i Portada UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL: DE INGENIERÍA CIVIL Tesis Efecto de la incorporación de plástico reciclado PET y cal en el valor del CBR empleando material de cantera para afirmado, Abancay - Apurímac - 2023 Asesor: Msc. Maldonado Mendivil Ángel Autor: Flores Sanchez Victor Raul Para optar el Título Profesional de: Ingeniero Civil Abancay – Apurímac – Perú 2024 ii Acta de sustentación iii Reporte de similitud iv Metadatos Complementarios Datos del Autor Apellidos y Nombres : Flores Sanchez Victor Raul Tipo de Documento de Identidad : Documento Nacional de Identidad (DNI) Numero de Documento de Identidad : 72848564 URL ORCID : https://orcid.org/0009-0003-8057-541X Datos del Asesor Apellidos y Nombres : Msc. Maldonado Mendívil Ángel Tipo de Documento de Identidad : Documento Nacional de Identidad (DNI) Numero de Documento de Identidad : 06788424 URL ORCID : https://orcid.org/0000-0001-9002-1910 Datos de la Investigación Facultad : Ingeniería Escuela Profesional : Ingeniería Civil Línea de Investigación : Gestión de la infraestructura para el desarrollo sostenible Rango de años en que se realizó la investigación : Setiembre 2023 – Agosto 2024 Fuente de financiamiento : Autofinanciado Porcentaje de similitud : 19% URL DE OCDE : https://purl.org/pe-repo/ocde/ford# 2.01.01 https://purl.org/pe-repo/ocde/ford v Dedicatoria A Dios por darme vida, salud y a mi familia. A mis padres: Ulises y Marisela, por todo el esfuerzo y sacrificio que realizaron para formarme y educarme, los cuales me dieron el ímpetu de humildad, superación y sacrificio. A mi hermana: Sherly Tatiana, quien me dio la fortaleza, deseo de lograr los objetivos, las metas y esas ganas de triunfo en la vida. vi Agradecimiento A Dios por guiarme y darme la fortaleza de seguir adelante. Agradezco a mis padres y familiares por su constante apoyo emocional. Agradezco a mi asesor de tesis Msc. Ángel Maldonado Mendivil, así como a mis amigos, por su valiosa orientación, respaldo emocional. vii Resumen El objetivo principal de esta tesis fue analizar los atributos físicos y mecánicos del material granular destinado al afirmado proveniente de la cantera de Condebamba, al incorporar plástico reciclado PET y cal, con el fin de determinar su idoneidad como capa de rodadura afirmada en una carretera. El propósito fundamental de esta tesis es evaluar si la incorporación de plástico reciclado PET y cal con el objetivo de mejorar el valor del CBR del material granular empleado en afirmado de la cantera de Condebamba. Mediante una investigación aplicada, con un diseño experimental realizando pruebas estandarizadas. Para llevar a cabo el estudio, se realizó todos los ensayos que conlleva para la caracterización de la cantera de Condebamba, eligiendo el material de distintos puntos de dicha cantera obteniendo así un resultado patrón. Seguidamente se examinó el material en el laboratorio según las normas ASTM Y MTC (EM – 2016); Análisis granulométrico, límites de consistencia, abrasión los ángeles, equivalente de arena, proctor modificado, california Bearing ratio (CBR), se consideraron cinco niveles de incorporación de plástico reciclado PET y cal específicamente: 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, al material granular destinado al afirmado de la cantera de Condebamba. Demostrando que la incorporación de plástico reciclado PET y cal al material granular de cantera para afirmado mejora el valor del CBR, reduce la densidad seca máxima, aumenta de forma positiva el contenido de humedad optima. La proporción optima al material granular destinado al afirmado de la cantera de Condebamba es de 3% PET + 3% cal. Palabras claves: CBR, densidad seca máxima, contenido de humedad optimo. viii Abstract The main objective of this research was to analyze the physical and mechanical attributes of the paving material from the Condebamba quarry, by incorporating recycled plastic, PET and lime, in order to determine its suitability as a firm tread layer on a road. The main purpose of this thesis is to evaluate whether the incorporation of recycled plastic, PET and lime with the aim of improving the CBR value of the granular material used in the Condebamba quarry. An applied research approach was chosen, with an experimental design which are referenced in standardized tests. To carry out the study, all the tests involved for the characterization of the Condebamba quarry are carried out, choosing the material from different points of the quarry, thus obtaining a standard result. Next, the material was examined in the laboratory according to ASTM and MTC standards (EM – 2016); Granulometric analysis, consistency limits, abrasion Los Angeles, sand equivalent, modified proctor, California Bearing ratio (CBR), five levels of incorporation of recycled plastic PET and lime specifically were considered: 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, to the granular material for affirmation of the Condebamba quarry. Demonstrating that the incorporation of recycled PET plastic and lime to the granulated quarry material for affirmation improves the value of CBR, reduces the maximum dry density, positively increases the optimal moisture content. The optimal proportion to the granular material for affirmation from the Condebamba quarry is 3% PET + 3% lime. Keywords: CBR, maximum dry density, optimal moisture content. ix Índice general Portada…. ............................................................................................................................. i Acta de sustentación ............................................................................................................ii Reporte de similitud .......................................................................................................... iii Metadatos Complementarios ............................................................................................ iv Dedicatoria ........................................................................................................................... v Agradecimiento ................................................................................................................... vi Resumen… .........................................................................................................................vii Abstract… ........................................................................................................................ viii Índice general ...................................................................................................................... ix Índice de tablas ..................................................................................................................xii Índice de figuras ............................................................................................................... xiv Índice de anexos ...............................................................................................................xvii I. Introducción ........................................................................................................... 18 II. Planteamiento del Problema................................................................................. 20 2.1 Descripción de la realidad problemática ........................................................... 20 2.2 Objetivos ........................................................................................................... 22 Objetivo General ............................................................................ 22 Objetivos Específicos..................................................................... 23 2.3 Justificación e importancia ............................................................................... 23 2.4 Hipótesis ........................................................................................................... 24 x 2.5 Variables ........................................................................................................... 25 III. Marco Teórico ........................................................................................................ 29 3.1 Antecedentes ..................................................................................................... 29 3.2 Bases Teóricas .................................................................................................. 36 Tereftalato de polietileno (PET) .................................................... 36 Cal (Oxido de calcio) ..................................................................... 41 Afirmado ........................................................................................ 44 Ensayos de Laboratorio.................................................................. 55 3.3 Definición de términos ..................................................................................... 94 IV. Metodología ............................................................................................................ 97 4.1 Tipo y nivel de investigación ............................................................................ 97 4.2 Ámbito temporal y espacial .............................................................................. 97 4.3 Población, muestra ............................................................................................ 98 4.4 Instrumentos ..................................................................................................... 99 4.5 Procedimientos ............................................................................................... 101 4.6 Análisis de datos ............................................................................................. 102 4.7 Consideraciones éticas .................................................................................... 106 V. Resultados y discusión ......................................................................................... 107 5.1 Resultados ....................................................................................................... 107 Ubicación de la cantera y muestreo de los agregados .................. 107 Propiedades físicas. ...................................................................... 110 Propiedades mecánicas ................................................................ 116 xi 5.2 Discusión de resultados .................................................................................. 125 Cálculo de la región critica .......................................................... 127 Hipótesis especifica 1 .................................................................. 128 Hipótesis especifica 2 .................................................................. 131 Hipótesis especifica 3 .................................................................. 134 VI. Conclusiones ......................................................................................................... 139 VII. Recomendaciones ................................................................................................. 142 VIII. Referencias ........................................................................................................... 143 IX. Anexos ................................................................................................................... 149 xii Índice de tablas Tabla 1 Matriz de operacionalización de variables ...................................................... 26 Tabla 2 Serie de tamices de malla cuadrada ................................................................. 56 Tabla 3 Factor K para el Límite Liquido ...................................................................... 65 Tabla 4 Estimados de precisión para Limite Plástico ................................................... 