i Portada UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS Análisis del xantano como impermeabilizador de suelos en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco – 2025 Asesor: Mgt. Ing. Mamani Cutipa, Ambrocio Autores: Aroni Huamani, Gary Valentin Quispe Valencia, Corali Mabel Para optar el Título Profesional de: Ingeniero(a) Civil Cusco - Cusco - Perú 2025 ii Acta de sustentación iii Reporte de similitud iv Metadatos Datos de Autores Apellidos y Nombres : Aroni Huamani, Gary Valentin Quispe Valencia, Corali Mabel Tipo de documento de identidad : DNI Numero de Documento de Identidad : 75786986 75994852 URL ORCID (opcional) : https://orcid.org/0009-0007-3701-0869 https://orcid.org/0000-0002-6591-6621 Datos del Asesor Apellidos y Nombres : Mgtr. Mamani Cutipa, Ambrocio Tipo de documento de identidad : DNI Numero de Documento de Identidad : N°23894927 URL ORCID (opcional) : https://orcid.org/0009-0005-6977-0294 Datos de Tesis 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 : agosto 2025 – noviembre 2025 Fuente de financiamiento : Autofinanciado Porcentaje de similitud : 3% URL de OCDE : https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.01.01 https://orcid.org/0009-0007-3701-0869 https://orcid.org/0000-0002-6591-6621 https://orcid.org/0009-0005-6977-0294 v Dedicatoria A mis padres, por sus sacrificios silenciosos, por su amor y paciencia. A mi hija, mi razón de ser y mi mayor motivación, espero que este trabajo te inspire a perseguir tus sueños, te adoro. A mi compañera de tesis, cómplice en esta travesía. A cada uno de ustedes, amigos quienes de una u otra forma me acompañaron en este proceso para lograr mis objetivos. Gary Valentin Aroni Huamani A mis padres, Victoria y Mario por su guía celestial. A mis hermanos, Karen y Christian, por su constante compañía. Para mi compañero de tesis por todo el apoyo mutuo e incondicional. Y a mis amigos, por ser mis aliados en cada desafío y recordarme que el único límite es el cielo. De manera especial, lo dedico también a la Ciencia y a la Ingeniería, con la esperanza de que este trabajo contribuya al desarrollo futuro de nuevas investigaciones que continúen expandiendo los límites del conocimiento. Corali Mabel Quispe Valencia vi Agradecimientos En primer lugar, quiero expresar mi más sincero agradecimiento al Mgtr. Ing Ambrocio Mamani Cutipa cuyo compromiso, guía experta fueron fundamentales para la realización de este trabajo. A mi familia, pilar fundamental de mi vida, gracias por su apoyo incondicional, por comprenderme en los momentos de ausencia y por ser mi fuente de motivación constante cuando las fuerzas flaqueaban. Finalmente, reconozco con orgullo el esfuerzo personal invertido en este proyecto. A todos, mi eterno agradecimiento. Gary Valentin Aroni Huamani Agradezco profundamente al Ing. Ambrocio por su invaluable acompañamiento durante la elaboración de esta tesis, así como por su apoyo incondicional y su guía en cada etapa del proceso. A la vida, por enseñarme cosas tan bonitas y por mostrarme la belleza incluso en los momentos más desafiantes. Corali Mabel Quispe Valencia vii Resumen Evaluar el efecto del biopolímero Xantano como impermeabilizador y estabilizador de suelos en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco, determinando su influencia en la permeabilidad y resistencia del suelo. Se empleó un diseño experimental cuantitativo con muestras de suelo extraídas de tres calicatas. Se prepararon mezclas con concentraciones de Xantano al 0%, 3%, 5% y 7%, evaluándose mediante ensayos de permeabilidad por carga constante (Norma MTC E 906), Límites de Atterberg, Compactación Proctor Modificado y CBR (Norma MTC E 132). El análisis estadístico incluyó ANOVA de dos vías para determinar la significancia de los resultados. El Xantano redujo significativamente la permeabilidad, con una disminución del 85,1% al 7% de concentración. El Índice de Plasticidad aumentó en un 94%, evidenciando mayor cohesión. La capacidad portante (CBR) mostró una mejora no significativa del 7,5% con 5% de Xantano. La densidad máxima seca no presentó cambios significativos, mientras que el contenido de humedad óptimo aumentó progresivamente. El Xantano es un aditivo efectivo para la impermeabilización de suelos en subrasantes, con una dosificación óptima del 7%. No reduce la resistencia al corte, sino que incrementa la cohesión, posicionándose como una alternativa sostenible para la estabilización de caminos de bajo volumen de tránsito. Palabras clave: Biopolímero, Goma Xantano, Permeabilidad del Suelo, Estabilización de Subrasantes, Carreteras de Bajo Volumen. viii Abstract This study evaluated the effect of the biopolymer Xanthan Gum as a soil waterproofing and stabilizing agent on the Sullumayo road in Quispicanchi, Cusco, determining its influence on soil permeability and strength. A quantitative experimental design was used with silty-sandy soil samples extracted from three test pits. Mixtures were prepared with Xanthan Gum concentrations of 0%, 3%, 5%, and 7%, and evaluated through constant head permeability tests (Standard MTC E 906), Atterberg Limits, Modified Proctor Compaction, and CBR tests (Standard MTC E 132). Statistical analysis included a two-way ANOVA to determine the significance of the results. Xanthan Gum significantly reduced permeability (p=0.002), achieving an 85.1% decrease at the 7% concentration. The Plasticity Index increased by 94%, demonstrating enhanced soil cohesion. The bearing capacity (CBR) showed a non-significant improvement of 7.5% with 5% Xanthan Gum. The maximum dry density showed no significant changes, while the optimum moisture content progressively increased. Xanthan Gum is an effective additive for soil waterproofing in subgrades, with an optimal dosage of 7%. It does not reduce shear strength but increases cohesion, positioning itself as a sustainable alternative for stabilizing low-volume roads. Keywords: Biopolymer, Xanthan Gum, Soil Permeability, Subgrade Stabilization, Low-Volume Roads. ix Índice Portada .................................................................................................................................... i Acta de sustentación .............................................................................................................. ii Reporte de similitud ............................................................................................................. iii Metadatos complementarios ................................................................................................. iv Dedicatoria............................................................................................................................. v Agradecimientos ................................................................................................................... vi Resumen .............................................................................................................................. vii Abstract ............................................................................................................................... viii Índice .................................................................................................................................... ix Índice de tablas ..................................................................................................................... xi Índice de figuras ................................................................................................................. xiii Índice de anexos ................................................................................................................. xvi I. Introducción ............................................................................................................... 17 II. Planteamiento del problema ..................................................................................... 18 2.1 Descripción y formulación del problema ............................................................ 18 2.2 Objetivos .............................................................................................................. 20 2.2.1 Objetivo general .............................................................................................. 20 2.2.2 Objetivos Específicos ...................................................................................... 20 2.3 Justificación e importancia .................................................................................. 21 2.4 Limitaciones ........................................................................................................ 23 2.5 Hipótesis .............................................................................................................. 23 2.6 Variables .............................................................................................................. 24 x III. Marco Teórico ........................................................................................................ 26 3.1 Antecedentes ........................................................................................................ 26 3.2 Bases teóricas ...................................................................................................... 33 3.3 Definición de términos ........................................................................................ 48 IV. Metodología ............................................................................................................ 53 4.1 Tipo y nivel de investigación ............................................................................... 53 4.2 Ámbito temporal y espacial ................................................................................. 56 4.3 Población y muestra ............................................................................................ 59 4.4 Instrumentos ........................................................................................................ 64 4.5 Procedimientos .................................................................................................... 70 4.6 Análisis de datos ................................................................................................ 101 4.7 Consideraciones éticas ....................................................................................... 111 V. Resultados y discusión ......................................................................................... 112 VI. Conclusiones ......................................................................................................... 131 VII. Recomendaciones ................................................................................................. 134 VIII. Referencias Bibliográficas .................................................................................. 136 IX. Anexos ................................................................................................................... 141 xi Índice de tablas Tabla 1. Matriz de Operacionalización de Variables .................................................. 25 Tabla 2 Coordenadas de Calicatas .......................................................................... 56 Tabla 3 Ubicación política de la Comunidad Campesina de Sullumayo ....................... 56 Tabla 4 Distribución de Ensayos de Laboratorio por Calicata y Concentración de Xantano ......................................................................................................................... 62 Tabla 5 Proporciones de Mezcla para la Dosificación de 0% Xantano ......................... 86 Tabla 6 Proporciones de Mezcla para la Dosificación de 3% Xantano ......................... 87 Tabla 7 Proporciones de Mezcla para la Dosificación de 5% Xantano ......................... 87 Tabla 8 Proporciones de Mezcla para la Dosificación de 7% Xantano ......................... 