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FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIA PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO DE TESIS EFECTO DE LA CAL COMO ESTABILIZANTE DE UNA SUBRASANTE DE SUELO ARCILLOSO EN CARRETERAS NO PAVIMENTADAS. APLICACIÓN EN LA CARRETERA ZUNGAROCOCHA 2019 PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL AUTOR: Victor Gary Mendoza Molina ASESOR (es): Lludith Alejandrina Soplin Ruiz

San Juan Bautista - Loreto – Maynas – Perú 2018 pág. 1

I. Datos Generales

1. EFECTOS DE LA CAL ESTABILIZANTES DE UNA SUBRASANTE DE SUELO ARCILLOSO EN CARRETERAS NO PAVIMENTADAS EN LA CARRETERA ZUNGAROCOCHA 2019 2. Áreas y Líneas de Investigación 2.1. Área: Geotecnia / Construcciones

2.2. Línea: Infraestructura de Transporte Terrestre

3. Autor:

Victor Gary Mendoza Molina

4. Colaboradores 4.1. Instituciones: Universidad Científica del Perú 4.2. Personas: Docentes de la Universidad Científica del Perú 5. Duración Estimada de Ejecución: 06 meses

6. Fuentes de Financiamiento

6.1. Recursos Propios: Del investigador

6.2. Recursos Externos en Gestión: En gestión 7. Presupuesto Estimado: S/ 22 100.00 (Nuevos Soles)

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INDICE Titulo ............................................................................................................................................. 4 Planteamiento de Problema ......................................................................................................... 4 Formulación del problema ............................................................................................................ 5 Problemas específicos ................................................................................................................... 5 Objetivos ....................................................................................................................................... 5 Objetivo General .......................................................................................................................... 5 Objetivos Específicos .................................................................................................................... 5 Justificación de la investigación .................................................................................................... 6 Marco teórico ................................................................................................................................ 6 Antecedentes de estudio ............................................................................................................. 6 Hipótesis ........................................................................................................................................ 7 Variables ........................................................................................................................................ 7 Independiente ............................................................................................................................... 7 Dependiente .................................................................................................................................. 7 Materiales y métodos ................................................................................................................... 7 Método de investigación............................................................................................................... 7 Tipo y Diseño de investigación ...................................................................................................... 8 Tipo de investigación..................................................................................................................... 8 Diseño de investigación................................................................................................................. 8 Población y Muestra...................................................................................................................... 8 Población ....................................................................................................................................... 8 Muestra ......................................................................................................................................... 8 Técnica, instrumentos y procedimientos de recolección de datos ............................................... 8 Técnica de recolección de datos ................................................................................................... 8 Instrumentos de recolección de datos .......................................................................................... 9 Procedimientos de recolección de datos ...................................................................................... 9 Aspecto administrativo ................................................................................................................. 9 Cronograma................................................................................................................................... 9 Presupuesto ................................................................................................................................ 10 Referencias bibliográficas ........................................................................................................... 11 Anexos ......................................................................................................................................... 11 Anexo 1: ...................................................................................................................................... 11

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II. PLAN DE INVESTIGACION

Titulo “Efecto de la cal como estabilizante de una subrasante de suelo arcilloso en carreteras no pavimentadas en la Av. Principal del AAHH “San Pablo de la Luz”

Planteamiento de Problema 2.1. Descripción del problema En la práctica, con frecuencia el ingeniero debe enfrentarse al suelo, a la vez, material y estructura del soporte; y, cuyas características le obligan, según ingenieros, entre ellos Garnica, P. et al (2002), Vásquez (2010), y otros, a tomar alguna de las siguientes posibles decisiones: 

 

Aceptar el material en las condiciones que se lo encuentra, pero teniendo en cuenta en el diseño las restricciones impuestas por su calidad. Eliminar el material insatisfactorio o obtenerse de usarlo, sustituyéndolo por otro de características adecuadas. Modificar las propiedades físicas y/o químicas del material para hacerlo capaz de cumplir en mejor forma los requisitos deseados o, cuando menos que la calidad obtenida sea adecuada. Esta última posibilidad es la que según Montejo (2008) conlleva a la estabilización de suelos.