67 Tabla 5 Clasificación de suelos según su Índice de Grupo .......................................... 71 Tabla 6 Condiciones para ensayo de Proctor Modificado ............................................ 85 Tabla 7 Características de la muestra ............................................................................ 92 Tabla 8 Formato de resultados de ensayos a realizar. ................................................. 100 Tabla 9 Resultados del análisis granulométrico de la cantera Condebamba. ............. 111 Tabla 10 Contenido de material en porcentajes de la cantera de Condebamba. ........... 112 Tabla 11 Límites de atterberg de la cantera de Condebamba. ...................................... 113 Tabla 12 Clasificación de suelos SUCS Y AASHTO. .................................................. 113 Tabla 13 Contenido de humedad. .................................................................................. 114 Tabla 14 Equivalente de arena. ..................................................................................... 115 Tabla 15 Abrasión los ángeles. ...................................................................................... 115 Tabla 16 Proctor modificado muestra natural. .............................................................. 116 Tabla 17 Resultados de CBR muestra natural. .............................................................. 117 Tabla 18 Resumen de resultados de la cantera de Condebamba................................... 118 Tabla 19 Porcentajes empleados de cantera natural + PET + cal. ................................ 119 Tabla 20 Resultados de proctor modificado material de cantera + PET + cal. ............ 120 Tabla 21 Resultados de CBR de la incorporación de PET + cal + afirmado. ............... 123 xiii Tabla 22 Resumen de resultados de incorporación de PET + cal + afirmado. ............. 125 Tabla 23 Resultados de hipótesis especifica 1 Afirmado + PET + cal. ........................ 130 Tabla 24 Resultado de la hipótesis especifica 2 afirmado + PET + cal. ....................... 133 Tabla 25 Resultados de la hipótesis 3 afirmado + PET + cal. ...................................... 136 Tabla 26 Resumen de decisiones tomadas para las pruebas de hipótesis. .................... 138 xiv Índice de figuras Figura 1 Representación gráfica del tratamiento y reciclaje del PET ............................ 39 Figura 2 Porcentaje que pasa por el tipo de afirmado .................................................... 47 Figura 3 Diagrama para la identificación del tipo .......................................................... 51 Figura 4 Diagrama de proceso de selección del Tipo de Estabilización. ....................... 52 Figura 5 Ensayo de granulometría .................................................................................. 57 Figura 6 Formato de granulometría por tamizado .......................................................... 59 Figura 7 Ensayo de Límite Líquido ................................................................................ 63 Figura 8 Gráfico para el ensayo de Límite Líquido ....................................................... 65 Figura 9 Equipos y materiales para el ensayo de Limite Plástico. ................................. 68 Figura 10 Tabla del sistema de clasificación AASHTO .................................................. 72 Figura 11 Sistema de clasificación SUCS de suelos de grano grueso ............................. 74 Figura 12 Carta de plasticidad Casagrande ...................................................................... 75 Figura 13 Sistema de clasificación SUCS de suelos de grano fino .................................. 76 Figura 14 Gradación de la muestra de ensayo .................................................................. 77 Figura 15 Ensayo de Abrasión los Ángeles. ..................................................................... 78 Figura 16 Ensayo de Equivalente de Arena. ..................................................................... 81 Figura 17 Relación de unidades de penetración. .............................................................. 91 Figura 18 Table de datos de la distribución “t” Student. ................................................ 104 Figura 19 Diagrama bilateral de la distribución “t” Student. ......................................... 105 Figura 20 Ubicación de la cantera de Condebamba. ...................................................... 107 Figura 21 Cantera Condebamba. .................................................................................... 108 xv Figura 22 Muestreo de la cantera Condebamba. ............................................................ 109 Figura 23 Ensayo de análisis granulométrico de la cantera Condebamba. .................... 110 Figura 24 Curva granulométrica de la cantera Condebamba. ........................................ 111 Figura 25 Ensayo de Límites de Atterberg. .................................................................... 112 Figura 26 Ensayo de Equivalente de Arena. ................................................................... 114 Figura 27 Ensayo de Abrasión los Ángeles. ................................................................... 115 Figura 28 Ensayo de Proctor Modificado. ...................................................................... 116 Figura 29 Ensayo de relación de soporte california (CBR). ........................................... 117 Figura 30 Incorporación al material granular para afirmado + PET + cal. .................... 119 Figura 31 Ensayo proctor modificado cantera Condebamba + PET + cal. .................... 120 Figura 32 Resultados de la densidad máxima seca de la incorporación de PET y cal al material granular para afirmado. ....................................................................................... 121 Figura 33 Ensayo de CBR cantera Condebamba + PET + cal. ...................................... 122 Figura 34 Ensayo de CBR cantera Condebamba + PET + cal. ...................................... 122 Figura 35 Resultados de CBR, incorporación de PET + cal al material granular para afirmado….………………………………………………………………………………123 Figura 36 Evaluación del valor de CBR, incorporación de PET + cal al material granular para afirmado. .................................................................................................................... 124 Figura 37 Diagrama de la región crítica y la región de la investigación........................ 128 Figura 38 Diagrama de los estadísticos de la hipótesis especifica 1 muestra con incorporación de PET y cal. .............................................................................................. 131 xvi Figura 39 Diagrama de los estadísticos de la hipótesis especifica 2 muestra con incorporación de PET y cal. .............................................................................................. 134 Figura 40 Diagrama de los estadísticos de la hipótesis especifica 3 muestra con incorporación de PET y cal. .............................................................................................. 137 xvii Índice de anexos Anexo 1 Matriz de consistencia ........................................................................................ 150 Anexo 2 Matriz de operacionalización de variables ......................................................... 151 Anexo 3 Instrumentos de recolección ............................................................................... 152 Anexo 4 Resultados de laboratorio, base de datos ............................................................ 161 Anexo 5 Juicio de expertos ............................................................................................... 187 Anexo 6 Avance de la tesis con evidencias fotográficas................................................... 192 Anexo 7 Certificados de calibración ................................................................................. 196 18 I. Introducción En estos tiempos el desarrollo de la población con lleva la urgencia de buscar lugares o zonas donde vivir o habitar lo que conlleva al planteamiento y la construcción de carreteras. Estos tipos de infraestructuras viales son fundamentales para afianzar la accesibilidad y conexión entre los diferentes centros poblados y servicios básicos, facilitando el intercambio económico, la comunicación y otros aspectos esenciales para el desarrollo de las comunidades. Para la creación del estrato o carpeta de rodadura del material granular destinado al afirmado, es esencial utilizar materiales de canteras que cumplan con condiciones óptimas. La calidad de estos materiales tiene un impacto directo en el rendimiento de la capa o carpeta de rodadura. Sin embargo, en muchas ocasiones, estos materiales no satisfacen los estándares mínimos requeridos para su uso en la estructuración de la capa de rodadura. Por esta razón, se proponen diversas alternativas de solución, las cuales variarán según el proyecto y la disponibilidad de los materiales granulares necesarios para el afirmado. Es así que, se propone para esta tesis utilizar plástico reciclado PET y cal (óxido de calcio), incorporándolos en diversas cantidades al material granular destinado al afirmado proveniente de la cantera de Condebamba. Es así que se buscó evaluar los efectos que estas adiciones tienen sobre el valor del CBR, la densidad seca máxima y el contenido de humedad óptima. Al emplear plástico reciclado triturado PET, se encuentra una excelente forma de reutilizar este tipo de materiales que, en muchas ocasiones, son desechados o depositados en botaderos y otros lugares de nuestro entorno, fomentando así la contaminación ambiental. Por lo tanto, la reutilización de estos materiales es una de las mejores formas de aprovecharlos de manera sostenible. 19 Por lo que este estudio se divide en cuatro capítulos. El Capítulo I se dedica a la formulación del problema, se expone la situación problemática, junto con la justificación del estudio, sus objetivos, así como su delimitación y las limitaciones que enfrenta. En el Capítulo II se presenta el marco teórico, que abarca los antecedentes de la investigación a nivel internacional, nacional, regional y local. Este capítulo también establece la base teórica y el marco conceptual de las teorías científicas que respaldan la investigación. El Capítulo III describe la metodología empleada en el estudio, que incluye la formulación de la hipótesis, el método adoptado, el tipo de investigación, el nivel y diseño del estudio, así como la población y muestra seleccionadas. También se detallan los procedimientos de muestreo, las técnicas e instrumentos utilizados, las consideraciones éticas involucradas y los métodos estadísticos aplicados. Además, se presenta un cuadro de operacionalización de variables. Finalmente, EL Capítulo IV se enfoca en los resultados obtenidos y su análisis, donde se valida la hipótesis para llegar a conclusiones y recomendaciones. Al final del documento, se incluyen anexos que contienen la matriz de consistencia, herramientas específicas para la recolección de datos en experimentos científicos realizados, evaluaciones de expertos y evidencias recopiladas a través de paneles fotográficos. 