88 Tabla 9 Ensayos CBR - Calicata 1 ......................................................................... 94 Tabla 10 Ensayos CBR - Calicata 2 ........................................................................ 94 Tabla 11 Ensayos CBR - Calicata 3 ........................................................................ 94 Tabla 12 Tabla Promedio de Límites de Atterberg en función de la Concentración de Xantano ........................................................................................................... 102 Tabla 13 Incremento del Índice Plásticidad por Efecto del Xantano .......................... 103 Tabla 14 Concentraciones de Xantano ................................................................. 104 Tabla 15 Relación entre la Concentración de Xantano y el CBR Promedio ................. 105 Tabla 16 Efecto del Xantano en la Capacidad de Soporte del Suelo ........................... 106 Tabla 17 Reducción de la Permeabilidad por Adición de Xantano ............................. 107 Tabla 18 Reducción de la Permeabilidad con Diferentes Concentraciones de Xantano . 108 Tabla 19 Parámetros base para el análisis económico ............................................. 109 Tabla 20 Costo del insumo Xantano por dosificación .............................................. 110 Tabla 21 Análisis de Varianza (ANOVA) de dos vías para el Índice de Plasticidad ...... 112 xii Tabla 22 Diferencia significativa respecto al control (Bonferroni)............................. 112 Tabla 23 Análisis de varianza de dos vías para densidad máxima seca ....................... 114 Tabla 24 Densidad Máxima Seca por Concentración de Xantano. ............................. 115 Tabla 25 ANOVA del contenido de humedad óptimo. ............................................. 117 Tabla 26 Contenido de humedad óptimo por concentración. .................................... 117 Tabla 27 Presenta los estadísticos descriptivos del CBR para cada combinación de los factores estudiados. ............................................................................................ 120 Tabla 28 Análisis de varianza de dos vías para el CBR............................................ 120 Tabla 29 Análisis de varianza de dos vías para permeabilidad .................................. 123 Tabla 30 Estadísticos Descriptivos de Permeabilidad por Concentración de Xantano y Calicata ............................................................................................................ 123 xiii Índice de figuras Figura 1 Estructura química y síntesis de la unidad repetitiva del Xantano ...................... 37 Figura 2 Para la Arena (Interacción de enlace) .................................................................. 38 Figura 3 Para la Arcilla (Interacción de enlaces)............................................................... 38 Figura 4 Carta de Plasticidad ............................................................................................. 46 Figura 5 Flujograma de trabajo de Investigación .............................................................. 55 Figura 6 Mapa político del Perú ........................................................................................ 57 Figura 7 Mapa de la región del Cusco ............................................................................... 57 Figura 8 Localización del proyecto. ................................................................................... 58 Figura 9 Puntos de extracción de muestras ....................................................................... 60 Figura 10 Plano de Ubicación de Calicatas ....................................................................... 61 Figura 11 Excavación de Calicatas en la Carretera de Sullumayo .................................... 65 Figura 12 Ensayo de Cono de Arena en situ....................................................................... 67 Figura 13 Trazo de calicatas. ............................................................................................. 71 Figura 14 Excavación de calicatas. ................................................................................... 71 Figura 15 Cuadro 4.1 de la MTC, para la exploración de suelos. ...................................... 72 Figura 16 Se muestra el equipo de Cono de Arena. ........................................................... 74 Figura 17 Se evidencia el ensayo de cono de arena en Situ ............................................... 74 Figura 18 Pesado de muestra extraída para la densidad de campo. .................................... 75 Figura 19 Pesado de muestra antes de entrar al horno. ...................................................... 76 Figura 20 Colocación de muestra en el horno a una temperatura de 110 ± 5°C. ............... 77 Figura 21 Análisis Granulométrico .................................................................................... 78 Figura 22 Preparando los tamices con la muestra para el análisis granulométrico. ........... 79 Figura 23 Resultados del Tamizado.................................................................................... 79 Figura 24 Preparación del Ensayo de Límites de Atterberg ............................................... 81 xiv Figura 25 Ejecución de la Ranura Estándar en el Ensayo de Límite Líquido .................... 81 Figura 26 Muestra Ranurada para el Ensayo de Límite Líquido........................................ 82 Figura 27 Recipientes con Muestras para Límite Líquido y Plástico. ................................ 82 Figura 28 Proceso de Secado de Muestras de Límites de Atterberg .................................. 83 Figura 29 Tamizado de las Muestras por el Tamiz 3/4" ..................................................... 84 Figura 30 Preparación Inicial del Ensayo de Compactación ............................................. 85 Figura 31 Dosificación de Goma Xantana para los Ensayos Proctor ................................. 86 Figura 32 Mezcla de Suelo con Goma Xantana ................................................................. 88 Figura 33 Proceso de Compactación en el Ensayo Proctor Modificado ............................ 89 Figura 34 Control de Calidad Post-Compactación: Pesaje y Muestreo ............................. 90 Figura 35 Materiales Listos para el Ensayo de Soporte ..................................................... 91 Figura 36 Hidratación de la Mezcla Suelo-Xantano .......................................................... 91 Figura 37 Compactación Alta (55 golpes/capa) ................................................................. 92 Figura 38 Compactación Media (26 golpes/capa) .............................................................. 93 Figura 39 Compactación Baja (12 golpes/capa) ................................................................. 93 Figura 40 Simulación de Sobrecargas de Terreno .............................................................. 95 Figura 41 Ensayo de Expansión e Impermeabilización ..................................................... 96 Figura 42 Proceso de Inmersión CBR ................................................................................ 96 Figura 43 Ensayo de Penetración CBR .............................................................................. 97 Figura 44 Preparación del Permeámetro de Carga Constante ............................................ 98 Figura 45 Permeabilidad en Suelo Estabilizado (7% Xantano) ......................................... 98 Figura 46 Determinación del Coeficiente de Permeabilidad .............................................. 99 Figura 47 Registro Preciso de Agua Percolada ................................................................ 100 Figura 48 Gráfico de Plasticidad ...................................................................................... 101 Figura 49 Carta de Clasificación SUCS para Análisis de Suelos ..................................... 102 xv Figura 50 Relación entre la concentración de Xantano y el Índice Plástico del suelo ..... 105 Figura 51 Relación entre la concentración de Xantano y el valor CBR del suelo ........... 107 Figura 52 Relación entre la concentración de Xantano y el coeficiente de permeabilidad del suelo ............................................................................................................................. 109 Figura 53 Tendencia creciente del Índice de Plasticidad. ................................................. 113 Figura 54 Efecto de la Concentración de Xantano en la Densidad Máxima Seca del Suelo ........................................................................................................................................... 116 Figura 55 Variación del contenido de humedad óptimo con la concentración de Xantano ........................................................................................................................................... 118 Figura 56 Presenta los resultados del CBR para las diferentes combinaciones experimentales evaluadas. ................................................................................................. 121 Figura 57 Categorías de Sub rasante. .............................................................................. 122 Figura 58 Clasificación de Suelos por Grado de Permeabilidad ...................................... 124 Figura 59 Efecto de la Concentración de Xantano en la Permeabilidad del Suelo .......... 125 xvi Índice de anexos Anexo 1. Matriz de consistencia .......................................................................... 142 Anexo 2. Validación de instrumentos ..................................................................... 143 Anexo 3. Base de datos. ....................................................................................... 145 Anexo 4. Calibración de equipos de laboratorio. ...................................................... 241 Anexo 5. Formato de clasificación vehicular. .......................................................... 262 Anexo 6. Plano de ubicación y localización. ........................................................... 263 Anexo 7. Aplicación AXIS.CG. ............................................................................ 264 Anexo 8. Panel fotográfico ................................................................................... 265 17 I. Introducción La infraestructura vial en zonas rurales de Perú enfrenta serios desafíos debido a las características de sus suelos, particularmente en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco, donde la alta permeabilidad del terreno ha acelerado su deterioro, afectando la conectividad y el desarrollo local (Muñasqui Crisóstomo, 2023). Ante esta problemática, el presente estudio explora el uso del biopolímero Xantano como una opción sostenible para la estabilización de suelos, aprovechando su capacidad para formar una red polimérica que mejora la cohesión y reduce la filtración de agua (Jang, 2020). A través de una metodología experimental, se evaluaron cuatro concentraciones de Xantano (0%, 3%, 5% y 7%) en muestras obtenidas de tres calicatas, aplicando ensayos normalizados de permeabilidad, límites de Atterberg, compactación Proctor y CBR. Los resultados evidenciaron una reducción notable de la permeabilidad (85,1%) y un aumento significativo del índice de plasticidad (94%) con la dosis del 7% de Xantano, mientras la capacidad portante (CBR) registró una mejora moderada. Estos hallazgos respaldan la viabilidad del biopolímero como alternativa efectiva para la estabilización de subrasantes en vías de bajo tránsito. 