Las vías terrestres constituyen un factor fundamental dentro de la infraestructura física de un país, éstas influyen directamente en el crecimiento del Producto Interno Bruto nacional, agilizan el mercado, comunican poblaciones, mejoran la calidad de los servicios públicos y la calidad de vida de sus beneficiarios. Las carreteras no pavimentadas son de gran importancia en el desarrollo local, regional y nacional, por cuanto el mayor porcentaje de la vialidad se encuentra en esta categoría y, en la sierra y selva tienden a deteriorarse en forma acelerada debido principalmente a la presencia de rubias. La consistencia de la capa de afirmado no sólo es vulnerable a los factores climáticos sino también a la acción física de los vehículos ;así , en estaciones secas de partículas de la superficie de rodadura llegan a pulverizarse bajo la acción abrasiva de los neumáticos, iniciándose el deterioro progresivo de la superficie y la emisión de polvo que afecta la salud de los pobladores que habitan cerca al eje de ese tipo de carreteras; pero, en épocas de lluvia pierde la capacidad portante iniciándose fallas como ahuellamientos, surcos baches, etc; lo cual implican altos costos en el mantenimiento rutinario de la vía y afectaciones ambientales.

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Formulación del problema 2.2.1. Problema general 

¿Cuál es el efecto de la cal como estabilizante, en las propiedades químicas, físicas y mecánicas, del suelo arcilloso de la subrasante de la carretera Zungarococha?

Problemas específicos 





¿Cuál es el diagnóstico de las propiedades químicas, físicas y mecánicas de los suelos arcillosos en estado natural de la subrasante de la carretera zungarococha? ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de los suelos arcillosos en estado natural, que se necesitan mejorar, en la subrasante de la carretera zungarococha? ¿Cómo influye la cal aplicada en diferentes proporciones, en la estabilización de los suelos arcillosos para la mejora de las propiedades químicas, físicas y mecánicas del suelo cohesivo de la subrasante de la carretera Zungarococha?

Objetivos

3.1. Objetivo General

Evaluar las propiedades químicas, físicas y mecánicas de la modificación de una subrasante de suelo arcillosos, como efecto de la adición en diferentes proporciones de cal como material estabilizante, de la carretera Zungarococha.

Objetivos Específicos 



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Determinar las propiedades químicas, físicas y mecánicas mas importantes de los suelos cohesivos en estado natural de la subrasante de la carretera Zungarococha Definir las propiedades físicas y mecánicas de los suelos cohesivos en estado natural, que se necesitan mejorar, en la subrasante de la carretera Zungarococha



Diseñar el suelo mejorado optimo adicionando cal a las diferentes posibilidades de suelo cohesivo de la subrasante de la carretera Zungarococha

Justificación de la investigación La aplicación de la cal como material estabilizante de suelos de fundación es utilizado por ejemplo en las capas subrasantes, aunque existen muchos estudios sobre ese tema, en esta investigación se va a estudiar el efecto del citado material estabilizante agregándolo en ciertas proporciones a un suelo arcillosos de la subrasante de una carretera no pavimentada y de bajo tránsito, específicamente en la carretera Zungarococha Marco teórico 5.1. Antecedentes de estudio La cal es uno de los conglomerantes hidráulicos de mayor data en el mundo de la construcción. Las referencias ancestrales de su uso señalan que su producción se basa en procesos naturales aplicados sobre materiales naturales presentes en el medio de manera frecuente. Desde siempre, en la construcción se lo ha utilizado como material aglomerante. La obra mas antigua que se conoce, tiene un espesor de 25 cm y data menos de 5600 años A.C, fue descubierta durante excavaciones efectuadas en las riberas del rio Danubio en Lapenski(Yugoslavia). Fue empleada para hacer pisos de chozas en un pueblo de la edad de piedra. Según el Manual para el diseño de carreteras no pavimentadas de bajo transito del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2008), la capacidad portante o CBR (California Bearing Ratio) de los materiales de las capas de subrasante y del afirmado, deberá estar de acuerdo con los valores de diseño; no se admitirán valores inferiores. En consecuencia, si los materiales a utilizarse en la carretera no cumplen las características generales previamente descritas, se efectuará la estabilización correspondiente del suelo. De esta forma, se podrán utilizar suelos de características marginales como subrasante o en capas inferiores de la capa de rodadura y suelos granulares de buenas características, pero de estabilidad insuficiente (CBR menor al mínimo requerido) en la capa de afirmado (Ministerio de Transporte y Comunicaciones del Perú). La National Lime Association resume las propiedades que se obtienen después de una estabilización o mejoramiento con cal, en las siguientes: 1. Reducción del indica de plasticidad, debido a una reducción del limite y a un incremento del límite de plástico. 2. Reducción considerable del ligante natural del suelo por aglomeración de partículas. 3. Obtención de un material mas trabajable y fiable como producto de la reducción del contenido de agua en los suelos (rotura fácil).