20 II. Planteamiento del Problema 2.1 Descripción de la realidad problemática Descripción Desde los inicios de las primeras civilizaciones humanas sobre las fas de la tierra, los residuos o basura generados a raíz de las actividades del ser humano han representado un problema que ha ido en aumento a través del tiempo, debido a estas consecuencias se presentan enfermedades, contaminación ambiental y las condiciones de vida cada vez van empeorando. Debido a estos antecedentes en la actualidad en varios países a nivel mundial, Se consideró que el plástico es un insumo que contribuye a la degradación del medio ambiente, es por eso que se opta por el reciclaje dándole uso a estos residuos empleándolos como aditivo en la generación de nuevas alternativas para el mejoramiento en la infraestructura de las vías terrestres a nivel mundial. En Abancay en sus periferias como son los sectores de Aymas, Marcahuasi, Moyocorral, Quitasol, etc. Cuentan con carretas de bajo volumen de tránsito no pavimentadas, Estas son sometidas a un mantenimiento regular utilizando material granular destinado al afirmado proveniente de la cantera de Condebamba, donde que se ha podido apreciar que el tiempo de vida de dicha carpeta de rodadura afirmada no cumplen ni el año de uso, y ya están presentado fallas o patologías en la carpeta de rodadura como son: encalaminado, baches, agrietamientos, desmoronamiento, piel de cocodrilo, etc. A pesar de que las obras de ingeniería ofrecen importantes beneficios a la sociedad, la falta de controles o estudios previos sobre el posible impacto ambiental puede resultar en más problemas que ventajas. Por esta razón, en la actualidad se busca incorporar nuevos materiales y técnicas que sean más respetuosos con el medio ambiente, o en su defecto, se intenta reutilizar recursos para reducir los efectos negativos asociados a su uso. 21 En la actualidad países asiáticos como la India y filipinas, países de Centro América como puerto rico, vienen utilizando el Plástico reciclado PET como aditivo en pavimentos flexibles y carreteras afirmadas. Formulación del problema de investigación En América actualmente la reutilización de plástico reciclado PET es escasa, donde que algunos países como México, Estados Unidos, Colombia, Puerto Rico están usando este tipo de material; dándole uso principalmente en carreteras asfaltadas, por lo que se viene aprovechando en bajos volúmenes este tipo de insumo en la construcción de vías pavimentadas. El plástico es uno de los insumos industriales más contaminantes en el medio ambiente que puede existir, es por eso que mediante el reciclaje. Se puede dar uso a este tipo de residuos incorporándolos como aditivo para generar una mejor capacidad de soporte de los suelos que contengan agregados finos como limos y arcillas, donde también estos ausentes las gravas. En la edificación de infraestructuras viales, es importante considerar, que para realizar dicha construcción de una vía afirmada se debe realizar los estudios físico mecánicos y así minimizar en todo lo posible las actividades de movimientos de tierras, ya que este tipo de actividad tiene consecuencias ambientales, técnicas y económicas. Siguiendo con dichas recomendaciones se podrá optar por la mejor opción, sea de mejor o realizar el cambio del afirmado de baja capacidad de soporte, y así poder evitar el movimiento de tierras innecesarias. Por lo que se plantea como una alternativa esta tesis, que es potenciar el material granular destinado al afirmado mediante la adición de plástico reciclado triturado (PET) y cal. Sin antes dejar de mencionar, al usar material de desecho es decir restos contaminantes para el medio ambiente, estaremos contribuyendo a la eliminación de la 22 contaminación ambiental, De esta manera, en esta tesis se busca aportar una trascendencia adicional a las botellas de plástico reciclado triturado (PET) a través de su uso adecuado como aditivo junto con cal, y mejorar los atributos físicos-mecánicos del suelo utilizado como material de afirmado. Problema General • ¿Cuál es el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor del CBR de la cantera de Condebamba en la ciudad de Abancay? Problemas Específicos • ¿Cuál es el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor del CBR de la cantera de Condebamba en la ciudad de Abancay? • ¿Cuál es el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor de la densidad seca máxima – proctor modificado de la cantera de Condebamba en la ciudad de Abancay? • ¿Cuál es el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor del contenido de humedad de la cantera de Condebamba en la ciudad de Abancay? 2.2 Objetivos Objetivo General • Evaluar el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor del CBR de la cantera de Condebamba en la ciudad de Abancay. 23 Objetivos Específicos • Analizar el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor del CBR de la cantera de Condebamba. • Analizar el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor de la densidad seca máxima – proctor modificado de la cantera de Condebamba. • Analizar el efecto del material granular para afirmado al incorporar plástico reciclado PET y cal en el valor del contenido de humedad de la cantera de Condebamba. 2.3 Justificación e importancia La vigente tesis busca contribuir a la ingeniería y el mejoramiento del medio ambiente mediante el aprovechamiento de residuos plásticos reciclados, si no se da un uso apropiado a este material, se genera un impacto ambiental, ya que termina siendo depositado en los vertederos informales de la ciudad. La innovación de la vigente tesis es los residuos plásticos reciclados PET (tereftalato de polietileno) el cual es una alternativa innovadora de realizar el reciclamiento y reaprovechamiento de materiales que tienen todavía un valor, dado que una gran cantidad de estos residuos plásticos se eliminan en los depósitos de eliminación de basura de dicha ciudad, produciendo así el deterioro de superficies verdes. Al adoptar esta posibilidad de uso de residuos plásticos, hacemos que la construcción sea una industria respetuosa con el medio ambiente, generando el menor impacto posible. Esta solución es viable técnica, económica y ambientalmente. La vigente tesis busca aportar información que sea útil mediante la incorporación de plástico reciclado PET y Cal en material granular destinado al afirmado de cantera, que pueda sustituir a otros materiales que tengan plasticidad alta, mala gradación, baja 24 capacidad de soporte, alta expansión, etc. Es por eso que se busca mejorar los atributos físicos – mecánicas hasta alcanzar valores óptimos. 2.4 Hipótesis Hipótesis general • La incorporación del plástico reciclado PET y Cal, influye en el valor de CBR del material granular para afirmado de la cantera de Condebamba en la ciudad de Abancay - 2023. Hipótesis especifica • Hipótesis especifica 1: La incorporación de plástico reciclado PET y cal, produce efectos significativos en el valor del CBR del material granular para afirmado de la cantera de Condebamba. • Hipótesis especifica 2: La incorporación de plástico reciclado PET y cal, produce efectos significativos en la densidad seca del material granular para afirmado de la cantera de Condebamba. • Hipótesis especifica 3: La incorporación de plástico reciclado PET y cal, produce efectos significativos en el contenido de humedad optima del material granular para afirmado de la cantera de Condebamba. Método Método de investigación El método científico responde al paradigma positivista y es un método hipotético- deductivo con un enfoque cuantitativo. Es experimental porque se basa en el análisis de eventos inducidos artificialmente en entornos controlados de investigación científica es por eso que de carácter cuantitativo. También es una situación donde implica la alteración deliberada de factores autónomos que influyen resultados con el fin de evaluar su impacto sobre las variables independientes o variables dependientes, Hernández, (2010). 25 Por lo tanto, la presente tesis tiene enfoque cuantitativo reúne información para validar suposiciones, basándose en mediciones precisas busca descubrir patrones conductuales y verificar postulados teóricos mediante el análisis de datos cuantificables. Diseño de investigación Es de tipo experimental, según (Fernández Collado & Baptista Licio, 2010, p. 25) y (Gómez Bastar, 2012, p. 48), donde que el grupo de control se obtendrán de los ensayos de laboratorio del material granular destinado al afirmado, sin la incorporación del tereftalato de polietileno (PET) más cal, es decir el suelo en estado natural; y por otra parte se obtendrá de los ensayos de laboratorio de mecánica de suelos del material granular destinado al afirmado con la incorporación del tereftalato de polietileno (PET) más cal. 2.5 Variables Variable independiente Incorporación de plástico reciclado PET y Cal. Variable dependiente Proctor modificado, CBR, Contenido de humedad. 26 Tabla 1 Matriz de operacionalización de variables Variable Definición Conceptual Dimensiones Indicadores Medición Técnicas e Instrumentos Independiente (Plástico reciclado triturado – PET) Independiente (Oxido de Calcio - Cal) Independiente Material granular para afirmado PET: Tereftalato de polietileno o Polyethylene Terephthalate. Se elabora a partir de un proceso de polimeración de ácido tereftálico y monoetilenglicol. Ecológicos, M. (2019, junio 28). MaterialesEcologicos.es. La cal que se utiliza se compone fundamentalmente de óxido cálcico (cal viva), obtenido por calcinación de materiales calizos, o hidróxido cálcico (cal apagada). (MTC – 2008). Es la combinación apropiada de piedra, arena y finos o arcillas tamaño máximo de 25 mm. Afirmados con gravas naturales o zarandeadas, afirmados con gravas homogenizadas mediante chancado. (Manual de carreteras; MTC – 2014). Cantidad de PET Cantidad de Cal Cantidad de material granular seleccionado Incorporación de PET en un 1%, 2%, 3%, 4% y 5% Incorporación de PET en un 1%, 2%, 3%, 4% y 5% Peso propio de material granular para afirmado. Porcentaje Porcentaje Kilogramos Manual de Ensayos de materiales. Manual de Especificaciones Técnicas Ganarles para construcción, MTC - 2013 MTC-E107Ensayo de Contenido de H. MTC-E108 Ensayo de Granulometría MTC-E109 Ensayo de Limite Liquido MTC-E110 Ensayo de Limite Plástico MTC-E111 Ensayo de Hidrómetro MTC-E115 Ensayo de Proctor MTC-E132 Ensayo de CBR Dependiente Capacidad de soporte – CBR Dependiente Densidad seca máxima (Proctor modificado) El índice CBR evalúa la resistencia de los suelos, midiendo su capacidad de soporte. Esta herramienta, originada en California, es crucial para analizar la firmeza de diferentes capas en la construcción vial, incluyendo sub rasantes, bases y sub bases. Su aplicación es fundamental en la ingeniería geotécnica, civil y diseño de pavimentos. (NTP 339. 029. 2014). El objetivo del Proctor modificado es obtener la densidad máxima seca de un suelo y la humedad optima – NTP 339. 141. 