18 II. Planteamiento del problema 2.1 Descripción y formulación del problema La crisis de la infraestructura vial terciaria constituye un obstáculo para el desarrollo socioeconómico, una realidad que trasciende fronteras, pero cuyos efectos más severos se manifiestan en zonas rurales de países subdesarrollados. Esta problemática, lejos de ser únicamente técnica, es profundamente social y económica. En el ámbito colombiano, los datos revelan que el 25% de los ciudadanos tiene su residencia en la zona rural del país (Garcia Toro, 2019, p. 14), la deficiencia de la red vial genera un círculo vicioso de la pobreza y exclusión, dificultando el transporte de productos, limitando el acceso a servicios básicos y frenando el progreso económico local. Esta descripción no es ajena a la realidad del Perú y de manera particularmente aguda, a la región del Cusco. La problemática en el ambiente nacional se agrava considerablemente por la presencia de los suelos críticos. De acuerdo con (Muñasqui Crisóstomo, 2023), se distinguen por su elevada capacidad de retención de agua, su potencial de expansión y su reducida capacidad de soporte (p.1). Estos suelos, frecuentemente en la geografía andina, son el talón de Aquiles de la infraestructura vial. La permeabilidad del suelo emerge como la variable técnica central de esta crisis, actuando como el desencadenante primario de un proceso de deterioro acelerado. Un suelo permeable permite la infiltración de agua, saturando la subrasante y disminuyendo drásticamente su resistencia, lo que se traduce en 19 “deformaciones y grietas” (Muñasqui Crisóstomo, 2023, p. 2), que comprometen la integridad estructural del pavimiento y la seguridad de los usuarios. Es en este marco analítico donde se inserta la crítica situación de carretera Huaro - Sullumayo, en la provincia de Quispicanchi, Cusco. Esta vía es la línea de vida de la comunidad local, cuyo estado de severo deterioro es una manifestación física de las fallas estructurales en la gestión de la infraestructura rural. La alta permeabilidad del suelo de subrasante, agravado por las intensas precipitaciones propias de la zona, no es un simple inconveniente; es una causa raíz de un colapso progresivo. La infiltración de agua genera una perdida sistemática de la capacidad portante materializándose en baches, grietas y el colapso de la superficie de rodadura. Las consecuencias trascienden lo técnico: se convierten en aun barrera para el desarrollo humano. El tránsito vehicular se ve seriamente comprometido, impide el acceso a instituciones educativas y centros de salud, sino que también restringe la actividad comercial local, dificultando la comercialización de los productos agrícolas que sustentan la economía de la comunidad. Es precisamente en este contexto donde la presente investigación adquiere su máxima relevancia, al buscar analizar la viabilidad del biopolímero Xantano como una alternativa innovadora y ambientalmente amigable para la impermeabilización del suelo. El objetivo es evaluar su capacidad para mejorar la durabilidad y la funcionalidad de la carretera a largo plazo, contribuyendo al progreso sostenible de la comunidad de Sullumayo. 2.1.1 Problema general PG1. ¿De qué manera la adición del Xantano afecta la permeabilidad y resistencia al corte del suelo en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi – Cusco-2025? 2.1.2 Problemas Específicos PE1. ¿Qué relación existe entre la concentración del Xantano y la permeabilidad del suelo en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi - Cusco-2025? 20 PE2. ¿Cómo varia la resistencia al corte de suelo en función de diferentes concentraciones de Xantano de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi – Cusco-2025? PE3. ¿Cuál es de la concentración optima del Xantano para minimizar la permeabilidad de los suelos, considerando criterios técnicos de la carretera carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi – Cusco -2025? PE4. ¿Cuál es la concentración optima de Xantano para la resistencia al corte de los suelos, considerando los criterios técnicos de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi - Cusco-2025? 2.2 Objetivos 2.2.1 Objetivo general OG1. Determinar la influencia de Xantano en la permeabilidad y resistencia del suelo de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi - Cusco-2025 2.2.2 Objetivos Específicos OE1. Determinar la relación entre la concentración del Xantano y la permeabilidad del suelo de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi - Cusco-2025 OE2. Analizar la variación de la resistencia al corte del suelo con diferentes concentraciones de Xantano, en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi - Cusco – 2025 OE3. Identificar la concentración optima de Xantano que minimiza la permeabilidad del suelo considerando los criterios técnicos, en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi - Cusco – 2025 OE4. Identificar la concentración óptima de Xantano que maximiza la resistencia al corte del suelo considerando criterios técnicos, en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco - 2025. 21 2.3 Justificación e importancia 2.3.1 Justificación teórica La presente investigación se fundamenta en los principios de la mecánica de suelos no saturados junto a la hidrología de pavimentos, disciplinas que sostienen que la infiltración de agua es el principal agente de deterioro de la subrasante. La permeabilidad, determinada por la ecuación de Darcy, no es una propiedad estática, sino que puede será alterada mediante la modificación de la microestructura del suelo (Fredlund et al, 2012, p. 331). En este marco, la biopolimerizacion emerge como una teoría para la estabilización de los suelos. Los biopolímeros, como el Xantano, no actúan como relleno inerte, sino que modifican activamente las propiedades mecánicas del suelo. De acuerdo con la revisión exhaustiva de (Jang, 2020, p. 5), el Xantano forma una matriz gel altamente viscosa que recubre las partículas del suelo, reduciendo los poros efectivos y aumentando las fuerzas de cohesión a través de mecanicismos de puenteo e interacción electrostática. Por lo tanto, este estudio no se limita a una aplicación empírica; busca contribuir al cuerpo teórico de la geotécnica bio- inspirada, validando el en el contexto especifico de los suelos andinos los mecanismos de fortalecimiento propuesta en la literatura internacional, estableciendo relaciones matemáticas entre la concentración del Xantano y variables criticas como la permeabilidad y la resistencia al corte. 2.3.2 Justificación Metodológica El rigor metodológico de esta investigación reside en un diseño Cuasi-experimental Cuantitativo que permite aislar y medir el efecto del Xantano con precisión, siguiendo protocolos estandarizados en geotecnia, se emplean ensayos de laboratorio reproducibles y cuantificables. La permeabilidad es determinada mediante el ensayo de carga constante, aplicando la Ley de Darcy, tal como lo describe (Das, 2021) en sus textos fundamentales de la mecánica de suelos. Esta aproximación metodológica rigurosa permite superar las 22 limitaciones de estudios meramente observacionales, generando datos robustos que no solo confirmaran o refutaran la hipótesis, sino que establecerán la curva de comportamiento dosis-respuesta del suelo tratado, un insumo para el diseño geotécnico. 2.3.3 Justificación Técnica Esta investigación se justifica técnicamente al abordar uno de los principales desafíos en la Ingeniería civil. La inestabilidad de las carreteras construidas sobre suelos con alta capacidad de infiltración. Para ello, se propone un avance significativo al utilizar el Biopolímero Xantano requerida para alcanzar la estabilidad del suelo, basándose en criterios técnicos rigurosos. De este modo, la presente tesis aportara una metodología y unos resultados que contribuyen al desarrollo de técnicas de estabilización más eficaces y sostenibles. El conocimiento generado servirá como una valiosa herramienta para el progreso y fortalecimiento de las redes viales, representando una contribución tangible al campo de la geotecnia y la ingeniería de pavimientos. 2.3.4 Justificación Social El estado de la carretera de Sullumayo no es un problema técnico aislado, sino una barrera tangible para el desarrollo humano de la comunidad. Su deterioro genera un círculo vicioso de aislamiento, pobreza y exclusión. La mejora de su estabilidad y transitabilidad, es el resultado esperado de esta investigación, teniendo un impacto social profundo y multifacético. Facilitando el acceso a los servicios de salud y educación, al mismo tiempo que disminuiría los gastos de transporte para los insumos y la producción del sector agrícola, dinamizando la economía local y aumentaría la seguridad vial para los habitantes. 2.3.5 Importancia de la Investigación La importancia de esta investigación de tesis, radica en su potencial para ser un puente entre la ciencia básica y la aplicación práctica, ofreciendo una solución concreta a un problema de desarrollo que aqueja a la comunidad de Sullumayo, al tiempo que contribuye 23 a la modernización geotécnica y a la sostenibilidad ambiental en el sector de la infraestructura del Perú. 2.4 Limitaciones 2.4.1 Limitación social Durante el trabajo de campo se presentó una limitación social, ya que, a pesar de contar con la autorización del presidente de la comunidad campesina de Sullumayo y de los comuneros presentes, no se pudo realizar más de tres calicatas por lo que la investigación fue realizada en los kilómetros 9+000, 10+000 y 11+000 km aproximadamente. Algunos comuneros manifestaron su desacuerdo por considerar que más excavaciones afectarían sus terrenos, lo que limitó la posibilidad de ampliar la exploración y caracterización geotécnica a lo largo de toda la carretera, restringiendo el estudio al tramo crítico consensuado previamente. 2.5 Hipótesis 2.5.1 Hipótesis General HG1. La adición del Xantano al suelo reduce significativamente su permeabilidad y resistencia, de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco – 2025. 2.5.2 Hipótesis Especificas HE1. A mayor concentración de Xantano, menor es la permeabilidad del suelo, en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco – 2025. HE2. La resistencia al corte de suelo disminuye de manera significativa con el aumento de la concentración de Xantano, en la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco – 2025. HE3. La concentración optima de Xantano minimiza la permeabilidad del suelo en 20% con respecto al suelo natural de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco – 2025. 24 HE4. La concentración optima de Xantano maximiza la resistencia al corte del suelo en 20% con respecto al suelo natural de la carretera Huaro - Sullumayo, Quispicanchi, Cusco – 2025. 2.6 Variables 2.6.1 Variable Independiente Concentración de Xantano: Producido a escala industrial mediante un proceso de fermentación que emplea cepas de Xanthomonas campestris, el biopolímero conocido como goma Xantano, se caracteriza por ser exopolisacarido. Su configuración molecular, definida por una espina dorsal de glucosa de la que se desprende cadenas laterías de trisacáridos con carga negativa, le confiere la categoría de polielectrolito. Es precisamente esta arquitectura la que explica su notable solubilidad en medio acuoso y su eficacia para producir soluciones de gran viscosidad incluso en porciones mínimas. (Aguilar et al., 2005, p. 52) 2.6.2 Variable dependiente Permeabilidad: La conductividad hidráulica saturada (k) es una propiedad geotécnica fundamental que determina la facilidad con la que el agua puede fluir a través de la matriz de un suelo en condición de saturación total. Su cuantificación es crucial en el diseño y evaluación de obras de infraestructura, como terraplenes y capas de subrasante, dado que el inadecuado drenaje del agua suele ser un factor determinante en su falla (Das & Sobhan, 2018, p. 215). 