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4. La cal ayuda a secar los suelos húmedos lo que acelera su compactación. 5. Reducción importante del potencial de contracción y del potencial del hinchamiento. 6. Incremento de resistencia a la compresión simple de la mezcla posterior al tiempo de curado alcanzando en algunos casos hasta el 40 % de incremento. 7. Incremento de la capacidad portante del suelo (CBR) en el tiempo} 8. Incremento de la resistencia a la tracción del suelo. La Experiencia Americana ha demostrado que una estabilización con cal tiene excelentes resultados, en los siguientes casos: a) Materiales compuestos por mezclas de grava y arcilla para su uso como capa granular superficial con una incorporación de 2 a 4% de Ca (OH)2 en peso. b) Suelos altamente arcillosos para usarlo como capa granular superficial (5 a 10% de cal en peso) o capa inferior (1 a 3% de cal en peso)

Hipótesis Con la adición de cal (2%,4% y 6%), en el suelo arcilloso de la subrasante de la carretera zungarococha se mejorarán sus propiedades físicas y mecánicas (límites de Atterberg, la densidad seca máxima y el valor relativo de soporte) entre un 25% a 40%. Variables

7.1. Independiente Suelo arcilloso

7.2.

Dependiente

Comportamiento de las propiedades físicas y mecánicas del suelo estabilizado con cal.

8. Materiales y métodos Método de investigación Se aplicará el metido científico.

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8.1.

Tipo y Diseño de investigación

Tipo de investigación Aplicada Diseño de investigación Experimental Transversal 8.2.

Población y Muestra

8.2.1. Población La población esta conformada por suelos arcillosos de alta plasticidad de la carretera Zungarococha, del distrito de San Juan Bautista, provincia de Maynas, Región Loreto, los cuales serán sujetos a evaluación y análisis de sus propiedades físicas y mecánicas 8.2.2. Muestra Para la prueba de hipótesis, la cantidad de muestra se determinará a criterio no probabilístico, considerándose objeto de estudio dos (2) calicatas de suelo arcilloso de alta plasticidad de la carretera Zungarococha con la cual elaboraremos ensayos adicionándolo porcentaje de cal de 0%, 2%, 4%, 6% y 8%. 8.3.

Técnica, instrumentos y procedimientos de recolección de datos

8.3.1. Técnica de recolección de datos Primera fase: Trabajo de campo Se tomarán las muestras de las calicatas de la subrasante en zonas aún no alteradas (muestras inalteradas) Segunda fase: Trabajo de laboratorio Los ensayos para realizar son conocidos como estándares y los denominados especiales.

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Commented [vm1]: Carretera de Iquitos Commented [vm2R1]:

8.3.2. Instrumentos de recolección de datos Los datos acerca de la efectividad como cal como estabilizador químico, se determinara mediante ensayos realizados sobre probetas estabilizadas químicamente y sobre probetas del suelo de la subrasante de la carretera zungarococha; teniendo en cuenta como criterio de efectividad, mejora en una propiedad de desempeño de los resultados obtenidos de las probetas estabilizadas quicamente sobre las otras (Adaptado de Ministerio de Transportes y Comunicaciones – Norma técnica de estabilizadores químicos); pero también se recogerá información pertinente a través de la revisión bibliográfica de otras investigaciones relacionadas con cal en la estabilización de carreteras no pavimentadas. 8.3.3. Procedimientos de recolección de datos En el laboratorio de Mecánica de Suelos y Ensayos de Materiales de Construcción de la UCP, las muestras respectivas de arcilla, cal y mezcla adicionando cal serán sometidas a los ensayos (estándares y especiales). Los ensayos de laboratorio se realizarán el laboratorio de Mecánica de suelos y Tecnología de Materiales de la Universidad Científica del Perú – UCP, de acuerdo con las Normas ASTM; AASHTO y MTC, según corresponda. Los resultados de estos ensayos se presentarían en el Anexo correspondiente del informe final de la tesis.

9. Aspecto administrativo

9.1.

Cronograma

ACTIVIDADES

Periodo Nov.

Dic.

Enr.

Febr.

Mar.

2018

2018

2018

2018

2018

x

x

x

x

x

x

Elección del tema y formulación del plan

x

Revisión Bibliográfica

x

x

Elaboración y aprobación del anteproyecto

x

x

Adquisición de insumos y toma de muestra

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x

Procesamiento de información

x

x

x

Análisis e interpretación de resultados

x

x

x

Elaboración de informe final de Tesis

x

x

x

9.2.