2014. Resistencia del suelo al esfuerzo cortante Densidad máxima y Contenido de humedad optima CBR 0.1 pulg (%) gr/𝑐𝑚3 - % Porcentaje Volumen y porcentaje Dependiente Capacidad de soporte – CBR Dependiente Densidad – Humedad (Proctor modificado) Nota: Elaboración propia 27 Viabilidad de la Investigación La vigente tesis está contemplada de los recursos necesarios como son: el recurso humano, materiales, financiamiento y ensayos de laboratorio que nos permitirán establecer los resultados que se busca alcanzar con esta tesis para su aplicación. Se pretende realizar una mejora relevante en el incremento del valor del CBR de material granular destinado al afirmado de la cantera de Condebamba por medio de la combinación de plástico reciclado PET y Cal con distintos porcentajes, donde posteriormente sea utilizado en las diversas obras para la mejora de la estabilidad en vías afirmadas de tercera clase con una densidad baja de tránsito de la periferia de la ciudad de Abancay. Desde la perspectiva financiera, el proyecto es factible porque los costos serán cubiertos por el investigador. Esto se debe a que el plástico PET (Tereftalato de Polietileno) se obtiene a través del reciclaje, la cal está disponible en los comercios de materiales de construcción, y las muestras de áridos para el afirmado proviene de la cantera de Condebamba. Por lo tanto, los gastos asociados a los diversos ensayos de laboratorio son relativamente bajos. La producción de plástico reciclado PET triturado, combinado con cal y el material granular para el afirmado, resulta rentable, lo que lo convierte en una opción la implementación del material mencionado ofrece ventajas financieras significativas para entidades gubernamentales y empresas privadas por igual. Limitaciones de la Investigación Limitaciones Económicas En cuanto a lo económico se dispuso recursos económicos puesto que los ensayos de laboratorio se realizaron en una empresa privada dedicada a este rubro, en cuanto al transporte y trituración de plástico reciclado (PET) se trajo desde la ciudad de Lima, ya que 28 no se cuenta actualmente con una fábrica recicladora que tenga los equipos o maquinaria necesaria para realizar la trituración de plásticos en general, en la provincia de Abancay. Limitaciones Tecnológicas Para el avance de la tesis no se tuvo limitaciones tecnológicas, ya que donde se ejecutarán los ensayos de laboratorio, dispone de los equipos, recursos, infraestructura e instalaciones apropiadas. Limitaciones Conceptuales Se halló poca información y publicaciones similares en el espacio local y regional. Por ello, se recurrió a antecedentes en el contexto nacional e internacional, adoptando y adaptando los métodos utilizados por esos investigadores para aplicarlos en el avance de esta tesis. 29 III. Marco Teórico 3.1 Antecedentes En el contexto internacional Guerrero, Obando y Trujillo (2024), abordando la investigación titulada “Evaluación del comportamiento de una mezcla asfáltica drenante, con adiciones de pellets de plástico reciclado para implementarse en una carpeta de rodadura”, (tesis de pregrado), ejecutado en San Juan de Pastos – Colombia, El objetivo que más destaco se centró en analizar las características físicas y mecánicas de una mezcla asfáltica drenante con la combinación de pellets de plástico en una carpeta de rodadura. La metodología adopto un enfoque cuantitativo y experimental, utilizando briquetas de mezcla asfáltica con diferentes porcentajes de reemplazo de agregados por pellets de plástico PET (10%, 20%, 30%, 50% y 70%). Caracterizaron los materiales y pruebas de desempeño como resistencia a la disgregación, estabilidad Marshall, permeabilidad y compresión simple. Los resultados mostraron que la combinación de pellets de plástico PET mejoró la permeabilidad de la mezcla, con tiempos de filtración entre 7.77 y 13.86 segundos para las combinaciones modificadas, en comparación con 15.1 segundos de la combinación convencional. Sin embargo, se observó una disminución en el soporte a la disgregación y estabilidad Marshall a medida que aumentaba el porcentaje de reemplazo. Los autores concluyeron que la combinación de pellets de plástico PET en mezclas asfálticas drenantes es viable técnicamente hasta ciertos porcentajes, mejorando la permeabilidad, pero requiriendo un balance con las propiedades mecánicas. Gavilanes y Portilla (2023), abordando la tesis titulada “Análisis del efecto de la adición de partículas de tereftalato de polietileno (PET) en mezclas asfálticas en frío”, (tesis de pregrado), realizado en Ambato – Ecuador, El objetivo que más destaco fue evaluar cómo la incorporación de PET reciclado afecta los atributos mecánicos de las mezclas 30 asfálticas en frío. Utilizó un método cuantitativo con un diseño de tipo experimental, utilizando agregados pétreos de una cantera local y diferentes porcentajes de PET (0%, 3%, 6%, 9%, 12% y 15%). Se elaboraron y ensayaron 100 briquetas mediante el método Marshall. Los resultados indicaron que la combinación de PET modificó loas atributos de las mezclas, observándose un incremento en la firmeza y la afluencia con porcentajes de hasta 9% de PET. Sin embargo, porcentajes mayores tendieron a disminuir el desempeño. Los investigadores concluyeron que la incorporación de PET en porcentajes moderados puede mejorar ciertas características de las mezclas asfálticas en frío, aunque su efectividad depende del nivel de tráfico previsto, siendo más adecuado para vías de tráfico medio y liviano. Yaguarshungo y Campoverde (2022), abordando la tesis titulada “Suelo cemento con adición de fibra de plástico y fibra de cáscara de maní en caminos vecinales”, (tesis de pregrado), realizado en Guayaquil – Ecuador, el objetivo que más destaco fue diseñar un suelo utilizando fibra de cascara de maní, fibra de sorbete reciclado, cemento como estabilizadores para el camino vecinal de la Cooperativa 23 de noviembre cantón Naranjal, el material que emplearon vieron que cantidades de fibra de cascara de maní, fibra de sorbete reciclado, cemento en la mezcla de suelo, se realizaron las pruebas para determinar los atributos mecánicas de los materiales innovadores a utilizar, se comprobó que estos materiales como el cemento y fibra de cáscara de maní eran aptos y potenciales estabilizadores para el suelo subrasante, realizando el ensayo de peso unitario obtuvieron que el cemento su peso unitario es de 2.692 Kg/m³, mientras que la fibra de cáscara de maní contaba con de 1.607 Kg/m³. con estos datos sacamos los porcentajes de cada mezcla a utilizar para mejorar la plasticidad del suelo plástico expansivo existente. Donde los resultados por medio de ensayos del suelo modificado, se cumplió este objetivo ya que los valores que nos dio los ensayos al material existente natural es una arcilla limosa negra 31 (nomenclatura Sucs CH y AASHTO A-7-5) con índice de plasticidad del 53%, pasante del tamiz del 200, 96%, densidad máxima del proctor de 1.442 Kg/m³, y expansión del 6.8%, y los resultados de un límite liquido (LL) de 33% y un índice de plasticidad (IP) de 7.6%, 1.969 Kg/m³ en el ensayo de Proctor con una expansión del 2.3%, dando un buen uso a estos materiales desalojados”, y se confirmó que sí se consiguieron los resultados esperados, estando estos dentro de los parámetros que se indicados en las normas del MTOP; en otras palabras, con estos materiales se ha logrado mejorar este estrato. Andaluz (2022), abordando la investigación titulada “Estudio del efecto de la ceniza de cáscara de arroz en las propiedades físico-mecánicas en suelos finos de subrasante”, (tesis de pregrado), realizado en Ambato – Ecuador, el objetivo que más destaco es la combinación de ceniza de cáscara de arroz afecta los atributos físicos y mecánicos de los suelos finos utilizados como subrasante. La tesis es cuantitativa y de diseño experimental, estudio echo en tres sectores del cantón Puyo. Se ejecutaron ensayos de laboratorio como granulometría, límites de Atterberg, Proctor modificado y CBR, combinado diferentes cantidades de ceniza de cáscara de arroz (0%, 1%, 3%, 5% y 8%). Demostraron que, al aumentar la cantidad de ceniza el valor de CBR se incrementó, mientras que la densidad seca máxima tuvo un declive. Con 8% de ceniza, el CBR aumentó entre 53% y 61% respecto al suelo natural. En conclusión, la ceniza de cáscara de arroz mejora las cualidades mecánicas de los suelos finos de subrasante, permitiendo reducir los espesores de las capas del pavimento flexible. Celi (2021), abordando la investigación titulada “Estabilización de suelos granulares de subrasante con finos de Tereftalato de Polietileno (PET), Polipropileno (PP) y Polietileno (PE)”, (tesis de pregrado), realizado en Ambato - Ecuador, el objetivo que más destaco fue analizar la capacidad de soporte (CBR) de estos suelos al combinar diferentes cantidades de finos plásticos. La tesis es cuantitativa con diseño experimental. 32 Se extrajeron muestras de suelo de tres parroquias rurales de Ambato y se realizaron pruebas de laboratorio como (granulometría, límites de Atterberg, Proctor modificado y CBR) con la adición de 0%, 3%, 6%, 9%, 12% y 15% de finos plásticos. Demostraron que la adición de finos plásticos incrementó el CBR de las muestras, alcanzando valores óptimos con porcentajes entre 3.6% y 7.8%. El mayor aumento se observó en la muestra de Montalvo, donde el CBR pasó de 10.4% a 16.3% con 7.8% de finos. El autor concluyó que la combinación de finos plásticos reciclados permite mejorar la capacidad de soporte de suelos granulares utilizados como subrasante, representando una alternativa viable para la consolidación de suelos y el aprovechamiento de residuos plásticos en la construcción de pavimentos. En el contexto nacional Porta (2023), abordando la tesis titulada “Influencia técnica económica y ambiental de la estabilización de suelos arcillosos-vías de Azapampa, mediante desechos poliméricos y cal”, (tesis de maestría), realizado en Huancayo – Perú, el objetivo fue la repercusión técnica, económica y ambiental de consolidar suelos arcillosos con residuos poliméricos y cal en las vías de Azapampa, Huancayo. La tesis es cuantitativa de diseño experimental. Se ejecutaron los ensayos de laboratorio de 4 calicatas como granulometría, límites de Atterberg, Proctor y CBR. De las 4 calicatas, se encontró que la calicata C1 presentaba el suelo más crítico, con 58.3% de material fino (limo-arcilla) y un CBR de 4.5%, la adición de 1.5% de polímero reciclado incrementó el CBR de la muestra C1 de 4.5% a 18.1%, y de la muestra C2 de 5.84% a 19.39%, la combinación de cal y polímero elevó el CBR de la muestra C1 hasta 24.5%, denostando que el uso de polímeros mejoró levemente los atributos mecánicos del suelo, mientras que la cal tuvo un efecto más significativo. Económicamente, el uso de polímeros resultó más favorable que la cal. Ambientalmente, los polímeros tuvieron un impacto positivo al reciclar desechos plásticos. Se confirmo que 33 la combinación de polímeros y cal es técnicamente muy favorable, aunque económicamente desfavorable, por lo que se recomienda optimizar las dosificaciones para equilibrar costo y beneficio. Flores y Mayta (2022), abordando la investigación titulada “Mejoramiento de las propiedades físicas y mecánicas incorporando PET y cal en la subrasante de la carretera Unocolla, Puno-2022”, (tesis de pregrado), realizado en Puno – Perú, el objetivo que más destaco fue mejorar los atributos físicos y mecánicos de la subrasante combinado PET y 5% de cal. La tesis es cuantitativa, de tipo aplicada y diseño experimental, con una muestra de 4 calicatas en un rango de 1 km. Se ejecutaron pruebas de laboratorio de mecánica de suelos donde realizaron pruebas de granulometría, límites de consistencia, Proctor modificado y CBR. Demostrando que la adición de 2% de PET y 5% de cal incrementó ligeramente la densidad máxima seca se obtuvo 1.90gr/cm3 y el CBR al 95% se obtuvo 16.75% y la adición de 2% de PET y 5% de cal incrementó ligeramente la densidad máxima seca se obtuvo 1.90gr/cm3 y el CBR al 100% se obtuvo 24.52%. Se concluyó que la dosificación óptima de PET para suelos arcillosos estaría entre 3% y 4%, siendo necesario realizar más estudios para determinar la proporción ideal. Yauli (2022) abordando la tesis titulada “Estabilización con adición de PET triturado en subrasantes de baja calidad en el jr. mantaro, distrito de pichari – cusco, 2021”. (tesis de pregrado), realizado en Lima – Perú, el objetivo que más destaco fue examinar la influencia de la combinación de PET triturado en los atributos de subrasante de baja calidad. La tesis es cuantitativa, diseño experimental y nivel descriptivo-explicativo. Se analizaron muestras de suelo de 3 calicatas, utilizando pruebas de laboratorio como instrumentos. Los resultados demostraron que la combinación de plástico triturado PET redujo el límite liquido del suelo de 35.6% a 29.6% con 10% de PET, en el índice de plasticidad logro reducir de 10.9% a 9.4% con 10% de PET, en el contenido de humedad también disminuyo 34 de 29.9% a 21.3% con 10 de adición de PET, en el densidad