25 Tabla 1. Matriz de Operacionalización de Variables VARIABLES DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINICIÓN OPERACIONAL DIMENSIONES INDICADORES ESCALA DE MEDICIÓN Variable Independiente Concentración de Xantano Producido a escala industrial mediante un proceso de fermentación que emplea cepas de Xanthomonas campestris, el biopolímero conocido como goma Xantano, se caracteriza por ser exopolisacarido. Su configuración molecular, definida por una espina dorsal de glucosa de la que se desprende cadenas laterías de trisacáridos con carga negativa, le confiere la categoría de polielectrolito. Es precisamente esta arquitectura la que explica su notable solubilidad en medio acuoso y su eficacia para producir soluciones de gran viscosidad incluso en porciones mínimas. (Aguilar et al., 2005, p. 52) Para los fines de esta investigación experimental, la variable "Concentración de Xantano" se define operativamente como la proporción en peso de polvo de goma Xantano aplicado en 0%, 3%,5% y 7% disuelto en agua. Concentración % de Xantano Razón Caracterización Viscosidad Tamaño de partícula Apariencia Contenido de humedad Ph Variable Dependiente Permeabilidad La conductividad hidráulica saturada (k) es una propiedad geotécnica fundamental que determina la facilidad con la que el agua puede fluir a través de la matriz de un suelo en condición de saturación total. Su cuantificación es crucial en el diseño y evaluación de obras de infraestructura, como terraplenes y capas de subrasante, dado que el inadecuado drenaje del agua suele ser un factor determinante en su falla (Das & Sobhan, 2018, p. 215). La permeabilidad del suelo y su resistencia al corte se evaluará mediante tratamiento con Xantano. Cuya medición y observación se realizará mediante ensayos en laboratorio. Permeabilidad del Suelo Relación de Vacíos Razón Tamaño de partículas Estructura Coeficiente de Permeabilidad Efectiva (ke). Resistencia al Corte Proctor Modificado CBR Factibilidad económica Costo directo por m2 de suelo tratado 26 III. Marco Teórico 3.1 Antecedentes 3.1.1 Antecedentes internacionales De acuerdo con (Acevedo Zambrano & Ahumada Cabarcas, 2024, pp. 44-45), en su investigación “Estimación de las ecuaciones que controlan la rigidez, resistencia mecánica y microestructura de un suelo fino estabilizado con goma de xantana y reforzado con fibras de polipropileno”, su objetivo radico en introducir una técnica sustentable para el refuerzo de las arcillas, buscando sustituir particularmente la dependencia del cemento y el cal. La metodología empleada fue experimental, preparando 108 probetas con dosificación de Goma Xantana (GX) entre el 1% y 5% y las fibras de polipropileno de 0% y 0.5%, las propiedades se evaluaron a través de ultrasonido, pruebas de resistencia a la compresión simple y microscopía electrónica. Los resultados identificaron que la dosificación optima fue de 5% de Goma Xantana y 0.5% de fibras a 90 días de acurado, alcanzando valores de 1700 kPa de resistencia y 3250 Mpa de rigidez. El estudio concluyo que la Goma Xantana en dosis correctas forman una matriz biopolimerica que reduce la porosidad e incrementa significativamente el comportamiento estructural del suelo. Según (Perez Duran & Serrano Sierra, 2024, pp. 72-74), en su investigación “Análisis del comportamiento mecánico de un suelo fino mezclado con pavimento asfáltico reciclado (RAP) y estabilizado con goma xantana”, el objetivo fue analizar los efectos sinérgicos del Pavimento Asfaltico Reciclado (RAP), y la Goma Xantana en un suelo fino. La metodología 27 consistió en fabricar probetas con 10%,20% y 30% de RAP y dosificaciones de GX de 0.5% a 2%, realizando ensayos de compresión, ultrasonido y microestructura. Los resultados demostraron que la combinación de 10% RAP y 1% GX a 28 días de curado fue la más efectiva, incrementando la resistencia entre 8% - 47%, y la rigidez entre 10% - 100%. Se concluyo que la Goma Xantana, en dosis controladas funciona como agente estabilizador eficiente para la mejora de las propiedades del suelo. De acuerdo con (Mendonça et al., 2021, pp. 09-10), en su investigación “A review on the importance of microbial biopolymers such as xanthan gum to improve soil properties” el objetivo de su investigación se orientó en evaluar la viabilidad de la Goma Xanthan como una opción sustentable para la estabilización de los suelos mediante la técnica de bioclogging. La metodología consistió en la revisión sistemática de la literatura especializada, analizando investigaciones sobre la interacción suelo-biopolímero, las propiedades mecánicas, la permeabilidad y la durabilidad. El análisis revelo que este biopolímero puede reducir la permeabilidad del suelo hasta un 60% e incrementar su resistencia mecánica, debido a la formación de una matriz de hidrogel que obstruye los poros. La dosificación optima se identificó entre 1% y 1.5% para la mayoría de suelos. Se llego a la conclusión que la Goma Xanthan representa una alternativa viable, económica y competitiva, si bien se destaca la necesidad de profundizar en estudios sobre su desempeño a largo plazo bajo diversas condiciones ambientales. Para (Soldo et al., 2020, pp. 09-11), en su investigación “Biopolymers as a sustainable solution for the enhancement of soil mechanical properties”, su objetivo se orientó a la creación una técnica ecológica de mejora de suelos, analizando de forma experimental la incidencia de diversos biopolímeros en sus propiedades mecánicas. Se utilizo la metodología experimental con suelo residual Piedmont (SW-SM), se prepararon especímenes con cinco biopolímeros (Goma Xanthan, Beta-Glucano, Goma Guar, Quitosano 28 y Alginato) en concentraciones de 1%, 2% y 4. Estos fueron evaluados con ensayos de compresión simple, tensión indirecta, triaxial no consolidado-no drenado y corte directo, bajo distintos periodos de curado, Los resultados determinaron que la Goma Xanthan, Goma Guar y el Beta-Glucano fueron los más efectivos. La resistencia del suelo aumento en relación directa con la concentración y el tiempo de curado, estabilizándose tras 5 días. Cabe destacar que la Goma Xanthan, con una concentración optima de 2%, triplico la cohesión y demostró una elevada durabilidad ante condiciones atmosféricas. El estudio concluye que los biopolímeros, en especial la Goma Xanthan, constituyen una alternativa viable y sostenible para la estabilización de suelos, al incrementar su cohesión y resistencia. Para (Bagheri et al., 2023, pp. 1-12), en su artículo “Effects of Xanthan Gum Biopolymer on Soil Mechanical Properties”, el objetivo de su investigación se centró en evaluar el uso de la Goma Xanthan como un agente sostenible para mejorar las propiedades de un suelo limoso de baja plasticidad. Mediante un enfoque experimental que incluyo dosificaciones variables de Goma Xanthan en 0.5%, 1% y 2% y una serie de ensayos de laboratorio como la resistencia a la Compresión no Confinada (UCS), Triaxial consolidado no drenado (CU), límites de Atterberg, ciclos de humedecimiento-secado, pruebas de inmersión y análisis microestructural con SEM. Los resultados demostraron que el biopolímero incrementó la plasticidad y la resistencia a la compresión hasta 2.5 veces con el 2% de Goma Xanthan. Además, las tratadas mostraron mayor cohesión, durabilidad frente a los ciclos de humedad y reistencia al agua. La investigación concluye que la Goma Xantana es una alternativa ecológica y eficaz para la estabilización de suelos. 3.1.2 Antecedentes nacionales Para (Tejeira Berrios, 2024, p. 77), en su investigación “Efecto de utilización de residuo avícola y biopolímero de fermentación bacteriana para mejorar las propiedades mecánicas y de impermeabilidad en suelos arenosos limosos como subrasante de 29 carreteras”, el objetivo de su investigación se basó en evaluar las propiedades mecánicas e hidráulicas de un suelo arenoso limoso, destinado a subrasantes viales, mediante la aplicación combinada de un biopolímero como la Goma Xantana y residuos avícolas (plumas de pollo). La metodología utilizada fue de carácter experimental cuantitativo, implementando un diseño factorial 2k de Montgomery con 11 tratamientos replicados, donde se evaluaron y variaron las dosificaciones de plumas de pollo (0%, 0.1%, 0.25%, 0.4%, 0.5%) y de Goma Xantana (%0, 0.4%, 1%, 1.6%, 2%). Los resultados, obtenidos a través de los ensayos de compresión no confinada, CBR y ascensión capilar, y analizados con ANOVA y regresión lineal, demostraron que el 2% de Goma Xantana incremento la resistencia a la compresión no confinada hasta 4.53 MPa. La combinación sinérgica más efectiva fue de 0.5% de plumas y 2% de Goma Xantana, la cual optimizo el CBR y redujo drásticamente la absorción de agua por capilaridad. La investigación llego a la conclusión que la Goma Xantana es un elemento fundamental, al crear una matriz biopolimerica que incrementa la cohesión y reduce la permeabilidad, posicionándose como una alternativa sostenible para la estabilización de subrasantes. Para (Achahuanco Silva & Huaman Ccorimanya, 2022, p. 22), en su investigación “Uso de Xantano como material cementante suplementario de suelo cemento en la calle principal de Urpay, Quispicanchi, Cusco, 2021”, su objetivo se centró en evaluar el potencial del biopolímero Xantano, como un agente cementante complementario para la estabilización del suelo en la vía principal de Urpay, Quispicanchi, Cusco. Mediante un diseño experimental, se fabricaron 18 especímenes de suelo limo-arcilloso, estabilizados con distintas proporciones de Xantano (1%, 1.25%, 2.5%) y cemento Portland (1%, 6%, 12%). Los especímenes fueron sometidos a ensayos de compresión simple, absorción de agua y ascensión capilar. Los resultados demostraron que una dosificación del 1% de Xantano incrementó la resistencia a compresión a 58.55 kg/cm², superando significativamente al 30 suelo con 1% de cemento (12.15 kg/cm²). Asimismo, una dosificación del 2.5% de Xantano redujo la absorción de agua en un 6% y la ascensión capilar en un 71%. Se concluye que el Xantano es un aditivo efectivo y sostenible que puede reemplazar parcialmente al cemento, mejorando la resistencia y reduciendo la permeabilidad y capilaridad del suelo para aplicaciones viales. Según (Huamani Mercado, 2022, pp. 50-52), en su investigación “Incorporación de goma Xanthan para mejorar las propiedades de la subrasante limosa, calle Santa Eulalia, San Sebastián, Cusco – 2022”, validada por la Universidad César Vallejo (Lima, Perú) el objetivo de su tesis se centró en evaluar el impacto del biopolímero goma Xanthan en las propiedades físico -mecánicas de una subrasante limosa. El estudio opto por un diseño cuasiexperimental con un enfoque cuantitativo y un nivel de la profundidad explicativa. Para ello, se analizaron muestras obtenidas de tres calicatas, las cuales fueron tratadas con diferentes concentraciones de Goma Xanthan: 0%, 0.5%, 1.0% y 1.5%. Estas muestras fueron evaluadas mediante ensayos de granulometría, límites de consistencia, Proctor modificado y CBR, siguiendo los protocolos de la normativa ASTM. Los resultados identificaron que la dosificación del 1.0% era optima, generando mejoras notables, el índice de plasticidad se incrementó de 5.87% a 21.77%, la densidad seca máxima paso de 1.772 a 2.014 gr/cm3, y el valor del CBR incremento un aumento del 133%, al pasar de 12.61% a 29.43%. Esta mejora permitió reclasificar el suelo de una subrasante de calidad “regular” a “muy buena”. La investigación concluye que la Goma Xanthan es una alternativa viable, económica y sostenible para la estabilización de suelo en proyectos de infraestructura vial. (Morales Bautista, 2024, pp. 33-34), en su investigación “Estabilización de suelo cohesivo de la subrasante en la avenida Yuracoto, mediante goma guar-xantana, Caraz, Ancash, 2023”, el objetivo de su investigación se orientó en la estabilización de un suelo cohesivo de subrasante utilizando una combinación de los biopolímeros goma Guar y goma 31 Xantana en porcentajes de 0.75%, 1.5% y 2.5%. Con la finalidad de optimizar sus características físico - mecánicas. Los propósitos específicos consistieron en disminuir el índice de plasticidad, elevar la densidad seca máxima y analizar las fluctuaciones en el índice CBR. La metodología fue de tipo aplicada, con