Presupuesto

N° DESCRIPCION

Monto S/

1

Viáticos, asignaciones y refrigerios

300.00

2

Alimentos para personas

175.00

3

Materiales varios

300.00

Útiles de escritorio

200.00

Libros, textos, revistas, reportes, Internet

600.00

Materiales de impresión

1000.00

Servicios a terceros y toma de muestras

600.00

4

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5

Gastos de ensayos de laboratorio: Contenido de humedad, análisis granulométrico por sedimentación, LL, LP: 25 de cada ensayo.

18525.00

Clasificación de suelos, gravedad especifica relativa de los sólidos, peso volumétrico de suelos cohesivos, expansión libre de arcillas, expansión controlada en arcillas, Proctor modificado, C.B.R, índice de expansión, compresión no confinada en suelos cohesivos: 5 de cada ensayo. Nota: los gastos de ensayos corresponden a tarifas de ensayos de laboratorio: UCP: Suelos

10. Referencias bibliográficas 1. Carlos Crespo Villalaz, (2007), Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Sexta edición Editorial Limusa, SA de CV. Grupo Noriega Editores. 2. Fernández Loaiza, C. 1991. Mejoramiento y estabilización de suelos. Editorial Limusa. México. 3. Juárez Badillo, E, Rico 20105. Mecánica de suelos Fundamentos de la mecánica de suelos. Tomo 1. México.

11. Anexos Anexo 1:

Titulo

Problema General y Especifico

pág. 11

Objetivo General y Especifico

Variables

Hipótesis

Materiales y Métodos

Efecto de la cal como estabilizante de una subrasante de suelo arcilloso en carreteras no pavimentada s. aplicación en la carretera zungarococh a 2019

-

-

-

Dependien Con la adición te: de cal (2%,4% ¿Cuál es el efecto Evaluar las y 6%), en el de la cal como propiedades Comportamiento suelo arcilloso estabilizante, en químicas, físicas y de las de la las propiedades mecánicas de la propiedades subrasante de químicas, físicas modificación de una físicas y la carretera y mecánicas, del subrasante de mecánicas del zungarococha suelo arcilloso de suelo arcillosos, suelo se mejorarán la subrasante de como efecto de la estabilizado con sus cal. la carretera adición en propiedades Zungarococha? diferentes físicas y proporciones de cal mecánicas - Específico como material s: - Independi (límites de estabilizante, de la Atterberg, la ente: carretera ¿Cuál es el densidad seca Suelo arcilloso diagnóstico de las Zungarococha. máxima y el propiedades valor relativo - Específicos: químicas, físicas de soporte) y mecánicas de Determinar las entre un 25% los suelos propiedades a 40%. arcillosos en químicas, físicas y estado natural de mecánicas más la subrasante de importantes de los la carretera suelos cohesivos zungarococha? en estado natural de la subrasante de ¿Cuáles son las la carretera propiedades Zungarococha físicas y químicas de los suelos Definir las arcillosos en propiedades físicas estado natural, y mecánicas de los que se necesitan suelos cohesivos mejorar, en la en estado natural, subrasante de la que se necesitan carretera mejorar, en la zungarococha? subrasante de la carretera ¿Cómo influye la Zungarococha cal aplicada en diferentes Diseñar el suelo proporciones, en mejorado optimo la estabilización adicionando cal a de los suelos las diferentes arcillosos para la posibilidades de mejora de las suelo cohesivo de propiedades la subrasante de la

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General:

General:

Se aplicará el metido científico. Tipo de investigación Aplicada Diseño de investigación Experimental Transversal Población La población está conformada por suelos arcillosos de alta plasticidad de la carretera Zungarococh a, del distrito de San Juan Bautista, provincia de Maynas, Región Loreto, los cuales serán sujetos a evaluación y análisis de sus propiedades físicas y mecánicas Muestra Para la prueba de hipótesis, la cantidad de muestra se determinará a

químicas, físicas carretera y mecánicas del Zungarococha suelo cohesivo de la subrasante de la carretera Zungarococha?

criterio no probabilístico, considerándo se objeto de estudio dos (2) calicatas de suelo arcilloso de alta plasticidad de la carretera Zungarococh a con la cual elaboraremos ensayos adicionándolo porcentaje de cal de 0%, 2%, 4%, 6% y 8%. Commented [vm3]: Carretera de Iquitos Commented [vm4R3]:

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