seca máxima aumento de 1.502 gr/cm3 1.705 gr/cm3 con adición de 10% de PET y en cuanto al CBR al 95% de MDS aumento de 2.8% a 6.3% con adición de 10% de PET llegando a un incremento del 125%. Se concluyó que el PET triturado mejora los atributos físicos y mecánicos de la subrasante de baja calidad, siendo la dosificación óptima del 10%, atravesando de una subrasante pobre a regular según la norma CE.010. Tejada (2022) abordando la tesis titulada “Diseño de una mezcla asfáltica ecológica usando polietileno de tereftalato (PET) reciclado y caucho molido”, (tesis de pregrado), realizado en Lambayeque – Perú, El objetivo que más destaco fue diseñar una mezcla asfáltica ecológica combinando PET reciclado y caucho molido. Se empleó un enfoque cuantitativo con diseño experimental, utilizando el método Marshall para evaluar diferentes proporciones de PET (1%, 1.5%, 2%, 2.5%) y caucho (1%, 1.5%, 2%, 2.5%) en la mezcla asfáltica. Demostrando que la combinación óptima fue 1% de PET y 1% de caucho, obteniendo un 5% de vacíos, 15% de VMA, 65.7% de vacíos llenos de C.A., 0.75 de relación polvo/asfalto, 16 mm de flujo, 10.96 kN de estabilidad y 1794 kg/cm de relación estabilidad/flujo, cumpliendo con los parámetros normativos. Se concluyó que la incorporación de estos materiales reciclados permite obtener una mezcla asfáltica ecológica con propiedades mecánicas adecuadas, representando una alternativa sostenible para la construcción de pavimentos. Mamani y Caxi (2021) abordando la investigación titulada “Estudio de la influencia del tereftalato de polietileno (PET) y polipropileno (PP) en concretos convencionales para su aplicación en pavimentos rígidos”. (tesis de pregrado), se realizó en Puno – Perú, el objetivo que más destaco fue analizar cómo influye la combinación de PET y PP reciclados en los atributos mecánicos del concreto. Emplearon un enfoque cuantitativo con diseño experimental, utilizando 171 probetas cilíndricas y 171 vigas prismáticas. Demostrando 35 que la incorporación de 2% de PET y 0.5% de PP respecto al peso de los agregados disminuyó la trabajabilidad en 44.83% para el agregado fino y 42.53% para el grueso. La resistencia a compresión se redujo con mayores porcentajes de adición, mientras que la resistencia a flexión aumentó ligeramente. Concluyeron que el uso de estos polímeros reciclados tiene un lado negativo en la resistencia a compresión, pero positivo en la resistencia a flexión del concreto, siendo viable su aplicación en pavimentos rígidos en porcentajes moderados. En el contexto regional y local Cano y Cardenas (2024) abordando la tesis titulada “Análisis comparativo de la influencia en las propiedades índice y mecánicas de un suelo para subrasante añadiendo ceniza del bagazo de la cañaduz en la ruta Canua a Llinqui–Aymaraes–Apurímac, 2021”, (tesis de pregrado), realizado en Apurímac – Perú, el objetivo que más destaco fue determinar cómo influye la combinación de ceniza del bagazo de la cañaduz en los atributos de índice y mecánica de un suelo de subrasante. Emplearon un enfoque cuantitativo con diseño experimental, analizando partes de suelo con adiciones de 5%, 10% y 15% de ceniza. Utilizaron ensayos de límites de Atterberg, proctor modificado y CBR. Demostrando que el índice de plasticidad disminuyó significativamente al agregar 5% de ceniza, la máxima densidad seca se redujo al aumentar el porcentaje de ceniza, y el CBR se incrementó, llegando a un aumento promedio máximo de 522.96% con 10% de ceniza. Concluyeron que la ceniza del bagazo de la cañaduz incide en los atributos índice y mecánicas de los suelos de subrasante estudiados. Zambrano (2022) abordando la investigación titulada “Análisis comparativo de la capacidad de soporte a nivel de subrasante en suelos arcillosos incorporando ceniza de Saccharum Officinarum y activador alcalino en la trocha carrozable Sahuanay – Umaccata Tamburco Abancay 2021”, (tesis de pregrado), realizado en Apurímac – Perú, el objetivo 36 que más desataco fue analizar comparativamente la capacidad de soporte de la subrasante al combinar ceniza de caña de azúcar y activador alcalino. Empleó un enfoque cuantitativo con diseño experimental, utilizando pruebas de laboratorio como granulometría, límites de Atterberg, Proctor modificado y CBR. La muestra consistió en suelo arcilloso de la trocha carrozable estudiada. Demostrando que la adición de 10% de ceniza y 5% de ceniza con activador alcalino incrementaron el valor del CBR a un 10.37% y 15.5%, superando las exigencias mínimas para subrasante. Se concluyó que la combinación de ceniza y activador alcalino mejoró considerablemente los atributos del suelo arcilloso, incrementando su capacidad de soporte y disminuyendo su plasticidad e índice de expansión. Guillen y Riveros (2021) abordando la tesis titulada “Efectividad del cloruro de magnesio hexahidratado en la estabilización de la capa de rodadura en la carretera Vecinal Santa Rosa – Santiago – Acobamba, distrito de Chapimarca, provincia de Aymaraes - 2019”, (tesis de pregrado) realizado en Apurímac – Perú, el objetivo que más destaco es la efectividad de combinar cloruro de magnesio hexahidratado para estabilizar la capa de rodadura en una carretera vecinal no pavimentada. Se empleó un enfoque cuantitativo con diseño experimental, ejecutando ensayos de laboratorio en partes de espécimen con diferentes cantidades de cloruro de magnesio. Demostraron que al adicionar 4% de cloruro de magnesio se incrementó el valor de CBR de 39.15% a 40.29%, mejorando las propiedades físicas y mecánicas del suelo. Se concluyó que el cloruro de magnesio es efectivo como estabilizador, optimizando la resistencia y estabilidad de la capa de rodadura en carreteras no pavimentadas. 3.2 Bases Teóricas Tereftalato de polietileno (PET) Tiene una historia fascinante que se remonta a los turbulentos días de la Segunda Guerra Mundial. Imagínese, en medio del caos global, un par de investigadores británicos, 37 Whinfield y Dickson, dando creación a este versátil material en 1941. Su motivación no era solo científica, sino también práctica: el conflicto bélico había interrumpido el suministro de algodón egipcio, fomentando una necesidad urgente de alternativas textiles. El PET empezó a demostrar su valía. A partir de 1946, la industria textil lo acogió con entusiasmo, marcando el inicio de una relación duradera que persiste hasta nuestros días. ¿Qué lo hizo tan atractivo? Su increíble resistencia, longevidad y capacidad para repeler la humedad lo, pero el PET no se conformó con conquistar el mundo de la moda. En 1952, dio un salto audaz al universo del empaquetado alimentario, debutando como un filme protector. Sin embargo, fue en 1976 cuando realmente encontró su vocación: los envases rígidos. Este fue el momento en que el PET se convirtió en el rey indiscutible de las botellas, especialmente para aquellas bebidas que no se llevan bien con el oxígeno. Por lo que es fascinante pensar cómo un material nacido de la necesidad en tiempos de guerra ha llegado a ser tan omnipresente en nuestra vida cotidiana. Desde la ropa que vestimos hasta las botellas que sostenemos, el PET ha dejado una huella indeleble en nuestro mundo moderno, demostrando que a veces, las grandes innovaciones surgen de las circunstancias más inesperadas. (Charles A. Harper, 2003, quinta edición, págs. 654,655). Propiedades más relevantes del polietileno tereftalato PET: • Tiene una gran capacidad para resistir el desgaste y la corrosión, ya sea por esfuerzos constantes o momentáneos. • Biodegradación muy lenta. • Impermeabilidad. • Posee una alta transparencia y un nivel de cristalidad elevado, aunque puede incorporar tintes. • Ofrece una buena resistencia tanto química como térmica. • Estabilidad a la intemperie. 38 • Alto coeficiente de deslizamiento. • Es un material altamente reciclable y puede ser reutilizado. El manejo responsable del PET ofrece diversas alternativas, incluyendo procesos manuales, transformaciones químicas y otras técnicas implementadas globalmente. Estas estrategias buscan mitigar el impacto ambiental y reducir la acumulación de residuos en vertederos. En la actualidad, las técnicas de reciclaje más comunes emplean sistemas mecánicos convencionales. Estos procesos implican la fragmentación inicial de los materiales, seguida de un lavado intensivo bajo condiciones de alta presión y temperatura. Este enfoque permite eliminar eficazmente los contaminantes provenientes de otros componentes, logrando así un producto final de calidad. Estas metodologías no solo abordan la problemática de la contaminación, sino que también promueven un uso más eficiente de los recursos, contribuyendo a la sostenibilidad ambiental a largo plazo. (Sherwell, 2014, págs. 21,22) Uno de los factores que surgieron para esta investigación es la preocupación por mitigar el deterioro ecológico que nos afecta cotidianamente. Este problema ambiental se ve exacerbado cuando los residuos no son gestionados adecuadamente como materiales susceptibles de ser reutilizados. La falta de un manejo apropiado de estos desechos contribuye significativamente al incremento de la polución en nuestro entorno. Por lo tanto, abordar esta cuestión se ha vuelto un imperativo en la presente tesis, buscando alternativas que permitan reducir el impacto negativo de estos materiales en el ecosistema cuando no son sometidos a procesos de reciclaje. 39 Figura 1 Representación gráfica del tratamiento y reciclaje del PET Nota: Elaboración propia. ✓ Reciclado de botellas de plástico (PET) En el ámbito de la reutilización de envases poliméricos, existe un sistema de identificación específico. Los recipientes fabricados con tereftalato de polietileno, comúnmente conocido por su abreviatura como PET, se distinguen por una marca particular. Es importante mencionar que el reciclado de botellas PET promueven la economía al darles una segunda vida a estos materiales y así reducir la necesidad de producir plástico virgen, contribuyendo a la conservación de las reservas naturales, racionalizar el consumo energético y la disminución de gases que contribuyen al calentamiento global son objetivos primordiales. ✓ Producción del PET, lavado y secado La cadena de producción se inicia con la obtención manual de envases poliméricos de tereftalato de polietileno (PET), los cuales suelen presentar impurezas debido a su método de recolección. Posteriormente, estos recipientes son sometidos a un proceso de fragmentación mecánica, generando pequeños trozos denominados hojuelas de PET. La siguiente etapa implica un lavado exhaustivo utilizando diversos agentes químicos, seguido de un secado al aire libre. Una vez que el material ha sido procesado y está listo para su utilización, este estudio se enfoca en el análisis granulométrico del PET triturado. Este protocolo se ejecuta en un laboratorio especializado en mecánica de suelos, empleando una serie de tamices con aperturas específicas: 12.7 mm (1/2"), 9.5 mm (3/8"), 4.75 mm (Nº 4) 40 y 0.075 mm (Nº 200). La relevancia de esta prueba radica en su aporte para facilitar la realización de pruebas subsecuentes, alcanzar los resultados precisos y confiables. Se presta especial atención a la asignación del tamaño de las porciones de PET, ya que esta característica influye directamente en la resistencia máxima del componente ante esfuerzos. Esta propiedad se cuantifica mediante el índice CBR (California Bearing Ratio), el cual dependerá de las dimensiones de las hojuelas de PET utilizadas. ✓ Adquisición del plástico reciclado (PET) El costo del plástico reciclado PET no es elevado. En promedio el precio por kilogramo de plástico reciclado PET lavado es de s/. 10.00 a s/. 12.00 soles y sin lavar está entre los s/. 7.00 a s/. 