un enfoque cuantitativo con diseño experimental. Se utilizaron dos muestras de suelo (M-1 y M-2) de la Av. Yuracoto, las cuales fueron analizados en su suelo natural y con aditivo mediante ensayos granulometría, límites de Atterberg, Proctor modificado y CBR. Los resultados demostraron que la proporción del 2.25% del biopolímero genero las mejoras más significativas, el índice de plasticidad se redujo en un más de 96% en ambas muestras, aproximándolas a un comportamiento no plástico. Asimismo, se incrementó la densidad seca máxima por encima de 1.455 g/cm3 , y el valor del CBR en la muestra M-2 mostro un aumento notable del 324.63%, llegando a un 40%. La investigación concluye que el uso de este biopolímero en una dosis del 2.25% constituye una estrategia eficaz para la estabilización de suelos cohesivos, ya que reduce su plasticidad, mejora su compactación y, fundamentalmente, incrementa su capacidad portante, optimizando el diseño del pavimiento. (Cruz Cruz, 2025, p. 63) en su investigación “Incorporación del biopolímero goma guar en la subrasante de la carretera EMP PE-3S Combapata, tramo 3+000 A 6+000, Combapata, Cusco, 2024”, validada por la Universidad Continental (Perú), el objetivo de su investigación fue evaluar el impacto de diferentes concentraciones de goma Guar con 1%, 1.5% y 2%, en las propiedades físico - mecánicas de un suelo arcilloso de subrasante. La metodología consistió en un enfoque experimental en el análisis de muestras obtenidas de 3 calicatas (C-1, C-2, C-3), sometiéndolos a ensayos de laboratorio normalizados ASTM, como el contenido de Humedad, los límites de Atterberg, compactación de Proctor Modificado, CBR y el coeficiente de permeabilidad. En los resultados se identificaron que la dosis del 1.5% fue la más eficaz, optimizando las propiedades del suelo, Con esta 32 dosificación, se registró un aumento de densidad seca hasta un 1.896 g/cm3, mejoras en la capacidad se soporte CBR del 8.6%, y una disminución en la permeabilidad del 0.00023 cm/s. El incremento en la plasticidad del 21.18% evidencio una mayor cohesión aportada por el biopolímero, validando a la goma Guar como una alternativa sostenible para la estabilización de subrasantes, con un óptimo desempeño en 1.5% de su aplicación. 3.1.3 Antecedentes locales (Tello Gonzales & Caviedes Oscco, 2022, pp. 45-46), en su investigación “Influencia del biopolímero xantana en el mejoramiento de las propiedades de la subrasante en el tramo Cruzpampa-Huallak’ata en la C.C. Mask’a-Pisac-Cusco-2022” el objetivo de esta investigación se centró en evaluar cuantitativamente el efecto del biopolímero Xantano sobre las propiedades mecánicas de una subrasante, contrastando su desempeño con el cemento Portland. La metodología utilizada es de carácter cuasiexperimental, explicativo y cuantitativo, procediendo a estabilizar muestras del suelo natural utilizando dos estabilizadores como la Goma Xantano en concentraciones de 0.5%, 1% y 2.5% y cemento en porcentajes de 8%, 10% y 12%. La caracterización mecánica e índice de las muestras se realizó mediante ensayos de Proctor modificado, CBR, Resistencia a la compresión simple y límites de Atterberg. Los resultados revelaron que la dosis optima del Xantano fue del 1%, logrando una resistencia a la compresión de 44.03 Kg/cm2 y un índice de CBR de 64.9%. La investigación concluye que el Xantano mejora positivamente el comportamiento mecánico de la subrasante, posicionándose como una alternativa sostenible y eficiente para la estabilización de suelos finos, demostrando su máxima eficacia en dosis reducidas. (Daza Rojas & Miranda Pino, p. 63), en su investigación “Efecto de biopolímeros en las propiedades geotécnicas en suelos limosos aplicados a cimentaciones superficiales, distrito de San Sebastián, Cusco, 2022”, el objetivo de su investigación fue analizar la influencia de los biopolímeros Goma Xantana, Agar y Gellan en las propiedades de cohesión 33 y densidad de un suelo limoso, destinados a cimentaciones superficiales en el área de APV. Alto Qosqo. La investigación empleo un enfoque experimental y cuantitativo con un diseño factorial 23 con puntos centrales, sometiendo las muestras a 27 ensayos de Proctor modificado y compresión Inconfinada (Norma ASTM) para tres concentraciones distintas de cada biopolímero con 0.00%, 0.75% y 1.5%. Los resultados demostraron un aumento sustancial de la cohesión con la Goma Xantana en 0.1616 kgf/cm2 y la goma Gellan 0.1672 kgf/cm2 , duplicando el valor del suelo natural 0.0725 kgf/cm2 . Sin embargo, la densidad del suelo no se vio afectada de manera significativamente por ninguno de los aditivos. La conclusión señala que estos biopolímeros incrementan la resistencia al corte en suelos limosos, ofreciendo una solución viable para la estabilización de las cimentaciones. 3.2 Bases teóricas 3.2.1 Caracterización del Xantano 3.2.1.1 Viscosidad del Goma Xantano Este biopolímero, producido por Xanthomonas campestris, es un polisacárido aniónico de elevada masa molar, reconocido principalmente por sus funciones como agente espesante y estabilizante. Desde una perspectiva reológica, Se caracteriza fundamentalmente por conferir una alta viscosidad a disoluciones acuosas, alcanzando esta propiedad a concentraciones notablemente bajas, lo que la hace sumamente eficiente. Esta alta viscosidad se debe a su estructura molecular de cadena rígida y ordenada en disolución, que genera una gran resistencia al flujo. Un comportamiento clave de la goma xantana es su marcada pseudoplasticidad (comportamiento "cizallo-adelgazante"), donde la viscosidad disminuye al aplicar una fuerza de corte, pero se recupera instantáneamente al cesar dicha fuerza, propiedad invaluable en aplicaciones donde se requiere fácil bombeo o aplicación seguido de una buena suspensión en reposo. Además, sus disoluciones son muy 34 estables ante variaciones de temperatura y pH, manteniendo su performance en un amplio rango de condiciones, lo que explica su uso extendido en industrias como la alimentaria (en salsas, aderezos y bebidas), la petrolera (en lodos de perforación) y la cosmética (Ramos Maldonado, 2020, pp. 33-34). 3.2.1.2 Tamaño de partículas del Xantano Mediante la fermentación bacteriana de carbohidratos, llevada a cabo por Xanthomonas campestris, se sintetiza la goma xantana, un biopolímero de considerable masa molecular. Se distingue por su notable solubilidad en agua, propiedad que mantiene tanto a temperatura ambiente como en caliente, y por la capacidad de producir soluciones altamente viscosas incluso a bajas concentraciones (Carmona, 2015, como se cita en Herrera Cahuana & Roque Raffo, 2025, p. 16). En su presentación en polvo, el tamaño de partícula es un parámetro crucial para su correcta dispersión e hidratación, especificándose que el 100% pasa a través de una malla 60 y el 95% a través de una malla 80, lo que garantiza una funcionalidad óptima (Herrera Cahuana & Roque Raffo, 2025, p. 86). Sus soluciones son altamente pseudoplásticas, lo que mejora las características sensoriales del producto final, y son notablemente estables frente a variaciones de pH, temperatura y presencia de sales (Sharma, 2011, como se cita en Herrera Cahuana & Roque Raffo, 2025, pp. 17-18). Debido a estas propiedades, En el sector alimentario, se emplea masivamente como espesante, estabilizante y modulador de textura en una gama de productos que incluye salsas, helados, bebidas y panificación. Su cualidad de poseer una granulometría uniforme permite una hidratación inmediata y previene la aparición de grumos. 35 3.2.1.3 PH del Xantano La goma Xantano es un heteropolisacárido de origen microbiano, producido por la bacteria Xanthomonas campestris como un polímero de protección. Según (Badui Dergal, 2006, p. 102), su configuración molecular está integrada por unidades de D-glucosa, D-manosa y ácido D-glucurónico en una proporción molar de 2.8:3.2, con una masa molecular promedio de 3,000,000 Da e incluye grupos acetilo y piruvato. Entre sus características fisicoquímicas más significativas destaca la capacidad de generar soluciones acuosas altamente viscosas con fluidez no newtoniana, manteniendo estabilidad en un amplio espectro de pH (1-9) y en medios salinos. Asimismo, presenta solubilidad inmediata en agua a diferentes temperaturas, resistencia a enzimas degradativas y efecto sinérgico con gomas como las galactomananas. Este conjunto de atributos justifica su uso extendido en la industria alimentaria como agente espesante y estabilizante en aderezos, salsas, bebidas, lácteos y frutas procesadas, bajo la categoría de aditivo permitido dentro de las buenas prácticas de fabricación. 3.2.1.4 Contenido de Humedad de Xantano La cuantificación del agua presente en la goma Xantana líquida es un parámetro crítico para garantizar su calidad y desempeño en fluidos de perforación base agua. Según (Davila Gomez, 2016, p. 43), en su tesis profesional desarrollada en el Instituto Politécnico Nacional de México, la metodología para este fin consiste en secar una muestra de 4 gramos de goma Xantana en una estufa a 105 °C durante 2 horas, seguido de un enfriamiento en desecador y el pesado de la masa residual. logrando una cuantificación más exacta y confiable del contenido de humedad. 36 3.2.1.5 Apariencia del Xantano La goma xantana, un biopolímero de extenso uso en la industria de alimentos por sus versátiles propiedades, se comercializa en estado purificado como un polvo blanco o crema que simplifica su manipulación e identificación. Entre sus atributos más relevantes destaca una elevada solubilidad, disolviéndose con eficacia en agua a cualquier temperatura, lo que agiliza su integración uniforme en distintas mezclas. Asimismo, el aditivo posee una excepcional tolerancia a ambientes severos, conservando su funcionalidad ante altas temperaturas y fluctuaciones de acidez, cualidades que amplían su utilidad en numerosos productos alimenticios y cosméticos. (Zhang et al., como se citó en Vertiz Sosaya, 2023, p. 2). 3.2.1.6 Composición química del Xantano El xantano es un biopolímero polisacárido producido por Xanthomonas campestris, cuya estructura química única determina su interacción con los suelos. Posee un esqueleto principal de β-D-glucopiranosa unido por enlaces (1→4), similar a la celulosa, del cual se ramifica, en cada dos unidades (C₃₅H₄₉O₂₉), una cadena lateral trisacárida compuesta por α-D-manopiranosa, β-D-ácido glucurónico y una segunda α-D-manopiranosa modificada con un grupo piruvato (4,6-O-piruvil) y frecuentemente acetilada en la posición 6 (Chang et al., 2015). Esta estructura confiere al Xantano su carácter aniónico, alta viscosidad y estabilidad. En suelos, los grupos carboxilo (-COO⁻) del ácido glucurónico y del piruvato, junto con los hidroxilos (-OH) de los azúcares, forman enlaces de hidrógeno y puentes electrostáticos con las superficies cargadas de las partículas de arcilla, mientras que, en arenas, su cadena polimérica larga y ramificada forma redes físicas que envuelven y cementan las partículas inertes. 