua de manera progresiva, comenzando con el 2% o el 4% de agua con respecto al peso de la muestra a ensayar, luego de esto se separa la muestra en 5 partes pág. 113 iguales dentro de la bandeja y se toma una muestra representativa para determinar el contenido de humedad exacto en ese momento. Figura 31. Mezcla del material con el agua a diferentes porcentajes Los moldes a usar y el pisón o martillo deben estar debidamente limpios y untados con petróleo a fin de hacer más fácil retirar la muestra compactada del molde, una vez teniendo preparados los equipos procedemos a echar una de las 5 partes del material separado dentro del molde proctor y comenzamos a dar golpes con el martillo dejándolo caer 56 veces de manera horaria y luego anti horaria dentro del molde proctor. Se repite el procedimiento por 5 veces y al finalizar quitamos el collarín y enrazamos la muestra en el molde con ayuda del enrazador metálico, en caso faltase material para enrazar se utiliza el material excedente en el collarín pasado previamente por el tamiz Nº4. Al finalizar pesamos dicho molde con la muestra compactada y la base del molde, cabe mencionar que también debemos tener pesado el molde y la base del mismo para los cálculos correspondientes. Este proceso se realiza hasta notar una disminución del peso de material compactado, esto puede ser, de acuerdo a la experiencia notada en laboratorio, luego de 4 a 6 veces de haber realizado el ensayo. pág. 114 Figura 32. Compactado del molde Proctor El proceso descrito se sigue exactamente igual para las muestras con aditivo con la ligera diferencia de que antes de agregar el agua procedemos a adicionar el Óxido de Calcio (Cal) o el Cloruro de Sodio (Sal de Maras) según sea el caso con la dosificación adecuada con referencia al peso del material (arcilla) a usar. Figura 33. Mezcla del material con los aditivos a diferentes porcentajes pág. 115 Figura 34. Mezcla del material con los aditivos a diferentes porcentajes pág. 116 c) Datos obtenidos • Muestra 1 Tabla 81. Suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración propia pág. 117 Tabla 82. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración propia pág. 118 Tabla 83. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración propia Tabla 84. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal pág. 119 Fuente: Elaboración propia Tabla 85. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 120 • Muestra 2 Tabla 86. Suelo arcilloso natural pág. 121 Tabla 87. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal pág. 122 Tabla 88. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal pág. 123 Tabla 89. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal pág. 124 Tabla 90. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal pág. 125 • Muestra 3 Tabla 91. Suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración propia pág. 126 Tabla 92. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración propia pág. 127 Tabla 93. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 128 Tabla 94. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 129 Tabla 95. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 130 • Muestra 4 Tabla 96. Suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración propia pág. 131 Tabla 97. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración propia pág. 132 Tabla 98. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 133 Tabla 99. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 134 Tabla 100. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 135 • Muestra 5 Tabla 101. Suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración propia pág. 136 Tabla 102. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración propia pág. 137 Tabla 103. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 138 Tabla 104. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 139 Tabla 105. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 140 • Muestra 6 Tabla 106. Suelo arcilloso natural Fuente: Elaboración propia pág. 141 Tabla 107. Suelo arcilloso adicionado con 10% de cal Fuente: Elaboración propia pág. 142 Tabla 108. Suelo arcilloso adicionado con 10% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 143 Tabla 109. Suelo arcilloso adicionado con 12% de sal Fuente: Elaboración propia pág. 144 Tabla 110. Suelo arcilloso adicionado con 14% de sal Fuente: Elaboración propia 3.5.1.6.CBR (California Bearing Ratio a) Equipos • Molde CBR + collarín. • Pisón o martillo CBR. • Disco espaciador, vástago, pesas metálicas. • Recipientes con agua con capacidad para mantener los moldes CBR completamente sumergidos. pág. 145 • Dial con trípode para medir expansión. • Pistón de penetración. • Enrasador de metal. • Martillo de goma. • Balanza. • Bandejas. • Bowl. • Malla Nº4. • Probeta plástica. • Cucharón. b) Procedimiento Para este ensayo comenzamos pesando y separando el material necesario (6kg por molde). Una vez hecho esto pasamos a triturar el material con ayuda de un martillo de goma y bandejas de metal. Al terminar esto el siguiente paso fue mezclar la muestra con el aditivo a usar y con la dosificación escogida previamente en la presente tesis. Figura 35. Trituracion y mezclado del material pág. 146 La cantidad de agua a utilizar fue tomada del contenido de humedad optimo hallado en el ensayo de Proctor modificado, en ese sentido para poder tener un suelo con la cantidad de agua necesaria procedimos a determinar la humedad del suelo en ese momento, tomando una muestra del mismo y llevándola a secar en una estufa para posteriormente poder determinar su humedad, una vez teniendo este dato pasamos a restar el contenido de humedad optimo y la humedad hallada en ese momento para saber cuánta agua agregar a la muestra de suelo que nos dispondremos a ensayar. Al tener la muestra lista comenzamos a separarla en 5 partes iguales para compactarla en el molde, se compacto la muestra en 5 capas, haciendo caer el martillo 12, 26 y 56 veces por capa (o sea que se hicieron 3 moldes por muestra). Al culminar este proceso nos disponemos a retirar el collarín del molde y a enrazar la muestra con ayuda de una regla metálica y la malla Nº4, terminando esto retiramos el disco espaciador que yacía en la base del molde, volteamos el molde sobre su misma base y lo aseguramos a la misma nuevamente para poder pesarlo. Figura 36. Compactado y enrazado de la muestra pág. 147 Figura 37. Peso de la muestra compactada y el molde Después de pesar la muestra compactada más el molde y la base colocamos el vástago y las pesas dentro del molde y encima de la muestra compactada para después sumergirla dentro de un recipiente lo suficientemente grande para mantenerla completamente sumergida bajo el agua durante 96 horas o 4 días. En este punto procedemos a nivelar el molde con ayuda de un nivel de mano y después de esto se tomó una lectura inicial con la ayuda del trípode y el dial, para luego medir la variación de la expansión del suelo ensayado. pág. 148 Figura 38. Moldes compactados y sumergidos en agua Figura 39. Moldes sumergidos con diferentes porcentajes de aditivos Al terminar el periodo de 96 horas o 4 días procedemos a sacar los moldes del agua y hacemos que el agua que estaba dentro del mismo salga inclinando el molde para dicho cometido. Al pasar unos minutos retiramos el vástago con las pesas del molde y pesamos la muestra compactada, el molde y la base nuevamente. Figura 40. Moldes húmedos después de 96 horas sumergidos en agua Culminado el anterior proceso nos disponemos a penetrar la muestra con un pistón de penetración teniendo en cuenta la deformación de la muestra versus el tiempo transcurrido, esto con ayuda de un dial de deformación y un cronómetro. La carga aplicada se va anotando pág. 149 para luego realizar la gráfica correspondiente y así determinar el CBR del suelo ensayado en gabinete. Figura 41. Penetracion de moldes CBR pág. 150