8.00 soles por kilogramo. ✓ Nuestro medio ambiente y el PET En la actualidad el envenenamiento del medio ambiente y la alteración climática está más presente que nunca, por lo que el reciclaje es una medida vital para alcanzar una sostenibilidad, y esto solo se puede lograr con la alianza de las autoridades, iniciativa privada y la ciudadanía en su totalidad. Existen indicadores críticos la fundación Ellen MacArthur en colaboración con la consultora McKinsey, en el año 2016 se produjeron aproximadamente 335 millones de toneladas de plástico a nivel mundial. (Fundación Ellen MacArthur & consultora McKinsey). El año 2018 la producción mundial de polímeros sintéticos alcanzo una cifra astronómica de 359 millones de toneladas, es decir que, en apenas siete décadas, el ser humano a contaminado con más de 140 millones de toneladas los ecosistemas acuáticos a nivel mundial. El plástico representa el 85% de los desperdicios, advierten que para el año 2040 se triplicaría con un importe anual de 23 y 37 millones de toneladas. (Planelles, M. ediciones El País, 2022). 41 En el Perú, el plástico representa el 10% de todos los desperdicios y solo el 1.9% del total de residuos plásticos son reciclados a nivel nacional se generan aproximadamente 7`005,576 toneladas de residuos. (Ministerio de Ambiente, 2018). Cal (Oxido de calcio) El aglutinante cálcico empleado en este proceso se obtiene mediante la calcinación de rocas calcáreas, resultando en óxido de calcio (conocido como cal viva) o hidróxido de calcio (cal apagada). Estos compuestos se distinguen por su facultad de endurecerse expuesto a la atmosfera se produce interacción, una vez que se han mezclado con agua y han reaccionado con el dióxido de carbono atmosférico, de ahí su denominación como cales aéreas. Al combinar el terreno con este aglutinante cálcico y agua, se desencadena una secuencia de reacciones químicas. En este proceso, los componentes silíceos y aluminosos del suelo interactúan con el aglutinante cálcico en presencia de humedad, generando silicatos y aluminatos de calcio insolubles. Esta interacción modifica atributos físicos del suelo, aumentando su friabilidad y granularidad. Además, se observa un incremento en el límite plástico y en el contenido óptimo de humedad para la compactación. Estas alteraciones únicas en la composición terrestre facilitan significativamente su manipulación y aplicación en obras de construcción. La incorporación de cal al suelo provoca notablemente modificaciones en sus propiedades plásticas, este fenómeno se manifiesta de manera diferente según las características iniciales del suelo, Por ejemplo, suelos IP < 15, aumenta tanto el LL como el LP y es un poco destacable en el IP; en cambio en los suelos de plasticidad con IP > 15 disminuye el IP. (Manual de Carreteras suelos geología, geotecnia y pavimentos; MTC - 2014) La National lime Association en resumen los beneficios obtenidos tras el aglutinamiento o mejoramiento con cal, en lo siguiente: 42 i. Disminución de la maleabilidad del suelo, con un descenso del límite líquido y un aumento del límite plástico. ii. Clara disminución del aglutinante originario del suelo generado por la aglomeración de las porciones. iii. Mayor manejabilidad y confiabilidad del material resultante, gracias a la disminución del contenido hídrico en los suelos. iv. La cal facilita el secado de suelos húmedos, acelerando así el proceso de compactación. v. Significativa atenuación tanto de la energía de contracción como de la energía de expansión. vi. Aumento a la fuerza de compresión no confinada de la combinación tras el curado, llegando en algunos casos a incrementos del 40%. vii. Incrementa de la capacidad de soporte del suelo (CBR). viii. Mejora sustancial en la resistencia tensil del suelo natural. ix. Diseño de estratos impermeables para bloquear la penetración pluvial y frenar el ascenso de humedad desde el subsuelo. En cuanto a las experiencias americanas han evidenciado la eficacia de la estabilización con cal en los siguientes escenarios: Composiciones que combinan grava y arcilla, destinadas a funcionar como estrato granular superior, se benefician notablemente al incorporar entre un 2% y 4% de hidróxido de calcio en relación a su masa total. Suelos con alto contenido arcilloso pueden optimizarse usándolos como: Estrato granular superficial, requiriendo una adición de cal que oscila entre el 5% y 10% del peso del suelo. 43 Estrato inferior, la cual necesita una cantidad pequeña de cal, que va del 1% al 3% en relación a la masa del suelo. Clases de cal Es fundamental destacar que contienen diversas cantidades de impurezas, las cuales, si no se eliminan, dan lugar a diferentes tipos de cal. En la construcción es denominada cal aérea cálcica, debido a su reacción cementante. Es decir, la naturaleza de las cales varía según la caliza de explotación, las calizas más puras proceden de las cales con alto contenido de carbonatado de calcio (CaCO3), mencionando las aéreas y de las calizas las más arcillosas, cales hidráulicas. Se clasifican según: ✓ Cal viva La obtención de cal viva se realiza mediante el proceso de descomposición térmica de rocas calizas o dolomíticas. Durante este procedimiento, el material libera dióxido de carbono, transformándose en óxido de calcio (CaO). Una característica notable es su reacción exotérmica al combinarse con agua. Ventajas Este material presenta múltiples beneficios: - Aspecto económico: Su abundancia en la naturaleza contribuye a reducir los costos de producción. - Eficiencia en almacenamiento: Requiere menos espacio para su almacenaje. - Estabilización de suelos: Tiene la capacidad de disminuir la expansión del terreno. - Rendimiento en condiciones húmedas: Demuestra un comportamiento óptimo durante periodos lluviosos. - Consideración importante 44 Es crucial tener en cuenta que el proceso de hidratación de este material demanda una atención especial, lo cual podría considerarse como uno de sus pocos inconvenientes. ✓ Cal hidratada Este tipo de cal hidróxido de calcio, comúnmente mencionada como cal hidratada, es una sustancia pulverizada, cristalina e incoloro. Su producción implica el manejo del óxido de calcio (cal viva) con agua, encuentra aplicación en diversos sectores industriales. Usos y aplicaciones La cal hidratada se aplica en la elaboración de: • Mezclas de construcción • Revestimientos • Aglomerantes • Recubrimientos • Artículos de goma resistente • Productos petroquímicos • Además, se utiliza para elevar el nivel de pH en terrenos ácidos, un procedimiento conocido como estabilización del suelo. Características y consideraciones Ventaja principal: Demuestra una eficacia superior en suelos con bajo contenido de humedad. Desventajas: El transporte resulta más costoso debido a su mayor peso por unidad de volumen. Su aplicación requiere rapidez y condiciones de viento mínimas para una dosificación adecuada. Afirmado La capa de afirmado se compone de una mezcla compactada que incorpora tres categorías de materiales: elementos pétreos, partículas arenosas y componentes finos o 45 arcillosos. La efectividad de esta capa depende de una adecuada proporción de estos tres elementos. ✓ Composición y variabilidad La selección de materiales para el afirmado está condicionada por factores regionales y la disponibilidad de fuentes de agregados, ya sean de origen fluvial o de canteras terrestres. Dependerá según su función: a) Superficie de rodadura en infraestructuras viales no pavimentadas. b) Estrato granular inferior. c) Capa protectora contra la contaminación. ✓ Características determinantes La granulometría máxima de los especímenes de suelo y la proporción de estrato fino o arcilloso son parámetros cruciales que definen la aplicación específica del afirmado. La presencia de componentes arcillosos es un requisito indispensable en la construcción de infraestructuras viales afirmadas. ✓ Importancia de la mezcla Una combinación inadecuada de los tres tipos de materiales mencionados resultará en un afirmado de calidad inferior, comprometiendo su desempeño y durabilidad. (MTC, Manual de carreteras, 2014). La guía oficial para proyectar caminos rurales sin asfaltar con escaso flujo vehicular establece criterios específicos, nos indican los tipos de afirmados según las alineaciones, pendientes y dimensiones: a) Afirmado tipo 1: Sedimentos sueltos rocas fragmentadas por erosión seleccionadas mediante un proceso de cribado constituyen la base de este tipo de afirmado. Estos materiales se caracterizan por presentar un índice de plasticidad que no supera el valor de 9, este afirmado 46 se emplea principalmente en vías con bajo volumen de tránsito, específicamente en las categorías T0 y T1, donde el Índice Medio Diario (IMD) proyectado no excede los 50 vehículos por jornada, el grosor de la capa se determina según las directrices establecidas en el manual de diseño para carreteras no pavimentadas con bajo flujo vehicular. Este documento proporciona los parámetros necesarios para una correcta implementación, en circunstancias excepcionales, se permite elevar el límite de plasticidad hasta 12. Sin embargo, esta modificación requiere una justificación técnica rigurosa previa a su implementación, la correcta selección y aplicación de este tipo de afirmado es crucial para garantizar la durabilidad y funcionalidad de las vías de bajo tránsito, adaptándose a las condiciones específicas de cada proyecto. b) Afirmado tipo 2: Este tipo de afirmado se compone de elementos granulares de origen natural o gravas cuidadosamente seleccionadas mediante un proceso de tamizado. La característica principal de estos materiales es su índice de plasticidad, que generalmente no supera el valor de 9, este afirmado está diseñado para su uso en vías con un volumen de tráfico moderadamente bajo, específicamente en la categoría T2. Estas carreteras se caracterizan por tener un Índice Medio Diario (IMD) proyectado que oscila entre 51 y 100 vehículos por día, en situaciones particulares, existe la posibilidad de aumentar el límite de plasticidad hasta 12. Sin embargo, se requiere una fundamentación técnica sólida antes de su implementación, la selección adecuada de este tipo de afirmado es clave para garantizar la perdurabilidad y el desempeño óptimo de las infraestructuras en esta categoría de tráfico. Su correcta aplicación contribuye significativamente a la calidad y longevidad de la infraestructura vial en zonas con flujo vehicular moderado. 47 c) Afirmado tipo 3: Este tipo de afirmado se constituye a partir de elementos granulares de origen natural o gravas cuidadosamente seleccionadas mediante un proceso de cribado. Una característica fundamental de estos materiales es su índice de plasticidad, que por norma general no excede el valor de 9, este afirmado está concebido para su implementación en vías con un volumen de tráfico moderado, concretamente en la categoría T3. Estas carreteras se distinguen por presentar un Índice Medio Diario (IMD) que fluctúa entre 101 y 200 vehículos en un período de 24 horas, bajo circunstancias particulares, se puede elevar el umbral de plasticidad hasta 12. No obstante, esta modificación no es discrecional y requiere una justificación técnica rigurosa previa a su adopción, la elección apropiada de este tipo de afirmado resulta crucial para asegurar la longevidad y el desempeño óptimo de las vías en esta categoría de tráfico. Su correcta aplicación contribuye de manera significativa a la calidad y durabilidad de la infraestructura vial en zonas con un flujo vehicular considerable pero no intenso. Figura 2 Porcentaje que pasa por el tipo de afirmado Nota: Manual para el diseño de carreteras de bajo volumen de tránsito, 2018. 