37 Figura 1 Estructura química y síntesis de la unidad repetitiva del Xantano Nota. La imagen describe la estructura y formación del xantano: (a) se muestra su configuración molecular, donde una cadena principal de glucosa (similar a la celulosa) presenta ramificaciones compuestas por tres azúcares —manosa, ácido glucurónico y manosa modificada—, estas últimas portando grupos acetilo (Ac) y piruvato (Pyr). Adaptado de Becker et al. (1998). Fuente: (Jacobs, 2014, p. 18) 3.2.1.7 Mecanismos de Interacción del Xantano en Suelos El Xantano actúa como un agente cementante en suelos mediante interacciones moleculares diferenciadas según el tipo de partículas. En suelos arenosos (partículas gruesas y eléctricamente neutras), el Xantano forma matrices fibrosas o textiles que recubren las partículas y llenan los espacios porosos, mejorando la cohesión principalmente a través de la resistencia mecánica de la propia matriz de biopolímero, la cual se endurece por deshidratación (Chang et al., 2015, p. 67). En suelos arcillosos (partículas finas con superficies cargadas eléctricamente), el Xantano interactúa directamente mediante enlaces de hidrógeno y puentes electrostáticos entre sus grupos carboxilo (-COOH) e hidroxilo (-OH) y las 38 superficies de las partículas finas, formando matrices rígidas de Xantano-arcilla que actúan como aglutinantes. En suelos bien gradados (mezcla de partículas gruesas y finas), como el suelo natural y el suelo rojo amarillo, se combinan ambos mecanismos: las matrices de Xantano-arcilla cementan las partículas arenosas, mientras que la fricción entre partículas gruesas sinergiza el efecto fortalecedor, logrando la mayor eficacia en la mejora de resistencia (Chang et al., 2015, p. 68). Figura 2 Para la Arena (Interacción de enlace) Nota. Como se observa en la micrografía SEM de la arena tratada en la (Figura 2a en Chang et al., 2015), el Xantano no se adhiere químicamente a las partículas neutras, sino que forma una red o matriz fibrosa. Fuente: (Chang et al., 2015) Figura 3 Para la Arcilla (Interacción de enlaces) Nota. Se muestra la imagen SEM de la arcilla tratada (Fig. 2c en Chang et al., 2015) revela una interacción directa y molecular, entre los grupos funcionales del biopolímero (-COOH, -OH) y la superficie de las arcillas. Fuente: (Chang et al., 2015) 39 3.2.1.8 Porcentaje de Xantano en suelos El biopolímero conocido como Xantano, sintetizado por la bacteria Xanthomonas campestris, es ampliamente reconocido por sus aplicaciones como agente espesante en sectores como el alimenticio, farmacéutico y cosmético. Esto se debe a sus notables propiedades reológicas y a su habilidad para generar geles estables bajo diversas condiciones de pH y temperatura (Chang et al., 2015, citado en Tello & Caviedes, 2022). En el ámbito de la ingeniería civil, su utilización se ha extendido a la mejora de suelos. La incorporación de este biopolímero en proporciones reducidas, que oscilan entre el 0.5% y el 2.5%, ha evidenciado mejoras significativas en las características mecánicas del terreno. Dichas mejoras se reflejan en un aumento de la resistencia a la compresión, un mayor valor de CBR (Capacidad de Soporte California) y una densidad seca superior. Este material actúa como un agente cementante no tóxico y ecológico (Tello & Caviedes, 2022, p. 38), cuya eficacia radica en su capacidad para reforzar la cohesión intermolecular de las partículas del suelo. De esta manera, el Xantano se posiciona como una alternativa sostenible frente a los aglomerantes tradicionales, como el cemento. 3.2.2 Suelo 3.2.2.1 Definición de suelo El suelo es una capa superficial dinámica y viva de la Tierra, constituida por una mezcla compleja de materia orgánica, minerales, agua, aire y una gran diversidad de organismos vivos, donde interactúan elementos naturales y se producen intercambios continuos de materia y energía. Funciona como un ecosistema fundamental que sustenta la vida, proporciona nutrientes y agua a las plantas, filtra el agua y sirve de hábitat para la biodiversidad. Se considera un recurso no renovable 40 a escala humana debido a los miles de años que requiere su formación. (Jaramillo J., 2002) 3.2.2.2 Estabilidad de Suelos En el ámbito de la ingeniería geotécnica, la estabilización de suelos constituye una técnica clave para el mejoramiento de las propiedades físico-mecánicas de un suelo, con el objetivo de elevar su capacidad de carga y garantizar su durabilidad, especialmente en proyectos viales. Según (Castro Diaz & Juarez Chuquista, 2024, p. 20), este proceso implica "la cohesión de sus partículas genera una reorganización de la microestructura que se traduce en una mejora de la resistencia y la durabilidad ". El Manual de Carreteras del MTC (2014, como se citó en Castro Diaz & Juarez Chuquista, 2024, p. 20) establece que mediante técnicas de estabilización que pueden ser físicas, mecánicas o químicas, es posible incrementar las capacidades mecánicas de un suelo, requiriendo a menudo el uso de aditivos y un posterior proceso de compactación para superar las deficiencias propias de cada tipo de suelo. 3.2.2.3 Relación de Vacíos en suelos La estructura de un suelo está compuesta por partículas sólidas que dejan espacios libres o poros entre ellas. Estos espacios, denominados vacíos, pueden contener agua, aire o ambos. Para caracterizar cuantitativamente esta disposición interna, se emplea la relación de vacíos, un índice adimensional fundamental que se calcula comparando el volumen total de vacíos con el volumen ocupado exclusivamente por los sólidos. Este parámetro se vincula directamente con la porosidad del suelo y es un indicador clave de su densidad y tipo. Por ejemplo, los suelos granulares presentan valores típicos entre 0.9 (estructura suelta) y 0.35 (estructura densa), mientras que en suelos cohesivos la variación es mayor, pudiendo superar valores de 5 en suelos altamente compresibles (Portilla Yandún, 2021, p. 21). 41 Volumen total (V): 𝑉 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑣 Donde: • V = Volumen total de la muestra de suelo. • Vs = Volumen de los sólidos. • Vv = Volumen de vacíos. Composición del volumen de vacíos (Vv): 𝑉𝑣 = 𝑉𝑤 + 𝑉𝑎 Donde: • Vw = Volumen de agua en los vacíos. • Va = Volumen de aire en los vacíos. Relación de Vacíos (e): 𝑒 = 𝑉𝑣 𝑉𝑠 Donde: • Vs = Volumen de los sólidos. • Vv = Volumen de vacíos. Porosidad (n): 𝑛 = 𝑉𝑣 𝑉 Donde • V = Volumen total de la muestra de suelo. • Vv = Volumen de vacíos. Relación entre Porosidad (n) y Relación de Vacíos (e): 𝑛 = 𝑒 1 + 𝑒 *y* 42 𝑒 = 𝑛 1 − 𝑛 3.2.2.4 Gradiente Hidráulico El gradiente hidráulico es una variable fundamental en el análisis de la infiltración de agua en el suelo, ya que cuantifica la tasa de pérdida de energía hidráulica a lo largo de la trayectoria de flujo. Su cálculo se basa en la diferencia de carga hidráulica entre dos puntos y la distancia que los separa. Este concepto es la base de la ley de Darcy, la cual establece que, para un flujo laminar a través de un medio poroso, la velocidad de descarga es directamente proporcional al gradiente hidráulico. Esta relación lineal es válida para materiales como arenas y limos, pero no se cumple en suelos muy permeables o con flujo turbulento, donde se requieren enfoques matemáticos más complejos (Caceres Mendoza, 2024, p. 39). Ley de Darcy (Forma fundamental): 𝑉 = 𝑘 . 𝑖 Donde: V = Velocidad de descarga o velocidad aparente k = Coeficiente de permeabilidad del suelo i = Gradiente hidraulico Gradiente Hidráulico (i): 𝑖 = ∆𝐻 𝐿 = 𝐻1 − 𝐻2 𝐿 Donde: • H1,H2 = Carga hidráulica total en los puntos 1 y 2 • L = Longitud de la trayectoria de flujo entre los puntos 43 3.2.3 Coeficiente de permeabilidad del suelo El coeficiente de permeabilidad es una propiedad esencial de un suelo que define cuán fácilmente puede fluir el agua a través de sus poros sin alterar su estructura. Esta propiedad es la constante de proporcionalidad en la Ley de Darcy, que vincula el caudal de filtración con el gradiente hidráulico y el área de flujo. Su valor, típicamente expresado en centímetros por segundo, varía significativamente dependiendo de factores como la distribución del tamaño de partículas, la compacidad del suelo y la temperatura del agua. Este coeficiente es determinante en geotecnia para clasificar los suelos (desde altamente permeables hasta prácticamente impermeables) y para diseñar obras como presas, donde controla el volumen de filtraciones, las presiones bajo la estructura y los riesgos de inestabilidad (López Zapana, 2018, pp. 16, 61). Formulación de la Ley de Darcy (para determinar Q): 𝑄 = 𝑘 . 𝑖 . 𝐴 Donde: • Q = Caudal o gasto de filtración • k = Coeficiente de permeabilidad • i = Gradiente hidráulico • A = Área transversal total al flujo Fórmula para calcular el Coeficiente de Permeabilidad (k): Despejado de la Ley de Darcy. 𝑘 = 𝑄 𝑖 . 𝐴 Donde: • k = Coeficiente de permeabilidad • Q = Caudal o gasto de filtración • i = Gradiente hidráulico 44 • A = Área transversal total al flujo 3.2.3.1 Resistencia al corte de suelos La resistencia al corte en suelos cohesivos constituye una propiedad física de gran complejidad, influenciada por múltiples variables interdependientes como la humedad, las condiciones de drenaje, la velocidad de aplicación del esfuerzo y la metodología de ensayo empleada (Taylor, 1961, citado en Díaz Marín, 2023, p. 26). Su determinación se realiza mediante pruebas tanto de campo como de laboratorio. El Ensayo de Penetración Estándar (SPT), estandarizado en la NTP 339.133, consiste en un método "in situ" que cuantifica la resistencia del terreno mediante el hincado de un muestreador con un martillo de 63.5 kg que cae desde 76 cm, registrando el número de golpes "N" requeridos para penetrar 30 cm; este valor se correlaciona posteriormente con parámetros de resistencia al corte (Díaz Marín, 2023, pp. 32-34). Complementariamente, el Ensayo de Compresión Simple (NTP 339.167) representa una prueba de laboratorio ágil que se ejecuta en suelos cohesivos mediante la aplicación de carga axial progresiva sobre muestras cilíndricas sin confinamiento lateral hasta alcanzar la falla. La relevancia de estos métodos reside en que el SPT posibilita una exploración expedita del terreno, mientras que la compresión simple proporciona una cuantificación directa de la resistencia en condiciones controladas, resultando crucial establecer correlaciones entre ambos enfoques para optimizar las investigaciones geotécnicas en proyectos de ingeniería. 3.2.3.2 Proctor Modificado La estabilidad de los suelos es un principio fundamental en la ingeniería civil para garantizar la durabilidad y seguridad de las obras de infraestructura. Una de las metodologías clave para lograr esta estabilidad es la compactación, proceso mediante el cual se aumenta la densidad del suelo al reducir sus vacíos, mejorando así su 45 resistencia y capacidad de carga mientras se minimizan los asentamientos y deformaciones futuras (Porta Rutte, 2023, p. 40). El Ensayo Proctor Modificado es un procedimiento de laboratorio estandarizado crucial en la mecánica de suelos, utilizado para estudiar y controlar la compactación del suelo. Su objetivo principal es determinar la densidad seca máxima y el contenido de humedad óptimo que un suelo puede alcanzar cuando se compacta con una energía específica, con el fin de aumentar la resistencia, disminuir las deformaciones y evitar asentamientos futuros en obras de infraestructura. 3.2.3.3 CBR El ensayo California Bearing Ratio (CBR) constituye una metodología esencial en el diseño de pavimentos, empleada para evaluar la capacidad soporte de terrenos compactados en terraplenes, bases granulares y explanadas. Este procedimiento estandarizado por la norma ASTM D-1883 implica la compactación de muestras en moldes normalizados, su saturación controlada en agua, y la aplicación de carga progresiva mediante un pistón estándar a velocidad constante. El índice CBR, expresado porcentualmente, cuantifica la relación entre la presión necesaria para penetrar el material analizado y la requerida en un material de referencia bajo idénticas condiciones de penetración. Conforme al Manual de Carreteras del MTC (2018), los suelos con CBR < 3% se clasifican como subrasantes inadecuadas, mientras que valores ≥ 10% indican aptitud para construcción, siendo este parámetro determinante en el dimensionamiento estructural del pavimento (Samame Zatta, 2021, p. 87). 3.2.3.4 Límites De Atterberg Los Límites de Atterberg son puntos de referencia que miden el contenido de humedad de un suelo en tres transiciones clave de consistencia. El Límite de 46 Contracción es el porcentaje de humedad en el que el suelo deja de comportarse como un sólido y pasa a un estado semisólido, perdiendo su volumen al secarse. Cuando el suelo pierde más humedad y cambia de un estado semisólido a uno plástico (donde puede moldearse sin agrietarse), ese contenido de agua específico se denomina Límite Plástico. Finalmente, el Límite Líquido es el contenido de humedad en el que el suelo pasa de un estado plástico a un estado fluido o líquido. (Das B. , Fundamentos de Ingenieria Geotecnica, 1985). Figura 4 Carta de Plasticidad Nota. Se muestra la carta de Plasticidad para determinar el Indice de Plasticidad presentado por (Das B. M., 2013) Fuente: (Daza Rojas & Miranda Pino, 2024). 3.2.4 Análisis de varianza de dos vías Tmbien denominada ANOVA de dos factores, es una técnica estadística que permite evaluar simultáneamente el efecto de dos variables independientes, llamadas factores, sobre una variable dependiente continua, analizando tanto los efectos principales de cada factor como la interacción entre ellos. Esta metodología, fundamentada en el trabajo de Ronald A. Fisher, descompone la variabilidad total de los 47 datos en componentes atribuibles a cada factor, a su interacción y al error residual, utilizando el estadístico F para determinar la significancia estadística. Requiere que se cumplan supuestos como la normalidad de los residuos, la homocedasticidad y un diseño balanceado con igual número de observaciones por combinación de factores, siendo especialmente útil en diseños experimentales donde se busca entender la influencia conjunta de dos tratamientos o condiciones sobre una respuesta medida. (Dagnino S., 2014, p. 309) 3.2.5 El método de Bonferroni El ajuste de Bonferroni constituye una estrategia metodológica empleada en el contexto de análisis estadísticos que involucran múltiples comparaciones. Su principio fundamental radica en la modificación del nivel de significancia estadística, el cual se recalcula dividiendo el valor alpha convencional entre el número total de pruebas realizadas. Esta corrección tiene como propósito principal controlar la tasa de falsos positivos que surge naturalmente cuando se ejecutan numerosas pruebas de hipótesis sobre un mismo conjunto de datos. Aunque esta metodología ofrece un control riguroso sobre los errores de tipo I, su naturaleza conservadora puede reducir la capacidad para identificar efectos verdaderamente existentes, incrementando potencialmente los errores de tipo II. Su aplicación resulta particularmente pertinente en diseños de investigación con comparaciones específicas predefinidas en la fase de planeación metodológica (Dagnino S., 2014, p. 311) 3.2.6 Factibilidad económica La viabilidad económica representa una etapa fundamental en el proceso de inversión pública. Su propósito es evaluar si un proyecto, al llevarse a cabo, generará un beneficio real para la comunidad, asegurando que los recursos públicos siempre limitados se destinen de manera justificada y con impacto social positivo. 48 En Perú, este análisis se guía por el Sistema Nacional de Programación Multianual y Gestión de Inversiones (SNPMGI), desde el cual el Ministerio de Economía y Finanzas (MEF) y las entidades sectoriales, como el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC), definen los métodos y criterios para diseñar y evaluar este tipo de iniciativas (MTC, 2023). 3.2.7 Costo directo por suelo tratado Dentro del presupuesto de una obra vial, uno de los rubros más importantes es la estabilización del terreno, sobre todo cuando se usan materiales especiales como el biopolímero Xantano. Saber cuánto cuesta estabilizar cada metro cúbico de suelo es clave para decidir si esta tecnología resulta económicamente viable. Para obtener esa cifra, es necesario tomar en cuenta todo lo que directamente se usa o consume en el proceso: los materiales, mano de obra y equipos directamente imputables a la operación de estabilización (MTC, 2023). 3.3 Definición de términos ▪ Acetilo: Grupo de átomos específico que forma parte de la estructura química del Xantano. Su estructura molecular está formada por 3 átomos de hidrógeno, 2 de carbono y 1 de oxígeno. ▪ Ácido D-glucurónico: Tipo de molécula de azúcar con características ácidas, derivado de la glucosa, que actúa como un componente fundamental en la estructura ramificada del Xantano. ▪ Bacteria (Xanthomonas campestris): Microorganismo vivo utilizado en un proceso industrial de fermentación para producir de manera natural el biopolímero Xantano. 49 ▪ Bioclogging: Método de observación que consiste en obstruir los poros del suelo usando materiales de origen biológico (como biopolímeros), reduciendo significativamente el paso del agua y aumentando la impermeabilidad. ▪ Biopolímero: Molécula grande y pesada (polímero) producida por un ser vivo. El Xantano es un biopolímero porque lo segrega la bacteria Xanthomonas campestris. Actúa como una "red" o "esponja" natural que atrapa agua y une partículas. ▪ CBR (California Bearing Ratio): Este método de medición en geotecnia determina qué tanta carga puede soportar un suelo. Cuando el resultado del CBR es alto, significa que el terreno posee mayor firmeza y resistencia., capaz de soportar cargas pesadas sin deformarse, lo cual es importante para el diseño de carreteras. ▪ Cohesión: Es la unión o fuerza interna de "pegado" que mantiene unidas las partículas de un suelo. Un suelo con alta cohesión es más estable y menos propenso a la erosión o al desmoronamiento. ▪ D-glucosa: Molécula de azúcar simple y común que forma la "columna vertebral" o estructura central del biopolímero Xantano, producido por la bacteria Xanthomonas campestris. ▪ D-manosa: Se produce mediante la fermentación bacteriana de Xanthomonas campestris, generando un tipo distinto de azúcar molecular, que forma parte esencial de las ramificaciones laterales de la estructura del Xantano. ▪ Ensayo de carga constante/variable: Pruebas de laboratorio estandarizadas que miden cuán rápido fluye el agua a través de una muestra de suelo para calcular con precisión su coeficiente de permeabilidad (k). ▪ Ensayo de compresión simple (UCS): Es un método mecánico que determina la resistencia mediante la aplicación de fuerzas crecientes sobre una muestra de suelo hasta provocar su falla estructural, con el fin de medir su resistencia máxima. 50 ▪ Fermentación: Proceso bioquímico controlado (como el utilizado para hacer yogurt o cerveza) en el que microorganismos (como bacterias o levaduras) transforman un nutriente (como el azúcar) en productos deseados. En este caso, la bacteria Xanthomonas campestris fermenta carbohidratos para producir el Xantano. ▪ Galactomananos: Grupo de polisacáridos, de la familia de biopolímeros naturales (como la Goma Guar) que a veces se usan en combinación con el Xantano para la estabilización de suelos. ▪ Gradiente hidráulico: Es la relación de la perdida de carga hidráulica "pendiente" o diferencia de presión que impulsa al agua a filtrarse a través del suelo. Se puede imaginar como la inclinación de una tubería: a mayor inclinación (gradiente), más rápido fluye el agua. ▪ Medios porosos: Es un material que contiene huecos o espacios vacíos (poros) entre sus partículas sólidas. El suelo es un medio poroso clásico, donde los poros pueden estar llenos de aire o agua. ▪ Mecanismos de puenteo: Son procesos o fenómenos por el cual las largas cadenas del biopolímero (Xantano) forman "puentes" físicos que conectan partículas de suelo distantes entre sí, incrementando la resistencia y cohesión del conjunto. ▪ Parámetros reológicos: Conjunto de propiedades que describen cómo fluye y se deforma un material ya sea la "viscosidad", "elasticidad" y rigidez. Para el Xantano, el parámetro clave es su comportamiento pseudoplástico. ▪ Permeabilidad (k): Es una propiedad física que cuantifica la facilidad con la que un suelo o medio poroso permite el flujo de un fluido a través de su estructura. Un suelo permeable (k alta) como la arena deja pasar el agua fácilmente, mientras que uno impermeable (k baja) como la arcilla compacta, no. 51 ▪ Polímero: Producido por Xanthomonas campestris, este biopolímero de cadena larga, constituido por numerosas subunidades monoméricas, se utiliza eficazmente como espesante y estabilizante. ▪ Proctor Modificado: un procedimiento normalizado de compactación con energía regulada, se determinan los parámetros fundamentales de un suelo, su contenido de humedad ideal y su peso unitario seco máximo. Esta información es vital para el control de calidad durante la edificación de terraplenes y las capas de sub-base en obras de infraestructura vial. ▪ Pseudoplástico: Propiedad reológica de algunos fluidos que se vuelven menos viscosos y más líquidos cuando se agitan o someten a un esfuerzo como cortar o mezclar, pero recuperan su espesor original en reposo. ▪ Relación de vacíos: Es una medida de la ingeniería geotécnica, como un valor numérico que representa la proporción de espacios vacíos respecto al volumen de partículas sólidas en un suelo, reflejando directamente su grado de compactación. ▪ Resistencia al corte: Es la propiedad de un material para oponerse a fuerzas externas que buscan producir una deformación irreversible en su estructura. Es una medida fundamental de la estabilidad del terreno. ▪ Subrasante: Capa de terreno natural, preparada y compactada, que sirve de base o cimentación sobre la cual se construyen las capas de la carretera. Su calidad es crítica para la durabilidad del pavimento. ▪ Viscosidad: Un fluido de alta viscosidad es espeso y pegajoso (como la miel), mientras que uno de baja viscosidad es fluido como el agua. El Xantano aumenta drásticamente la viscosidad del agua. 52 ▪ Exopolisacárido: Un exopolisacárido es un tipo de azúcar complejo (un polímero de carbohidratos) que es producido y liberado al exterior por un microorganismo, como una bacteria o un hongo. ▪ Hidrofílica: Una sustancia hidrofílica es aquella que tiene afinidad por el agua, es decir, que atrae y se mezcla fácilmente con ella. Esto le da la capacidad de disolverse en agua y de absorberla con facilidad. 53 IV. Metodología 4.1 Tipo y nivel de investigación 4.1.1 Tipo de investigación La presente investigación se enmarca dentro del enfoque Cuantitativo, ya que se basa en la medición numérica de las variables de estudio y el análisis estadístico de los datos obtenidos experimentalmente. Según (Hernández-Sampieri & Mendoza Torres, 2018), este enfoque permite “responder al planteamiento del problema mediante la medición numérica de variables, la implementación de un protocolo experimental preestablecido y el procesamiento estadístico de la información” (pp. 6-7). En este estudio, se cuantificaron variables como la permeabilidad, resistencia al corte (CBR), límites de Atterberg y parámetros de compactación, con el fin de establecer relaciones objetivas entre la concentración de Xantano y el comportamiento del suelo. 4.1.2 Nivel de investigación El nivel de investigación es: • Explicativo: Constituye el nivel central de la investigación, orientado a establecer relaciones de causa-efecto entre la adición de Xantano y las propiedades geotécnicas del suelo. Mediante el uso de ANOVA de dos vías, se buscó explicar cómo y por qué el biopolímero modifica el comportamiento del en estudio suelo. 54 4.1.3 Diseño de Investigación El estudio siguió un diseño Cuasi-experimental, apropiado para investigaciones donde no es posible la asignación aleatoria de los sujetos o unidades de estudio, pero sí se puede manipular la variable independiente. Este diseño se caracterizó por: • Manipulación activa de la variable independiente: Se aplicaron cuatro concentraciones de Xantano (0%, 3%, 5% y 7%) a muestras de suelo procedentes de tres calicatas (C1, C2, C3). De acuerdo con la revisión bibliográfica, para (Huamani Mercado, 2022), (Daza Rojas & Miranda Pino, 2024) y (Chang, Im, Prasidhi, & Cho, 2015) las dosificaciones de goma Xantano usadas para obtener los mejores resultados se encuentran entre el 1.5% y el 2.5%. No obstante, para este estudio se decidió emplear proporciones superiores (3%, 5% y 7%) con el fin de evaluar de manera más amplia su influencia en la reducción de la permeabilidad del suelo. • Grupos intactos: Las muestras se obtuvieron de calicatas preexistentes en la carretera de Sullumayo, las cuales conformaron grupos naturales no aleatorizados. • Control experimental: Se mantuvieron constantes los procedimientos de ensayo (normas MTC y ASTM), las condiciones de laboratorio y los equipos utilizados, con el fin de aislar el efecto del Xantano y minimizar la influencia de variables extrañas. • Mediciones repetidas: Cada muestra fue evaluada en su estado natural (grupo control: 0% de Xantano) y luego con las diferentes concentraciones del biopolímero (grupos de tratamiento), lo que permitió comparar los efectos antes y después del tratamiento. 