48 Principales requisitos de calidad a lo que tiene que someterse: • Desgaste los ángeles: 50% máx. (MTC E 207) • Limite liquido: 35% máx. (MTC E 110) • Índice de plasticidad: 4 - 9% (MTC E 111) • CBR: 40% min. (MTC E 132) Para el dimensionamiento de espesores, se realiza mediante una educación especifica originalmente desarrollada por NAASRA y actualmente utilizada por AUSTROADS esta fórmula establece la resistencia del suelo medida por el (CBR) y se determina de acuerdo a los ejes equivalentes EE, la capacidad de soporte al peso actuante sobre el afirmado: Ecuación 1 Cálculo de espesor de afirmado Donde: e = espesor de la capa de afirmado en mm. CBR = valor del CBR de la subrasante. Nrep = número de repeticiones de EE para el carril de diseño. ✓ Criterios geotécnicos para establecer la estabilización de suelos Los estratos inferiores de la estructura vial requieren suelos cuyo índice de resistencia, medido mediante el ensayo CBR, sea igual o superior al 6%. En caso de encontrarse terrenos con valores de CBR por debajo de este umbral, lo cual indicaría una base poco resistente, si se detectan áreas con exceso de humedad o zonas de baja consistencia, se hace necesario realizar un análisis específico para determinar los métodos más apropiados de mejoramiento y mejora de terreno compactado. 49 • La modificación de las cualidades del suelo mediante procesos físicos, que pueden incluir la sustitución completa del material existente en la base. • El perfeccionamiento de las particularidades del suelo mediante la incorporación de sustancias o componentes específicos diseñados para este fin. • La optimización del terreno utilizando materiales sintéticos especializados para ingeniería civil, como fibras textiles o mallas poliméricas, así como la aplicación de capas granulares, estructuras de piedra, aumento del peralte de la superficie de rodadura. En la capa subrasante si es arcillosa o limosa, existe el riesgo de que, al saturarse, sus partículas migren hacia los estratos superiores granulares de la estructura vial, comprometiendo su integridad. Para prevenir este fenómeno, es recomendable implementar una barrera protectora. Esta puede consistir en una capa de material selecto con un grosor no inferior a 10 centímetros, o alternativamente, en la instalación de una membrana geotextil. La elección entre estas opciones dependerá del análisis y recomendación del profesional en ingeniería a cargo del proyecto, quien deberá fundamentar técnicamente su decisión. La distancia vertical entre el nivel freático y el plano superior del estrato de cimentación vial debe mantenerse según criterios específicos basados en la calidad del terreno. En suelos de muy alta calidad considerados excepcionales, se requiere una separación mínima de 0.60m. En el caso de terrenos considerados de buena o mediana calidad, esta distancia debe aumentar a 0.80m. En suelos de baja resistencia al corte se requiere un incremento de separación a 1m. Finalmente, para terrenos catalogados como inadecuados para la función de soporte, se exige una distancia aún mayor, estableciéndose en 1.20m como mínimo. 50 En regiones mayores los 4,000 metros de altitud, es crucial examinar efectos del frio extremo sobre la superficie terrestre. La susceptibilidad a la congelación está íntimamente ligada a la ubicación de aguas subterráneas y capas terrestres, pero en los primeros 60 centímetros del estrato de cimentación se detectan materiales propensos a congelarse, se deben tomar medidas correctivas. Estas pueden incluir la sustitución del material afectado o la elevación del nivel de la vía mediante la adición de un relleno granular apropiado. Los suelos más vulnerables a la congelación son aquellos con alto contenido de limo o que presentan más del 3% de partículas inferiores a 0.02 milímetros. Una excepción notable son los sedimentos finos homogéneas, que pueden contener hasta un 10% de partículas de este tamaño sin presentar problemas significativos de congelación. Por lo general, se consideran resistentes a este fenómeno los suelos cuya composición incluye menos del 3% de partículas menores a 0.02 milímetros. Por regla general, los suelos que presentan una proporción inferior al 3% de su masa total compuesta por partículas menores a 0.02 milímetros se consideran resistentes a los efectos de la congelación. Para seleccionar el método más adecuado de mejoramiento del suelo, es fundamental realizar una caracterización precisa del material presente. En el contexto geográfico en cuestión, los tipos de suelo que se encuentran con mayor frecuencia son aquellos con alto contenido de partículas finas, incluyendo los sedimentos limosos, los depósitos arcillosos, y las mezclas arenosas con componentes significativos de limo o arcilla. 51 Figura 3 Diagrama para la identificación del tipo Nota: Manual de Carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentoa,2014. La técnica más apropiada para optimizar las propiedades del terreno, se deben evaluar diversos aspectos: a. La composición y características del material edáfico que requiere intervención. b. El propósito final al que se destinará el suelo una vez modificado. c. La naturaleza y propiedades del agente o sustancia que se empleará para alterar el suelo. d. El historial y conocimientos previos relacionados con la metodología de mejoramiento a implementar. e. La facilidad de obtención del producto o compuesto elegido para la modificación del terreno. 52 f. La existencia y accesibilidad de la maquinaria y herramientas necesarias para ejecutar el proceso. g. Un análisis comparativo de los aspectos económicos asociados a las diferentes alternativas. A continuación, mencionaremos el tipo de estabilizador que se pueda seleccionar, el cual pueda satisfacer las características limitantes y aspectos notables de diferentes clasificaciones de suelo. Figura 4 Diagrama de proceso de selección del Tipo de Estabilización. Nota: “Manual de Carreteras, Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentoa,2014”. Tipos de estabilización a) Estabilización mecánica El perfeccionamiento de las características del terreno mediante técnicas mecánicas se fundamenta en la optimización de sus propiedades a través de la reducción de su volumen. Este proceso, conocido como densificación, se logra principalmente mediante procedimientos de compresión controlada. Optimizar las propiedades edáficas mediante 53 una acción estratégica para mejorar su rendimiento del suelo, transformándolo en un material con mayor resistencia a las fuerzas cortantes y con una proporción de espacios vacíos más favorable, sin alterar fundamentalmente su composición original. Es importante destacar que, al implementar otras estrategias de mejoramiento, es posible complementarlas con el método de compactación, dado que estos procedimientos suelen provocar alteraciones en la estructura interna del suelo. Esta combinación de técnicas puede resultar en una mejora más integral de los atributos del suelo. La optimización del suelo mediante procesos mecánicos de compresión tiene como principal objetivo la disminución de los espacios no ocupados en la estructura del suelo. Esta técnica resulta en un incremento de la masa por unidad de volumen y una distribución más eficiente de las cargas que actúan sobre el material. Como consecuencia, se obtiene un suelo más compacto, lo que minimiza el riesgo de hundimientos posteriores. Este método de mejoramiento es ampliamente utilizado debido a su aplicabilidad directa en el sitio de la obra. Para su ejecución, se emplean diversos equipos y maquinaria especializada que transmiten fuerzas al suelo a través de diferentes mecanismos, ya sea por aplicación de peso, golpes repetitivos o movimientos oscilatorios. b) Estabilización física Esta modalidad de mejoramiento del suelo busca modificar las propiedades físicas del suelo sin alterar su composición química. Una técnica común dentro de este enfoque es la combinación de diferentes tipos de suelos. Aunque este procedimiento es ampliamente utilizado, generalmente no es suficiente por sí solo para alcanzar los resultados deseados. Para obtener una mejora significativa en las características del terreno, es necesario complementar este método con otras técnicas. En particular, la aplicación de procesos de densificación mecánica se considera un complemento esencial para potenciar la eficacia de la mezcla de suelos y lograr así los objetivos de estabilización propuestos. 54 Es decir, si tenemos suelos de grano grueso como la grava y arena las cuales tienen un alto grado de fricción y soportan grandes esfuerzos, pero un bajo grado de cohesión por lo que las convierte en inestables al paso de los vehículos. Las arcillas por otro lado, tienen un alto grado de cohesión y muy poco grado de fricción por lo que son inestables cuando hay mucha humedad. Entonces al mezclar adecuadamente estos tipos de suelos podemos obtener un material estable donde se puede aprovechar el alto grado de fricción interna de uno y el alto grado de cohesión del otro. c) Estabilización química El mejoramiento de terrenos mediante agentes químicos es una técnica que emplea sustancias específicas para alterar las características del suelo, un estabilizador químico se debe mezclar de manera íntima y uniforme con el suelo que se va a tratar y curar, siguiendo las especificaciones técnicas del producto. La finalidad de aplicar un estabilizador químico es dotar al suelo tratado, en un grosor determinado, con propiedades que mejoren su desempeño tanto en la fase de construcción como en la de uso. (Dirección general de caminos y ferrocarriles MTC - 2004). La estabilización química es una técnica aplicable a diversos tipos de suelos, destinada a mejorar sus características geotécnicas. Este proceso implica modificar las características fisicoquímicas inherentes del suelo se analizan para resolver cuestiones como la variabilidad en su volumen y para mejorar aspectos específicos, tales como la resistencia y la longevidad de los suelos que han sido modificados. (Syed - Zuber et al., 2013). http://revistas.sena.edu.co/index.php/inf_tec/article/view/2530/3417 http://revistas.sena.edu.co/index.php/inf_tec/article/view/2530/3417 55 Ensayos de Laboratorio En esta tesis se empleará un material de afirmado proveniente de la cantera de Condebamba. Este material será sometido a diversas pruebas en laboratorio con el fin de evaluar sus características físicas y mecánicas, así como para determinar su índice CBR. Se llevarán a cabo los ensayos de laboratorio que se detallan a continuación: • Análisis Granulométrico por tamizado ASTM D - 422, MTC E - 107. • Contenido de Humedad ASTM D - 2216, MTC E -108. • Limite Liquido ASTM D – 4318, MTC E – 110. • Limite Platico ASTM D – 4318, MTC E – 111. • Clasificación AASHTO. • Clasificación SUCS ASTM D – 2487. • Proctor modificado ASTM D – 1557, MTC E – 115. • California Bearing ratio ASTM D – 1883, MTC E – 132. ✓ Análisis Granulométricos de suelos por tamizado La norma técnica ASTM D – 422, el ensayo busca determinar la distribución granulométrica del suelo. La norma establece un procedimiento para cuantificar el material que atraviesa diferentes tamices, permitiendo así caracterizar la composición de partículas en una muestra de suelo dada. hasta 74 mm (N 200). 56 Tabla 2 Serie de tamices de malla cuadrada Serie de tamices 01 Serie de tamices 02 Tamices Abertura (mm) Tamices Abertura (mm) 3'' 75.00 3'' 75.00 2'' 50.80 1 1/2'' 38.10 1 1/2'' 38.10 3/4'' 19.00 1'' 25.40 3/8'' 9.50 3/4'' 19.00 N° 4 4.76 3/8'' 9.50 N° 8 2.36 N° 4 4.76 N° 16 1.10 N° 10 2.00 N° 30 0.590 N° 20 0.84 N° 50 0.297 N° 40 0.425 N° 100 0.149 N° 60 0.260 N° 200 0.075 N° 140 0.106 N° 200 0.075 Nota: Manual de ensayo de materiales, MTC (2016). Equipos: • Balanza, con aproximación de 0,1g donde que se pesara lo retenido y lo que pasa del material en el tamiz de 4,760 mm (N°4). • Horno, con capacidad de mantener un temperatura uniforme y constante de 110 ± 5°C. • Tamices, serán seleccionados de acuerdo al formato a utilizar. • Agitador de tamices, manualmente o mecánica. • Recipientes adecuados para el proceso de deshidratación y la manipulación apropiada de los especímenes extraídos. 