55 ANÁLISIS DEL XANTANO COMO IMPERMEABILIZADOR DE SUELOS EN LA CARRETERA SULLUMAYO, QUISPICANCHI, CUSCO – 2025 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DISEÑO CUASI- EXPERIMENTAL SUELO DE LA CARRETERA DE SULLUMAYO FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS SELECCIÓN DE MUESTRAS PREPARACIÓN DE MEZCLAS CON XANTANO REALIZACIÓN DE ENSAYOS DE LABORATORIO GRANULOMETRÍA LIMITES DE CONSISTENCIA ATTERBERG PROCTOR MODIFICADO CBR (Capacidad de soporte) PERMEABILIDAD RECOLECCIÓN DE DATOS ANÁLISIS ESTADÍSTICO VERIFICACIÓN DE HIPÓTESIS VALIDACIÓN DE RESULTADOS RESULTADOS FINALES RECOMENDACIONES CONCLUSIONES FIN Figura 5 Flujograma de trabajo de Investigación 56 4.2 Ámbito temporal y espacial 4.2.1 Ámbito temporal La investigación se realizó durante el año 2025. En donde se recopilo información bibliográfica, análisis de antecedentes, recolección de muestras, ensayos de laboratorio, interpretación de resultados y la elaboración del informe final. 4.2.2 Ámbito espacial El estudio se realizó en la carretera de la Comunidad Campesina de Sullumayo, ubicada en el distrito de Huaro, provincia de Quispicanchi, departamento de Cusco, Perú. Esta vía constituye la principal vía de comunicación terrestre de la comunidad. Tabla 2 Coordenadas de Calicatas Calicata Norte Este Elevación C-1 212227.81 8479090.28 4317 msnm C-2 212275.56 8478060.06 4301 msnm C-3 212149.65 8477392.92 4213 msnm Nota. Se presenta cuadro de coordenadas de la ubicación de las diferentes calicatas. Tabla 3 Ubicación política de la Comunidad Campesina de Sullumayo Descripción Nombre Comunidad Sullumayo Provincia Quispicanchi Departamento Cusco Región Cusco Nota. Se muestra la ubicación política. Fuente: Elaboración propia. 57 Figura 6 Mapa político del Perú Nota. Elaboración con Software de Autodesk Figura 7 Mapa de la región del Cusco Nota. Elaboración con Software de Autodesk 58 Figura 8 Localización del proyecto. Nota. Esta imagen presenta la localización del proyecto dentro de la comunidad de Sullumayo. Localización del Proyecto 59 4.3 Población y muestra 4.3.1 Población La población de estudio está constituida por el tramo crítico de la carretera de la Comunidad Campesina de Sullumayo, ubicada en el distrito de Huaro, provincia de Quispicanchi, Cusco. Este tramo presenta problemas de infiltración y deterioro acelerado debido a las características del suelo. 4.3.2 Muestra Se seleccionaron tres puntos de muestreo (calicatas) de manera no aleatoria, en los tramos más críticos identificados entre los progresivos 09+000 km y 11+000 km de la carretera de acceso a Sullumayo. La ubicación de cada calicata se determinó mediante inspección visual y criterio técnico, priorizando zonas con evidencias de erosión, saturación y pérdida de capacidad portante. De acuerdo con el Manual de Carreteras del MTC (2014), para carreteras de bajo volumen de tránsito (IMDA ≤ 200 veh/día), se requiere un mínimo de una calicata por kilómetro, con una profundidad de 1.50 m respecto al nivel de la subrasante. 60 Figura 9 Puntos de extracción de muestras Nota. Se muestra los puntos de ubicación con coordenadas. 61 Figura 10 Plano de Ubicación de Calicatas 62 Tabla 4 Distribución de Ensayos de Laboratorio por Calicata y Concentración de Xantano Calicata Concentración Xantano Proctor Modificado CBR Permeabilidad Límites de Atterberg Total por Calicata C1 0% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 3% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 5% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 7% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos Subtotal C1 20 ensayos 12 ensayos 4 ensayos 4 ensayos 40 ensayos C2 0% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 3% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 5% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 7% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos Subtotal C2 20 ensayos 12 ensayos 4 ensayos 4 ensayos 40 ensayos C3 0% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 63 Calicata Concentración Xantano Proctor Modificado CBR Permeabilidad Límites de Atterberg Total por Calicata 3% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 5% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos 7% 5 puntos 3 niveles 1 ensayo 1 ensayo 10 ensayos Subtotal C3 20 ensayos 12 ensayos 4 ensayos 4 ensayos 40 ensayos TOTAL GENERAL 60 ensayos 36 ensayos 12 ensayos 12 ensayos 120 ensayos Nota. La caracterización completa del material incluyó: (1) Ensayo de Límites de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico); (2) Ensayo de Compactación Proctor Modificado con 5 puntos de humedad (4%, 6%, 8%, 10%, 12%); (3) Ensayo CBR con 3 energías de compactación (55, 26, 12 golpes/capa); (4) Ensayo de Permeabilidad por carga constante. El total general de 120 ensayos garantiza la confiabilidad estadística de los resultados. 64 4.4 Instrumentos 4.4.1 Técnicas Campo: Muestreo por juicio en tramos críticos Extracción de muestras según manual MTC Laboratorio - Caracterización: Granulometría por tamizado (MTC E 107) Límites de Atterberg (MTC E 110, MTC E 111) Clasificación SUCS/AASHTO Laboratorio - Mecánica: Compactación Proctor Modificado (MTC E 115) Ensayo CBR (MTC E 132) Laboratorio - Hidráulica: Permeabilidad por carga constante (MTC E 906) Análisis: ANOVA de dos vías Pruebas post-hoc Bonferroni 4.4.2 Instrumentos Para el desarrollo de la investigación, se utilizaron instrumentos de laboratorio de Suelos, para procesar los datos de los ensayos. Estos instrumentos, se listan a continuación: 4.4.2.1 Reconocimiento geotécnico (Calicatas) • Wincha • Pico • Pala • Barreta 65 • Saquillos Vacíos • Pizarra, Marcador acrilico, celular (GPS) Figura 11 Excavación de Calicatas en la Carretera de Sullumayo Nota. Se muestra la calicata excavada 1.50 m de profundidad para extracción de muestra. 4.4.2.2 Densidad de Campo • Cono de arena (Frasco, válvula y cono): Se utilizó un equipo especializado consistente en un recipiente contenedor de arena, un dispositivo de control de flujo y una guía cónica, conjunto diseñado para la medición volumétrica precisa de excavaciones en el terreno mediante el principio de desplazamiento con material calibrado. • Plato de metal: Se empleó un disco metálico de base plana con abertura central, que sirvió como plantilla para delimitar el área de ensayo y como superficie de apoyo estable durante el proceso de llenado con arena calibrada. 66 • Comba: Se hizo uso de un martillo de mano de peso considerable, necesario para la inserción del plato metálico en el terreno y para la realización de la excavación de prueba en materiales compactados. • Balanza: Se utilizó un instrumento de medición de masa con precisión de gramos, fundamental para determinar el peso de la arena calibrada antes y después de cada ensayo, así como para pesar el material excavado. • Cincel: Se empleó una herramienta manual de acero con filo delgado, ideal para el acabado preciso de las paredes de la excavación y la remoción de material en espacios confinados con mínima alteración del suelo circundante. • Brocha: Se utilizó un instrumento de cerdas suaves para la limpieza exhaustiva de la cavidad excavada, removiendo partículas sueltas y asegurando la integridad volumétrica de la muestra tomada • Badilejo: Se empleó una pala de mano de dimensiones reducidas para la extracción controlada del material de la excavación, permitiendo la recolección completa y sin pérdidas del suelo removido. • Ficha de recopilación de datos: Se implementó un formato para el registro de todas las mediciones y observaciones del ensayo, garantizando la trazabilidad y consistencia de la información obtenida en campo • Arena calibrada: Se utilizó material granular de granulometría controlada y densidad previamente determinada en laboratorio. • Wincha: Cinta métrica para la medición precisa de dimensiones y profundidades. 67 Figura 12 Ensayo de Cono de Arena en situ. Nota. Se muestra el equipo para prueba de densidad de campo. 4.4.2.3 Contenido de Humedad • Balanza: Se empleó un equipo de medición de alta precisión con resolución de 0.01 gramos. • Horno (110 ± 5°C): Se utilizó el horno en temperatura controlada, diseñada para eliminar el agua libre de las muestras mediante exposición prolongada a calor uniforme. • Tara • Cucharon metálico • Muestra • Recipiente metálico • Bolsa hermética 4.4.2.4 Granulometría • Tamices: ½ pulg, 3/8 pulg (9.5 mm), N°04 (4,75 mm), N°10 (2,00 mm), N20 (0,6 mm), °N40 (0,426 mm), °N60 (0,250 mm), °N100 (0,149 mm), °N200 (0.075 mm). 68 • Balanza • Horno (110 ± 5°C) • Tara • Brocha • Escobilla de metal • Muestra 4.4.2.5 Sistema de clasificación de los suelos mediante el método SUCS • Balanza con precisión de 0.1 g. • Espátula • Recipientes de metal para las muestras • Horno (110 ± 5°C) • Herramienta de acanaladora o ranurador • Aparato de Casagrande • Agua • Base de vidrio • Muestra 4.4.2.6 Ensayo de Proctor modificado • Molde cilíndrico con un diámetro de 152,4 mm (6 pulg) • Tamices: Para el ensayo Proctor Modificado, se empleó la fracción de suelo que pasó a través de un tamiz de 3/4" (19 mm), previo tamizado de la muestra total. • Pistón de metal: Se empleó un compactador metálico con peso y dimensiones especificadas, que aplica energía controlada mediante caída libre sobre el suelo, replicando las condiciones de compactación mediante equipo mecánico en campo. 69 • Muestra natural • Goma Xantano • Balanza • Horno (110 ± 5°C) • Bandeja • Badilejo de metal, cucharon • Regla metálica de 20 cm • Agua 4.4.2.7 Ensayo de CBR (California Bearing Ratio) • Molde Cilíndrico. • Pesas de metal (sobrecargas), y pesas ranuradas de metal. • Horno (110 ± 5°C). • Balanzas. • Pistón de metal. • Disco circular (usado como espaciador). • Trípode con deformímetro • Tanque de agua • Papel filtro circular • Prensa de ensayo 4.4.2.8 Ensayo de carga constante – Permeabilidad • Disco poroso • Permeámetro • Tubos piezométricos, buretas. • Manómetro • Cronometro 70 4.5 Procedimientos 4.5.1 Exploración en Carreteras de bajo volumen Equipos y herramientas utilizados • Wincha • Pico • Pala • Barreta • Saquillos Vacíos • Pizarra y Marcador Acrílico • Celular con GPS Procedimiento de ejecución El procedimiento de campo se inició con la planificación y georreferenciación del punto de estudio mediante GPS, seleccionando estratégicamente la ubicación de la calicata. Una vez delimitada el área de 1.50 m x 0.80 m x 1.50 m de profundidad con wincha, se procedió a la excavación manual utilizando el pico para romper la capa superficial, la pala para remover el material -que fue depositado en zona segura- y la barreta para fracturar estratos compactos. Durante el proceso, se controló periódicamente la profundidad en las cuatro esquinas, registrando los cambios estratigráficos y verificando que se alcanzara la profundidad reglamentaria de 1.50 m. Tras exponer los diferentes estratos, se realizó una descripción de sus características y se tomaron muestras representativas que fueron inmediatamente colocadas en saquillos debidamente etiquetados con su procedencia. 71 Figura 13 Trazo de calicatas. Nota. Se muestra el trazo de calicatas antes de la excavación Figura 14 Excavación de calicatas. 72 Nota. Se muestra la profundidad de la calicata según lo estipulado en el man