57 • Instrumentos de cerdas suaves y pinceles, destinados a la remoción de residuos en las superficies perforadas de los dispositivos de cribado. Figura 5 Ensayo de granulometría Nota: Elaboración propia. Procedimiento del ensayo: • El proceso de separación granulométrica puede efectuarse mediante la intervención directa del operador o con el apoyo de dispositivos automatizados. De hacerlo mecánicamente se colocará en una tamizadora mecánica durante un tiempo aproximado de 10 minutos, posteriormente se verificará que no se haya pasado más del 1% del retenido en los tamices. Y de hacerlo manualmente lo realizara con movimientos rotatorios, en forma circular, con la finalidad de que una vez terminado con el proceso no se haya pasado del 1% de la parte retenida en los tamices durante un minuto. • Para el pasante en el tamiz Nº4 (4.75 mm) de abertura debe tener una masa aproximada de 115gr en el caso de materiales predominantemente arenosos, mientras en terrenos arcillosos o limosos requieren manejo especial, se requiere un mínimo de 75gr. Estos valores se consideran los 58 umbrales inferiores aceptables. Retenida en dicho tamiz Nº4 se tendrán que usar los tamices de 3”, 2”, 1 1/2”, 3/4”, 3/8” y Nº4. • En cuanto a la porción que no atraviesa el tamiz de Nº4 (4.75 mm), se utilizará un instrumento de pesaje electrónico con una precisión de un gramo para determinar su masa. Es importante que la identificación entre este peso y el de la muestra original no exceda el 1% del total inicial, garantizando así la fiabilidad del proceso de separación granulométrica. • Cuartear el espécimen extraída de las calicatas, de acuerdo al tamaño máximo hasta obtener un peso adecuado. • Paso siguiente determinar la masa de la muestra y someterla a un proceso de lavado utilizando un tamiz con abertura de Nº 200 (75 micrómetros). Posteriormente, se procede a deshidratar el material en un dispositivo de secado térmico, manteniendo una temperatura controlada entre 105 y 115 ºC. • Se elige una serie de dispositivos de cribado con orificios cuadrados, cuyas dimensiones se ajustan a las especificaciones del protocolo de análisis. • Los tamices se ordenarán según el tamaño de sus aberturas. • El material a examinar se introduce en el conjunto de tamices previamente ordenados. • Se procede a sacudir el sistema de cribas de forma manual hasta lograr una distribución óptima de las partículas en las mallas correspondientes. • Se retira cuidadosamente el contenido de cada tamiz, se determina su masa y se registra el valor obtenido. • Una vez concluido el proceso de separación, se compara la suma de las masas retenidas en cada tamiz. 59 Cálculos: • La proporción de material que queda en cada malla, se calculará: Ecuación 2 Porcentaje retenido %𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 = peso acumulado en el tamiz peso total de la muestra x 100 • La proporción de material pasante la malla Nº 200, de determinar: Ecuación 3 Porcentaje pasante en el tamiz Nº 200 %𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑁° 200 = peso total−acumulado en el tamiz N° 200 peso total de la muestra x 100 • Porcentaje pasante, se calculará: Ecuación 4 Porcentaje pasante %𝑝𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 = 100% − 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑥 100 Posteriormente después de haber obtenido los datos se ingresarán a un formato semilogarítmico, en esta representación gráfica, el eje horizontal muestra las dimensiones de las aberturas, expresadas en milímetros. Por su parte, el eje vertical refleja la proporción acumulada del material que ha atravesado cada uno de estos dispositivos, expresada en términos porcentuales. Figura 6 Formato de granulometría por tamizado Nota: Elaboración propia. 60 ✓ Contenido de Humedad del suelo Según la norma técnica ASTM D-2216, cuyo objetivo es definir el procedimiento analítico para cuantificar la presencia de agua en la muestra de suelo. Se calculará Para el contenido de humedad se usa la siguiente formula: Ecuación 5 Contenido de humedad Donde: W = corresponde al contenido de humedad (%). Mcws = indica el peso del recipiente con suelo húmedo en gr. Mcs = indica el peso del recipiente con suelo secado en horno, en gr. Mc = indica el peso del recipiente, en gr. Mw = indica el peso del agua, en gr. Ms = indica el peso de las partículas sólidas, en gr. Equipos: • Balanza, con aproximaciones de 0,01g para muestra menor a 200g y de 0,1 para muestra mayor a 200g. • Horno de secado dispositivo de deshidratación térmica constante de 110 ± 5 ºC. • Taras o recipientes, resistentes a la corrosión. Ecuación 1 Contenido de humedad Donde: W = corresponde al contenido de humedad (%). Mcws = indica el peso del recipiente con suelo húmedo en gr. Mcs = indica el peso del recipiente con suelo secado en horno, en gr. Mc = indica el peso del recipiente, en gr. Mw = indica el peso del agua, en gr. Ms = indica el peso de las partículas sólidas, en gr. Peso de agua Peso de suelo secado al horno W = X 100 W = 𝑀𝑐𝑤𝑠 _ 𝑀𝑐𝑠 𝑀𝑐𝑠 𝑀𝑐 _ X 100 W = 𝑀𝑤 𝑀𝑠 X 100 W: se expresa en (%) _ 61 Procedimiento del ensayo: • El espécimen de terreno obtenido de las excavaciones de prueba se transfiere inmediatamente a un contenedor de polímero sintético. • La evaluación del nivel de hidratación del material se inicia sin demora una vez que la muestra llega a las instalaciones de análisis. • Se anota la masa del recipiente vacío destinado a contener la muestra. • Se introduce una cantidad apropiada de material en el depósito y se determina su peso total. • Se anota el peso combinado del contenedor y el terreno sin alteraciones previas. • La muestra se introduce en el dispositivo de secado térmico. • Transcurridas aproximadamente 24 horas, se extrae la muestra del equipo de deshidratación y se determina su nueva masa. ✓ Límites de Atterberg Proviene del sueco Albert Mauritz Atterberg es uno de los ensayos más usados, así como el ensayo de granulometría de suelos, en la caracterización de suelos finos. De acuerdo con los criterios establecidos por Atterberg, se clasifican los suelos según su plasticidad mediante el índice plástico (IP). Se considera al suelo no plástico cuando su IP es igual a cero. Cuando el IP es mayor a cero, pero no pasa el valor de 7, se cataloga como un suelo de plasticidad baja. Los suelos cuyo IP se encuentra entre 7 y 17 se les denomina de mediana plasticidad. Finalmente, aquellos materiales edáficos que presentan un IP superior a 17 se categorizan como suelos de alta plasticidad. Esta escala permite una evaluación cuantitativa de la capacidad del suelo para deformarse sin romperse bajo diferentes condiciones de humedad. 62 ✓ Límites Liquido ASTMD - 4318, MTC E - 110 Es el punto de transición de estados ni solido ni líquido, plástico y semisólido de un suelo se denomina límite líquido, expresado como un porcentaje de humedad, por lo que se halla en el límite liquido se exhibe una resistencia mínima a las fuerzas de cizallamiento, que según los estudios de Atterberg es de aproximadamente 25gr/cm2. El contenido de humedad se determinará experimentalmente cuando una incisión estrecha realizada en un espécimen de suelo, colocada en un dispositivo estandarizado, se cierra en una longitud de 13mm (1/2 pulg), dejando caer la copa 25 veces. Estos impactos se producen al dejar caer la cápsula que contiene la prueba se realiza dejando caer el espécimen repetidamente desde una elevación mínima, con frecuencia duplicada por segundo. Equipos y materiales: • Contenedor de cerámica de 115 mm (4 ½”) de diámetro utilizado para almacenamiento. • Dispositivo de Casagrande para calcular el límite líquido, compuesto por un cuenco de aleación de cobre y sus componentes auxiliares. • Envases resistentes a la oxidación y a las variaciones bruscas de temperatura, empleados para contener muestras. • Horno de secado dispositivo de deshidratación térmica constante de 110 ± 5 ºC. • Instrumento de pesaje con precisión de centésimas de gramo, empleado para medir la masa del material estancado y el que atraviesa cada tamiz. • Utensilio de mezcla con lamina flexible de longitud entre 75 a 100 mm (3” - 4”) de longitud y 20 mm (3/4”) de ancho, tamiza Nº 40, agua destilada. 63 Figura 7 Ensayo de limite liquido Nota: Se utilizo a) Copa de Casagrande, b) Ranurador tipo J, c) Mortero y recipiente de porcelana, d) Pipeta, e) Malla Nº 40, f) Espátula, g) Recipientes para secado de muestra, elaboración propia. Procedimiento del ensayo: • Se procede a tamizar unos 150 gr de suelo que pasa la malla Nº 40. • Se deposita el espécimen de suelo en un receptáculo de porcelana y mezclar con unos 15 a 20 ml de agua purificada, la preparación se combina alternadamente utilizando una espátula. Es posible incorporar entre 1 y 3 ml de líquido extra si fuera necesario. • Al mezclar lo suficiente el agua purificada con el espécimen se procede a colocar en la cazuela de bronce. Utilizando el utensilio de mezcla, se distribuye uniformemente el material asegurándose de que en su punto más profundo alcance una altura de 1cm de espesor máximo. • Se emplea el instrumento de ranurado para crear una incisión en la muestra preparada. 64 • Se acciona el mecanismo del dispositivo, elevando y dejando caer la cápsula mediante el giro de la manivela, este movimiento se realiza a un ritmo de entre 1,9 a 2,1 golpes el proceso continúa hasta que los bordes de la ranura se unen en la base a lo largo de una distanciade 13 mm (1/2 pulg). • Con una espátula acarrear tierra, colocarla en recipiente, determinar su peso e introducirla al horno. Repetir los procedimientos anteriores mínimo dos ensayos adicionales, con la muestra de suelo sobrante del receptáculo de porcelana sobrante de la vasija de porcelana y se puede incorporar entre 1 a 3 ml de agua purificada en cada nueva prueba realizada. Cálculos: • Cálculo del límite líquido para el contenido de humedad, usando la siguiente formula: Ecuación 6 Límite líquido 𝐿𝐿 = 𝑊𝑛x ( N 25 ) 0.121 O 𝐿𝐿 = K𝑊𝑛 Donde: N = representa al Nº de golpes necesarios para cerrar la incisión. 𝑊𝑛 = corresponde al contenido de humedad del suelo. K = factor dado en la tabla 2. 65 Tabla 3 Factor K para el límite liquido N (número de golpes) K (factor para limite liquido 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0.974 0.979 0.985 0.990 0.995 1.000 1.005 1.009 1.014 1.018 1.022 Nota: Manual de ensayo de materiales, MTC (2016). Figura 8 Gráfico para el ensayo de límite líquido Nota: Elaboración propia. DIAGRAMA DE FLUIDEZ NUMERO DE GOLPES C O N T E N ID O D E H U M E D A D 66 ✓ Límites plásticos ASTMD - 4318, MTC E – 111 Es el contenido de agua mínimo necesario para moldear cilindros delgados de suelo con un grosor aproximado de 3,2 mm (1/8”) de diámetro. Para determinar el límite plástico, por lo general se usa el suelo que sobro en el ensayo de limite liquido donde que se procede a evaporar la muestra de suelo hasta tener una muestra de suelo plástica que sea fácilmente moldeable. Cuando se logra formar un filamento de suelo con un grosor 3,2 mm (1/8”) sin que este se quiebre, se procede a juntar la muestra de suelo de nuevo formando una bola y volver a rodillar. Este procedimiento se debe realizar hasta que los cilindros formados se fragmenten al alcanzar el diámetro mencionado 1/8” de diámetro. Aquellos suelos que no permiten la formación de rollos bajo ninguna condición de humedad se clasifican como no plásticos (N.P). Una vez que los filamentos se rompen al llegar al grosor especificado, se recolectan todos los fragmentos, medición del peso e introducción en estufa para eliminar